JP2002246040A - Membrane-electrode joint producing method for polymer electrolyte fuel cell - Google Patents
Membrane-electrode joint producing method for polymer electrolyte fuel cellInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
型燃料電池（以下、「ＰＥＦＣ」という。）の製造方
法、特に、ＰＥＦＣ用の膜・電極接合体の製造方法に関
する。The present invention relates to a method for producing a solid polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as "PEFC"), and more particularly to a method for producing a membrane-electrode assembly for PEFC.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＰＥＦＣ用の膜・電極接合体は、図４の
（ｂ）に示すように電解質であるフィルム状の高分子電
解質膜４１とガス拡散電極４６および４７との接合体か
らなる。高分子電解質膜４１は通常ロールにより供給さ
れる。図４の（ａ）に、膜・電極接合体の製造法の一例
を示すが、触媒層４３、４５が形成されたカーボンペー
パ４２、４４を高分子電解質膜４１とホットプレスによ
り圧接するものである。また、予め高分子電解質膜に触
媒層を転写、印刷などにより形成した後、カーボンペー
パを圧接する方法もある。そして、負極触媒層４３で
は、式（１）： Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- （１） で表される反応が起こっており、正極触媒層４５では、
式（２）： １／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ （２） で表される反応が起こっている。そして、上記反応が起
こる際、負極で発生したプロトンが高分子電解質膜４１
を介して正極へ移動する。このようなＰＥＦＣには、高
い出力電流密度を出すことが要求されるが、使用する高
分子電解質膜としては高いプロトン伝導性を持つこと、
すなわち低い内部抵抗を持つことが必要とされる。そし
て、高いプロトン伝導性を得るためには、高分子電解質
膜に高いプロトン伝導度を持つ材料を使用したり、でき
るだけ膜厚の薄い膜を使用しなくてはならない。2. Description of the Related Art A membrane-electrode assembly for a PEFC comprises an assembly of a polymer electrolyte membrane 41 in the form of a film as an electrolyte and gas diffusion electrodes 46 and 47 as shown in FIG. The polymer electrolyte membrane 41 is usually supplied by a roll. FIG. 4A shows an example of a method for producing a membrane-electrode assembly, in which carbon papers 42 and 44 on which catalyst layers 43 and 45 are formed are pressed against a polymer electrolyte membrane 41 by hot pressing. is there. Alternatively, there is a method in which a catalyst layer is previously formed on a polymer electrolyte membrane by transfer, printing, or the like, and then carbon paper is pressed. In the negative electrode catalyst layer 43, a reaction represented by the following formula (1): H 2 → 2H + + 2e − (1) occurs.
The reaction represented by the formula (2): 1 / 2O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O (2) is occurring. When the above reaction occurs, protons generated at the negative electrode are converted into polymer electrolyte membrane 41.
Move to the positive electrode through. Such a PEFC is required to have a high output current density, but has high proton conductivity as a polymer electrolyte membrane to be used,
That is, it is required to have a low internal resistance. In order to obtain high proton conductivity, it is necessary to use a material having high proton conductivity for the polymer electrolyte membrane or to use a membrane having a thickness as small as possible.
【０００３】通常、ＰＥＦＣの高分子電解質には、米国
デュポン社製のＮａｆｉｏｎ１１２に代表されるパーフ
ロオロスルホン酸イオノマーからなる高分子電解質膜が
使用されており、約３０〜５０μｍの厚さを有する膜が
実用化されている。また、Ｎａｆｉｏｎより高いプロト
ン伝導度を持つパーフロオロスルホン酸イオノマーから
なる高分子電解質膜としては、例えば旭硝子（株）製の
ＦｌｅｍｉｏｎＳＨ膜があげられるが、これはスルホン
基を含むためＮａｆｉｏｎ１１２より脆く、破れ易いと
いう問題がある。従って、実用化されている膜は約５０
μｍ以上の厚さを有する。In general, a polymer electrolyte membrane made of perfluorosulfonic acid ionomer represented by Nafion 112 manufactured by DuPont of the United States is used as a polymer electrolyte of PEFC, and the membrane has a thickness of about 30 to 50 μm. Has been put to practical use. Further, as a polymer electrolyte membrane comprising a perfluorosulfonic acid ionomer having a higher proton conductivity than Nafion, for example, Flemion SH membrane manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. can be mentioned. There is a problem that it is easy. Therefore, a practically used membrane is about 50
It has a thickness of at least μm.
【０００４】また、高分子電解質膜を薄膜化するため、
例えば特開平０８−１６２１３２号公報には、多孔質ポ
リテトラフルオロエチレン布を芯材として用い、その多
孔質空隙部に高分子電解質樹脂を含浸させることにより
強度を持たせた高分子電解質膜を形成する方法が開示さ
れている。この方法によって製造される具体的な製品と
しては、例えばジャパンゴアテックス（株）製のＧＯＲ
Ｅ−ＳＥＬＥＣＴ膜などがあげられる。この膜は補強剤
の使用により約２０〜３０μｍの厚さのものまで実用化
されている。In order to make the polymer electrolyte membrane thinner,
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-162132 discloses that a porous polytetrafluoroethylene cloth is used as a core material, and a porous polymer electrolyte resin is impregnated into the porous voids to form a polymer electrolyte membrane having strength. A method for doing so is disclosed. Specific products manufactured by this method include, for example, GOR manufactured by Japan Gore-Tex Co., Ltd.
