(57)【要約】【課題】本発明は、簡便な方法で触媒電極層の破損を修復することができる燃料電池セルの修復方法を提供することを主目的とする。【解決手段】本発明は、固体高分子電解質膜と、上記固体高分子電解質膜の外側表面に形成され、少なくとも一方が破損部位を有する一対の触媒電極層と、上記一対の触媒電極層の外側表面に形成された一対のガス拡散層と、上記一対のガス拡散層の外側表面に形成された一対のセパレータとを有する破損燃料電池セルを修復する燃料電池セルの修復方法であって、上記触媒電極層に対して溶解材を供給し上記触媒電極層の樹脂成分を溶解させることにより、上記破損部位を修復する溶解修復工程を有することを特徴とする燃料電池セルの修復方法を提供することにより、上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の外側表面に形成され、少なくとも一方が破損部位を有する一対の触媒電極層と、前記一対の触媒電極層の外側表面に形成された一対のガス拡散層と、前記一対のガス拡散層の外側表面に形成された一対のセパレータとを有する破損燃料電池セルを修復する燃料電池セルの修復方法であって、
前記触媒電極層に対して溶解材を供給し前記触媒電極層の樹脂成分を溶解させることにより、前記破損部位を修復する溶解修復工程を有することを特徴とする燃料電池セルの修復方法。
【請求項２】
前記溶解修復工程の際に、前記セパレータの表面に形成されたガス流路を通じて前記溶解材を供給することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セルの修復方法。
【請求項３】
前記溶解材を、溶液状態またはガス状態で供給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池セルの修復方法。
【請求項４】
前記溶解修復工程の際に、前記破損燃料電池セルを加圧することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の燃料電池セルの修復方法。
【請求項５】
前記溶解修復工程の際に、前記破損燃料電池セルを加熱することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の燃料電池セルの修復方法。
【請求項６】
前記溶解材が、溶解成分としてジメチルスルホキシドを含有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載の燃料電池セルの修復方法。
【請求項７】
前記溶解修復工程の後に、前記触媒電極層に含まれる前記溶解材を乾燥により除去する乾燥工程を有することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかの請求項に記載の燃料電池セルの修復方法。
【請求項８】
破損部位を有する固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の外側表面に形成された一対の触媒電極層と、前記一対の触媒電極層の外側表面に形成された一対のガス拡散層と、前記一対のガス拡散層の外側表面に形成されたセパレータとを有する破損燃料電池セルを修復する燃料電池セルの修復方法であって、
前記固体高分子電解質膜に対して溶解材を供給し前記固体高分子電解質膜の樹脂成分を溶解させることにより、前記破損部位を修復する溶解修復工程を有することを特徴とする燃料電池セルの修復方法。
【請求項９】
固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の外側表面に形成され、少なくとも一方が破損部位を有する一対の触媒電極層と、前記一対の触媒電極層の外側表面に形成された一対のガス拡散層と、前記一対のガス拡散層の外側表面に形成された一対のセパレータとを有する破損燃料電池セルを再生する再生燃料電池セルの製造方法であって、
