(57)【要約】【課題】シリコーンを含むシール部材を備えるＭＥＡを用いて燃料電池を構成した場合に、電池性能の劣化を抑制することができる技術を提供する。【解決手段】膜電極接合体は、少なくとも電解質膜と触媒層とが積層された積層体と、積層体の内部に配置された水酸化アルミニウムを含む水酸化アルミニウム含有部と、積層体の少なくとも一部を覆うように配置されたシリコーンを含むシール部材と、を備えている。【選択図】図１
2009231094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体であって、
少なくとも電解質膜と触媒層とが積層された積層体と、
前記積層体の内部に配置された水酸化アルミニウムを含む水酸化アルミニウム含有部と、
前記積層体の少なくとも一部を覆うように配置されたシリコーンを含むシール部材と、
を備える膜電極接合体。
【請求項２】
請求項１に記載の膜電極接合体であって、
前記水酸化アルミニウム含有部は、前記積層体のうち前記シール部材によって覆われた被覆部に含まれる触媒層として構成されている、膜電極接合体。
【請求項３】
請求項１に記載の膜電極接合体であって、
前記水酸化アルミニウム含有部は、前記積層体のうち前記シール部材によって覆われた被覆部に含まれる電解質膜として構成されている、膜電極接合体。
【請求項４】
請求項１に記載の膜電極接合体であって、
前記水酸化アルミニウム含有部は、前記積層体のうち前記シール部材によって覆われた被覆部に含まれる電解質膜と触媒層とで挟まれて配置されている、膜電極接合体。
【請求項５】
膜電極接合体を製造するための方法であって、
（ａ）少なくとも電解質膜と触媒層とが積層され、水酸化アルミニウムを含む水酸化アルミニウム含有部が内部に配置された積層体を用意する工程と、
（ｂ）前記積層体の少なくとも一部をシリコーンを含むシール部材で覆って被覆部を形成する工程と、
を備える膜電極接合体製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の膜電極接合体製造方法において、
前記工程（ａ）は、
（ｃ）水酸化アルミニウムを含む第１の触媒用インクと水酸化アルミニウムを含まない第２の触媒用インクとを用意する工程と、
（ｄ）前記電解質膜のうち前記被覆部に含まれることとなる被覆対応部に、前記第１の触媒用インクを塗布することにより前記水酸化アルミニウム含有部を形成する工程と、
（ｅ）前記電解質膜のうち前記被覆対応部を除く他の部分に、前記第２の触媒用インクを塗布することにより前記触媒層を形成する工程と、
を有する、膜電極接合体製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の膜電極接合体製造方法において、
前記工程（ａ）は、
（ｆ）前記電解質膜として、前記被覆部に含まれることとなる被覆対応部において水酸化アルミニウムを含み、かつ、前記被覆対応部を除く他の部分において水酸化アルミニウムを含まない膜を製造する工程を有する、膜電極接合体製造方法。
【請求項８】
請求項５に記載の膜電極接合体製造方法であって、
前記工程（ａ）は、
（ｇ）前記被覆部に含まれることとなる電解質膜と触媒層とで挟まれる部分に水酸化アルミニウムを配置して前記水酸化アルミニウム含有部を形成する工程を有する、膜電極接合体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコーンを含むシール部を備える膜電極接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電解質膜を有する膜電極複合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）と、セパレータとを積層して積層方向に締結する、いわゆるスタック構造の燃料電池が開発されている。このような燃料電池として、セパレータとＭＥＡとの間から反応ガス（燃料ガスや酸化剤ガス）が漏出しないように、セパレータと当接するシール部材をＭＥＡの周囲部分に設けたものがある（下記特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１１４２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記シール部材として、シリコーンゴムを用いられることがある。しかしながら、このシリコーンゴムに含まれるシリコーンは、燃料電池の動作環境下において分解されてケイ素酸化物として電解質膜や触媒層（電極）中に存在し得る（Journal of Power Sources 127(2004)222ページ〜229ページ参照）。そうすると、このケイ素酸化物によって電解質膜及び触媒層におけるプロトンや水の移動が妨げられて、電池性能が劣化するおそれがある。