E-SELECT film and the like. This film has been put into practical use to a thickness of about 20 to 30 μm by using a reinforcing agent.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の固体高
分子電解質型燃料電池に用いる膜・電極接合体の製造方
法においては、高分子電解質膜はロール状で供給される
が、ピンホールなどの欠陥を形成することなく高分子電
解質を薄膜にフィルム化することが困難なこと、および
／または膜・電極接合体の製造工程で破れやすいという
問題から、２０μｍより薄い高分子電解質膜を使用する
ことは困難であった。そこで本発明は、かかる問題点を
解決すべく、プロトン伝導度の高いパーフロオロスルホ
ン酸イオノマーを使用することができ、触媒層の上に形
成し得る薄い高分子電解質膜を具備する、内部抵抗が低
く高出力の高分子電解質型燃料電池用膜・電極接合体を
提供することを目的とする。また、本発明は、高分子電
解質膜の原料液がガス拡散電極の触媒層の多孔部へ浸み
込むことを防止し、膜厚が均一で多孔部の目詰まりがな
く、電極特性に優れた高分子電解質型燃料電池用膜・電
極接合体を提供することを目的とする。However, in the conventional method for manufacturing a membrane / electrode assembly used for a solid polymer electrolyte fuel cell, the polymer electrolyte membrane is supplied in a roll form. Use of a polymer electrolyte membrane thinner than 20 μm due to the difficulty of forming the polymer electrolyte into a thin film without forming defects and / or the fact that it is easily broken during the manufacturing process of the membrane / electrode assembly Was difficult. Accordingly, the present invention solves the above problem by using a perfluorosulfonic acid ionomer having high proton conductivity, comprising a thin polymer electrolyte membrane that can be formed on the catalyst layer, and having an internal resistance of An object of the present invention is to provide a low-power and high-output membrane / electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell. Further, the present invention prevents the raw material liquid of the polymer electrolyte membrane from infiltrating into the porous portion of the catalyst layer of the gas diffusion electrode, has a uniform thickness, does not clog the porous portion, and has excellent electrode characteristics. An object of the present invention is to provide a membrane / electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、水素イオン伝
導性高分子電解質膜の両面に、触媒層、ガス拡散電極を
接合してなる膜・電極接合体の製造方法であって、（ａ
１）前記触媒層の上にコーティング層を形成する工程、
（ｂ１）前記コーティング層の上に高分子電解質溶液を
塗布する工程、および（ｃ１）前記コーティング層を除
去して前記接合体を形成する工程を含むことを特徴とす
る高分子電解質型燃料電池用膜・電極接合体の製造方法
を提供する。この場合、前記コーティング層は、２００
℃以下で昇華する材料、２００℃以下で熱分解する材
料、紫外線で分解し昇華する材料、紫外線で分解し溶媒
に溶解する材料、水溶性材料、または有機溶媒に溶解す
る材料により形成するのが有効である。また、前記コー
ティング層は、スクリーン印刷またはロールコータもし
くはスプレイ塗布法により形成するのが有効である。さ
らに、前記高分子電解質層は、スクリーン印刷またはロ
ールコータもしくはスプレイ塗布法により形成するのが
有効である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing a membrane-electrode assembly comprising a catalyst layer and a gas diffusion electrode joined to both surfaces of a proton conductive polymer electrolyte membrane.
1) forming a coating layer on the catalyst layer;
(B1) a step of applying a polymer electrolyte solution on the coating layer, and (c1) a step of removing the coating layer to form the joined body, for a polymer electrolyte fuel cell. Provided is a method for manufacturing a membrane / electrode assembly. In this case, the coating layer has a thickness of 200
A material that sublimates below 200 ° C, a material that thermally decomposes below 200 ° C, a material that decomposes and sublimates with UV, a material that decomposes with UV and dissolves in a solvent, a water-soluble material, or a material that dissolves in an organic solvent It is valid. Further, it is effective that the coating layer is formed by screen printing, a roll coater or a spray coating method. Further, it is effective that the polymer electrolyte layer is formed by screen printing, a roll coater or a spray coating method.
【０００７】さらに本発明は、イオン伝導性高分子電解
質膜の両面に、触媒層、ガス拡散電極を接合してなる膜
・電極接合体の製造方法であって、（ａ２）高分子フィ
ルムの上に高分子電解質膜を形成する工程、（ｂ２）前
記高分子フィルムの前記高分子電解質膜を有しない面を
前記触媒層の上に配置する工程、および（ｃ２）前記高
分子フィルムを除去する工程を含むことを特徴とする高
分子電解質型燃料電池用膜・電極接合体の製造方法を提
供する。この場合、前記高分子フィルムは、２００℃以
下で昇華する材料、２００℃以下で熱分解する材料、紫
外線で分解し昇華する材料、紫外線で分解し溶媒に溶解
する材料、水溶性材料、または有機溶媒に溶解する材料
により形成されてなるものが有効である。また、前記高
分子電解質層は、スクリーン印刷またはロールコータも
しくはスプレイ塗布法により形成するのが有効である。Further, the present invention relates to a method for producing a membrane-electrode assembly comprising a catalyst layer and a gas diffusion electrode joined to both sides of an ion-conductive polymer electrolyte membrane, wherein (a2) (B2) arranging a surface of the polymer film not having the polymer electrolyte membrane on the catalyst layer, and (c2) removing the polymer film The present invention provides a method for producing a membrane / electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell, comprising: In this case, the polymer film is a material that sublimes at 200 ° C. or lower, a material that thermally decomposes at 200 ° C. or lower, a material that decomposes and sublimates with ultraviolet light, a material that decomposes with ultraviolet light and dissolves in a solvent, a water-soluble material, or an organic material. What is formed of a material soluble in a solvent is effective. Further, it is effective that the polymer electrolyte layer is formed by screen printing, a roll coater or a spray coating method.
【０００８】さらに本発明は、イオン伝導性高分子電解
質膜の両面に、触媒層、ガス拡散電極を接合してなる膜
・電極接合体の製造方法であって、（ａ３）前記触媒層
の上に高分子電解質からなるコーティング層を形成する
工程、（ｂ３）前記コーティング層の上に高分子電解質
溶液を塗布する工程、および（ｃ３）前記接合体を形成
する工程を含むことを特徴とする高分子電解質型燃料電
池用膜・電極接合体の製造方法をも提供する。Further, the present invention relates to a method for producing a membrane-electrode assembly comprising a catalyst layer and a gas diffusion electrode joined to both sides of an ion-conductive polymer electrolyte membrane, wherein (a3) Forming a coating layer made of a polymer electrolyte, (b3) applying a polymer electrolyte solution on the coating layer, and (c3) forming the joined body. Also provided is a method for producing a membrane / electrode assembly for a molecular electrolyte fuel cell.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】従来の燃料電池用膜・電極接合体
の製造方法に対し、触媒層の上に直接高分子電解質膜を
形成すれば、工程中に応力が加わらないため、破れるこ
となく薄膜が形成されるはずであるが、高分子電解質原
料溶液を直接触媒層に塗布すると、前記溶液が多孔質の
触媒層に染み込んでしまい、良好な膜を得ることは困難
であった。そこで、本発明においては、特に薄い膜厚の
高分子電解質膜の形成を可能とするために、まず特定の
媒体上に薄い高分子電解質膜を形成した後、次に媒体を
除去し、最終的に高分子電解質膜−触媒層界面を得るこ
ととした。したがって、ここでいう媒体とは、表面が比
較的平滑で多孔質ではなく、薄い高分子電解質膜を形成
することのできるものでなければならない。すなわち、
本発明は、水素イオン伝導性高分子電解質膜の両面に、
触媒層、ガス拡散電極を接合してなる膜・電極接合体の
製造方法であって、（１）前記触媒層の上に媒体を配置
する工程、（２）前記媒体の上に高分子電解質膜を形成
する工程、および（３）前記媒体を除去して前記接合体
を形成する工程を含むことを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池用膜・電極接合体の製造方法を提供する。
ただし、このときの工程（１）および工程（２）はいず
れを先に行ってもよい。以下に、本発明の燃料電池用電
極の製造方法の好ましい実施の形態について、工程
（１）および工程（２）のいずれを先に行うかに分け
て、説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In contrast to a conventional method for producing a membrane / electrode assembly for a fuel cell, if a polymer electrolyte membrane is formed directly on a catalyst layer, no stress is applied during the process, so that the membrane is not broken. Although a thin film should be formed, when the polymer electrolyte raw material solution is directly applied to the catalyst layer, the solution permeates the porous catalyst layer, and it has been difficult to obtain a good film. Therefore, in the present invention, in order to enable the formation of a polymer electrolyte membrane having a particularly thin film thickness, a thin polymer electrolyte membrane is first formed on a specific medium, and then the medium is removed. To obtain an interface between the polymer electrolyte membrane and the catalyst layer. Therefore, the medium referred to here must be one which has a relatively smooth surface, is not porous, and can form a thin polymer electrolyte membrane. That is,
The present invention, on both sides of the proton conductive polymer electrolyte membrane,
A method for producing a membrane-electrode assembly in which a catalyst layer and a gas diffusion electrode are joined, (1) a step of disposing a medium on the catalyst layer, and (2) a polymer electrolyte membrane on the medium. And (3) removing the medium to form the assembly. A method for producing a membrane-electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell, comprising:
However, any of the steps (1) and (2) at this time may be performed first. Hereinafter, a preferred embodiment of the method for producing an electrode for a fuel cell according to the present invention will be described by dividing which of the steps (1) and (2) is performed first.
