(57)【要約】【課題】燃料電池用電極拡散層の通気性能を制御することができるようにして、電池性能を向上させることができる燃料電池用電極拡散層の製造方法を提供すること。【解決手段】燃料電池の電極に備わる電極拡散層の製造方法において、少なくとも溶媒とバインダとを含むペーストを、カーボン繊維を含みシート状に成形された基材に塗布する塗布工程と、塗布工程により基材に塗布されたペーストを熱風によって乾燥させる乾燥工程と、を含み、乾燥工程にて、乾燥装置１０内に、ペーストが塗布された基材（ワーク）２０を設置して、通路１５ａに供給する熱風の送風量と、通路１５ｂに供給する熱風の送風量とを互いに独立して制御して、ワーク２０の乾燥を行う。【選択図】図２
2009117146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の電極に備わる電極拡散層の製造方法において、
少なくとも溶媒とバインダとを含むペーストを、カーボン繊維を含みシート状に成形された基材に塗布する塗布工程と、
前記塗布工程により前記基材に塗布された前記ペーストを熱風によって乾燥させる乾燥工程と、を含み、
前記乾燥工程にて、前記ペーストが塗布された基材の各面に供給する熱風の送風量を独立して制御する
ことを特徴とする燃料電池用電極拡散層の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載する燃料電池用電極拡散層の製造方法において、
前記乾燥工程にて、電極拡散層の触媒側面に供給する熱風の送風量を、電極拡散層の触媒側面の反対面に供給する熱風の送風量よりも大きくする
ことを特徴とする燃料電池用電極拡散層の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する製造方法により製造された電極拡散層を含む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、燃料電池に用いられる電極拡散層の製造方法に関する。より詳細には、例えばカーボン繊維のような高導電性基材を含む電極拡散層の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境問題や資源問題への対策の一つとして、酸素や空気等の酸化性ガスと、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）あるいはメタノール等の液体燃料等とを原料として電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池が注目されている。燃料電池では、電解質膜の一方の面に燃料極（アノード触媒層）と、もう一方の面に空気極（カソード触媒層）とが、電解質膜を挟んで対向するように設けられている。さらに、電解質膜を挟持した各触媒層の外側に拡散層が設けられている。そして、これらが原料供給用の流路を設けたセパレータで挟まれて電池が構成されており、各触媒層に水素、酸素等の原料を供給することにより発電するようになっている。
【０００３】
ここで、燃料電池の発電時には、燃料極に供給する原料を水素ガス、空気極に供給する原料を空気とした場合、燃料極において、水素ガスから水素イオンと電子とが発生する。電子は外部端子から外部回路を通じて空気極に到達する。空気極において、供給される空気中の酸素と、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を通じて空気極に到達した電子により、水が生成する。このように燃料極及び空気極において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。このような燃料電池は、発電に使用される原料のガスや液体燃料が豊富に存在すること、また、上記発電原理より燃料電池から排出される物質が水であること等から、クリーンなエネルギー源として実用化に向けて様々な検討がされている。
【０００４】