【０００５】
本発明は、シリコーンを含むシール部材を備えるＭＥＡを用いて燃料電池を構成した場合に、電池性能の劣化を抑制することができる技術を提供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］膜電極接合体であって、少なくとも電解質膜と触媒層とが積層された積層体と、前記積層体の内部に配置された水酸化アルミニウムを含む水酸化アルミニウム含有部と、前記積層体の少なくとも一部を覆うように配置されたシリコーンを含むシール部材と、を備える膜電極接合体。
【０００８】
このように、適用例１の膜電極接合体は、水酸化アルミニウム含有部を備えているので、シール部に含まれるシリコーンが分解して生成される生成物（ケイ素酸化物）をこの水酸化アルミニウム含有部によって吸着することができ、燃料電池を構成した際にこのケイ素酸化物による電池性能の劣化を抑制することができる。
【０００９】
［適用例２］適用例１に記載の膜電極接合体であって、前記水酸化アルミニウム含有部は、前記積層体のうち前記シール部材によって覆われた被覆部に含まれる触媒層として構成されている、膜電極接合体。
【００１０】
このようにすることで、膜電極接合体のうち、触媒によってシリコーンの分解が促進され易い部分において水酸化アルミニウム含有部を形成することができる。また、被覆部ではシリコーンの分解が起こり易いので、この被覆部内に水酸化アルミニウム含有部を設けることで、ケイ素酸化物の吸着を効率的に実行することができる。
【００１１】
［適用例３］適用例１に記載の膜電極接合体であって、前記水酸化アルミニウム含有部は、前記積層体のうち前記シール部材によって覆われた被覆部に含まれる電解質膜として構成されている、膜電極接合体。
【００１２】
このようにすることで、電解質膜において水酸化アルミニウム含有部を形成することができる。したがって、電解質膜におけるプロトンや水の移動がシリコーンの分解で生じたケイ素酸化物によって妨げられることを抑制することができる。また、被覆部はシリコーンの分解が起こり易いので、この被覆部内に水酸化アルミニウム含有部を設けることで、ケイ素酸化物の吸着を効率的に実行することができる。
【００１３】
［適用例４］適用例１に記載の膜電極接合体であって、前記水酸化アルミニウム含有部は、前記積層体のうち前記シール部材によって覆われた被覆部に含まれる電解質膜と触媒層とで挟まれて配置されている、膜電極接合体。
【００１４】
このようにすることで、シリコーンの分解が促進され易い触媒層に存在するケイ素酸化物と、プロトンや水等の移動が行われる電解質膜内に存在するケイ素酸化物と、をいずれも吸着することができる。また、被覆部ではシリコーンの分解が起こり易いので、この被覆部内に水酸化アルミニウム含有部を設けることで、ケイ素酸化物の吸着を効率的に実行することができる。
【００１５】
［適用例５］膜電極接合体を製造するための方法であって、（ａ）少なくとも電解質膜と触媒層とが積層され、水酸化アルミニウムを含む水酸化アルミニウム含有部が内部に配置された積層体を用意する工程と、（ｂ）前記積層体の少なくとも一部をシリコーンを含むシール部材で覆って被覆部を形成する工程と、を備える膜電極接合体製造方法。
【００１６】
適用例５の膜電極接合体製造方法では、水酸化アルミニウム含有部が内部に配置された積層体を用いているので、シール部に含まれるシリコーンが分解して生成される生成物（ケイ素酸化物）をこの水酸化アルミニウム含有部によって吸着することができ、燃料電池を構成した際にこのケイ素酸化物による電池性能の劣化を抑制することができる。
【００１７】
［適用例６］適用例５に記載の膜電極接合体製造方法において、前記工程（ａ）は、（ｃ）水酸化アルミニウムを含む第１の触媒用インクと水酸化アルミニウムを含まない第２の触媒用インクとを用意する工程と、（ｄ）前記電解質膜のうち前記被覆部に含まれることとなる被覆対応部に、前記第１の触媒用インクを塗布することにより前記水酸化アルミニウム含有部を形成する工程と、（ｅ）前記電解質膜のうち前記被覆対応部を除く他の部分に、前記第２の触媒用インクを塗布することにより前記触媒層を形成する工程と、を有する、膜電極接合体製造方法。
