(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質と、その高分子電解質を挟持するガス拡散電極としてのアノ−ドとカソ−ドとを有し、前記アノ−ドおよびカソ−ドが、電極触媒を担持したカ−ボン粉末を主体とする電極触媒層と、前記電極触媒を担持していないカ−ボン粉末又はカ−ボン繊維を主体とするガス拡散相とから構成されている高分子電解質型燃料電池の製造方法であって、
前記高分子電解質の少なくとも一方の面の外周部付近に炭化フッソ系の樹脂を被覆する樹脂被覆工程と、
前記樹脂被覆工程の後、前記少なくとも一方の面における前記炭化フッソ系樹脂で被覆されていない前記高分子電解質の実質上中心部に、前記炭化フッソ系樹脂の内周端部と接する大きさの電極触媒層を形成する電極触媒層形成工程と、
前記電極触媒層形成工程の後、前記電極触媒層より大きいガス拡散相を前記電極触媒層と接するよう接合する接合工程と、
を備えていることを特徴とする高分子電解質型燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、高分子電解質型燃料電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高分子電解質型燃料電池は、電解質である炭化フッソ系の高分子電解質薄膜と、アノ−ドおよびカソ−ドの電極、さらにカ−ボンあるいは金属製のセパレ−タ−や冷却板から構成されてきた。
【０００３】
電池反応に寄与する電極と電解質は、貴金属触媒を担持したカ−ボン粉末と電解質と同等の材料の混合物を構成材料とし、これに場合によってはフルオロカ−ボン化合物系の撥水材などを添加した混合物を、カ−ボン繊維から構成されるカ−ボンペ−パ−などに保持し、電解質である高分子膜と接合して構成してきた。通常、アノ−ドおよびカソ−ドの構成材料は同一であり、炭化水素系燃料を改質した水素リッチなガスを燃料とする場合、改質ガス中に含まれる一酸化炭素による触媒の被毒を抑制するため、アノ−ド側のみにルテニウムなどの耐ＣＯ被毒材料を添加して構成することも考えられてきた。
【０００４】
電解質は、スルホン基を含む炭化フッソ系の高分子であり、プロトン伝導性の電解質である。燃料電池の性能を向上させるためには、電解質のイオン伝導度を向上させることが重要な因子の一つであるため、通常は高分子電解質の膜厚を薄くすることによって内部抵抗を小さくすることが試みられている。
【０００５】
【発明が解決しょうとする課題】
しかしながら、従来の高分子電解質型燃料電池では、高分子電解質を薄くすればするほど電解質の抵抗は小さくなるが、それに反して電解質膜の機械的強度が小さくなると言う課題が有った。
【０００６】
本発明は、従来の高分子電解質型燃料電池のこの様な課題を考慮し、高分子電解質のイオン伝導度を実質上維持したまま、高分子電解質の機械的強度を従来に比べてより一層強くすることが出来る高分子電解質型燃料電池の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高分子電解質と、その高分子電解質を挟持するガス拡散電極としてのアノ−ドとカソ−ドとを有し、前記アノ−ドおよびカソ−ドが、電極触媒を担持したカ−ボン粉末を主体とする電極触媒層と、前記電極触媒を担持していないカ−ボン粉末又はカ−ボン繊維を主体とするガス拡散相とから構成されている高分子電解質型燃料電池の製造方法であって、前記高分子電解質の少なくとも一方の面の外周部付近に炭化フッソ系の樹脂を被覆する樹脂被覆工程と、前記樹脂被覆工程の後、前記少なくとも一方の面における前記炭化フッソ系樹脂で被覆されていない前記高分子電解質の実質上中心部に、前記炭化フッソ系樹脂の内周端部と接する大きさの電極触媒層を形成する電極触媒層形成工程と、前記電極触媒層形成工程の後、前記電極触媒層より大きいガス拡散相を前記電極触媒層と接するよう接合する接合工程とを備えている高分子電解質型燃料電池の製造方法である。