【００１０】実施の形態１ 本発明の実施の形態１に係る燃料電池用電極の製造方法
は、触媒層の上に媒体としてコーティング層を先に形成
する方法であり、（ａ１）触媒層の上にコーティング層
を形成する工程、（ｂ１）前記コーティング層の上に高
分子電解質溶液を塗布する工程、および（ｃ１）前記コ
ーティング層を除去して接合体を形成する工程を含む。
前記コーティング層は最終的に除去する必要があるた
め、工程（ａ１）において、２００℃以下で昇華する材
料、２００℃以下で熱分解する材料、紫外線で分解し昇
華する材料、紫外線で分解し溶媒に溶解する材料、水溶
性材料、または有機溶媒に溶解する材料により前記コー
ティング層を形成するのが有効である。ここで、２００
℃以下としたのは、高分子電解質であるパーフルオロス
ルホン酸イオノマーは２００℃以下では熱分解しないか
らである。Embodiment 1 A method for manufacturing a fuel cell electrode according to Embodiment 1 of the present invention is a method in which a coating layer is first formed as a medium on a catalyst layer. (B1) a step of applying a polymer electrolyte solution on the coating layer, and (c1) a step of removing the coating layer to form a joined body.
Since the coating layer needs to be finally removed, in step (a1), a material that sublimes at 200 ° C. or lower, a material that thermally decomposes at 200 ° C. or lower, a material that decomposes and sublimates with ultraviolet light, It is effective to form the coating layer with a material that dissolves in water, a water-soluble material, or a material that dissolves in an organic solvent. Where 200
The reason why the temperature was set to not more than ℃ is that the perfluorosulfonic acid ionomer which is a polymer electrolyte does not thermally decompose at a temperature of not more than 200 ° C.
【００１１】ここで、２００℃以下で昇華する材料とし
ては、例えばトリアゾール、トリアジン、ベンゾトリア
ゾール、ニトロベンゾトリアゾール、メチルベンゾトリ
アゾール、ナフトール、キノリン、ヒドロキシキノリ
ン、キノリジン、モルホリン、シクロヘキシルアミンな
どがあげられる。これらをアルコールやエーテルなどの
溶媒でペースト状にし、塗布することで層が形成でき
る。また、２００℃以下で熱分解する材料としては、例
えばポリオキシメチレン、ポリ−α−メチレンスルホ
ン、ポリプロピレンオキシド、ポリイソプレン、ポリメ
タクリル酸メチル、ポリアクリル酸メチルなどがあげら
れる。Here, examples of the material that sublimates at 200 ° C. or lower include triazole, triazine, benzotriazole, nitrobenzotriazole, methylbenzotriazole, naphthol, quinoline, hydroxyquinoline, quinolidine, morpholine, cyclohexylamine, and the like. A layer can be formed by forming these into a paste with a solvent such as alcohol or ether and applying the paste. Examples of the material thermally decomposed at 200 ° C. or lower include polyoxymethylene, poly-α-methylene sulfone, polypropylene oxide, polyisoprene, polymethyl methacrylate, and polymethyl acrylate.
【００１２】また、紫外線で分解し昇華する材料として
は、例えばポリ（２，２，２−トリフルオロエチルα−
クロロアクリラート）などのレジスト剤、ポリアセター
ルなど紫外線で解重合を起こしやすい材料があげられ
る。また、紫外線で分解し溶媒に溶解する材料として
は、感光性樹脂を用いることができ、例えばポリ（メチ
ルイソプロペニルケトン）などがあげられる。As a material which is decomposed and sublimated by ultraviolet rays, for example, poly (2,2,2-trifluoroethyl α-
For example, a resist agent such as chloroacrylate) and a material which is easily depolymerized by ultraviolet rays such as polyacetal can be used. As a material that is decomposed by ultraviolet rays and dissolved in a solvent, a photosensitive resin can be used, and examples thereof include poly (methyl isopropenyl ketone).
【００１３】また、水溶性材料としては、例えばポリビ
ニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリアクリル
アミド、ポリアクリルアミン、ポリビニルピロリドン等
の合成高分子、馬鈴薯澱粉、タピオカ澱粉、トウモロコ
シ澱粉等の天然澱粉やこれを酸化、アルファ化、エーテ
ル化、エステル化処理した加工澱粉、カルボキシメチル
セルロース、メチルセルロースなどのセルロース誘導
体、タンパク質、ゼラチン、にかわ、カゼイン、セラッ
ク、アラビアゴム、デキストリン等がある。また、有機
溶媒に溶解する材料としては、例えば天然ゴム、アスフ
ァルト、クロロプレン系樹脂、ニトリルゴム系樹脂、ス
チレン系樹脂、ブチルゴム、ポリサルファイド、シリコ
ーンゴム、酢酸ビニル、ニトロセルロースなどがあげら
れる。Examples of the water-soluble material include synthetic polymers such as polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polyacrylamide, polyacrylamine, and polyvinylpyrrolidone; natural starch such as potato starch, tapioca starch, and corn starch; Examples include pregelatinized, etherified and esterified processed starch, cellulose derivatives such as carboxymethylcellulose and methylcellulose, proteins, gelatin, glue, casein, shellac, gum arabic, dextrin and the like. Examples of the material dissolved in the organic solvent include natural rubber, asphalt, chloroprene resin, nitrile rubber resin, styrene resin, butyl rubber, polysulfide, silicone rubber, vinyl acetate, nitrocellulose, and the like.
