JP2010153131A - 燃料電池用電極構成体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の電極構成体表面に静電スクリーン法を用いて電極構成要素用粉体を塗布する際に、熱圧処理時のプレスからの風圧で電極構成要素用粉体が電極構成体表面から飛散することを防止する燃料電池の電極製造方法を提供する。
【解決手段】熱圧処理板準備工程を行う前に、静電スクリーン塗布工程において、予め電極構成体表面（例えば電解質膜３の表面２Ｈ）を加熱しておく。この電極構成体２Ｈの表面に静電スクリーン１を用いる静電スクリーン法により溶融樹脂（例えば電解質樹脂）を含む電極構成要素用粉体（例えば触媒層用粉体４Ｓ）を塗布し、当該表面に仮定着させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体分子形燃料電池の各電極構成体の製造方法であって、さらに詳細には、静電スクリーン法を用いる同燃料電池の各電極構成体の製造方法に関する。

特許文献１は、燃料電池（単セル）を製造するに際し、触媒層を電解質膜若しくはガス拡散層（GAS DIFFUSION LAYER:以下「ＧＤＬ」と略す）に形成する場合、又は、ＧＤＬを膜-電極接合体（MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY:以下「ＭＥＡ」と略す）に形成する場合に、触媒層用の粉体又はＧＤＬ用の粉体を用いた静電スクリーン法による製造方法を開示している。以下その内容を説明する。

図６（ａ）は、平板状基材Ｂの上にキャリアフィルム３に担持された電解質膜２が載置され、電解質膜２の面と略平行に静電スクリーン１が一定のスパンをもって配置されている概略的な断面図である。静電スクリーン１は、一定の額縁状フレーム１Ｆに囲まれるようにして、碁盤の目のように張られた、一定の面寸法[Ｗ（幅寸法）×Ｌ（奥行寸法；不図示）]によって画定されたメッシュ状導電性金属網部１Ｍを有する。

以上の構成の下、静電スクリーン１と電解質膜２に一定電圧を印加し、静電スクリーン１（負極）と電解質膜２（正極）に挟まれた一定空間領域に電界（電場）を形成する。この一定空間領域のうち、Ｚ軸方向の上方から下方に向かって観察される面は、触媒層５が形成される面となる [図６（ｂ）参照]。

次に、静電スクリーン１の導電性メッシュ１Ｍの上へ、電解質樹脂を含む触媒担持導電性粉体４（以下、これを代表して「白金担持カーボン粉体４」という）を供給すると、白金担持カーボン粉体４の各粒子が、静電スクリーン１の導電性メッシュによって負に帯電される。そして、この負に帯電した白金担持カーボン粉体４の各粒子は、静電スクリーン１のメッシュ開口（図２の参照符号１参照）によりスクリーニングされながら、静電スクリーン１のメッシュ開口を通過し（参照番号４Ｓ）、正に帯電した電解質膜２に向けて加速し、電解質膜２に電着する。このようにして、電解質膜２の上に白金担持カーボン粉体４Ｓからなる触媒層５が形成される。

しかし、白金担持カーボン粉体４Ｓがこのままであると、図６（ｂ）に示すように、触媒層５を構成する白金担持カーボン粉体４Ｓの各粒子同士は稠密ではなく、白金担持カーボン粉体４Ｓの各粒子同士が3次元的に強固に接合されていない。そのため、導電性が良好でなく、触媒層５が電極（触媒）として好適に機能しない。そこで、所定量の白金担持カーボン粉体４の電解質膜２への塗布が完了したら、静電スクリーン１の代わりに、図６（ｂ）に示すような加熱された熱圧処理用板（例えばヒータ付きステンレス板）６を、白金担持カーボン粉体４からなる触媒層５の上から載置して、熱圧処理を行う。その結果、触媒層５に白金担持カーボン粉体４に含有する電解質樹脂が溶融しながら、白金担持カーボン粉体４の粒子が稠密化し、粒子同士が隣接して接合される。このようにして、触媒層５の稠密度が向上し、触媒層５が電解質膜２に強固に形成され、白金担持カーボン粉体４の粒子同士が三次元的に接合される（以上を、従来法１とする）。