前記触媒電極層に対して溶解材を供給し前記触媒電極層の樹脂成分を溶解させることにより、前記破損部位を修復する溶解修復工程を有することを特徴とする再生燃料電池セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡便な方法で触媒電極層の破損を修復することができる燃料電池セルの修復方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質型燃料電池の最小発電単位である単位セル（燃料電池セル）は、一般に、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の外側表面に形成された一対の触媒電極層（アノード側触媒電極層およびカソード側触媒電極層）と、その触媒電極層の外側表面に形成された一対のガス拡散層（アノード側ガス拡散層およびカソード側ガス拡散層）と、そのガス拡散層の外側表面に形成された一対のセパレータ（アノード側セパレータおよびカソード側セパレータ）と、を有するものである。このような燃料電池セルを長期に使用すると、固体高分子電解質膜等が劣化する場合がある。そこで、従来から燃料電池セルを解体することなく、燃料電池セルの性能を回復させる技術が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１においては、ゾル−ゲル相転移温度を有するゲル電解質から成る電解質膜の両面に電極触媒層及びガス拡散層を配置した膜電極接合体、並びに、該膜電極接合体の両面に配設されたガス導入路およびセパレータを有する燃料電池セルを複数組積層して成る燃料電池スタックと、上記燃料電池セル又はスタックの温度を調整する温度調整手段とを備えたことを特徴とする燃料電池システムが開示されている。
【０００４】
この技術は、例えば電解質膜にピンホールが発生した場合に、電解質膜をゾル−ゲル相転移温度以上に加熱することによりゲル化し、ピンホールを消滅させるものである。しかしながら、この技術は、電解質膜をゾル−ゲル相転移温度以上に加熱する必要があり、具体的には、特許文献１の実施例１においてセル温度を１８０℃まで加熱している。その結果、加熱により電解質膜のピンホールを消滅させることはできても、燃料電池セルを構成する他の部材の変形や劣化を起こす可能性がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０４８５４０号公報
【特許文献２】特開２００５−２７６７１１号公報
【特許文献３】特開２００５−２８５６６５号公報
【特許文献４】特開２００５−０２６１５０号公報
【特許文献５】特開２００４−３５５９５９号公報
【特許文献６】特開２００５−３２７５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の燃料電池セルの修復方法は、主に固体高分子電解質膜を対象とするものであった。しかしながら、例えば氷点下環境において、燃料電池セルに繰り返し温度変化（高温／氷点下）が起こると、触媒電極層に破損が生じる場合がある。これは、固体高分子電解質膜の寸法変化に伴い触媒電極層に応力が加わったり、氷点下環境で氷晶が生じたりするためであると考えられる。このような触媒電極層の破損については、何ら対策が取られていないのが実情であった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、簡便な方法で触媒電極層の破損を修復することができる燃料電池セルの修復方法を提供することを主目的とする。
【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、本発明においては、固体高分子電解質膜と、上記固体高分子電解質膜の外側表面に形成され、少なくとも一方が破損部位を有する一対の触媒電極層と、上記一対の触媒電極層の外側表面に形成された一対のガス拡散層と、上記一対のガス拡散層の外側表面に形成された一対のセパレータとを有する破損燃料電池セルを修復する燃料電池セルの修復方法であって、上記触媒電極層に対して溶解材を供給し上記触媒電極層の樹脂成分を溶解させることにより、上記破損部位を修復する溶解修復工程を有することを特徴とする燃料電池セルの修復方法を提供する。
【０００９】
本発明によれば、触媒電極層の樹脂成分を溶解させることにより、触媒電極層の破損部位を簡便に修復することができる。さらに、溶解材を、例えばセパレータの表面に形成されたガス流路を通じて供給することができ、修復の際に燃料電池セルを解体する必要が無いという利点を有する。また、本発明によれば、原則的に加熱を必要としないため、燃料電池セルの構成部材が変形や劣化することを防止することができる。
【００１０】
上記発明においては、上記溶解修復工程の際に、上記セパレータの表面に形成されたガス流路を通じて上記溶解材を供給することが好ましい。ガス流路の入口または出口から溶解材を注入することにより、触媒電極層に対して容易に溶解材を供給できるからである。
【００１１】