ところで、燃料電池において、空気極および燃料極に設けられた各電極拡散層には、一般にカーボンペーパーやカーボンクロス等、シート状に成形されたカーボン繊維が基材として使用されている。そして、そのような基板に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の疎水性バインダにより処理し、疎水性を付与している。所望の通気性や電子伝導性を確保するとともに、触媒層や拡散層内での水分の滞留によるフラッディングを防止するためである。また、必要に応じてカーボン粒子等の導電性粒子を併用し、疎水性バインダ添加による導電性低下を防止する場合もある。
【０００５】
各電極拡散層の作成は、次のようにして行われるのが一般的である。すなわち、まず、疎水性バインダや、導電性粒子を、界面活性剤等の分散媒を添加して水に分散させたペーストを、シート状に成形されたカーボン繊維の片面または両面に塗布する。次に、常温での自然乾燥により水分を蒸発させて、カーボン繊維に疎水性バインダや導電性粒子を定着させる。その後、分散媒を熱分解させるために焼成する。
【０００６】
このとき、ペーストを塗布した電極拡散層を常温で自然乾燥させるのに、２４時間程度要していた。このため、コストや手間を削減するという観点から、より短時間で乾燥させたいという要望があった。そのため、シート上に塗布したペーストを短時間で乾燥させるための技術が種々提案されている。そのうちの１つとして、例えば、熱風乾燥により溶媒の気化を加速させる技術がある。この熱風乾燥によるペースト乾燥技術によれば、コストや手間を最も削減することができる。
【特許文献１】特開２００７−５９２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しなしながら、上記した従来技術では、最終的に形成される拡散層の通気性が低下してしまうおそれがあった。なぜなら、熱風による乾燥の場合には、熱風にさらされたペーストの表面からの水分の蒸発が促進されるため、ペーストの表面に、あたかも皮膜が形成されたかのようにペーストに分散している固形分が凝集しながら乾燥する。このため、ペーストの表面付近において凝集して皮膜状となった固形分により、ペースト中の水分蒸発が阻害され、ペースト中のバインダ等の濃度増加に伴うペーストの見かけの体積収縮が生じにくくなる。そして一旦、ペーストの見かけの体積未収縮が生じると、その形状はほとんど変化せずに乾燥が終了してしまうため、熱風乾燥により得られた電極拡散層の通気性が低下するものと考えられる。
【０００８】
また、熱風乾燥により製造した電極拡散層では、自然乾燥により製造した電極拡散層と比べて、電池性能が低下するという問題もあった。これは、熱風乾燥により製造した電極拡散層の通気性が、自然乾燥により製造した電極拡散層よりも悪くなるからだと考えられる。
【０００９】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、燃料電池用電極拡散層の通気性能を制御することができるようにして、電池性能を向上させることができる燃料電池用電極拡散層の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題点を解決するためになされた本発明に係る燃料電池用電極拡散層の製造方法は、燃料電池の電極に備わる電極拡散層の製造方法において、少なくとも溶媒とバインダとを含むペーストを、カーボン繊維を含みシート状に成形された基材に塗布する塗布工程と、前記塗布工程により前記基材に塗布された前記ペーストを熱風によって乾燥させる乾燥工程と、を含み、前記乾燥工程にて、前記ペーストが塗布された基材の各面に供給する熱風の送風量を独立して制御することを特徴とする。
【００１１】
この燃料電池用電極拡散層の製造方法では、塗布工程において、少なくとも溶媒とバインダとを含むペーストが、カーボン繊維を含みシート状に成形された基材に塗布される。次に、乾燥工程において、塗布工程にて基材に塗布されたペーストが熱風によって乾燥させられる。このため、自然乾燥による場合に比べ、乾燥時間を大幅に短縮することができる。これにより、電極拡散層の生産効率を向上させることできる。