【００１８】
このようにすることで、２種類の触媒用インクを塗り分けることで水酸化アルミニウム含有部を形成することができ、比較的簡単に水酸化アルミニウム含有部を形成することができる。また、触媒によってシリコーンの分解が促進され易い触媒層の近くに水酸化アルミニウム含有部を形成することができるので、ケイ素酸化物の吸着を効率的に実行することができる。また、この製造方法によると、シリコーンの分解が起こり易い被覆部内に水酸化アルミニウム含有部を設けることができ、ケイ素酸化物の吸着を効率的に実行することができる。
【００１９】
［適用例７］適用例５に記載の膜電極接合体製造方法において、前記工程（ａ）は、（ｆ）前記電解質膜として、前記被覆部に含まれることとなる被覆対応部において水酸化アルミニウムを含み、かつ、前記被覆対応部を除く他の部分において水酸化アルミニウムを含まない膜を製造する工程を有する、膜電極接合体製造方法。
【００２０】
このようにすることで、電解質膜の一部として水酸化アルミニウム含有部を形成することができる。したがって、電解質膜におけるプロトンや水の移動がシリコーンの分解で生じたケイ素酸化物によって妨げられることを抑制することができる。また、この製造方法によると、シリコーンの分解が起こり易い被覆部内に水酸化アルミニウム含有部を設けることができ、ケイ素酸化物の吸着を効率的に実行することができる。
【００２１】
［適用例８］適用例５に記載の膜電極接合体製造方法であって、前記工程（ａ）は、（ｇ）前記被覆部に含まれることとなる電解質膜と触媒層とで挟まれる部分に水酸化アルミニウムを配置して前記水酸化アルミニウム含有部を形成する工程を有する、膜電極接合体製造方法。
【００２２】
このようにすることで、シリコーンの分解が促進され易い触媒層に存在するケイ素酸化物と、プロトンや水等の移動が行われる電解質膜内に存在するケイ素酸化物とをいずれも吸着することができる。また、この製造方法によると、シリコーンの分解が起こり易い被覆部内に水酸化アルミニウム含有部を設けることができ、ケイ素酸化物の吸着を効率的に実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１の実施例：
Ｂ．第２の実施例：
Ｃ．第３の実施例：
Ｄ．変形例：
【００２４】
Ａ．第１の実施例：
図１は、本発明の一実施例としての膜電極接合体を適用した燃料電池の構成を示す断面図である。この燃料電池１０００は、シール一体型ＭＥＡ１００と、セパレータと、が交互に積層された構成を有している。セパレータは、アノード側プレート２２とカソード側プレート２３とを張り合わせた２層構造を有している。なお、図示の便宜上、シール一体型ＭＥＡ１００と上下において接する２つのセパレータのうち、上側のセパレータのアノード側プレート２２と、下側のセパレータのカソード側プレート２３と、を示している。
【００２５】
シール一体型ＭＥＡ１００は、ガス拡散層も含んで一体化されたいわゆるＭＥＧＡ（Membrane-Electrode-Gas diffusion layer Assembly：膜−電極−拡散層アッセンブリ）として構成されている。具体的には、シール一体型ＭＥＡ１００は、電解質膜１０と、電解質膜１０のアノード側表面に形成されたアノード側触媒層２０ａと、このアノード側触媒層２０ａ上に形成されたアノード側ガス拡散層２１ａと、電解質膜１０のカソード側表面に形成されたカソード側触媒層２０ｃと、このカソード側触媒層２０ｃ上に形成されたガス拡散層２１ｃと、シール部４０と、を備えている。電解質膜１０としては、例えば、フッ素樹脂系イオン交換膜であるNafion（登録商標）やFlemion（登録商標）やAciplex（登録商標）等を用いることができる。
【００２６】
シール部４０は、電解質膜１０と２つの触媒層２０ａ，２０ｃと２つのガス拡散層２１ａ，２１ｃとが積層されてなる積層体１１０の周囲部分を覆うように形成されている。シール部４０は、突起部４２を備えており、この突起部４２においてアノード側プレート２２及びカソード側プレート２３と当接してシール一体型ＭＥＡ１００における気密性を確保している。なお、シール部４０は、シリコーンゴムで構成されている。
【００２７】