さらに、図７に示す従来の方法がある。同様にして、静電スクリーン法によって所定量の白金担持カーボン粉体４を電解質膜２に塗布する。この後、この方法では、熱圧処理用板６の代わりに、図７（ｂ）に示すような熱圧処理用ロール（例えばヒータ付きホットロール）９を、白金担持カーボン粉体４からなる触媒層５に一定圧力をかけながら転がす。その結果、従来法１と同様に、白金担持カーボン粉体４の粒子同士が三次元的に接合される（以上を、従来法２とする）。
特開２００４−２８１２２１号公報

しかしながら、従来法１も従来法２にも一定の問題がある。
従来法１においては、図６（ｃ）に示すように、熱圧処理用板６を触媒層５の上から載置する前には、上述したように触媒層５がまだ強固に形成されていないため、熱圧処理用板６を電解質膜２の上の触媒層５に向け変位（駆動）させると、白金担持カーボン粉体４の粒子の一部（正に帯電された電解質膜２から最も遠い触媒層５の頂面近く付近の粒子）が、熱圧処理用板６の鉛直下方への変位によって生じる風流（風圧）７により電解質膜２の面に沿って飛散する。

そして、白金担持カーボン粉体４の粒子が飛散すると、触媒層５を形成すべき領域（面寸法Ｗ×Ｌ）から外れた白金担持カーボン粉体の粒子５´は、触媒層５を額縁状に取り囲むガスケット（シール部材）によって覆われてしまい、触媒能力を発揮できなくなる。

このような不具合は、ガスケットのシール性を劣化させ、ひいては燃料電池の短命にさせかねないため好ましくない。また、白金に代表される触媒金属は一般に高価な金属であり、無駄が生じると材料コスト上も好ましくない。

さらに、従来法２においては、図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、熱圧処理用ロール９を触媒層５の上で転がる前は触媒層５がまだ強固に形成されていないため、熱圧処理用ロール９が触媒層５に対し熱圧処理しながら転がると、電解質膜２の上に強固に固着されなかった白金担持カーボン粉体５の粒子（特に触媒層５の頂面近くの粒子）が、熱圧処理用ロール９の水平方向への変位により電解質膜２の面に沿って不必要に延ばされ（図７（ｃ）、（ｄ）参照）、従来法１で発生する不具合と同様な不具合が、より大きく起こってしまう。燃料電池の量産にはロールトゥロール（ROLL TO ROLL）の製造ラインを適用することが多いため、従来法２の不具合は、特に量産用製造ラインにおいては従来法１以上に好ましくないと考えられる。

従来法１及び従来法２に起こる以上の不具合は、ＭＥＡ（不図示）の上に、不ＧＤＬ（不図示）形成用の粉体（例えばカーボン粉体）を用いて、静電スクリーン法によってＧＤＬをＭＥＡ上に形成する場合にも同様に生じる。また、同不具合は、ＧＤＬ上に、白金担持カーボン粉体を用いて、静電スクリーン法によって白金担持カーボン粉体をＧＤＬ上に形成する場合にも同様に生じる。

本発明は、斯かる実情に鑑み、静電スクリーン法により、電解質樹脂を含む触媒担持導電性粉体により電解質膜又はＧＤＬに触媒層を形成する際、又は、撥水性樹脂を含む炭素粉体によりＭＥＡにＧＤＬを形成するに際、触媒担持導電性粉体又は炭素粉体に無駄が生じない燃料電池の製造方法を提供することを目的とする。

（発明の態様）
以下、発明の態様を示し、それらについて説明する。なお、（１）項から（６）項が請求項１から請求項６に対応する。

（１）燃料電池の電極構成体に電極構成要素用粉体を、静電スクリーン法を用いて塗布し、熱圧処理により定着させることによって、前記電極構成体の上に電極構成要素を形成する燃料電池の電極製造方法において、前記塗布前に、前記電極構成体を予め加熱し、前記電極構成要素用粉体を前記電極構成体の上に仮定着することを特徴とする燃料電池の電極製造方法。