【００１２】
ここで、乾燥工程では、ペーストが塗布された基材の各面に供給される熱風の送風量を独立して制御することができる。これにより、ペーストが塗布された基材の各面の表面からの水分蒸発の速度を制御する（変える）ことができる。そして、ペースト中の固形分は、ペースト中の水分の移動に伴って同じ方向へ移動する。そのため、ペーストからの水分蒸発の速度を制御する（変える）ことにより、乾燥後のペーストの密度分布を制御する（変える）ことができる。これにより、電極拡散層の通気性能を制御することができる。そして、電極拡散層の通気性能は、燃料電池の性能に影響を及ぼす性能指標の１つである。従って、この燃料電池用電極拡散層の製造方法によれば、電極拡散層の通気性能を制御することができる。そのため、電極拡散層の通気性能を調整することにより、電池性能を向上させることができる。
【００１３】
本発明に係る燃料電池用電極拡散層の製造方法においては、前記乾燥工程にて、電極拡散層の触媒側面に供給する熱風の送風量を、電極拡散層の触媒側面の反対面に供給する熱風の送風量よりも大きくすることが望ましい。
なお、電極拡散層の触媒側面とは、電極拡散層が燃料電池に組み込まれたときに、触媒層と接触する面のことを意味する。また、電極拡散層の触媒側面の反対面とは、電極拡散層が燃料電池に組み込まれたときに、ガスが供給される面（流路側面）のことを意味する。
【００１４】
このように、電極拡散層の触媒側面に供給する熱風の送風量を、電極拡散層の反対面（流路側面）に供給する熱風の送風量よりも大きくすることにより、電極拡散層の通気性能を総合的に向上させることができる。その結果、電池性能を向上させることができる。
【００１５】
そして、上記した燃料電池用電極拡散層の製造方法により製造された電極拡散層を用いて燃料電池を構成することにより、生産効率を向上させるとともに、性能の優れた燃料電池を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、上記した通り、燃料電池用電極拡散層を製造する際に、ペーストの乾燥時間を短縮して生産効率を向上させるとともに、電極拡散層の通気性能を制御することができる。これにより、電極拡散層の通気性能の最適化を図ることができるため、電池性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る燃料電池用電極拡散層の製造方法を具体化した最も好適な実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。なお、本発明に係る拡散層の製造方法は、燃料極（アノード触媒層）若しくは空気極（カソード触媒層）のいずれの拡散層を製造する場合に適用することができる。
【００１８】
本実施の形態に係る電極拡散層の製造方法では、図１に示すように、塗布工程（ステップＳ１）、乾燥工程（ステップＳ２）、および焼成工程（ステップＳ３）が順次実施されて、燃料極（アノード触媒層）若しくは空気極（カソード触媒層）の拡散層が製造される。なお、図１は、電極拡散層の製造手順を示すフローチャートである。
【００１９】
まず、塗布工程（図１のステップＳ１）では、電極拡散層の基材に対して、導電性粒子および疎水性バインダが分散されたペーストが塗布される。ここで、基材としては、カーボン繊維を使用した通気性を有する厚さ約１００μｍ〜約３００μｍ程度のものが使用される。例えば、カーボンクロスやカーボンペーパー等、シート状に成形されたものを基材として使用するのが好ましい。
【００２０】
また、基材の通気性は、酸化性ガスや燃料ガス等が通過できるものであればよく、特に限定されない。ただし、高い導電性を同時に有する必要があるため、例えば、基材の厚さ方向の透気度が約１×１０-4〜約１０×１０-4ｍ／（Ｐａ・ｓｅｃ）程度、基材の面方向への電気抵抗が約５〜約２０ｍΩ・ｃｍのものがよい。なお、カーボン繊維の太さは、成形方法によりばらつきがあるものの、約１μｍ〜約１０μｍ程度であり、また隣接するカーボン繊維により形成された空間の大きさは、成形方法によりばらつきがあるものの、平均すると、好ましくは外寸約１０μｍ〜約５０μｍ程度であるが、これに限定されない。