上記発明においては、上記溶解材を、溶液状態またはガス状態で供給することが好ましい。効率良く破損部位を修復できるからである。
【００１２】
上記発明においては、上記溶解修復工程の際に、上記破損燃料電池セルを加圧することが好ましい。加圧することで、溶解した樹脂成分が互いに接触しやすくなり、破損部位を修復しやすくなるからである。
【００１３】
上記発明においては、上記溶解修復工程の際に、上記破損燃料電池セルを加熱することが好ましい。破損燃料電池セルを加熱することで、溶解材が樹脂成分を溶解しやすくなり、破損部位を修復しやすくなるからである。
【００１４】
上記発明においては、上記溶解材が、溶解成分としてジメチルスルホキシドを含有することが好ましい。樹脂成分に対する溶解性に優れているからである。
【００１５】
上記発明においては、上記溶解修復工程の後に、上記触媒電極層に含まれる上記溶解材を乾燥により除去する乾燥工程を有することが好ましい。溶解材が触媒電極層を過度に溶解することを抑制することができるからである。
【００１６】
また、本発明においては、破損部位を有する固体高分子電解質膜と、上記固体高分子電解質膜の外側表面に形成された一対の触媒電極層と、上記一対の触媒電極層の外側表面に形成された一対のガス拡散層と、上記一対のガス拡散層の外側表面に形成されたセパレータとを有する破損燃料電池セルを修復する燃料電池セルの修復方法であって、上記固体高分子電解質膜に対して溶解材を供給し上記固体高分子電解質膜の樹脂成分を溶解させることにより、上記破損部位を修復する溶解修復工程を有することを特徴とする燃料電池セルの修復方法を提供する。
【００１７】
本発明によれば、固体高分子電解質膜の樹脂成分を溶解させることにより、固体高分子電解質膜の破損部位を簡便に修復することができる。
【００１８】
また、本発明においては、固体高分子電解質膜と、上記固体高分子電解質膜の外側表面に形成され、少なくとも一方が破損部位を有する一対の触媒電極層と、上記一対の触媒電極層の外側表面に形成された一対のガス拡散層と、上記一対のガス拡散層の外側表面に形成された一対のセパレータとを有する破損燃料電池セルを再生する再生燃料電池セルの製造方法であって、上記触媒電極層に対して溶解材を供給し上記触媒電極層の樹脂成分を溶解させることにより、上記破損部位を修復する溶解修復工程を有することを特徴とする再生燃料電池セルの製造方法を提供する。
【００１９】
本発明によれば、触媒電極層の樹脂成分を溶解させることにより、触媒電極層の破損部位を修復することができ、容易に再生燃料電池セルを得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、燃料電池セルを解体する必要が無く、過度に加熱する必要も無く、簡便な方法で触媒電極層の破損を修復することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の燃料電池セルの修復方法および再生燃料電池セルの製造方法について、以下詳細に説明する。
【００２２】
Ａ．燃料電池セルの修復方法
まず、本発明の燃料電池セルの修復方法について説明する。本発明の燃料電池セルの修復方法は、固体高分子電解質膜と、上記固体高分子電解質膜の外側表面に形成され、少なくとも一方が破損部位を有する一対の触媒電極層と、上記一対の触媒電極層の外側表面に形成された一対のガス拡散層と、上記一対のガス拡散層の外側表面に形成された一対のセパレータとを有する破損燃料電池セルを修復する燃料電池セルの修復方法であって、上記触媒電極層に対して溶解材を供給し上記触媒電極層の樹脂成分を溶解させることにより、上記破損部位を修復する溶解修復工程を有することを特徴とするものである。
【００２３】
本発明によれば、触媒電極層の樹脂成分を溶解させることにより、触媒電極層の破損部位を簡便に修復することができる。さらに、溶解材を、例えばセパレータの表面に形成されたガス流路を通じて供給することができ、修復の際に燃料電池セルを解体する必要が無いという利点を有する。また、本発明によれば、原則的に加熱を必要としないため、燃料電池セルの構成部材が変形や劣化することを防止することができる。なお、後述するように、修復の際に、燃料電池セルが発電時に達する温度以下の温度で加熱する場合には、燃料電池セルの構成部材が変形や劣化することを防止しつつ、溶解材が樹脂成分を溶解しやすい状態となり、破損部位を修復しやすくなるという利点を有する。
【００２４】