【００１４】つぎに、前記コーティング層は、薄くかつ
均一な層を形成することが可能であるという観点から、
スクリーン印刷またはロールコータもしくはスプレイ塗
布法により形成するのが有効である。コーティング層を
形成する方法およびその後の乾燥方法は、コーティング
層の材料および形成条件などに応じて当業者であれば適
宜選択することができる。また、コーティング層を形成
するための材料についても、膜形成能を有する範囲で濃
度および温度などを選択すればよい。Next, from the viewpoint that the coating layer can form a thin and uniform layer,
It is effective to form by screen printing, roll coater or spray coating method. A person skilled in the art can appropriately select a method for forming the coating layer and a drying method thereafter depending on the material of the coating layer, the forming conditions, and the like. Further, as for the material for forming the coating layer, the concentration, the temperature and the like may be selected within a range having a film forming ability.
【００１５】ついで実施の形態１においては、工程（ｂ
１）として、上述のようにして形成したコーティング層
の上に高分子電解質膜を形成する。従来のようにロール
で供給された高分子電解質膜を使用する場合と異なり、
上述のように、この方法によれば従来よりも薄い高分子
電解質膜を形成することができる。高分子電解質膜を形
成するための材料は、従来と同様の高分子電解質溶液を
用いればよく、その濃度および温度などについても適宜
選択することができる。また、この高分子電解質層は、
前記コーティング層と同様にスクリーン印刷またはロー
ルコータもしくはスプレイ塗布法により形成するのが有
効である。Next, in the first embodiment, the step (b)
As 1), a polymer electrolyte membrane is formed on the coating layer formed as described above. Unlike the conventional case of using a polymer electrolyte membrane supplied by a roll,
As described above, according to this method, a polymer electrolyte membrane thinner than the conventional one can be formed. As the material for forming the polymer electrolyte membrane, the same polymer electrolyte solution as in the related art may be used, and the concentration, temperature, and the like can be appropriately selected. In addition, this polymer electrolyte layer,
Similar to the coating layer, it is effective to form the layer by screen printing, a roll coater or a spray coating method.
【００１６】そして、最後に前記コーティング層を除去
する。この除去は、コーティング層を形成する材料の種
類および特性に応じて選択することができ、加熱、紫外
線照射、水または溶媒への溶解などの方法を用いること
ができる。ただし、ここで用いる方法は、得られる接合
体の性能を損なわない条件で行うことが必要であるが、
かかる条件は当業者であれば適宜選択することができ
る。Finally, the coating layer is removed. This removal can be selected according to the type and characteristics of the material forming the coating layer, and a method such as heating, ultraviolet irradiation, or dissolution in water or a solvent can be used. However, the method used here needs to be performed under conditions that do not impair the performance of the obtained joined body,
Such conditions can be appropriately selected by those skilled in the art.
【００１７】実施の形態２ つぎに、先に媒体の上に高分子電解質膜を形成する場合
に関する本発明の実施の形態２は、イオン伝導性高分子
電解質膜の両面に、触媒層、ガス拡散電極を接合してな
る膜・電極接合体の製造方法であって、（ａ２）高分子
フィルムの上に高分子電解質膜を形成する工程、（ｂ
２）前記高分子フィルムの前記高分子電解質膜を有しな
い面を前記触媒層の上に配置する工程、および（ｃ２）
前記高分子フィルムを除去する工程を含むことを特徴と
するものである。Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention relating to a case where a polymer electrolyte membrane is formed on a medium first, comprises a catalyst layer and a gas diffusion layer on both sides of an ion-conductive polymer electrolyte membrane. (A2) a step of forming a polymer electrolyte membrane on a polymer film, comprising:
2) arranging a surface of the polymer film not having the polymer electrolyte membrane on the catalyst layer; and (c2)
A step of removing the polymer film.
【００１８】ここでは、あらかじめ媒体となる高分子フ
ィルムを形成するのであるが、この高分子フィルムは、
上述の実施の形態１におけるコーティング層と同じ材
料、すなわち前記高分子フィルムは、２００℃以下で昇
華する材料、２００℃以下で熱分解する材料、紫外線で
分解し昇華する材料、紫外線で分解し溶媒に溶解する材
料、水溶性材料、または有機溶媒に溶解する材料により
形成することができる。ただし、ガス拡散電極とは別途
形成するため、例えばガラス板、シャーレの上、フィル
ムの上に滴下または塗布、および乾燥するなどして高分
子フィルムを形成すればよい。Here, a polymer film serving as a medium is formed in advance.
The same material as the coating layer in the first embodiment, that is, the polymer film is a material that sublimes at 200 ° C. or less, a material that thermally decomposes at 200 ° C. or less, a material that decomposes and sublimates with ultraviolet light, and a solvent that decomposes with ultraviolet light. , A water-soluble material, or a material soluble in an organic solvent. However, in order to form the polymer film separately from the gas diffusion electrode, a polymer film may be formed by, for example, dropping or coating on a glass plate, a Petri dish, or a film, and drying.
【００１９】そして、高分子フィルムの上に、高分子電
解質膜を形成する。この場合も、上記実施の形態１と同
様の材料を用いて、スクリーン印刷またはロールコータ
もしくはスプレイ塗布法により形成することができる。
ついで、片面に高分子電解質膜を形成した高分子フィル
ムを、高分子電解質膜を有しない方の面で、ガス拡散電
極の触媒層の上に配置し、最後に上記実施の形態１にお
いてコーティング層を除去する場合と同様にして高分子
フィルムを除去することにより、本発明に係る接合体を
得ることができる。高分子フィルムをガス拡散電極に配
置する方法としては特に制限はなく、例えば機械的に配
置すればよい。Then, a polymer electrolyte membrane is formed on the polymer film. Also in this case, it can be formed by screen printing, a roll coater or a spray coating method using the same material as in the first embodiment.
Then, a polymer film having a polymer electrolyte membrane formed on one side is disposed on the catalyst layer of the gas diffusion electrode on the side having no polymer electrolyte membrane, and finally the coating layer is formed in the first embodiment. The conjugate according to the present invention can be obtained by removing the polymer film in the same manner as when removing the polymer film. The method for arranging the polymer film on the gas diffusion electrode is not particularly limited, and may be, for example, a mechanical arrangement.