本項において、「電極構成体」は、電解質膜、ガス拡散層、又は触媒層を担持した電解質膜を含む膜-電極接合体（ＭＥＡ）のいずれか一つを指し、「電極構成要素用粉体」は、上記電解質又は上記ガス拡散層の上に、触媒層を静電スクリーン法で形成するための触媒金属担持導電性粉体（例えば白金担持カーボン粉体）又は、上記ＭＥＡの上にガス拡散層を静電スクリーン法で形成するためのカーボン粉体を指し、それぞれ、電解質樹脂、撥水性樹脂を含むいわゆる複合粉体である。
また、触媒金属担持導電性粉体は、電解質膜又はガス拡散層に塗布され、触媒層が形成され、一方、カーボン粉体は、ＭＥＡに塗布されガス拡散層が形成される。

本項では、上記の各層の形成前に、予め電極構成体を加熱するため、静電スクリーン法により加熱された電極構成体に塗布された各粉体（複合粉体）に含まれている樹脂分が溶融し、触媒用粉体又は拡散層用粉体が、加熱された電極構成体に仮定着する。
このため、この後の熱圧処理により上記の粉体が本定着されるときに、従来のように塗布層を形成する上記の粉体が、熱圧処理時に受ける風（風圧）によって飛散されることがなくなり、これらの粉体が歩留り良く（無駄なく）有効に使用される。また、上記の粉体が静電スクリーン法によって電界が形成された一定領域に収まり電極構成体に本定着されるため、触媒層を電解質膜に形成することを例に採ると、触媒層が一定の面寸法を有することとなり、その後、額縁状のガスケットで触媒層が囲まれるようにして電解質膜の周りをシーリングするときに、ガスケットと電解質膜との間に粉体が介在することがなく、シール性を良好にすることができる。

（２）前記電極構成体表面が、前記燃料電池に含まれる電解質膜のアノード極及びカソード極のいずれかの表面であり、かつ、前記電極構成要素用粉体が電解質樹脂を含む触媒担持導電性粉体であることを特徴とする（１）に記載の燃料電池の電極製造方法。

本項は、（１）に記載の、電極構成体及び電極構成要素用粉体を例示するものであり、本項によれば、電極構成体の電解質膜に、電解質樹脂を含む触媒担持導電性粉体を用いて触媒層を形成することができる。

（３）前記電極構成体表面が、前記燃料電池に含まれる拡散層の表面であり、かつ、前記電極構成要素用粉体が電解質樹脂を含む触媒担持導電性粉体であることを特徴とする（１）に記載の燃料電池の電極製造方法。

本項は、（１）に記載の、電極構成体及び電極構成要素用粉体を例示するものであり、本項によれば、電極構成体の拡散層に、電解質樹脂を含む触媒担持導電性粉体を用いて触媒層を形成することができる。

（４）前記電極構成体表面が、前記燃料電池に含まれる膜-電極接合体の表面であり、かつ、前記電極構成要素用粉体が撥水性樹脂を含む炭素粉体であることを特徴とする（１）に記載の燃料電池の電極製造方法。

本項は、（１）に記載の、電極構成体及び電極構成要素用粉体を例示するものであり、本項によれば、電極構成体の膜-電極接合体に、撥水性樹脂を含む炭素粉体を用いて拡散層を形成することができる。

（５）前記電極構成体表面を前記予め加熱する加熱温度は、前記電解質樹脂の溶融温度以上であることを特徴とする（２）又は（３）に記載の燃料電池の電極製造方法。

本項は、（２）項又は（３）項の電極構成体表面を予め加熱する加熱温度の条件を例示するものであり、本項によれば、静電スクリーン法で、被塗布体（電解質膜又はＭＥＡ）に電解質樹脂を含む触媒担持導電性粉体とが電着すると、電解質樹脂が溶解するため、被塗布体に触媒担持導電性粉体が強固に仮定着する。

（６）前記電極構成体表面を前記予め加熱する加熱温度は、前記撥水性樹脂の溶融温度以上であることを特徴とする（４）に記載の燃料電池の電極製造方法。

（４）項の電極構成体表面を予め加熱する加熱温度の条件を例示するものであり、本項によれば、静電スクリーン法で、被塗布体（ガス拡散層）に撥水性樹脂を含む炭素粉体とが電着すると、撥水性樹脂が溶解するため、被塗布体に炭素粉体が強固に仮定着する。