【００１１】
このような構成により、例えば、高分子電解質のイオン伝導度を維持したまま、高分子電解質膜の機械的強度を強くすることが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる高分子電解質型燃料電池の製造方法、ならびに、本発明に関連する技術の高分子電解質型燃料電池及びその製造方法の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明に関連する技術の高分子電解質型燃料電池の概略の構成を説明するためのイメ−ジ図であり、同図を用いて本実施の形態の構成及び作用を述べる。
【００１４】
図１中において、１が高分子電解質膜、２が炭化フッソ系樹脂の相である。高分子電解質は、通常１０μｍ〜１００μｍ程度の膜厚を有するプロトン伝導体であり、発明が解決しょうとする課題の欄で述べた様に、抵抗を小さくするため膜厚を薄くすると機械的強度が弱くなり、電極１３のアノ−ド側とカソ−ド側に導入するガスの差圧などが生じると電解質膜が破れて、アノ−ドガスとカソ−ドガスのクロスリ−クが発生しやすくなる。ここで、電極１３は、図１に示した高分子電解質膜１上で、炭化フッソ系樹脂の相２に囲まれた中央部の四角形の穴の位置に設けられている。尚、図１は、高分子電解質膜１上において、アノードとカソードの双方の電極の内、その片側の電極の記載を省略している。
【００１５】
このとき、アノ−ドとカソ−ドに挟持された部分の電解質膜の機械的強度は比較的強く、電極と接合されていない部分の電解質膜が破れることがほとんどである。
【００１６】
そこで、本実施の形態の様に、高分子電解質と電極との接合面以外の電極周辺部の高分子電解質の少なくとも一方の面を炭化フッ素系樹脂で被覆することによって、高分子電解質のイオン伝導度を維持したまま、高分子電解質膜の機械的強度を強くすることが可能である。
【００１７】
尚、高分子電解質１は、一般的にスルホン基を含む炭化フッソ系の高分子が利用される。そのため補強用に用いる炭化フッソ系樹脂の相２もこれと同じスルホン基を含む炭化フッソ系樹脂を用いても良いが、スルホン基を含む炭化フッソ系樹脂は高価であるので、テフロン等を用いる方が、価格的に安くなり更に良い。
【００１８】
次に、図２は、本発明に関連する他の技術の高分子電解質型燃料電池の概略の構成を説明するためのイメ−ジ図であり、同図を用いて本実施の形態の構成及び作用を述べる。
【００１９】
図２において、１が高分子電解質膜、２が炭化フッソ系樹脂の相、３が電極である。高分子電解質は、通常１０μｍ〜１００μｍ程度の膜厚を有するプロトン伝導体であり、抵抗を小さくするため膜厚を薄くすると機械的強度が弱くなり、アノ−ド側とカソ−ド側に導入するガスの差圧などが生じると電解質膜が破れて、アノ−ドガスとカソ−ドガスのクロスリ−クが発生しやすくなる。このとき、アノ−ドとカソ−ドに挟持された部分の電解質膜の機械的強度は比較的強く、電極と接合されていない部分の電解質膜が破れることがほとんどである。特に、電極周辺のエッジ部で電解質膜が破れる場合が多い。そこで、高分子電解質１と電極３との接合面以外の電極周辺部の高分子電解質の少なくとも一方の面を炭化フッ素系樹脂２で被覆し、炭化フッソ系樹脂で被覆されていない高分子電解質の中心部の面積より大きい電極３を有して構成することによって、高分子電解質のイオン伝導度を維持したまま、高分子電解質膜の機械的強度、特に電極周辺のエッジ部の機械的強度を強くすることが可能である。
【００２０】