【００２１】
なお、本実施の形態では、基材として、カーボンペーパー（カーボンペーパー ＴＧＰ−Ｈ−０６０、東レ株式会社製）を約２００ｍｍ×約３００ｍｍに裁断して使用した。このカーボンペーパーの、面方向への電気抵抗は、５．８ｍΩ・ｃｍであり、厚さは１９０μｍ、厚さ方向への透気度は、５００×１０-6ｍ／（Ｐａ・ｓｅｃ）程度である。
【００２２】
一方、ペースト中に含まれる導電性粒子の大きさは、外寸約０．１μｍ〜約１０μｍ程度であるのが好ましく、例えば、デンカブラック（商品名）等の高導電性カーボン粒子を使用すればよい。また、ペースト中に含まれる疎水性バインダの大きさは、ペースト分散・塗布時には外寸約０．１μｍ〜約１０μｍ程度であるのが好ましいが、一般に、高温領域、例えば、約３２０℃以上になると溶融し、変形するため、これには限られない。必要に応じて使用される分散媒は、導電性粒子や疎水性バインダを水に分散させることができるものであればいかなるものを使用してもよいが、例えば界面活性剤等のような、水溶性であって、高温にすることで容易に熱分解されるものが好ましい。
【００２３】
そして、基材に対する疎水性バインダの塗布量は、燃料電池用電極拡散層として使用される際に、水の排出が速やかに行なわれればよく、特に限定されないが、例えば、基材の重量に対し、約３０〜約７０％程度のＰＴＥＦが基材に残留するように塗布すればよい。また、基材に対する導電性粒子の塗布量は、疎水性バインダの添加による導電性低下の影響を緩和すればよく、必要に応じて適宜添加すればよいが、例えば、基材の重量に対し、約５０〜約８０％程度の高導電性カーボン粒子が基材に残留するように塗布すればよい。このようにして、基材に対し、導電性粒子および疎水性バインダが分散されたペーストが塗布され、塗布工程が終了する。
【００２４】
なお、本実施の形態では、ペーストとして、カーボン粒子（デンカブラック、電気化学工業株式会社製）１０重量％、ＰＴＦＥ粒子（３１−３、三井デュポンフロロケミカル株式会社製）７重量％、界面活性剤適量を水に混合分散させて、全量を１００とした。このペーストの電気抵抗を測定すると、６．９×１０3ｍΩ・ｃｍであった。そして、ＰＴＦＥ製のアプリケータフレームを用い、ペーストを基材上に約７ｍｇ／ｃｍ2  で塗布している。
【００２５】
次に、乾燥工程（図１のステップＳ２）では、塗布工程により基材に塗布されたペーストを熱風によって乾燥させる。ここで、ペーストを乾燥させる装置について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、ペーストの乾燥装置の概略構成を示す断面図である。図３は、乾燥装置への基材の固定方法を説明するための図である。
【００２６】
ペースト乾燥装置１０は、熱風入口１１ａ，１１ｂと、熱風出口１２ａ，１２ｂとを備える箱形の乾燥炉である。その大きさは、縦方向寸法が約４００ｍｍ、横寸法が約６０ｍｍ、奥行き寸法が約３００ｍｍである。ペースト乾燥装置１０の内部には、支持枠１３が設けられている。支持枠１３は、後述する固定枠１４とともに、ペーストが塗布された基材（以下、適宜「ワーク」ともいう）２０を保持・固定するためのものである。
【００２７】
そして、支持枠１３は、ペースト乾燥装置１０のほぼ中央に設けられている。この支持枠１３には、固定枠１４を固定するためのネジ孔が複数形成されている。このネジ孔と固定枠１４に形成された貫通孔とを一致させてネジ３０によって固定枠１４を支持枠１３に取り付けることができるようになっている。そして、図３に示すように、これら支持枠１３と固定枠１４との間にワーク２０を配置し、ワーク２０を支持枠１３と固定枠１４とで挟み込んで、図２に示すように、ネジ３０を締め付けて固定枠１４を支持枠１３に固定することにより、ワーク２０がペースト乾燥装置１０内に設置される。
【００２８】