図１は、本発明の燃料電池セルの修復方法の一例を説明する概略断面図である。図１（ａ）に示されるように、本発明に用いられる破損燃料電池セル１０は、固体高分子電解質膜１と、固体高分子電解質膜１の一方の表面上に形成されたアノード側触媒電極層２ａ（ここでは破損部位３が形成されているものとする）と、固体高分子電解質膜１の他方の表面上に形成されたカソード側触媒電極層２ｂと、アノード側触媒電極層２ａの表面上に形成されたアノード側ガス拡散層４ａと、カソード側触媒電極層２ｂの表面上に形成されたカソード側ガス拡散層４ｂと、アノード側ガス拡散層４ａの表面上に形成されたアノード側セパレータ５ａと、カソード側ガス拡散層４ｂの表面上に形成されたカソード側セパレータ５ｂと、を有する。次に、図１（ｂ）に示されるように、アノード側触媒電極層２ａの樹脂成分を溶解させる溶解材６（例えば、ジメチルスルホキシド水溶液）を、アノード側セパレータ５ａの表面に形成されたガス流路より供給する。これにより、アノード側触媒電極層２ａの破損部位３の表面の樹脂成分が溶解し、溶解した樹脂成分が互いに接触することで、破損部位３が修復される。その結果、図１（ｃ）に示されるように、破損部位３が修復された燃料電池セル１１が得られる。
【００２５】
本発明においては、固体高分子電解質膜の両面に形成される一対の触媒電極層の少なくとも一方が、破損部位を有する。本発明における「触媒電極層の破損部位」とは、触媒電極層の内部に形成された亀裂あるいは欠落、または固体高分子電解質膜と触媒電極層との界面での剥離をいう。触媒電極層に破損部位が存在すると、プロトン伝導性および電子伝導性が低下し、燃料電池セルの性能が劣化する。触媒電極層の破損部位は、例えば氷点下環境において、燃料電池セルに繰り返し温度変化（高温／氷点下）が起こると顕著に発生する。これは、固体高分子電解質膜の寸法変化に伴い触媒電極層に応力が加わったり、氷点下環境で氷晶が生じたりするためであると考えられる。
【００２６】
また、本発明における「触媒電極層の樹脂成分」とは、主として触媒電極層に含まれる電解質材料のことをいう。触媒電極層が電解質材料の他に結着材を含有する場合は、「触媒電極層の樹脂成分」とは、触媒電極層に含まれる電解質材料および／または結着材のことをいう。
【００２７】
また本発明においては、溶解材が、触媒電極層の破損部位周辺の樹脂成分を、破損部位を修復できる程度に溶解することが好ましい。一般的に、溶解材が固体の樹脂成分と接触すると、その固体の樹脂成分の表面から溶解が生じる。そのため、樹脂成分の表面に適度に溶解が生じれば、溶解した樹脂成分が互いに接触することができ、破損部位を修復することができる。
以下、本発明の燃料電池セルの修復方法について、工程ごとに説明する。
【００２８】
１．溶解修復工程
本発明における溶解修復工程は、触媒電極層に対して溶解材を供給し触媒電極層の樹脂成分を溶解させることにより、破損部位を修復する工程である。以下、本発明における溶解修復工程について、（１）破損燃料電池セル、（２）溶解材、（３）溶解修復する方法に分けて説明する。
【００２９】
（１）破損燃料電池セル
本発明に用いられる破損燃料電池セルは、通常、固体高分子電解質膜と、一対の触媒電極層と、一対のガス拡散層と、一対のセパレータとを有する。さらに、一対の触媒電極層の少なくとも一方は、破損部位を有しており、両方が破損部位を有していても良い。また、触媒電極層およびガス拡散層の間には、必要に応じて撥水層が形成されていても良い。なお、本発明においては、燃料電池セルが複数積層されて燃料電池スタックを構成していても良い。この場合、燃料電池スタックを構成する少なくとも一つの燃料電池セルが破損燃料電池セルであることが必要である。
【００３０】
破損燃料電池セルを構成する各部材は、一般的な燃料電池セルに用いられる部材と同様である。上記固体高分子電解質膜としては、プロトン伝導性および絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えばパーフルオロスルホン酸系ポリマー等のフッ素系樹脂を挙げることができる。パーフルオロスルホン酸系ポリマーとしては、具体的には、Ｎａｆｉｏｎ（商品名、デュポン社製）等を挙げることができる。また、上記固体高分子電解質膜の別の例としては、プロトン伝導性基を有する炭化水素系樹脂等を挙げることができる。上記炭化水素系樹脂としては、例えばポリエーテルサルフォン樹脂（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリフェニレンオキサイド樹脂（ＰＰＯ）、ポリベンゾイミダゾール樹脂（ＰＢＩ）等にプロトン伝導性基を導入したもの等を挙げることができる。プロトン伝導性基としては、具体的にはスルホン酸基等を挙げることができる。