（７）電解質膜に触媒層を形成するために、触媒担持粒子と電解質樹脂とを含む触媒粉体を、前記電解質膜に静電スクリーン法によって塗布（電着）する燃料電池の製造方法であって、前記電解質膜を加熱する加熱工程と、メッシュ開口を有する静電スクリーンと前記加熱された前記電解質膜との間の一定領域空間に電圧を印加する電圧印加工程と、前記静電スクリーン上の前記触媒粉体を、帯電し、かつ、前記静電スクリーンの前記メッシュ開口からスクリーニングしながら、前記加熱された電解質膜に塗布し、仮定着する静電スクリーン塗布工程と、前記加熱された電解質膜に塗布された前記触媒粉体の塗布膜を熱圧処理し、触媒層を前記一定領域空間に形成する触媒層形成工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。

本項は、静電スクリーン法によって、加熱された電解質膜に、触媒層用粉体を塗布（電着）して仮定着し、さらに、その触媒層用粉体を熱圧処理して電解質膜に本定着する製造方法をより具体的に例示したものであり、（１）と同様の効果を奏するものである。

（８）ガス拡散層に触媒層を形成するために、前記ガス拡散層に撥水性樹脂とカーボン粒子を含む粉体を、前記触媒層に静電スクリーン法によって塗布する燃料電池の製造方法であって、前記ガス拡散層を加熱する加熱工程と、メッシュ開口を有する静電スクリーンと前記加熱された前記ガス拡散層との間の一定領域空間に電圧を印加する電圧印加工程と、前記静電スクリーン上の前記カーボン粉体を、帯電し、かつ、前記静電スクリーンの前記メッシュ開口からスクリーニングしながら、前記加熱された前記ガス拡散層に塗布し、仮定着する静電スクリーン塗布工程と、前記加熱された前記ガス拡散層に塗布された前記カーボン粉体の塗布膜を熱圧処理し、前記触媒層を前記一定領域空間に形成する触媒層形成工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。

本項は、静電スクリーン法によって、加熱されたガス拡散層に触媒層用粉体を塗布（電着）し仮定着し、さらに、その触媒層用粉体を熱圧処理してガス拡散層に本定着する製造方法をより具体的に例示したものであり、（１）と同様の効果を奏するものである。

（９）電解質膜の上に触媒層が接合された膜-電極接合体にガス拡散層を形成するために、撥水性樹脂とカーボン粒子を含む粉体を、前記膜-電極接合体に静電スクリーン法によって塗布する燃料電池の製造方法であって、前記膜-電極接合体を加熱する加熱工程と、メッシュ開口を有する静電スクリーンと前記加熱された前記膜-電極接合体との間の一定領域空間に電圧を印加する電圧印加工程と、前記静電スクリーン上の前記カーボン粉体を、帯電し、かつ、前記静電スクリーンの前記メッシュ開口からスクリーニングしながら、前記加熱された前記膜-電極接合体に塗布し、仮定着する静電スクリーン塗布工程と、前記加熱された前記膜-電極接合体に塗布された前記カーボン粉体の塗布膜を熱圧処理し、前記ガス拡散層を前記一定領域空間に形成する拡散層形成工程と、を含むことを特徴とする燃料電池の製造方法。

本項は、静電スクリーン法によって、加熱された膜-電極接合体に拡散層用粉体を塗布（電着）し仮定着し、さらに、その拡散層用粉体を熱圧処理して本定着する製造方法をより具体的に例示したものであり、（１）と同様の効果を奏するものである。

本発明によれば、燃料電池の電極構成体の上に電極構成要素を形成する際、静電スクリーン法によって電極構成体表面に塗布される電極構成要素用粉体を、当該電極構成体表面に歩留り良く塗布することができる。