シール一体型ＭＥＡ１００とアノード側プレート２２とカソード側プレート２３とには、それぞれ、同じ位置に積層方向に貫通する貫通孔が形成されている。そして、燃料電池１０００では、これらの貫通孔によって反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）の供給用マニホールド及び排出用マニホールドが構成されている。具体的には、シール一体型ＭＥＡ１００（シール部４０）は、貫通孔である酸化剤ガス供給マニホールド形成部１００ｙを備えている。また、アノード側プレート２２は酸化剤ガス供給マニホールド形成部２２ｙを、カソード側プレート２３は酸化剤ガス供給マニホールド形成部２３ｙを、それぞれ備えている。そして、これら各マニホールド形成部１００ｙ，２２ｙ，２３ｙによって、酸化剤ガス供給マニホールド１５０が形成されている。同様にして、反対側には、酸化剤ガス排出マニホールド１５２が形成されている。なお、図１の例では、酸化剤ガスの供給及び排出用のマニホールド１５０，１５２が形成されている部分での燃料電池１０００の断面を示しているが、図示せざる部分において、燃料ガスの供給用マニホールド及び排出用マニホールドが形成されている。
【００２８】
カソード側プレート２３の内部には、中空の酸化剤ガス供給流路２３ａが形成されている。この酸化剤ガス供給流路２３ａの一端は酸化剤ガス供給マニホールド１５０と連通しており、他端はカソード側プレート２３とシール一体型ＭＥＡ１００との間に形成された空間ＡＲｃと連通している。また、カソード側プレート２３の内部には、中空の酸化剤ガス排出流路２３ｂが形成されている。この酸化剤ガス排出流路２３ｂの一端は前述の空間ＡＲｃと連通し、他端は酸化剤ガス排出マニホールド１５２と連通している。このような構成の下、酸化剤ガス供給マニホールド１５０から供給される酸化剤ガスは、カソード側プレート２３において酸化剤ガス供給流路２３ａに流入し、空間ＡＲｃへと送られる。空間ＡＲｃに流入された酸化剤ガスは、ガス拡散層２１ｃにおいて拡散されて電気化学反応に用いられる。そして、電気化学反応に用いられなかった酸化剤ガス（オフガス）は、酸化剤ガス排出流路２３ｂを通って酸化剤ガス排出マニホールド１５２へと排出される。なお、アノード側プレート２２の内部においても燃料ガスの供給流路及び排出流路（図示省略）が形成されており、アノード側プレート２２とシール一体型ＭＥＡ１００との間に形成された空間ＡＲａに燃料ガスが供給される。
【００２９】
ここで、アノード側触媒層２０ａは、水酸化アルミニウムを含む部分（以下、「水酸化アルミニウム含有部」と呼ぶ）５１ａと、水酸化アルミニウムを含まない部分（以下、「水酸化アルミニウム非含有部」と呼ぶ）５２ａとからなる。同様に、カソード側触媒層２０ｃは、水酸化アルミニウム含有部５１ｃと、水酸化アルミニウム非含有部５２ｃとからなる。２つの水酸化アルミニウム含有部５１ａ，５１ｃは、積層体１１０のうち、シール部分４０で覆われた部分（以下、「被覆部」と呼ぶ）１０５の内部に配置されている。一方、水酸化アルミニウム非含有部５２ａ，５２ｃは、積層体１１０のうち、シール部４０で覆われていない部分の内部に配置されている。
【００３０】
水酸化アルミニウムは、ケイ素酸化物を吸着する性質を有する。そこで、燃料電池１０００では、シール部４０が分解して生成されたケイ素酸化物を、水酸化アルミニウム含有部５１ａ，５１ｃに含まれる水酸化アルミニウムによって吸着するようにして、燃料電池１０００の電池性能の劣化を抑制するようにしている。
【００３１】
図２は、図１に示すシール一体型ＭＥＡ１００の製造方法の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０５では、水酸化アルミニウムを含む触媒用インク（第１触媒用インク）と、水酸化アルミニウムを含まない触媒用インク（第２触媒用インク）とを用意する。）
【００３２】
図３は、ステップＳ１０５で用意される第１触媒用インクの組成と第２触媒用インクの組成例とを示す説明図である。第１触媒用インクとしては、例えば、白金担持カーボン（白金担持５０Ｗｔ％）が４．２Ｗｔ％であり、水酸化アルミニウムが４．２Ｗｔ％，電解質（例えば、Nafion（登録商標）２０％溶液）が２０．７Ｗｔ％，水が２９．２Ｗｔ％，エタノールが４１．７Ｗｔ％の混合溶液を用いることができる。第２触媒用インクとしては、例えば、白金担持カーボンが４．４Ｗｔ％，電解質が２１．７Ｗｔ％，水が３０．４Ｗｔ％，エタノールが４３．５Ｗｔ％の混合溶液を用いることができる。