次に、図３は、本発明の高分子電解質型燃料電池の製造方法の一実施の形態により得られる高分子電解質型燃料電池の概略の構成を説明するためのイメ−ジ図であり、同図を用いて本実施の形態の構成及び作用を述べる。
【００２１】
図３において、１が高分子電解質膜、２が炭化フッソ系樹脂の相、３３が電極の一部を構成するガス拡散相、４が電極の一部を構成する電極触媒層である。高分子電解質は、通常１０μｍ〜１００μｍ程度の膜厚を有するプロトン伝導体であり、抵抗を小さくするため膜厚を薄くすると機械的強度が弱くなり、アノ−ド側とカソ−ド側に導入するガスの差圧などが生じると電解質膜が破れて、アノ−ドガスとカソ−ドガスのクロスリ−クが発生しやすくなる。このとき、アノ−ドとカソ−ドに挟持された部分の電解質膜の機械的強度は比較的強く、電極と接合されていない部分の電解質膜が破れることがほとんどである。特に、電極周辺のエッジ部で電解質膜が破れる場合が多い。そこで、高分子電解質１の少なくとも一方の面の周縁部（外周部付近）に炭化フッソ系の樹脂２を被覆し、炭化フッソ系樹脂で被覆した高分子電解質の中心部に炭化フッソ系樹脂と接する大きさの電極触媒層４を被覆し、電極触媒層より大きいガス拡散相３３を電極触媒層４と接するよう接合することによって、高分子電解質のイオン伝導度を維持したまま、高分子電解質膜の機械的強度、特に電極周辺のエッジ部の機械的強度を強くすることが可能である。
【００２２】
次に、図４は、本発明の高分子電解質型燃料電池の製造方法の他の実施の形態により得られる高分子電解質型燃料電池の概略の構成を説明するためのイメ−ジ図であり、同図を用いて本実施の形態の構成及び作用を述べる。
【００２３】
図４において、１が高分子電解質膜、２が炭化フッソ系樹脂の相、３３が電極の一部を構成するガス拡散相、４が電極の一部を構成する電極触媒層である。高分子電解質は、通常１０μｍ〜１００μｍ程度の膜厚を有するプロトン伝導体であり、抵抗を小さくするため膜厚を薄くすると機械的強度が弱くなり、アノ−ド側とカソ−ド側に導入するガスの差圧などが生じると電解質膜が破れて、アノ−ドガスとカソ−ドガスのクロスリ−クが発生しやすくなる。このとき、アノ−ドとカソ−ドに挟持された部分の電解質膜の機械的強度は比較的強く、電極と接合されていない部分の電解質膜が破れることがほとんどである。特に、電極周辺のエッジ部で電解質膜が破れる場合が多い。そこで、高分子電解質１の両方の面の周縁部に炭化フッソ系の樹脂２を被覆し、炭化フッソ系樹脂で被覆した高分子電解質の中心部に炭化フッソ系樹脂と接する大きさの電極触媒層４を被覆し、電極触媒層より大きいガス拡散相３３を電極触媒層と接するよう接合することによって、高分子電解質のイオン伝導度を維持したまま、高分子電解質膜の機械的強度、特に電極周辺のエッジ部の機械的強度を強くすることが可能である。
【００２４】
次に、図５は、本発明の高分子電解質型燃料電池の製造方法の他の実施の形態により得られる高分子電解質型燃料電池の概略の構成を説明するためのイメ−ジ図であり、同図を用いて本実施の形態の構成及び作用を述べる。
【００２５】
図５において、１が高分子電解質膜、２が炭化フッソ系樹脂の相、３３が電極の一部を構成するガス拡散相、４が電極の一部を構成する電極触媒層、５が燃料である水素や酸化材である空気などを電極に供給するためのガスマニホ−ルドである。高分子電解質は、通常１０μｍ〜１００μｍ程度の膜厚を有するプロトン伝導体であり、抵抗を小さくするため膜厚を薄くすると機械的強度が弱くなり、アノ−ド側とカソ−ド側に導入するガスの差圧などが生じると電解質膜が破れて、アノ−ドガスとカソ−ドガスのクロスリ−クが発生しやすくなる。このとき、アノ−ドとカソ−ドに挟持された部分の電解質膜の機械的強度は比較的強く、電極と接合されていない部分の電解質膜が破れることがほとんどである。