本発明の実施形態（以下「本実施形態」とする）を、第１実施形態と第２実施形態に分け、以下説明する。ここでは、静電スクリーン法によって、電解質膜に触媒層を形成する方法を代表例として、図１、図２、図３を参照して以下に説明する。しかし、本実施形態は、電解質膜の代わりにＭＥＡを用い、このＭＥＡにＧＤＬを静電スクリーン法によって形成する場合にも、電解質膜の代わりにＧＤＬを用い、このＧＤＬに触媒担持導電性粉（白金担持触媒粉）を塗布する場合にも、同様に適用される。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態を三つの工程に分け説明するための概略断面図である（以下、図中、同一の符号を付した部分は同一物を表わす）。三つの工程は、（ａ）に示す静電スクリーン塗布工程、（ｂ）に示す熱圧処理板準備工程、（ｃ）に示す触媒層形成工程である。

静電スクリーン塗布工程（図１（ａ）、図２）：本工程は、電解質膜３に触媒層５を形成するために、触媒担持粒子と電解質樹脂とを含む触媒粉体４を、電解質膜３に静電スクリーン法によって塗布（電着）する燃料電池の製造方法において、電解質膜３を加熱し、メッュ開口を有する静電スクリーン１と加熱された電解質膜３との間に電圧を印加し一定領域空間（幅Ｗ×奥行Ｌ、高さは静電スクリーン１と電解質膜３の距離に相当）に電界を形成し、静電スクリーン１上の触媒粉体４を負に帯電し、かつ、静電スクリーン１のメッシュ開口からスクリーニングし、正に帯電されかつ加熱された電解質膜２Ｈに塗布する工程である。

本工程の準備段階では、加熱手段（不図示）を含むベース基材８に、キャリアフィルム３に担持された電解質膜２Ｈを載置・固定する。ベース基材８によって、電解質膜２Ｈが加熱されるが、その加熱温度は、電解質膜２Ｈの軟化温度以上、電解質膜２Ｈ及びキャリアフィルム３のガラス転移温度未満の温度であることが好ましい。

また同準備段階では、電解質膜２Ｈと平行に隔置された静電スクリーン１を配置する。この静電スクリーン１は、導電性の開口メッシュ（不図示）を備えている。開口メッシュは、一定サイズの正方形状網目を有し、例えば、導電性金属のステンレス製の線材で作製されているものが好ましい。

静電スクリーン１と電解質膜２Ｈとの間であって一定領域（Ｗ×Ｌ）に、静電スクリーン１を負、電解質膜２Ｈを正に帯電するように、一定の電圧が印加され、両者間に電界が形成されている。

そして、電解質樹脂（例えば、ナフィオン（登録商標）樹脂）を含む触媒担持導電性粉４（以下、代表的に白金担持炭素粉４とする）が、静電スクリーン１の上に供給されて負に帯電され、かつ一定粒度（開口メッシュサイズに相当）にスクリーニングされた白金担持炭素粉４Ｓが、電界に入ると正に帯電された電解質膜２Ｈに向けて加速される。そして、白金担持炭素粉４Ｓが電解質膜２Ｈに電着していく。

熱圧処理板準備工程（図１（ｂ））：本工程は、静電スクリーン１を、一定の厚さの面寸法（少なくとも触媒層５の面寸法よりも大きい面寸法）の熱圧処理用板６（例えばステンレス製板部材６）に切り替えて、熱圧処理用板６を、少なくとも白金担持炭素粉４（４Ｓ）を被覆している電解質樹脂の軟化温度以上若しくは溶融温度以上かつガラス転移温度未満で加熱しておく。

触媒層形成工程（図１（ｃ））：本工程は、静電スクリーン塗布工程において、加熱された電解質膜２Ｈに強固に塗布されたＷ×Ｌの面寸法の白金担持炭素粉４Ｓからなる触媒層５の頂面に対して熱圧処理板準備工程で準備した熱圧処理用板６を、ベース基材８との間で熱圧処理を行い、触媒層５を薄い直方体状に形成する。最後に、ベース基材８及び熱圧処理用板６のいずれか又は両方を下方又は上方に変位させて、キャリアフィルム３に担持された電解質膜２Ｈに触媒層５を形成する。このようにして、膜-電極接合体（MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY：以下「ＭＥＡ」と略す）が製造される。