【００３３】
ステップＳ１１０（図２）では、第１触媒用インクを被膜対応部に塗布する。ここで、被覆対応部とは、電解質膜１０（図１）のうち被覆部１０５に含まれる部分をいう。
【００３４】
図４（Ａ）は、ステップＳ１１０の後の電解質膜１０を示す説明図である。また、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す説明図である。上述したように、シール部４０は、積層体１１０の周囲部分を覆うように形成される。したがって、被覆対応部１１は積層体１１０の周囲部分に位置することとなる。そこで、電解質膜１０のうち中央部分（被覆対応部１１を除くその他の部分）をマスクして第１触媒用インクをスプレー塗布することで、被覆対応部１１に第１触媒用インクを塗布することができる。この塗布された第１触媒用インクには水酸化アルミニウムが含まれていることから、被覆対応部１１において水酸化アルミニウム含有部５１ａ，５１ｃが形成されることとなる。図４（Ａ），（Ｂ）の例では、被覆対応部１１において、アノード側（表側）に水酸化アルミニウム含有部５１ａが形成され、カソード側（裏側）に水酸化アルミニウム含有部５１ｃが形成されている。なお、上述した電解質膜１０の中央部をマスクする部材としては、例えば、テフロン（登録商標）シートなどを用いることができる。
【００３５】
ステップＳ１１５（図２）では、第２触媒用インクを電解質膜１０のうち被覆対応部１１を除く他の部分に塗布する。
【００３６】
図５（Ａ）は、ステップＳ１１５の後の電解質膜１０を示す説明図である。また、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す説明図である。前述のステップＳ１１０では、被覆対応部１１において水酸化アルミニウム含有部５１ａ，５１ｃが形成される。そして、ステップＳ１１５では、電解質膜１０のうち被覆対応部１１を除く部分、すなわち、電解質膜１０の中央部分に第２触媒用インクを塗布する。具体的には、例えば、テフロン（登録商標）シートを用いて水酸化アルミニウム含有部５１ａ，５１ｃをマスクした上で、第２触媒用インクをスプレー塗布する。この塗布された第２触媒用インクには水酸化アルミニウムが含まれていないことから、電解質膜１０の中央部分において水酸化アルミニウム非含有部５２ａ，５２ｃが形成されることとなる。図５（Ａ），（Ｂ）の例では、電解質膜１０の中央部分において、アノード側（表側）に水酸化アルミニウム非含有部５２ａが形成され、カソード側（裏側）に水酸化アルミニウム非含有部５２ｃが形成されている。このようにして、電解質膜１０のアノード側表面にアノード側触媒層２０ａ（図１）が形成され、カソード側表面にカソード側触媒層２０ｃが形成される。
【００３７】
ステップＳ１２０（図２）では、ステップＳ１１５において形成されたアノード側触媒層２０ａの上にアノード側ガス拡散層２１ａを形成し、カソード側触媒層２０ｃの上にガス拡散層２１ｃを形成してホットプレスして積層体１１０を形成する。なお、２つのガス拡散層２１ａ，２１ｃとしては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロスなどを用いることができる。ステップＳ１２５では、ステップＳ１２０で形成された積層体１１０の周囲部分にシール部４０を形成する。具体的には、例えば、金型（モールド）を積層体１１０の周囲部に配置してこの金型にシリコーンゴムを注入して形成することができる。
【００３８】
以上の製造処理によって製造されたシール一体型ＭＥＡ１００において、シール部４０を構成するシリコーンは、燃料電池１０００の動作環境下において酸素と結びついてケイ素酸化物に分解される。この化学変化は、２つの触媒層２０ａ，２０ｃが有する白金が触媒として働いて促進される。それゆえ、２つの触媒層２０ａ，２０ｃ及び電解質膜１０の内部、特に被覆部１０５に含まれる部分においてケイ素酸化物が生成され易い。そして、この生成されたケイ素酸化物が水酸化アルミニウム非含有部５２ａ，５２ｃに移動して堆積すると、ケイ素酸化物によってプロトンや水の移動が妨げられて電池性能が劣化するおそれがある。しかしながら、上述したように、シール一体型ＭＥＡ１００は、アノード側触媒層２０ａにおいて水酸化アルミニウム含有部５１ａを備え、カソード側触媒層２０ｃにおいて水酸化アルミニウム含有部５１ｃを備えている。したがって、ケイ素酸化物は、これら水酸化アルミニウム含有部５１ａ，５１ｃに含まれる水酸化アルミニウムに吸着され、水酸化アルミニウム非含有部５２ａ，５２ｃへの移動が抑制される。それゆえ、シール一体型ＭＥＡ１００では、プロトンや水の移動が妨げられず電池性能の劣化が抑制される。