特に、電極周辺のエッジ部で電解質膜が破れる場合が多い。そこで、高分子電解質１の両方の面の周縁部に炭化フッソ系の樹脂２を被覆し、炭化フッソ系樹脂２で被覆した高分子電解質の中心部に炭化フッソ系樹脂と接する大きさの電極触媒層４を被覆し、電極触媒層より大きいガス拡散相３３を電極触媒層と接するよう接合することによって、高分子電解質のイオン伝導度を維持したまま、高分子電解質膜の機械的強度、特に電極周辺のエッジ部の機械的強度を強くすることが可能である。また、このとき炭化フッ素系の樹脂の相２はガスマニホ−ルドの周縁部をガスシ−ルするガスケットの役目を同時に果たしている。
【００２６】
次に、具体的な実験例（上述した本発明に関連する技術の高分子電解質型燃料電池の単セルを製造する場合の例を含む）を図面を用いて述べ、同時に本発明の高分子電解質型燃料電池の製造方法の実施の形態についても説明する。
（実験例１）
本実験例は、図１で述べた構成とほぼ対応した本発明に関連する技術の一例である高分子電解質型燃料電池の単セルを製造する場合の例である。
【００２７】
即ち、本実験例では、高分子電解質として１６ｃｍ角に切断したデュポン社製のナフィオン１１２（図１の高分子電解質膜１に対応）を用いた。アセチレンブラック系カ−ボン粉末に平均粒径約３０オングストロームの白金触媒を３０ｗｔ％担持した触媒担持カ−ボン粉末と、デュポン社製のナフィオン溶液を酢酸ブチル溶媒に分散し、ペ−スト状の電極触媒スラリ−を得た。この電極触媒スラリ−を、１０ｃｍ角に切断した東レ製のカ−ボン不織布の一方の面に、白金触媒量がカ−ボン不織布の面積に対して０．３ｍｇ／ｃｍ2となるようスクリ−ン印刷法により塗布し、電極（図１の電極１３に対応）とした。カ−ボン不織布に塗布した電極触媒スラリ−を粗乾燥後、塗布面が高分子電解質膜と接するようにそれら２枚の電極で高分子電解質膜の中央部を挟持し、１５０℃、５０ｋｇ／ｃｍ2でホットプレスして高分子電解質膜と電極を接合した。接合した電極／高分子電解質膜接合体の電極周辺部の高分子電解質膜の一方の面に、炭化フッ素系樹脂製の粘着剤付きテ−プを（幅：１ｃｍ、厚さ：５０μｍ）、電極との隙間ができないように張り付け高分子電解質膜を補強した。即ち、この場合、粘着剤付きテ−プを４枚用意して、それらを電極の周辺に張り付けるものである（図１の炭化フッソ系樹脂の相２に対応）。
【００２８】
この電極／高分子電解質膜接合体を、グラッシ−カ−ボン製のセパレ−タ−に組み込んで高分子電解質型燃料電池の単セルを構成した.高分子電解質型燃料電池は５０℃の電池温度で作動させ、アノ−ド側には６０℃で加湿した純水素を、カソ−ド側には４０℃で加湿した空気をそれぞれ大気圧で供給し、アノ−ド側の燃料利用率は、電流密度１０００ｍＡ／ｃｍ2のとき９５％となるよう水素流量を調整した。
【００２９】
本実験例に基づく高分子電解質型燃料電池の性能曲線６（図６では、白丸で表した）と、比較のために従来法によって構成した炭化フッ素系樹脂による補強なしの高分子電解質型燃料電池の性能曲線７（図６では、黒丸で表した）を図６に示す。図６より、本実験例により得られる高分子電解質型燃料電池は従来と同等の性能が得られることが確認された。図６の横軸、縦軸は、それぞれ電流密度と電池電圧を示している。
【００３０】