このようにして、ワーク２０がペースト乾燥装置１０内に設置されると、支持枠１３およびワーク２０によってペースト乾燥装置１０内が２つの通路１５ａ，１５ｂに区画される。そして、各通路１５ａ，１５ｂには、それぞれ熱風入口１１ａと熱風出口１２ａ、及び熱風入口１１ｂと熱風出口１２ｂが備わっており、各熱風入口１１ａ，１１ｂから独立して熱風が供給されるようになっている。これにより、各通路１５ａ，１５ｂに異なる流速の熱風を供給することができる。なお、本実施の形態では、各通路１５ａ，１５ｂの流速を、０ｍ／ｓ〜約２０ｍ／ｓに設定することができる。そして、本実施の形態では、約１６０℃の熱風を約１０分間供給して乾燥させる。
【００２９】
このようなペースト乾燥装置１０を用いる乾燥工程では、自然乾燥に比べ、ワーク２０の乾燥時間を大幅に短縮することができる。これにより、電極拡散層の生産効率を向上させることできる。そして、ペースト乾燥装置１０では、各通路１５ａ，１５ｂにおける熱風の送風量を独立して制御することができる。これにより、ワーク２０の各表面からの水分蒸発の速度を制御（変える）ことができる。そして、ペースト中の固形分は、ペースト中の水分の移動に伴って同じ方向へ移動するため、ペーストからの水分蒸発の速度を制御（変える）することにより、乾燥後のペーストの密度分布を制御（変える）することができる。従って、電極拡散層の通気性能を制御することができる。なお、その詳細については後述する。そして、電極拡散層の通気性能は、燃料電池の性能（セル発電性能）に影響を及ぼす性能指標の１つである。よって、ペースト乾燥装置１０を用いる乾燥工程によれば、電極拡散層の通気性能を制御して最適化することにより、燃料電池の性能を向上させることができる。
【００３０】
最後に、焼成工程（図１のステップＳ３）では、乾燥工程にて乾燥させられたワーク２０を焼成炉を用いて焼成する。この焼成工程は、主としてペーストに含まれる界面活性剤等の分散媒を分解除去することを目的としており、約３２０〜約３８０℃の高温で、約１０分〜約２０時間程度行なわれる。例えば、ペーストに分散媒が含まれていない場合や、水分を除去する際に同じ装置を用いて分散媒の熱分解も同時に行なうことが可能な場合には、焼成工程は必要なく、省くことができる。なお、本実施の形態では、約３６０℃で約１４時間の焼成を行う。そして、焼成が終了した後、放冷して電極拡散層が完成する。
【００３１】
そして、乾燥工程において、乾燥装置１０の通路１５ａ，１５ｂの熱風の送風量（流速）を変化させ（組み合わせは３種類）、３種類の電極拡散層を製作した。すなわち、通路１５ａの送風量を流路１５ｂの送風量よりも大きくした（拡散層の流路側における送風量が大きい：風速差は約１０ｍ／ｓｅｃ）場合と、通路１５ａと通路１５ｂとの送風量を同じにした（拡散層の両面における送風量が等しい：従来の熱風乾燥に相当する）場合と、通路１５ａの送風量を通路１５ｂの送風量よりも小さくした（拡散層の触媒側における送風量が大きい：風速差は約１０ｍ／ｓｅｃ）場合との３種類である。なお、通路１５ａ，１５ｂにおいて風速差を生じさせる場合には、いずれか一方の通路の風速を０ｍ／ｓｅｃにする場合も含まれる。
【００３２】
そして、これらの電極拡散層の性能評価を行うために、面内透気度及び法線透気度を測定したので、その結果を図４に示す。また、図４には、比較例として、乾燥工程において、自然乾燥（常温にて２４時間放置）して製作した電極拡散層の評価結果を示している。なお、図４は、各電極拡散層の面内透気度、法線透気度、及びペースの分布イメージを示す図である。
【００３３】
ここで、面内透気度とは、供給したガスが測定治具で挟持された拡散層において面方向に透過して大気に抜け出ることによる背圧の変化を測定して、当該拡散層の面方向での通気性能を示す評価指標のことである。つまり、面内透気度は、電極拡散層を燃料電池に組み込んだ際に、流路側から流路側へのガスの通り易さを示すものである。この面内透気度は、次式により算出される。
面内透気度[m2/(Pa・sec)]＝流量(m3/sec)／圧力損失(Pa) × １／平均周長(m)
【００３４】