【００３９】
Ｂ．第２の実施例：
図６は、第２の実施例における膜電極接合体を適用した燃料電池の構成を示す説明図である。なお、図６の例では、酸化ガス供給ルートの近傍を拡大して示している。第２の実施例における燃料電池１０００ａは、水酸化アルミニウム含有部が電解質膜の一部として構成されている点において燃料電池１０００（図１）と異なり、他の構成は第１の実施例と同じである。
【００４０】
具体的には、電解質膜１０ａは、被覆部１０５に含まれる部分（被覆対応部）において水酸化アルミニウムを含む部分（水酸化アルミニウム含有部）１０ｙが形成され、その他部分は、水酸化アルミニウムを含まない部分（水酸化アルミニウム非含有部）１０ｘとして形成されている。なお、シール一体型ＭＥＡ１００ａにおいて、２つの触媒層２０ａ，２０ｂには、第１の実施例とは異なり、水酸化アルミニウム含有部は形成されていない。
【００４１】
図７は、図６に示すシール一体型ＭＥＡ１００ａの製造手順を示すフローチャートである。ステップＳ２０５では、電解質膜１０ａとして、被覆対応部に水酸化アルミニウムを含む膜を製作する。なお、このステップＳ２０５の詳細手順としては、例えば、以下のような手順が考えられる。
【００４２】
図８は、図７に示すステップＳ２０５の詳細手順を模式的に示す説明図である。まず、スピンコーター４００の有する回転皿３１０の周囲部分（被覆対応部に対応する部分）に水酸化アルミニウム粉末２００を配置する。次に、スピンコーター４００を駆動して回転皿３１０を回転させながら、電解質溶液（例えば、Nafion（登録商標）２０％溶液）３００を滴下していく。そうすると、回転皿３１０において電解質の膜２１０が形成されて水酸化アルミニウム粉末２００がコーティングされる。その後、滴下した電解質溶液中の溶媒が蒸発して、被覆対応部において水酸化アルミニウム含有部１０ｙが形成され、また、その他の部分において水酸化アルミニウム非含有部１０ｘが形成されて電解質膜１０ａが完成する。
【００４３】
ステップＳ２１０（図７）では、ステップＳ２０５で製作した電解質膜１０ａ上に触媒層を形成する。具体的には、例えば、第１の実施例で用いた第２触媒用インク（図３）を、電解質膜１０ａの両面（アノード面及びカソード面）にスプレー塗布して触媒層を形成することができる。続くステップＳ１２０及びＳ１２５は、上述した第１の実施例における手順（図２参照）と同じであるので説明を省略する。
【００４４】
以上説明したように、第２の実施例におけるシール一体型ＭＥＡ１００ａは、電解質膜１０において水酸化アルミニウム含有部１０ｙを備えているので、第１の実施例におけるシール一体型ＭＥＡ１００と同様な効果を奏する。
【００４５】
Ｃ．第３の実施例：
図９は、第３の実施例における膜電極接合体を適用した燃料電池の構成を示す説明図である。なお、図９の例では、酸化ガス供給ルートの近傍を拡大して示している。第３の実施例における燃料電池１０００ｂは、水酸化アルミニウム含有部が電解質膜１０とアノード側触媒層２０ａとの間、及び電解質膜１０とカソード側触媒層２０ｃとの間に配置されている点において燃料電池１０００（図１）と異なり、他の構成は第１の実施例と同じである。
【００４６】
具体的には、被覆部１０５において、電解質膜１０とアノード側触媒層２０ａとの間に、水酸化アルミニウム含有部３０ａが配置されている。また、電解質膜１０とカソード側触媒層２０ｃとの間に水酸化アルミニウム含有部３０ｃが配置されている。なお、シール一体型ＭＥＡ１００ａにおいて、２つの触媒層２０ａ，２０ｂには、前述の第１の実施例とは異なり、水酸化アルミニウム含有部は形成されていない。また、前述の第２の実施例とは異なり、電解質膜１０の被覆対応部において水酸化アルミニウム含有部は形成されていない。
【００４７】
図１０は、図９に示すシール一体型ＭＥＡ１００ｂの製造手順を示すフローチャートである。ステップＳ３０５では、電解質膜１０の被覆対応部に水酸化アルミニウム膜を形成する。なお、このステップＳ３０５の詳細手順としては、例えば、以下のような手順が考えられる。
【００４８】