次に、本実験例に基づく高分子電解質型燃料電池のクロスリ−ク特性曲線８（図７では、白丸で表した）と、比較のために従来法によって構成した炭化フッ素系樹脂による補強なしの高分子電解質型燃料電池のクロスリ−ク特性曲線９（図７では、黒丸で表した）を図７に示す。このとき、高分子電解質型燃料電池は５０℃の電池温度で作動させ、カソ−ド側には５０℃で加湿した空気を大気圧で供給した。アノ−ド側は、出口を絞り、無加湿の純水素を所定の圧力で供給し、アノ−ド側とカソ−ド側に所定の差圧が発生するよう調整して、アノ−ド側にクロスリ−クした空気中の窒素量をガスクロマトグラフィ−で定量して、クロスリ−ク量を求めた。図７より、明らかに本実験例により得られた本発明に関連する技術の一例である高分子電解質型燃料電池は、その性能が維持されたまま、高分子電解質膜の機械的強度、特に電極周辺のエッジ部の機械的強度が強くなり、耐差圧特性も向上することが確認された。試験後、比較のために従来法によって構成した炭化フッ素系樹脂による補強なしの高分子電解質型燃料電池を解体し調べたところ、電極周辺部、つまり電極と高分子電解質膜との界面近傍の高分子電解質膜が破れていることが判明した。
（実験例２）
本実験例は、図２で述べた構成とほぼ対応した本発明に関連する技術の一例である高分子電解質型燃料電池の単セルを製造する場合の例である。
【００３１】
即ち、高分子電解質として１６ｃｍ角に切断したデュポン社製のナフィオン１１２（図２の高分子電解質膜１に対応）を用いた。中心部１０ｃｍ角を切断して穴をあけた、１５ｃｍ角の炭化フッソ系樹脂製の粘着剤付きシ−ト（厚さ：５０μｍ、図１の炭化フッソ系樹脂の相２に対応）を、上記高分子電解質膜の一方の面に張り付けた。アセチレンブラック系カ−ボン粉末に平均粒径約３０オングストロームの白金触媒を３０ｗｔ％担持した触媒担持カ−ボン粉末と、デュポン社製のナフィオン溶液を酢酸ブチル溶媒に分散し、ペ−スト状の電極触媒スラリ−を得た。この電極触媒スラリ−を、１０．２ｃｍ角に切断した東レ製のカ−ボン不織布の一方の面に、白金触媒量がカ−ボン不織布の面積に対して０．３ｍｇ／ｃｍ2となるようスクリ−ン印刷法により塗布し、電極（図２の電極３に対応）とした。カ−ボン不織布に塗布した電極触媒スラリ−を粗乾燥後、塗布面が高分子電解質膜と接するように２枚の電極で炭化フッ素系樹脂シ−ト付きの高分子電解質膜を挟持し、１５０℃、５０ｋｇ／ｃｍ2でホットプレスして高分子電解質膜と電極を接合した。このとき炭化フッ素系樹脂シ−トの中心部の１０ｃｍ角の穴の部分に電極がきて、高分子電解質膜と電極が直接接合し、かつ炭化フッ素系樹脂の穴より電極は４辺が１ｍｍづつ大きいため、電極周辺部は炭化フッ素系樹脂と重なりを持つように接合した。
【００３２】
この電極／高分子電解質膜接合体を、グラッシ−カ−ボン製のセパレ−タ−に組み込んで高分子電解質型燃料電池の単セルを構成した。高分子電解質型燃料電池は５０℃の電池温度で作動させ、アノ−ド側には６０℃で加湿した純水素を、カソ−ド側には４０℃で加湿した空気をそれぞれ大気圧で供給し、アノ−ド側の燃料利用率は、電流密度１０００ｍＡ／ｃｍ2のとき９５％となるよう水素流量を調整した。
【００３３】
本実験例に基づく高分子電解質型燃料電池の性能曲線６（図８では、白丸で表した）と、比較のために従来法によって構成した炭化フッ素系樹脂による補強なしの高分子電解質型燃料電池の性能曲線７（図８では、黒丸で表した）を図８に示す。図８より、本実験例により得られる高分子電解質型燃料電池は従来と同等の性能が得られることが確認された。
【００３４】
次に、本実験例に基づく高分子電解質型燃料電池のクロスリ−ク特性曲線８（図９では、白丸で表した）と、比較のために従来法によって構成した炭化フッ素系樹脂による補強なしの高分子電解質型燃料電池のクロスリ−ク特性曲線９（図９では、黒丸で表した）を図９に示す。このとき、高分子電解質型燃料電池は５０℃の電池温度で作動させ、カソ−ド側には４０℃で加湿した空気を大気圧で供給した。アノ−ド側は、出口を絞り、無加湿の純水素を所定の圧力で供給し、アノ−ド側とカソ−ド側に所定の差圧が発生するよう調整して、アノ−ド側にクロスリ−クした空気中の窒素量をガスクロマトグラフィ−で定量して、クロスリ−ク量を求めた。図９より、明らかに本実験例により得られた高分子電解質型燃料電池は、その性能が維持されたまま、高分子電解質膜の機械的強度、特に電極周辺のエッジ部の機械的強度が強くなり、耐差圧特性も向上することが確認された。試験後、比較のために従来法によって構成した炭化フッ素系樹脂による補強なしの高分子電解質型燃料電池を解体し調べたところ、電極周辺部、つまり電極と高分子電解質膜との界面近傍の高分子電解質膜が破れていることが判明した。