第１実施形態によれば、従来の静電スクリーン法によるものとは異なり、触媒層形成工程において、スクリーニングされた白金担持炭素粉４Ｓのような高価な白金触媒金属が飛散しないため、高価な材料が無駄になることはなく、材料の歩留りが向上する。また、触媒層５を取り囲み電解質膜２Ｈに固着される図示しない額縁状フィルム（ガスケット用シール部材）と、電解質膜２Ｈとの間に白金担持炭素粉４Ｓが介在することがなくなり、額縁状フィルム（ガスケット用シール部材）と電解質膜２Ｈとの間のガスに対するシール性（気密性）も向上する。

＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態を、第１実施形態と共通の工程の説明は省略し、特に第１実施形態の触媒層形成工程（図１（ｂ）及び図２（ｃ）に相当）を説明するための概略断面図である。よって、特に、第１実施形態と全く同様な静電スクリーン塗布工程（図１（ａ）に相当）は省略する。

第２実施形態では、静電スクリーン塗布工程（図１（ａ）、図２に相当）の後に、熱圧処理用ロール準備工程（図３（ａ））を採用する。本工程は、第１実施形態と同様に、静電スクリーン１を、一定幅寸法（少なくとも触媒層５の面寸法よりも大きい幅寸法）の熱圧処理用ロール（回転ロール）９（例えばステンレス製回転ロール部材６）に切り替え、同様にして、熱圧処理用ロール９を、少なくとも白金担持炭素粉４（４Ｓ）を被覆している電解質樹脂の軟化温度若しくは溶融温度以上かつガラス転移温度未満で加熱しておく。

触媒層形成工程（図３（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に相当）：本工程は、静電スクリーン塗布工程において、加熱された電解質膜２Ｈに塗布され、一定面寸法Ｗ×Ｌで画定されている白金担持炭素粉４Ｓからなる触媒層５の頂面に熱圧処理用ロール準備工程（図３（ａ））で準備した加熱された熱圧処理用ロール９を転がしながら一定の圧力が触媒層５に加わるように、ベース基材８との間で熱圧処理を行い、第１実施形態と同様にして触媒層５を略直方体状に形成する。最後に、ベース基材８を下方に変位させて、キャリアフィルム３に担持された電解質膜２Ｈに触媒層５が形成されたＭＥＡが製造される。

第２実施形態によれば、従来の静電スクリーン法によるものとは異なり、触媒層形成工程において、スクリーニングされた白金担持炭素粉４Ｓのような高価な白金触媒金属が、電解質膜２Ｈの面に沿って不必要に延ばされることがなくなるため、材料コストに無駄が生じない。特に、図７（ｄ）に示されるように、従来法１より従来法２の方が、熱圧処理用ロール（回転ロール）９によって触媒層５が電解質膜２の面方向に延ばされるように変形されがちであり、そのような不具合を防ぐことができる点で、第２実施形態は意義がある。

＜実施例＞
以下、本発明に係る実施例を説明する。表１の組成表に従い、溶質、溶媒を混合かつミル及び超音波を用いて分散しスラリーを作製した。このスラリーを、スプレードライヤーを用いて噴霧乾燥し、電解質樹脂分を含む白金担持カーボン粉体を作製した。

さらに作製された白金担持カーボン粉体を、図１を参照しながら説明した上記静電スクリーン法により、電解質膜上に白金含有量が、電解質膜の両面、すなわち、アノード、カソード両極共に、０．５０[ｍｇＰｔ／ｃｍ^２]となるように電着した。この際、電解質膜を、加熱手段を含むベース基材により１２０℃に加熱した。
そして、電解質膜に形成された白金担持カーボン粉体に対して、１４０℃、４ＭＰａの条件下、ロールプレスで４分間、熱圧処理を施し、電解質膜に白金担持カーボン粉体を固着させて、触媒層を形成した。