【００３１】
上記触媒電極層は、通常、ガスと反応する触媒と、触媒を担持し電子伝導に寄与する導電性材料と、プロトン伝導に寄与する電解質材料とを有する。上記触媒としては、例えば白金等を挙げることができる。上記導電性材料としては、例えばカーボンブラック等を挙げることができる。上記電解質材料としては、例えばパーフルオロスルホン酸系ポリマー等のフッ素系樹脂、およびプロトン伝導性基を有する炭化水素系樹脂等を挙げることができる。
【００３２】
上記ガス拡散層としては、例えばカーボン繊維を成形したもの等を挙げることができる。また、触媒電極層およびガス拡散層の間には、必要に応じて撥水層が形成されていても良い。撥水層を設けることにより、発電反応により生じる生成水を効率的に除去することができる。撥水層を形成するために用いられる撥水性材料としては、例えばフッ素樹脂等を挙げることができる。
【００３３】
上記セパレータは、ガス拡散層を介して触媒電極層に燃料ガスおよび酸化剤ガスを流すとともに、発電により得られた電流を外部に伝える働きをするものである。セパレータは、通常、その表面にガス流路を有する。セパレータの種類としては、例えばカーボンタイプおよび金属タイプ等を挙げることができる。また、本発明に用いられる破損燃料電池セルは、例えば、一般的な方法で燃料電池セルを作製し、氷点下環境において発電反応を繰り返すことにより得ることができる。
【００３４】
（２）溶解材
本発明に用いられる溶解材は、触媒電極層の樹脂成分を溶解させる機能を有するものであれば特に限定されるものではない。中でも本発明においては、溶解材が、溶解成分として、触媒電極層を形成する際に用いられる触媒電極層形成用組成物の溶媒として使用可能な材料を含有することが好ましい。樹脂成分に対する溶解性に優れているからである。上記溶解成分は、触媒電極層の樹脂成分の種類に応じて適宜選択することが好ましく、具体的には、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）；Ｎメチル−２メチルピロリドン；メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコールおよびプロピレングリコール等のアルコール類；ジメチルアセトアミドおよびＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドのアミド類；等を挙げることができ、中でもジメチルスルホキシドおよびＮメチル−２メチルピロリドンが好ましく、特にジメチルスルホキシドが好ましい。溶解材は、上記溶解成分を２種類以上含有していても良い。
【００３５】
上記溶解材は、溶解成分のみを含有するものであっても良く、溶解成分および溶媒を含有するものであっても良く、溶解成分の種類に応じて適宜選択することが好ましい。上記溶媒は、溶解成分と均一な溶液を作製できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば水やアルコール類等を挙げることができる。また、溶解材が溶解成分および溶媒を含有する場合、溶解成分の濃度は、例えば１０ｖｏｌ％以上、１００ｖｏｌ％未満の範囲内、中でも２０ｖｏｌ％以上、８０ｖｏｌ％以下の範囲内であることが好ましい。
【００３６】
（３）溶解修復する方法
本発明においては、触媒電極層に対して溶解材を供給し触媒電極層の樹脂成分を溶解させることにより、破損部位を修復する。
【００３７】
触媒電極層に溶解材を供給する方法としては、触媒電極層の破損部位周辺の樹脂成分を溶解させることができる方法であれば特に限定されるものではないが、例えばセパレータの表面に形成されたガス流路を通じて供給する方法、および専用の供給口から供給する方法等を挙げることができ、中でも、セパレータの表面に形成されたガス流路から供給する方法が好ましい。ガス流路の入口または出口から溶解材を注入することにより、触媒電極層に対して容易に溶解材を供給できるからである。
【００３８】