（実験例３）
本実験例は、本発明の高分子電解質型燃料電池の製造方法により、図４で述べた構成とほぼ対応した高分子電解質型燃料電池の単セルを製造する場合の例である。
【００３５】
高分子電解質として１６ｃｍ角に切断したデュポン社製のナフィオン１１２を用いた。この高分子電解質膜（図４の高分子電解質膜１に対応）の両方の面に、中心部１０ｃｍ角を切断して穴をあけた、１５ｃｍ角の炭化フッソ系樹脂製の粘着剤付きシ−ト（厚さ：３０μｍ、図４の炭化フッソ系樹脂の相２に対応）を張り付けた。アセチレンブラック系カ−ボン粉末に平均粒径約３０オングストロームの白金触媒を３０ｗｔ％担持した触媒担持カ−ボン粉末と、デュポン社製のナフィオン溶液を酢酸ブチル溶媒に分散し、ペ−スト状の電極触媒スラリ−を得た。この電極触媒スラリ−を、炭化フッ素系樹脂シ−ト付きの高分子電解質膜の両面にドクタ−ブレ−ド法により白金触媒量が０．３ｍｇ／ｃｍ2となるよう塗布した。このとき炭化フッ素系樹脂の中心部の１０ｃｍ角の穴の内側に高分子電解質膜と接するよう約４０μｍの厚みで塗布した。塗布した電極触媒スラリ−（図４の電極触媒層に対応）を粗乾燥後、１０．２ｃｍ角に切断した２枚の東レ製のカ−ボン不織布（図４のガス拡散相に対応）で炭化フッ素系樹脂シ−ト付きの高分子電解質膜を挟持し、１５０℃、５０ｋｇ／ｃｍ2でホットプレスして高分子電解質膜と電極を接合した。このとき炭化フッ素系樹脂シ−トの中心部の１０ｃｍ角の穴の部分にカ−ボン不織布がきて、高分子電解質膜と電極触媒スラリ−（電極触媒層）とカ−ボン不織布（ガス拡散層）とが接合し、かつ炭化フッ素系樹脂の穴よりカ−ボン不織布は４辺が１ｍｍづつ大きいため、カ−ボン不織布周辺部は炭化フッ素系樹脂と重なりを持つように接合した。また、電極触媒層は炭化フッ素系樹脂シ−トの厚みより若干厚めに塗布され、カ−ボン不織布とをホットプレスする際、電極触媒層の一部がカ−ボン不織布にめり込みながら、かつ均一に薄く高分子電解質膜と接合されているため、無駄な電極触媒層がカ−ボン不織布に存在することなく、効率的に電極反応に寄与するため、実質的に白金などの貴金属触媒の電極面積当たりの担持量を低減することができる。
【００３６】
この電極／高分子電解質膜接合体を、グラッシ−カ−ボン製のセパレ−タ−に組み込んで高分子電解質型燃料電池の単セルを構成した。高分子電解質型燃料電池は５０℃の電池温度で作動させ、アノ−ド側には６０℃で加湿した純水素を、カソ−ド側には４０℃で加湿した空気をそれぞれ大気圧で供給し、アノ−ド側の燃料利用率は、電流密度１０００ｍＡ／ｃｍ2のとき９５％となるよう水素流量を調整した。
【００３７】
本実験例に基づく高分子電解質型燃料電池の性能曲線６（図１０では、白丸で表した）と、比較のために従来法によって構成した炭化フッ素系樹脂による補強なしの高分子電解質型燃料電池の性能曲線７（図１０では、黒丸で表した）を図１０に示す。図１０より、本実験例の高分子電解質型燃料電池は従来と同等の性能が得られることを確認した。
【００３８】