＜比較例＞
比較例では、上記の実施例のような電解質膜を加熱手段を含むベース基材による加熱を行わず、他の条件を実施例と同一条件にして、触媒層を形成した。

結果として、比較例に比較して実施例の方が、触媒層を構成する材料（白金担持カーボン粉体）の歩留りが大幅に向上した。より具体的には、比較例では初期に静電スクリーンに供給した同材料の量全体を１００％とするとその３０％が飛散したため、歩留りが７０％となったが、実施例では、ほぼ１００％の同材料が有効に使用された。よって、本実施例によって、ロールプレスでの上記粉体を用いた触媒層の好適な形成が可能となった。

尚、本発明の製造方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、第２実施形態を量産的に実施可能とするためには、図４、図５に示すロールトゥロールの製造装置１００、１５０を使用することができる。

図４に示す製造装置１００は、電解質膜Ｅ用ウェブライン、カノード側触媒層仮定着シートＦ_１用ウェブライン、及び、アノード側触媒層仮定着シートＦ_２用ウェブラインの三本のラインを含む。それぞれをウェブラインＥ、ウェブラインＦ_１、及びウェブラインＦ_２と以下称する。なお、ウェブラインＦ_１及びウェブラインＦ_２は、あくまで触媒層用の粉体によって形成された触媒層構造体の仮定着用であるため、触媒層構造体がウェブラインＦ_１及びウェブラインＦ_２から後述するウェブラインＦ_１、ウェブラインＦ_２及び電解質膜Ｅの合流後において、ウェブラインＦ_１、ウェブラインＦ_２から容易に離脱するような耐熱性の樹脂材料であることが好ましく、例えば、ポリイミド系樹脂製のカプトン（登録商標）が好適である。

ウェブラインＥは、電解質膜Ｅを搬送するためのラインであって、上流側から下流側へ、巻き出しロールＲ_１と、加熱ロール１１と、熱圧処理用ロール２２、１６と、送りロール１２と、巻取りロールＲ_２とを備える。

ウェブラインＦ_１は、カノード側触媒層仮定着シートＦ_１を搬送するためのラインであって、上流側から下流側へ、巻き出しロールＲ_４と、予備加熱ロール１９と、下方から加熱可能な加熱手段（不図示）を備えたスクリーン印刷部Ｐ_１と、送りロール２０及び２１と、熱圧処理用ロール２２、１６と、巻取りロールＲ_５と備える。

ウェブラインＦ_２は、アノード側触媒層仮定着シートＦ_２を搬送するために、上流側から下流側へ、巻き出しロールＲ_２と、予備加熱ロール１３と、下方から加熱可能な加熱手段（不図示）を備えたスクリーン印刷部Ｐ_２と、送りロール１４及び１５と、熱圧処理用ロール２２、１６と、巻取りロールＲ_３と備える。

装置１００の熱圧処理用ロール２２、１６までの動作をウェブラインＦ_１について説明すると、巻き出しロールＲ_４から巻き出されたカノード側触媒層仮定着シートＦ_１は、予備加熱ロール１９で加熱され、その後、スクリーン印刷部Ｐ_１において、スクリーンＳ_１に供給されスクリーニングされた（実施例と同様の組成の）触媒層用粉体が、スクリーンＳ_１と電解質膜Ｆ_１との間に印加された電圧によって、電解質膜Ｆ_１（さらに加熱されている）に電着され、仮の触媒層Ｃ_１を形成する。この仮の触媒層Ｃ_１は、送りロール２０及び２１を経由して、熱圧処理用ロール２２、１６に到達する。

さらに、装置１００の熱圧処理用ロール２２、１６までの動作をウェブラインＦ_２について説明すると、巻き出しロールＲ_２から巻き出されたアノード側触媒層仮定着シートＦ_２は、予備加熱ロール１３で加熱され、その後、スクリーン印刷部Ｐ_２において、スクリーンＳ_２に供給されスクリーニングされた（実施例と同様の組成の）触媒層用粉体が、スクリーンＳ_２と電解質膜Ｆ_２との間に印加された電圧によって、電解質膜Ｆ_２（さらに加熱されている）に電着され、仮の触媒層Ｃ_２を形成する。この仮の触媒層Ｃ_２は、送りロール１４及び１５を経由して、熱圧処理用ロール２２、１６に到達する。