【００２０】実施の形態３ さらに、本発明は、イオン伝導性高分子電解質膜の両面
に、触媒層、ガス拡散電極を接合してなる膜・電極接合
体の製造方法であって、（ａ３）前記触媒層の上に高分
子電解質からなるコーティング層を形成する工程、（ｂ
３）前記コーティング層の上に高分子電解質溶液を塗布
する工程、および（ｃ３）前記接合体を形成する工程を
含むことを特徴とする高分子電解質型燃料電池用膜・電
極接合体の製造方法を提供する。この実施の形態では、
前記コーティング層が高分子電解質膜と同じ材料であ
る。上述のように、高分子電解質溶液が触媒層へ浸み込
むことを防止するために媒体が必要であるが、この実施
の形態では、高分子電解質のゲル化現象を利用し、ゲル
化層を触媒層への浸み込み防止層として使用するもので
ある。すなわち、まず、少量の高分子電解質膜原料溶液
を触媒層にスプレイで噴霧し、溶媒を揮発させる。高分
子電解質の溶液は、エチルアルコールなどの溶媒を使用
すると高分子電解質濃度が１０％〜２０％になるとゲル
化を起こすので、溶媒の揮発とともに、触媒層の表面で
ゼリー状あるいは半固体状のゲル化層を形成する。この
ときスプレイと触媒層との距離や噴霧条件、噴霧量を適
宜に選択すれば、触媒層表面に到達するときの高分子電
解質の溶液の溶媒揮発状態を制御できるので、触媒層へ
の溶液の侵入をごく表面部のみに限定することが可能で
ある。そしてこの操作を数回繰り返すと、高分子電解質
の溶液による薄いゲル化層が触媒層表面を埋め尽くすよ
うに形成できる。その後、この触媒層を１００℃〜１４
０℃で短時間乾燥させると、もはやエチルアルコールな
どの溶媒には溶解しないコーティング層が形成できる。
つぎに、この上に高分子電解質膜の原料溶液を塗布する
と、前記コーティング層が触媒層への原料溶液に対する
遮断層となり、高分子電解質膜が良好に形成できる。前
記コーティング層は高分子電解質膜と同じ材料であるの
で、高分子電解質膜形成後は高分子電解質膜の一部とし
てプロトン伝導性を発揮することができる。Embodiment 3 Further, the present invention relates to a method for producing a membrane-electrode assembly comprising a catalyst layer and a gas diffusion electrode joined to both sides of an ion-conductive polymer electrolyte membrane, wherein (a3) Forming a coating layer made of a polymer electrolyte on the catalyst layer, (b)
3) A method for producing a membrane / electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell, comprising: a step of applying a polymer electrolyte solution on the coating layer; and (c3) a step of forming the assembly. I will provide a. In this embodiment,
The coating layer is made of the same material as the polymer electrolyte membrane. As described above, a medium is required to prevent the polymer electrolyte solution from penetrating into the catalyst layer. In this embodiment, the gel layer is formed by utilizing the gelation phenomenon of the polymer electrolyte. It is used as a layer for preventing permeation into the catalyst layer. That is, first, a small amount of the polymer electrolyte membrane raw material solution is sprayed on the catalyst layer by spraying to volatilize the solvent. When a solvent such as ethyl alcohol is used, the polymer electrolyte solution gels when the concentration of the polymer electrolyte reaches 10% to 20%. A gel layer is formed. At this time, if the distance between the spray and the catalyst layer, the spray conditions, and the spray amount are appropriately selected, the solvent volatilization state of the polymer electrolyte solution when reaching the catalyst layer surface can be controlled. It is possible to limit the intrusion to only the surface. When this operation is repeated several times, a thin gelled layer made of a solution of the polymer electrolyte can be formed so as to fill the surface of the catalyst layer. Thereafter, the catalyst layer is heated at 100 ° C to 14 ° C.
Drying at 0 ° C. for a short time forms a coating layer that is no longer soluble in solvents such as ethyl alcohol.
Next, when a raw material solution for the polymer electrolyte membrane is applied thereon, the coating layer serves as a barrier layer for the raw material solution to the catalyst layer, and the polymer electrolyte membrane can be formed favorably. Since the coating layer is made of the same material as the polymer electrolyte membrane, it can exhibit proton conductivity as a part of the polymer electrolyte membrane after the formation of the polymer electrolyte membrane.
【００２１】なお、以上の方法においては、高分子電解
質膜の片面にガス拡散電極が接している状態のものがで
きるが、すでに薄い高分子電解質膜が形成されているた
め、高分子電解質膜のもう一方の面には、触媒層、カー
ボンペーパを接合させ、燃料電池用膜・電極接合体を得
ることができる。以下、実施例を用いて本発明をより詳
細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるもの
ではない。In the above method, a polymer electrolyte membrane in which a gas diffusion electrode is in contact with one side of the polymer electrolyte membrane is obtained. However, since a thin polymer electrolyte membrane is already formed, the polymer electrolyte membrane is A catalyst layer and carbon paper are joined to the other surface to obtain a fuel cell membrane / electrode assembly. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
【００２２】[0022]
【実施例】《実施例１》図１に、本実施例における燃料
電池用膜・電極接合体の製造工程を模式的に示す。ま
ず、触媒層３を得るため、白金触媒を１０〜３０Ｗｔ％
担持させた炭素粉末をＮ−酢酸ブチルに上記白金とＮ−
酢酸ブチルの重量比が１：１２０となるように混合し、
白金触媒の分散液を得た。上記分散液をマグネティック
スターラーで撹拌しながら、高分子電解質のエチルアル
コール溶液を上記白金量と高分子電解質量が１：２とな
るまで滴下し、続いて超音波分散器を用いてペースト状
にした。高分子電解質のエチルアルコール溶液としては
旭硝子（株）製のＦｌｅｍｉｏｎＦＳＳ−１溶液を用い
た。Embodiment 1 FIG. 1 schematically shows a manufacturing process of a membrane / electrode assembly for a fuel cell in this embodiment. First, in order to obtain the catalyst layer 3, 10 to 30 Wt% of the platinum catalyst is added.
The supported carbon powder is put on N-butyl acetate and the above platinum and N-
Mix so that the weight ratio of butyl acetate is 1: 120,
A dispersion of a platinum catalyst was obtained. While stirring the dispersion with a magnetic stirrer, an ethyl alcohol solution of a polymer electrolyte was added dropwise until the platinum amount and the polymer electrolyte mass became 1: 2, and then a paste was formed using an ultrasonic disperser. . As an ethyl alcohol solution of the polymer electrolyte, a Flemion FSS-1 solution manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. was used.