また、本発明においては、溶解材を、溶液状態で供給しても良く、ガス状態で供給しても良い。溶液状態で溶解材を供給する場合は、触媒電極層を溶解材で浸漬させた状態とすることができる。そのため、例えば破損の程度が重い破損部位を修復する場合に好適である。一方、ガス状態で溶解材を供給する場合は、触媒電極層に対して均一に溶解材を供給することができる。そのため、例えば破損の程度が軽く、広範囲に存在する破損部位を修正する場合に好適である。ガス状態で溶解材を供給する方法としては、例えばキャリアガスに溶解材を含ませて供給する方法等を挙げることができる。
【００３９】
本発明においては、溶解修復工程の際に、破損燃料電池セルを加圧することが好ましい。加圧することで、溶解した樹脂成分が互いに接触しやすくなり、破損部位を修復しやすくなるからである。加圧する方法としては、例えば破損燃料電池セルを両面から挟み、加圧する方法等を挙げることができる。加える圧力としては、破損部位の破損の程度により異なるものであるが、例えば０．１ＭＰａ以上であり、中でも０．３ＭＰａ〜３．０ＭＰａの範囲内であることが好ましい。なお、破損の程度の軽い破損部位の場合は、破損燃料電池セルの自重のみで、破損部位を修復することができる。
【００４０】
本発明においては、溶解修復工程の際に、破損燃料電池セルを加熱することが好ましい。加熱することで、溶解材が樹脂成分を溶解しやすくなり、破損部位を修復しやすくなるからである。また、例えば触媒電極層およびガス拡散層の間に撥水層が形成されている場合は、加熱することで、撥水層の表面張力が低くなり、溶解材がガス拡散層を通過しやすくなる。加熱する方法としては、破損部位を有する触媒電極層を加熱できる方法であれば特に限定されるものではないが、例えば破損燃料電池セルの外部から加熱する方法、および加熱した溶解材を供給する方法等を挙げることができる。また、ガス状態で溶解材を供給する場合は、キャリアガスを加熱して用いても良い。加熱温度は、燃料電池セルが発電時に達する温度以下の温度であることが好ましい。燃料電池セルの構成部材の変形や劣化を防止することができるからである。具体的には、９０℃以下、中でも５０℃〜８０℃の範囲内であることが好ましい。
【００４１】
２．乾燥工程
本発明においては、溶解修復工程の後に、触媒電極層に含まれる溶解材を乾燥により除去する乾燥工程を行うことが好ましい。溶解材が触媒電極層を過度に溶解することを抑制することができるからである。上記乾燥は、常圧状態で行っても良く、減圧状態で行っても良いが、中でも減圧状態で行うことが好ましく、特に真空状態で行うことが好ましい。効率良く溶解材を除去することができるからである。また、上記乾燥は、常温状態で行っても良く、加熱状態で行っても良いが、中でも加熱状態で行うことが好ましい。効率良く溶解材を除去することができるからである。加熱状態で乾燥を行う場合、その加熱温度は、燃料電池セルが発電時に達する温度以下の温度であることが好ましい。燃料電池セルの構成部材の変形や劣化を防止することができるからである。具体的には、９０℃以下、中でも５０℃〜８０℃の範囲内であることが好ましい。
【００４２】
３．その他
また、本発明においては、固体高分子電解質膜が破損部位を有する場合であっても、上記と同様に、破損部位を修復することができる。すなわち、本発明においては、破損部位を有する固体高分子電解質膜と、上記固体高分子電解質膜の外側表面に形成された一対の触媒電極層と、上記一対の触媒電極層の外側表面に形成された一対のガス拡散層と、上記一対のガス拡散層の外側表面に形成されたセパレータとを有する破損燃料電池セルを修復する燃料電池セルの修復方法であって、上記固体高分子電解質膜に対して溶解材を供給し上記固体高分子電解質膜の樹脂成分を溶解させることにより、上記破損部位を修復する溶解修復工程を有することを特徴とする燃料電池セルの修復方法を提供することができる。なお、この場合における溶解修復工程の内容は、上述した触媒電極層が破損部位を有する場合における溶解修復工程の内容と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００４３】
Ｂ．再生燃料電池セルの製造方法
次に、本発明の再生燃料電池セルの製造方法について説明する。本発明の再生燃料電池セルの製造方法は、固体高分子電解質膜と、上記固体高分子電解質膜の外側表面に形成され、少なくとも一方が破損部位を有する一対の触媒電極層と、上記一対の触媒電極層の外側表面に形成された一対のガス拡散層と、上記一対のガス拡散層の外側表面に形成された一対のセパレータとを有する破損燃料電池セルを再生する再生燃料電池セルの製造方法であって、上記触媒電極層に対して溶解材を供給し上記触媒電極層の樹脂成分を溶解させることにより、上記破損部位を修復する溶解修復工程を有することを特徴とするものである。