図１１は、図１０に示すステップＳ３０５の詳細手順を模式的に示す説明図である。まず、電解質膜１０のアノード側の中央部分（被覆対応部１１を除くその他の部分）をマスク部材５００によってマスクして、水酸化アルミニウムを蒸着する。その後、マスク部材５００をとりはずすと、被覆対応部１１に水酸化アルミニウム膜（水酸化アルミニウム含有部３０ａ）が形成される。同様にして、カソード側についても水酸化アルミニウム含有部３０ｃ（図９）を形成することができる。なお、マスク部材５００としては、例えば、テフロン（登録商標）シートを用いることができる。
【００４９】
ステップＳ３０５（図１０）が終了すると、上述したステップＳ２１０，Ｓ１２０，Ｓ１２５の各処理がこの順番で実行され、シール一体型ＭＥＡ１００ｂが完成する。
【００５０】
以上説明したように、第３の実施例におけるシール一体型ＭＥＡ１００ｂは、水酸化アルミニウム含有部３０ａ，３０ｃを備えているので、第１の実施例におけるシール一体型ＭＥＡ１００と同様な効果を奏する。
【００５１】
Ｄ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５２】
Ｄ１．変形例１：
上述した各実施例では、水酸化アルミニウム含有部は、２つの触媒層２０ａ，２０ｂの内部、又は電解質膜１０ａの内部、又は触媒層と電解質膜との間に配置されていたが、これらに限らず、積層体１１０内部の他の部分に配置することもできる。例えば、アノード側ガス拡散層２１ａにおいて触媒層２０ａと接する面（境界面）に配置することもできる。また、カソード側についても同様に構成することができる。かかる構成は、例えば、ガス拡散層２１ａにおいて、触媒層２０ａと接する面に水酸化アルミニウムを蒸着させて実現することができる。このような構成においても、２つの触媒層２０ａ，２０ｃにおいて生成されたケイ素酸化物がこのガス拡散層２１ａ，２１ｃの表面に形成された水酸化アルミニウム含有部において吸着され、電池性能の劣化を抑制することができる。以上の実施例及び変形例からも理解できるように、水酸化アルミニウム含有部が積層体１１０の内部に配置された任意の構成を、本発明の膜電極接合体において採用することができる。
【００５３】
Ｄ２．変形例２：
上述した各実施例では、シール一体型ＭＥＡ１００，１００ａ，１００ｂは、いわゆるＭＥＧＡ（膜−電極−拡散層アッセンブリ）として構成されていたが、これに代えて、ガス拡散層を別の部材とした、いわゆる膜−電極アッセンブリとして構成することもできる。この場合であっても、ＭＥＡを構成する電解質膜の内部、又はＭＥＡを構成する触媒層の内部、又はこれら電解質膜と触媒層との間に水酸化アルミニウム含有部を配置することで、上述した各実施例と同様な効果を奏することができる。
【００５４】
Ｄ３．変形例３：
上述した第２の実施例では、ステップＳ２０５において被膜対応部に水酸化アルミニウムを含む膜を製作するためにスピンコーター４００（図８）を用いていたが、スピンコーター４００を用いずに製作することもできる。具体的には、例えば、シャーレ等の容器の縁部分（被膜対応部に対応する部分）に水酸化アルミニウム粉末２００を配置し、その後容器全体にわたって電解質溶液を滴下する。この場合であっても、滴下した溶媒が蒸発すると、容器の縁部分において水酸化アルミニウム含有部１０ｙが形成され、また、その他の部分において水酸化アルミニウム非含有部１０ｘが形成されることとなる。
【００５５】
Ｄ４．変形例４：
上述した各実施例では、水酸化アルミニウム含有部５１ａ，５１ｃ，１０ｙ，３０ａ，３０ｃは、触媒層や電解質膜などにおいて、被覆部１０５の水平方向の全面にわたって形成されていたが、これに代えて、被覆部１０５の水平方向の一部にのみ形成することもできる。例えば、第１の実施例では、被覆部１０５に含まれる触媒層のうち、外側寄りの半分の領域に水酸化アルミニウム含有部５１ａ，５１ｃを形成し、内側寄りの半分の領域には水酸化アルミニウム非含有部５２ａ，５２ｃを形成することもできる。
【００５６】
Ｄ５．変形例５：
上述した第１の実施例では、水酸化アルミニウム含有部５１ａ，５１ｃの基となる第１触媒様インクは、白金担持カーボンを含む組成であったが、これに代えて、白金担持カーボンを全く含まない組成のインクを用いることもできる。このような構成とすることで、比較的高価な白金を含む白金担持カーボンを用いずに済み、燃料電池１０００の製造コストを比較的低廉に抑えることができる。また、被覆部１０５において触媒がなくなるので、シリコーンの分解を抑制することができる。