【００２３】この触媒ペーストを、支持体４としてあら
かじめ２０〜６０Ｗｔ％のテトラフルオロエチレン−ヘ
キサフルオロプロピレン共重合体を溶着してなる（株）
東レ製の１００ｍｍ×２００ｍｍのカーボンペーパの片
面に塗着した後、５０〜６０℃で乾燥してガス拡散電極
を得た。このように形成した触媒層３の厚みは３０〜４
０μであった。つぎに、ヒドロキシプロピルメチルセル
ロース（信越化学（株）製の６０ＳＨ４０００）の濃度
３％、粘度４０００ＣＰＳの水溶液をロールコータ法で
塗布した後に乾燥し、コーティング層２を形成した。This catalyst paste is obtained by previously welding 20 to 60 Wt% of a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer as a support 4.
It was applied on one side of a 100 mm × 200 mm carbon paper manufactured by Toray and then dried at 50 to 60 ° C. to obtain a gas diffusion electrode. The thickness of the catalyst layer 3 thus formed is 30 to 4
It was 0μ. Next, an aqueous solution having a concentration of 3% and a viscosity of 4000 CPS of hydroxypropylmethylcellulose (60SH4000 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was applied by a roll coater method, and then dried to form a coating layer 2.
【００２４】つぎに、コーティング層を形成させたガス
拡散電極の触媒層側に粘度調整した高分子電解質溶液で
あるＦｌｅｍｉｏｎＦＳＳ−１の溶液をロールコータ法
により塗布した後、溶媒であるエチルアルコールを乾燥
器で除去させて図１の（ｃ）のようなガス拡散電極を得
た。つぎに、乾燥機により２００℃の条件で３０分間焼
成した。この焼成工程により、触媒層上３に形成させた
コーティング層２を消失させることができ、図１の
（ｄ）に示すような、高分子電解質膜１が触媒層３上に
接触したガス拡散電極が得られた。このときの高分子電
解質膜１の厚みは５〜２０μｍであり、触媒層への浸み
込みのない、均一な膜厚の高分子電解質膜層が得られ
た。Next, a solution of Flemion FSS-1 which is a polymer electrolyte solution whose viscosity has been adjusted is applied to the catalyst layer side of the gas diffusion electrode having the coating layer formed thereon by a roll coater method, and then ethyl alcohol as a solvent is dried. A gas diffusion electrode as shown in FIG. 1 (c) was obtained. Next, it was baked at 200 ° C. for 30 minutes using a dryer. By this baking step, the coating layer 2 formed on the catalyst layer 3 can be eliminated, and the gas diffusion electrode in which the polymer electrolyte membrane 1 is in contact with the catalyst layer 3 as shown in FIG. was gotten. At this time, the thickness of the polymer electrolyte membrane 1 was 5 to 20 μm, and a polymer electrolyte membrane layer having a uniform thickness without infiltration into the catalyst layer was obtained.
【００２５】上記のように作製した１２μの厚みの高分
子電解質層付きガス拡散電極と、触媒層のみ形成された
ガス拡散電極を触媒層が内側に対向するように挟持し、
ホットプレス機を用いて５ｋｇｆ／ｃｍ2に加圧しなが
ら１５０℃まで昇温し、１５０℃に昇温後、５０ｋｇｆ
／ｃｍ2で１０分間ホットプレスした。この接合体を用
いてセル温度７５℃で、負極バブラー温度７０℃、正極
バブラー温度６５℃、水素利用率７０％、空気利用率４
０％のときの０．７Ａ／ｃｍ2時の電圧を測定したとこ
ろ、０．７０Ｖを得た。すなわち、出力電力は０．４９
Ｗ／ｃｍ2であり高い出力電力を得ることができた。な
お、本実施例では、支持体４としてカーボンペーパを使
用した例を記したが、支持体４は必ずしもカーボンペー
パである必要はなく、ＰＰ、ＰＥＴの様な高分子シート
でも良い。支持体４がこの様なシートの場合は、剥離
後、カーボンペーパを接合すればよい。A gas diffusion electrode having a polymer electrolyte layer having a thickness of 12 μ and a gas diffusion electrode having only a catalyst layer formed as described above is sandwiched so that the catalyst layer faces the inside,
The temperature was raised to 150 ° C. while applying a pressure of 5 kgf / cm 2 using a hot press machine, and then the temperature was raised to 150 ° C .;
/ Cm 2 for 10 minutes. Using this assembly, a cell temperature of 75 ° C., a negative electrode bubbler temperature of 70 ° C., a positive electrode bubbler temperature of 65 ° C., a hydrogen utilization of 70%, and an air utilization of 4
When the voltage at 0.7 A / cm 2 at 0% was measured, 0.70 V was obtained. That is, the output power is 0.49
W / cm 2 and high output power could be obtained. In the present embodiment, an example in which carbon paper is used as the support 4 is described. However, the support 4 does not necessarily need to be carbon paper, and may be a polymer sheet such as PP or PET. When the support 4 is such a sheet, carbon paper may be bonded after peeling.
【００２６】《比較例１》図４に、本比較例における燃
料電池用膜・電極接合体の製造工程を模式的に示す。触
媒層４３および４５を形成するまでは実施例１と同様の
方法で、ガス拡散電極４６および４７を得た。つぎに、
ガス拡散電極４６および４７を触媒層４３および４５を
内側に対向させ、旭ガラス（株）製の高分子電解質膜で
あるＦｌｅｍｉｏｎＳＨ５０（厚さ：５０μｍ）４１を
挟持し、ホットプレス機を用いて５ｋｇｆ／ｃｍ2に加
圧しながら１５０℃まで昇温し、１５０℃に昇温後、５
０ｋｇｆ／ｃｍ2でホットプレスした。この接合体を用
いて実施例１と同様に７５℃で０．７Ａ／ｃｍ2時の電
圧を測定したところ、０．５５Ｖを得た。すなわち、出
力電力は０．３８５Ｗ／ｃｍ2であり、実施例１と比較
し出力は低かった。これは、高分子電解質膜の内部抵抗
によるもので、膜厚が大きい膜では、大きな電圧降下が
起こるためである。Comparative Example 1 FIG. 4 schematically shows a manufacturing process of a fuel cell membrane / electrode assembly according to this comparative example. Gas diffusion electrodes 46 and 47 were obtained in the same manner as in Example 1 until the catalyst layers 43 and 45 were formed. Next,
The gas diffusion electrodes 46 and 47 are opposed to the catalyst layers 43 and 45 inward, and a Flemion SH50 (thickness: 50 μm) 41, which is a polymer electrolyte membrane manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., is sandwiched between the gas diffusion electrodes 46 and 47. / Cm 2 while increasing the temperature to 150 ° C. while increasing the temperature to 150 ° C.
Hot pressing was performed at 0 kgf / cm 2 . When a voltage at 0.7 A / cm 2 at 75 ° C. was measured in the same manner as in Example 1 using this joined body, 0.55 V was obtained. That is, the output power was 0.385 W / cm 2 , and the output was lower than that of Example 1. This is due to the internal resistance of the polymer electrolyte membrane, and a large film thickness causes a large voltage drop.