そして、装置１００の熱圧処理用ロール２２、１６までの動作を電解質膜Ｅについて説明すると、巻き出しロールＲ_２から巻き出された電解質膜Ｅは、加熱ローラ１１によって加熱されながら送られて、熱圧処理用ロール２２、１６に到達する。

以下、ウェブラインＦ_１、ウェブラインＦ_２、電解質膜Ｅの合流後の動作（触媒層構造体の電解質膜Ｅへの本定着）について説明する。
ウェブラインＦ_１に形成された仮の触媒層Ｃ_１と、ウェブラインＦ_２に形成された仮の触媒層Ｃ_２とは、図示しない位置センサーと制御装置によって制御されて、熱圧処理用ロール２２、１６の接面で一致するように位置決めされ、さらに、予め加熱されている電解質膜Ｅの両面（カソード側及びアノード側）に対して、熱圧処理用ロール２２、１６を用いて熱圧処理されることにより、電解質膜Ｅの上に触媒層が固着されて、稠密化された白金触媒担持カーボン粒子が三次元に接合した触媒層Ｇ_１及びＧ_２が形成され、触媒層Ｇ_１及びＧ_２に含まれる電解質樹脂が適度に冷却かつ固化しつつ、送りロール１２を経由して巻取りロールＲ_２に巻かれていく。

さらに、図５に示す装置１５０のように、装置１００で、触媒層を、最初に電解質膜Ｅ_１、Ｅ_２に下方から加熱可能な加熱手段（不図示）を備えたスクリーン印刷部Ｐ_１、Ｐ_２によって仮定着し、熱圧処理用ロール２３、１４によって熱圧処理を行って、電解質膜Ｅ_１、Ｅ_２を背中合わせに張り合わせて、適度に冷却しながら、ニップロール２５、２６を経由して、巻取りロール２７に巻き取られるようにすることもできる。なお、電解質膜Ｅ_１、Ｅ_２を背中合わせに張り合わせ面に電解質樹脂を含む接着剤を塗布するようにしてもよい。

このようにして、当該装置１００、１５０によって、高価な白金触媒に代表される触媒金属が有効に使われ、触媒層が電解質膜Ｅに強固に定着したＭＥＡの連続体がロールトゥロールの量産ラインによって製造可能となる。

第１実施形態を説明するための概略断面図である。 第１実施形態の、特に静電スクリーン塗布法を説明するための斜視図である。 第２実施形態を説明するための概略断面図である。 本発明に係る燃料電池の電極製造方法を使用したＭＥＡの量産ライン用装置１００の概略図である。 本発明に係る燃料電池の電極製造方法を使用したＭＥＡの量産ライン用装置１５０の概略図である。 従来技術を説明するための概略断面図である。 従来技術を説明するための概略断面図である。

符号の説明

１：静電スクリーン、２Ｈ：加熱された電解質膜、４Ｓ：触媒用粉体。

Claims (6)

1. 燃料電池の電極構成体に電極構成要素用粉体を、静電スクリーン法を用いて塗布し、熱圧処理により定着させることによって、前記電極構成体の上に電極構成要素を形成する燃料電池の電極製造方法において、
   前記塗布前に、前記電極構成体を予め加熱し、前記電極構成要素用粉体を前記電極構成体の上に仮定着することを特徴とする燃料電池の電極製造方法。
2. 前記電極構成体が電解質膜であり、かつ、前記電極構成要素用粉体が電解質樹脂を含む前記触媒担持導電性粉体であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の電極製造方法。
3. 前記電極構成体が拡散層であり、かつ、前記電極構成要素用粉体が電解質樹脂を含む前記触媒担持導電性粉体であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の電極製造方法。
4. 前記電極構成体が、膜-電極接合体であり、かつ、前記電極構成要素用粉体が撥水性樹脂を含む炭素粉体であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の電極製造方法。
5. 前記電極構成体表面を前記予め加熱する加熱温度は、前記電解質樹脂の溶融温度以上であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の燃料電池の電極製造方法。
6. 前記電極構成体表面を前記予め加熱する加熱温度は、前記撥水性樹脂の溶融温度以上であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池の電極製造方法。