【００５７】
Ｄ６．変形例６：
上述した各実施例をそれぞれ独立して実施することに代えて、各実施例を組み合わせて実施することもできる。例えば、触媒層の一部を水酸化アルミニウム含有部として構成する（第１の実施例に相当）と共に、電解質膜の被覆対応部を水酸化アルミニウム含有部として形成する（第２の実施例に相当）こともできる。さらに、この構成において、触媒層と電解質膜との間に水酸化アルミニウム含有部を形成する（第３の実施例に相当）こともできる。
【００５８】
Ｄ７．変形例７：
上述した各実施例では、セパレータは、アノード側プレート２２とカソード側プレート２３との２層構造であるものとしたが、これに代えて任意の数のプレートからなる構成とすることもできる。例えば、アノード側プレート２２とカソード側プレート２３とを中間プレートで挟持した３層構造とすることもできる。
【００５９】
Ｄ８．変形例８：
上述した各実施例では、燃料電池１０００，１０００ａ，１０００ｂ，１０００ｃは、シール一体型ＭＥＡとセパレータとが複数積層して構成されていたが、これに代えて、１つのシール一体型ＭＥＡと、このシール一体型ＭＥＡを挟んで配置された２つのセパレータとからなるいわゆる単セルとして構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施例としての膜電極接合体を適用した燃料電池の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すシール一体型ＭＥＡ１００の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】ステップＳ１０５で用意される第１触媒用インクの組成例と第２触媒用インクの組成例とを示す説明図である。
【図４】ステップＳ１１０の後の電解質膜１０を示す説明図及び図４（Ａ）のＡ−Ａ断面を示す説明図である。
【図５】ステップＳ１１５の後の電解質膜１０を示す説明図及び図５（Ａ）のＡ−Ａ断面を示す説明図である。
【図６】第２の実施例における膜電極接合体を適用した燃料電池の構成を示す説明図である。
【図７】図６に示すシール一体型ＭＥＡ１００ａの製造手順を示すフローチャートである。
【図８】図７に示すステップＳ２０５の詳細手順を模式的に示す説明図である。
【図９】第３の実施例における膜電極接合体を適用した燃料電池の構成を示す説明図である。
【図１０】図９に示すシール一体型ＭＥＡ１００ｂの製造手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１０に示すステップＳ３０５の詳細手順を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０，１０ａ...電解質膜
１０ｘ...水酸化アルミニウム非含有部
１０ｙ...水酸化アルミニウム含有部
１１...被覆対応部
２０ａ...アノード側触媒層
２０ｃ...カソード側触媒層
２１ａ...アノード側ガス拡散層
２１ｃ...カソードガス拡散層
２２...アノード側プレート
２２ｙ...酸化剤ガス供給マニホールド形成部
２３...カソード側プレート
２３ａ...酸化剤ガス供給流路
２３ｂ...酸化剤ガス排出流路
２３ｙ...酸化剤ガス供給マニホールド形成部
３０ａ，３０ｃ...水酸化アルミニウム含有部
４０...シール部
４２...突起部
５１ａ，５１ｃ...水酸化アルミニウム含有部
５２ａ，５２ｃ...水酸化アルミニウム非含有部
１００ｙ...酸化剤ガス供給マニホールド形成部
１０５...被覆部
１１０...積層体
１５０...酸化剤ガス供給マニホールド
１５２...酸化剤ガス排出マニホールド
２００...水酸化アルミニウム粉末
２１０...膜
３１０...回転皿
４００...スピンコーター
５００...マスク部材
１０００，１０００ａ，１０００ｂ...燃料電池
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ...シール一体型ＭＥＡ
ＡＲａ，ＡＲｃ...空間
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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