なお、本実施の形態においては、０．１ｍの平均周長を確保して、ガス流量を一定としたときの圧力損失を圧力計により測定し、面内透気度を算出した。ガス流量は、１．０リットル／分、２．０リットル／分、３．０リットル／分（１リットル／分は、１／６０ ｄｍ3／sec）の３条件で測定し、得られた値の平均値を被験試料の面内透気度とした。
【００３５】
また、法線透気度とは、供給したガスが測定治具で挟持された拡散層の一方の面から他方の面へ透過して大気に抜け出ることによる背圧の変化を測定して、当該拡散層の厚み方向での通気性能を示す評価指標のことである。つまり、法線透気度は、電極拡散層を燃料電池に組み込んだ際に、流路側から触媒側へのガスの通り易さを示すものである。この法線透気度は、次式により算出される。
法線透気度[m3/(Pa・sec)]＝流量(m3/sec)／圧力損失(Pa)
× ガス通過部の平行方向の長さ(m)／ガス通過部の垂直方向の長さ(m)
ここで、ガス通過部の平行方向の長さとは、ガス通過部におけるガス通過方向と平行方向の長さであり、ガス通過部の垂直方向の長さとは、ガス通過部におけるガス通過方向と垂直方向の長さである。
【００３６】
なお、本実施の形態においては、ガス流量を一定としたときの圧力損失を圧力計により測定し、法線透気度を算出した。ガス流量は、１．０リットル／分、２．０リットル／分、３．０リットル／分（１リットル／分は、１／６０ ｄｍ3／sec）の３条件で測定し、得られた値の平均値を被験試料の法線透気度とした。
【００３７】
まず面内透気度は、ワーク２０の流路側の送風量を大きくした場合が４．５×１０-12〜６．０×１０-12 m3/(Pa・sec)程度、ワーク２０の触媒側の送風量を大きくした場合が１５．８×１０-12 〜２３．５×１０-12 m3/(Pa・sec)程度であった。
これに対して、ワーク２０の各面の送風量を同じにした場合（従来の熱風乾燥に相当）が７．０×１０-12 〜１４．０×１０-12 m3/(Pa・sec)程度であり、自然乾燥の場合が５．０×１０-12 〜９．０×１０-12 m3/(Pa・sec)程度であった。
【００３８】
次に、法線透気度は、ワーク２０の流路側の送風量を大きくした場合が３．０×１０-6〜６．４×１０-6 m/(Pa・sec)程度、ワーク２０の触媒側の送風量を大きくした場合が６．０×１０-6 〜７．０×１０-6 m/(Pa・sec)程度であった。
これに対して、ワーク２０の各面の送風量を同じにした場合（従来の熱風乾燥に相当）が９．０×１０-6 〜１１．８×１０-6 m/(Pa・sec)程度であり、自然乾燥の場合が９．０×１０-6 〜１１．５×１０-6 m/(Pa・sec)程度であった。
【００３９】
そして、図４（ａ）（ｂ）からも分かるように、ワーク２０の各面に対して異なる風量の熱風を供給して乾燥させることにより、面内透気度及び法線透気度を変化させることができる。具体的には、従来の熱風乾燥に比べ、面内透気度は、ワーク２０の流路側の送風量を大きくすると低くなり、ワーク２０の触媒側の送風量を大きくすると高くなる。法線透気度は、ワーク２０の流路側あるいは触媒側のいずれの送風量を大きくしても、従来の熱風乾燥に比べて低くなる。ただし、法線透気度の低下は、ワーク２０の触媒側の送風量を大きくした場合の方が、ワーク２０の流路側の送風量を大きくした場合よりも小さい。
【００４０】
また、自然乾燥した場合と比べると、面内透気度は、ワーク２０の流路側の送風量を大きくした場合には同等であるが、ワーク２０の触媒側の送風量を大きくした場合には高くなる。法線透気度は、ワーク２０の流路側あるいは触媒側のいずれの送風量を大きくしても低くなる。ただし、このときの法線透気度の低下は、ワーク２０の触媒側の送風量を大きくした場合の方が、ワーク２０の流路側の送風量を大きくした場合よりも小さい。
【００４１】
このようにワーク２０の各面に対して異なる風量の熱風を供給して乾燥させることにより、透気度を変化させる（制御する）ことができる。透気度を制御することができるのは、ワーク２０の各面に対して異なる風量の熱風を供給して乾燥させることにより、図４（ｃ）に示すように、ペーストの密度分布が変化するからであると考えられる。
【００４２】