【００４４】
本発明によれば、触媒電極層の樹脂成分を溶解させることにより、触媒電極層の破損部位を修復することができ、容易に再生燃料電池セルを得ることができる。さらに、溶解材を、例えばセパレータの表面に形成されたガス流路を通じて供給することができ、再生の際に燃料電池セルを解体する必要が無いという利点を有する。また、本発明によれば、原則的に加熱を必要としないため、燃料電池セルの構成部材が変形や劣化することを防止することができる。
【００４５】
本発明における溶解修復工程およびその他の工程については、上記「Ａ．燃料電池セルの修復方法」に記載した内容と同様であるので、ここでの記載は省略する。また、上述したように、固体高分子電解質膜が破損部位を有する場合は、固体高分子電解質膜を修復する再生燃料電池セルの製造方法を提供することができる。
【００４６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００４７】
以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
［実施例］
（１）破損燃料電池セルの作製
まず、下記構成の燃料電池セルを用意した。すなわち、固体高分子電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ、デュポン社製）と、固体高分子電解質膜の外側表面に形成され、白金担持カーボン（Ｐｔ／Ｃ）および電解質材料（Ｎａｆｉｏｎ、デュポン社製）を含有する一対の触媒電極層と、その触媒電極層の外側表面に形成され、カーボン繊維からなり、触媒電極層側に撥水層を有する一対のガス拡散層と、そのガス拡散層の外側表面に形成された一対の金属セパレータとを有する燃料電池セルを用意した。これを初期燃料電池セルとした。
【００４８】
次に、得られた初期燃料電池セルのアノード側触媒電極層およびカソード側触媒電極層に対して、８０℃でＮ２ガス（８０℃加湿したもの）を０．５Ｌ／ｍｉｎで１０分間流した。その後、初期燃料電池セルを−３０℃まで冷却し、−３０℃で１時間保持した。これを１サイクルとして、−３０℃〜８０℃の間で１００サイクル行った。このようにして、破損燃料電池セルを得た。
【００４９】
（２）破損燃料電池セルの修復
得られた破損燃料電池セルに対して、セル両面から０．６ＭＰａの荷重を加えた。次に、破損燃料電池セルに荷重を加えたまま、破損燃料電池セルを真空乾燥機の中に入れた（空気圧、６０℃）。次に、セパレータのガス流路入口から濃度５０ｖｏｌ％のＤＭＳＯ水溶液を注入した。この状態で１時間静置し、ＤＭＳＯ水溶液を、ガス拡散層を介して触媒電極層に浸透させた。その後、真空乾燥機の温度を６０℃に維持したまま真空乾燥を行い、触媒電極層に含まれるＤＭＳＯ水溶液を除去した。このようにして、破損燃料電池セルの修復を行い、再生燃料電池セルを得た。
【００５０】
初期燃料電池セル、破損燃料電池セルおよび再生燃料電池セルの発電性能を以下の条件で評価した。
電極面積：１３ｃｍ２
セパレータ流路：ストレート流路
背圧（ゲージ圧）：ＡＮ  １００ｋＰａ／ＣＡ  １００ｋＰａ
加湿露点：ＡＮ  ４５℃／ＣＡ  ５５℃
アノード流量：Ｈ２  ０．２７２Ｌ／ｍｉｎ
カソード流量：Ａｉｒ  ０．８６６Ｌ／ｍｉｎ
【００５１】
初期燃料電池セル、破損燃料電池セルおよび再生燃料電池セルに対して、ＩＶ性能の電流密度１．０Ａ／ｃｍ２時のセル電圧を測定した。その結果、初期燃料電池セルは０．６３Ｖであり、破損燃料電池セルは０．４０Ｖであり、再生燃料電池セルは０．６０Ｖであった。これにより、簡便な方法で触媒電極層の破損を修復することができることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の燃料電池セルの修復方法の一例を説明する概略断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  …  固体高分子電解質膜
２ａ  …  アノード側触媒電極層
２ｂ  …  カソード側触媒電極層
３  …  破損部位
４ａ  …  アノード側ガス拡散層
４ｂ  …  カソード側ガス拡散層
５ａ  …  アノード側セパレータ
５ｂ  …  カソード側セパレータ
６  …  溶解材
【図１】
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