【００２７】《比較例２》本比較例では、高分子電解質
溶液をロールコータ法で触媒層３に直接塗布した。その
他の条件は実施例１と同様にしてガス拡散電極を作製し
た。このように作製したガス拡散電極においては、図５
に示すように、高分子電解質溶液が塗布時に触媒層３の
多孔質部へ浸み込んだ。そのため、高分子電解質層膜の
表面は小さな凹凸が多数発生して、膜厚が均一ではな
く、触媒層３のガス拡散性が機能しないので電極として
は使用できなかった。Comparative Example 2 In this comparative example, a polymer electrolyte solution was directly applied to the catalyst layer 3 by a roll coater method. Other conditions were the same as in Example 1 to produce a gas diffusion electrode. In the gas diffusion electrode thus manufactured, FIG.
As shown in (1), the polymer electrolyte solution penetrated into the porous portion of the catalyst layer 3 during coating. Therefore, the surface of the polymer electrolyte layer film had many small irregularities, the film thickness was not uniform, and the gas diffusion property of the catalyst layer 3 did not function, so that it could not be used as an electrode.
【００２８】《実施例２》図２に、本実施例における燃
料電池用膜・電極接合体の製造工程を模式的に示す。ま
ず、実施例１と同様な方法で触媒層３付きガス拡散電極
を得た。つぎに、ヒドロキシプロピルメチルセルロース
（信越化学（株）製の６０ＳＨ４０００）の濃度１％の
水溶液をキャスト法でガラス板上に滴下して展開させた
後、乾燥してフィルム２２を得た。また、フィルム２２
上に高分子電解質であるＦｌｅｍｉｏｎＦＳＳ−１の溶
液をロールコータ法により塗布した後、エチルアルコー
ル成分を除去させて、図２（ａ）のような高分子電解質
層付きフィルムを得た。このときの高分子電解質層の厚
みは１２μｍであった。Embodiment 2 FIG. 2 schematically shows a manufacturing process of a membrane / electrode assembly for a fuel cell in this embodiment. First, a gas diffusion electrode with a catalyst layer 3 was obtained in the same manner as in Example 1. Next, a 1% aqueous solution of hydroxypropylmethylcellulose (60SH4000 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was dropped on a glass plate by a casting method and developed, and then dried to obtain a film 22. The film 22
After a solution of Flemion FSS-1 as a polymer electrolyte was applied thereon by a roll coater method, an ethyl alcohol component was removed to obtain a film with a polymer electrolyte layer as shown in FIG. 2A. At this time, the thickness of the polymer electrolyte layer was 12 μm.
【００２９】つぎに、図２の（ｂ）に示すように、この
高分子電解質層付きフィルムを先に作製した触媒層３付
きガス拡散電極と貼り合わせ、乾燥機により２００℃の
条件で３０分間焼成した。この焼成工程により、フィル
ム２２を消失させることができ、図２の（ｃ）に示すよ
うな、高分子電解質膜１が触媒層３上に接触したガス拡
散電極が得られた。上記のように作製した高分子電解質
層付きガス拡散電極と、触媒層３のみのガス拡散電極を
実施例１と同様に触媒層が内側に対向するように挟持
し、ホットプレス機を用いて５ｋｇｆ／ｃｍ2に加圧し
ながら１５０℃まで昇温し、１５０℃に昇温後、５０ｋ
ｇｆ／ｃｍ2でホットプレスした。この接合体を用いて
７５℃で０．７Ａ／ｃｍ2時の電圧を測定したところ、
０．６９Ｖを得た。すなわち、出力電力は０．４８Ｗ／
ｃｍ2であり、実施例１と同様高い出力が得られた。Next, as shown in FIG. 2 (b), the film with a polymer electrolyte layer was bonded to the gas diffusion electrode with a catalyst layer 3 prepared previously, and dried at 200 ° C. for 30 minutes using a dryer. Fired. By this baking step, the film 22 could be eliminated, and a gas diffusion electrode in which the polymer electrolyte membrane 1 was in contact with the catalyst layer 3 as shown in FIG. 2C was obtained. The gas diffusion electrode with a polymer electrolyte layer produced as described above and the gas diffusion electrode with only the catalyst layer 3 were sandwiched in such a manner that the catalyst layers face inward in the same manner as in Example 1, and 5 kgf was applied using a hot press. / Cm 2 while pressurizing to 150 ° C.
It was hot pressed at gf / cm 2 . When the voltage at 0.7 A / cm 2 at 75 ° C. was measured using this joined body,
0.69 V was obtained. That is, the output power is 0.48 W /
cm 2 , and a high output was obtained as in Example 1.
【００３０】《実施例３》図３に、本実施例における燃
料電池用膜・電極接合体の製造工程を模式的に示す。ま
ず、実施例１と同様な方法で触媒層３付きガス拡散電極
を作製した。つぎに、この触媒層付きガス拡散電極を５
０℃のホットプレート上におき、前記ガス拡散電極の触
媒層上に高分子電解質フレミオンＦＳＳ−１のエチルア
ルコール８ｗｔ％溶液をスプレイノズル５により噴霧塗
布した。まず最初に、５ｃｃの前記フレミオンＦＳＳ−
１溶液をガス拡散電極の触媒層に８０ｃｍ以上の距離か
ら噴霧し、溶媒であるエチルアルコールを下降中に揮発
させながら、触媒層のごく表面にゲル化層を堆積形成さ
せた。つぎに、この上にさらにフレミオンＦＳＳ−１溶
液を５ｃｃ均一に噴霧した。この操作を３回繰り返した
後、このガス拡散電極を１００℃のホットプレート上で
１０分放置し、高分子電解質のゲルを硬化させて高分子
電解質の薄層３１を形成させた。こののち、フレミオン
ＦＳＳ−１溶液をロールコータで前記薄層３１上に塗布
した。つぎに、この高分子電解質膜が形成されたガス拡
散電極を１５０℃で６０分乾燥させ、図３（ｃ）のよう
な高分子電解質層付きガス拡散電極を得た。このときの
高分子電解質層の厚みは１２μｍであった。Embodiment 3 FIG. 3 schematically shows a manufacturing process of a membrane / electrode assembly for a fuel cell in this embodiment. First, a gas diffusion electrode with a catalyst layer 3 was produced in the same manner as in Example 1. Next, this gas diffusion electrode with a catalyst layer was
The solution was placed on a hot plate at 0 ° C., and an 8 wt% solution of polymer electrolyte Flemion FSS-1 in ethyl alcohol was spray-coated on the catalyst layer of the gas diffusion electrode using a spray nozzle 5. First, 5cc of Flemion FSS-
One solution was sprayed onto the catalyst layer of the gas diffusion electrode from a distance of 80 cm or more, and a gelling layer was deposited and formed on the very surface of the catalyst layer while the ethyl alcohol as the solvent was volatilized while descending. Next, 5 cc of Flemion FSS-1 solution was further sprayed on this. After this operation was repeated three times, the gas diffusion electrode was left on a hot plate at 100 ° C. for 10 minutes to cure the polymer electrolyte gel to form a polymer electrolyte thin layer 31. Thereafter, the Flemion FSS-1 solution was applied on the thin layer 31 by a roll coater. Next, the gas diffusion electrode on which the polymer electrolyte membrane was formed was dried at 150 ° C. for 60 minutes to obtain a gas diffusion electrode with a polymer electrolyte layer as shown in FIG. At this time, the thickness of the polymer electrolyte layer was 12 μm.