すなわち、ワーク２０の流路側の送風量を触媒側よりも大きくすると、流路側のペースト密度が増加する。これは、ワーク２０の流路側表面からの水分蒸発の速度が、ワーク２０の触媒側表面からの水分蒸発の速度よりも速くなるため、ペースト中の水分が主として触媒側から流路側へと流れてペースト中の固形分が流路側に集まるからである。つまり、この場合には、流路側に高密度領域が形成されてしまうため、従来の熱風乾燥に比べて、面内透気度及び法線透気度の両方が低下したと考えられる。
【００４３】
一方、ワーク２０の触媒側の送風量を流路側よりも大きくすると、触媒側のペースト密度が増加する。これは、ワーク２０の触媒側表面からの水分蒸発の速度が、ワーク２０の流路側表面からの水分蒸発の速度よりも速くなるため、ペースト中の水分が主として流路側から触媒側へと流れてペースト中の固形分が触媒側に集まるからである。つまり、この場合には、触媒側に高密度領域が形成されてしまうため、面内透気度が上昇し、法線透気度が低下したと考えられる。
【００４４】
そして、ワーク２０の触媒面への熱風の風量を大きくした方が、ワーク２０の流路面への熱風の風量を大きくした場合に比べて、面内透気度及び法線透気度の両方が高くなる。しかも、ワーク２０の触媒面への熱風の風量を大きくした場合には、自然乾燥の場合と比べて、法線透気度は若干低下するが、面内透気度は大幅に上昇する。これらのことから、ワーク２０の触媒面への熱風の風量を大きくすることにより、電極拡散層の通気性能をほとんど悪化させることなく乾燥時間を大幅に短縮することができる。そして、ワーク２０の触媒面への熱風の風量を大きくして製作した電極拡散層を用いて燃料電池（単位セル）を構成し、その単位セルの電池性能（発電性能）を調べてみたところ、自然乾燥して製作した電極拡散層を用いて構成した燃料電池（単位セル）と同等の電圧が得られた。すなわち、従来の熱風乾燥（ワーク２０の各面への熱風の風量が等しい場合）により製作した電極拡散層を用いて構成した燃料電池（単位セル）よりも、電池性能が向上した。
【００４５】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る電極拡散層の製造方法によれば、ワーク２０に熱風を供給して乾燥させる乾燥工程において、乾燥装置１０を用いてワーク２０の各面に供給する熱風の送風量を独立して制御し、電極拡散層の触媒側面に供給する熱風の送風量を、電極拡散層の触媒側面の反対面に供給する熱風の送風量よりも大きくする。これにより、電極拡散層の透気度を最適化することができ、その結果、従来の熱風乾燥に比べて電池性能を向上させることができる。
【００４６】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、基材にカーボンペーパーを使用したが、カーボンペーパー以外に、カーボン繊維を含みシート状に成形されたものであれば基材として使用することができる。また、ペーストは水を含むものであるが、水の代わりに揮発性の溶媒であればいかなるものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】電極拡散層の製造手順を示すフローチャートである。
【図２】ペーストの乾燥装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】乾燥装置への基材の固定方法を説明するための図である。
【図４】各電極拡散層の面内透気度、法線透気度、及びペースの分布イメージを示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０    ペースト乾燥装置
１１ａ  熱風入口
１１ｂ  熱風入口
１２ａ  熱風出口
１２ｂ  熱風出口
１３    支持板
１４    固定版
１５ａ  通路
１５ｂ  通路
２０    ワーク
３０    ネジ
【図１】
2009117146.tif 000003
【図２】
2009117146.tif 000004
【図３】
2009117146.tif 000005
【図４】
2009117146.tif 000006