次に、本実験例に基づく高分子電解質型燃料電池のクロスリ−ク特性曲線８（図１１では、白丸で表した）と、比較のために従来法によって構成した炭化フッ素系樹脂による補強なしの高分子電解質型燃料電池のクロスリ−ク特性曲線９（図１１では、黒丸で表した）を図１１に示す。このとき、高分子電解質型燃料電池は５０℃の電池温度で作動させ、カソ−ド側には４０℃で加湿した空気を大気圧で供給した。アノ−ド側は、出口を絞り、無加湿の純水素を所定の圧力で供給し、アノ−ド側とカソ−ド側に所定の差圧が発生するよう調整して、アノ−ド側にクロスリ−クした空気中の窒素量をガスクロマトグラフィ−で定量して、クロスリ−ク量を求めた。図１１より、明らかに本実験例の高分子電解質型燃料電池の性能を維持したまま、高分子電解質膜の機械的強度、特に電極周辺のエッジ部の機械的強度を強くし、耐差圧特性も向上することを確認した。試験後、比較のために従来法によって構成した炭化フッ素系樹脂による補強なしの高分子電解質型燃料電池を解体し調べたところ、電極周辺部、つまり電極と高分子電解質膜との界面近傍の高分子電解質膜が破れていることが判明した。
【００３９】
以上のように本発明は、高分子電解質と電極との接合面以外の電極周辺部の高分子電解質の少なくとも一方の面を炭化フッ素系樹脂で被覆することによって、または、高分子電解質と電極との接合面以外の電極周辺部の高分子電解質の少なくとも一方の面を炭化フッ素系樹脂で被覆し、炭化フッソ系樹脂で被覆されていない高分子電解質の中心部の面積より大きい電極を有して構成することによって、または、高分子電解質の少なくとも一方の面の周縁部に炭化フッソ系の樹脂を被覆し、炭化フッソ系樹脂で被覆した高分子電解質の中心部に炭化フッソ系樹脂と接する大きさの電極触媒層を被覆し、電極触媒層より大きいガス拡散相を電極触媒層と接するよう接合することによって、高分子電解質のイオン伝導度を維持したまま、高分子電解質膜の機械的強度を強くすることが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明の高分子電解質型燃料電池の製造方法は、高分子電解質のイオン伝導度を維持したまま、高分子電解質膜の機械的強度をより強く出来ると言う長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連する技術の高分子電解質型燃料電池の概略構成図である。
【図２】本発明に関連する技術の高分子電解質型燃料電池の概略構成図である。
【図３】本発明の高分子電解質型燃料電池の製造方法の一の実施の形態により得られる高分子電解質型燃料電池の概略構成図である。
【図４】本発明の高分子電解質型燃料電池の製造方法の他の実施の形態により得られる高分子電解質型燃料電池の概略構成図である。
【図５】本発明の高分子電解質型燃料電池の製造方法の他の実施の形態により得られる高分子電解質型燃料電池の概略構成図である。
【図６】  本発明に関連する技術の高分子電解質型燃料電池の製造方法の実験例１の高分子電解質型燃料電池の特性図である。
【図７】  本発明に関連する技術の高分子電解質型燃料電池の製造方法の実験例１の高分子電解質型燃料電池のクロスリ−ク特性図である。
【図８】  本発明に関連する技術の高分子電解質型燃料電池の製造方法の実験例２の高分子電解質型燃料電池の特性図である。
【図９】  本発明に関連する技術の高分子電解質型燃料電池の製造方法の実験例２の高分子電解質型燃料電池のクロスリ−ク特性図である。
【図１０】  本発明の高分子電解質型燃料電池の製造方法の実験例３の高分子電解質型燃料電池の特性図である。
【図１１】  本発明の高分子電解質型燃料電池の製造方法の実験例３の高分子電解質型燃料電池のクロスリ−ク特性図である。
【図１】
0003810178.tif 000002
【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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