【００３１】上記のように作製した高分子電解質層付き
ガス拡散電極と、触媒層３のみのガス拡散電極を実施例
１と同様に触媒層が内側に対向するように挟持し、ホッ
トプレス機を用いて５ｋｇｆ／ｃｍ2に加圧しながら１
５０℃まで昇温し、１５０℃に昇温後、５０ｋｇｆ／ｃ
ｍ2でホットプレスした。この接合体を用いて７５℃で
０．７Ａ／ｃｍ2時の電圧を測定したところ、０．７１
Ｖを得た。すなわち、出力電力は０．５０Ｗ／ｃｍ2で
あり、実施例１と同様高い出力が得られた。本実施例で
は、ロールコータ法を使用したが、スクリーン印刷法で
も同様に、均一なコーティング層および高分子電解質層
ができる。The gas diffusion electrode with a polymer electrolyte layer produced as described above and the gas diffusion electrode with only the catalyst layer 3 were sandwiched in the same manner as in Example 1 so that the catalyst layers face inside, and a hot press machine was used. While applying pressure to 5 kgf / cm 2
Raise the temperature to 50 ° C, raise the temperature to 150 ° C, then 50kgf / c
It was hot-pressed at m 2. When a voltage at 0.7 A / cm 2 at 75 ° C. was measured using this joined body, 0.71
V was obtained. That is, the output power was 0.50 W / cm 2 , and a high output was obtained as in Example 1. In this embodiment, the roll coater method was used, but a uniform coating layer and a polymer electrolyte layer can be similarly formed by a screen printing method.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、プロト
ン伝導度の高い性能の優れたパーフロオロスルホン酸イ
オノマーを使用でき、かつ膜厚の薄い高分子電解質膜を
触媒層上に形成できるため、内部抵抗の低い、低加湿ま
たは無加湿作動に適した、高出力のガス拡散電極接合
体、およびＰＥＦＣを得ることができる。As described above, according to the present invention, a perfluorosulfonic acid ionomer having high proton conductivity and excellent performance can be used, and a thin polymer electrolyte membrane can be formed on the catalyst layer. Therefore, a high-output gas diffusion electrode assembly and PEFC having low internal resistance and suitable for low-humidification or non-humidification operation can be obtained.
【図１】実施例１における燃料電池用膜・電極接合体の
製造工程を示す模式図。FIG. 1 is a schematic view showing a manufacturing process of a fuel cell membrane / electrode assembly in Example 1.
【図２】実施例２における燃料電池用膜・電極接合体の
製造工程を示す模式図。FIG. 2 is a schematic view showing a manufacturing process of a fuel cell membrane / electrode assembly in Example 2.
【図３】実施例３における燃料電池用膜・電極接合体の
製造工程を示す模式図。FIG. 3 is a schematic view showing a manufacturing process of a fuel cell membrane / electrode assembly in Example 3.
【図４】比較例１における燃料電池用膜・電極接合体の
製造工程を示す模式図。FIG. 4 is a schematic view showing a manufacturing process of a fuel cell membrane / electrode assembly in Comparative Example 1.
【図５】比較例２における燃料電池用膜・電極接合体を
示す模式図。FIG. 5 is a schematic view showing a fuel cell membrane / electrode assembly in Comparative Example 2.
１ 高分子電解質膜 ２ コーティング層 ３ 触媒層 ４ 支持体 ５ スプレイノズル ８ 高分子電解質溶液侵入境界部 ２２ 高分子フィルム ３１ 高分子電解質膜薄層 ４１ 高分子電解質膜 ４２、４４ カーボンペーパ ４３、４５ 触媒層 ４６、４７ ガス拡散電極 REFERENCE SIGNS LIST 1 polymer electrolyte membrane 2 coating layer 3 catalyst layer 4 support 5 spray nozzle 8 polymer electrolyte solution entry boundary 22 polymer film 31 polymer electrolyte membrane thin layer 41 polymer electrolyte membrane 42, 44 carbon paper 43, 45 catalyst Layer 46, 47 Gas diffusion electrode
Claims (3)
に、触媒層、ガス拡散電極を接合してなる膜・電極接合
体の製造方法であって、（ａ１）前記触媒層の上にコー
ティング層を形成する工程、（ｂ１）前記コーティング
層の上に高分子電解質溶液を塗布する工程、および（ｃ
１）前記コーティング層を除去して前記接合体を形成す
る工程を含むことを特徴とする高分子電解質型燃料電池
用膜・電極接合体の製造方法。1. A method for producing a membrane-electrode assembly comprising a catalyst layer and a gas diffusion electrode bonded to both surfaces of a hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane, wherein (a1) coating on the catalyst layer Forming a layer, (b1) applying a polymer electrolyte solution on the coating layer, and (c)
1) A method for producing a membrane / electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell, comprising a step of forming the assembly by removing the coating layer.
に、触媒層、ガス拡散電極を接合してなる膜・電極接合
体の製造方法であって、（ａ２）高分子フィルムの上に
高分子電解質膜を形成する工程、（ｂ２）前記高分子フ
ィルムの前記高分子電解質膜を有しない面を前記触媒層
の上に配置する工程、および（ｃ２）前記高分子フィル
ムを除去する工程を含むことを特徴とする高分子電解質
型燃料電池用膜・電極接合体の製造方法。2. A method for producing a membrane / electrode assembly comprising a catalyst layer and a gas diffusion electrode joined to both surfaces of a hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane, wherein (a2) a method comprising: Forming a molecular electrolyte membrane, (b2) arranging a surface of the polymer film not having the polymer electrolyte membrane on the catalyst layer, and (c2) removing the polymer film. A method for producing a membrane / electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell, comprising:
に、触媒層、ガス拡散電極を接合してなる膜・電極接合
体の製造方法であって、（ａ３）前記触媒層の上に高分
子電解質からなるコーティング層を形成する工程、（ｂ
３）前記コーティング層の上に高分子電解質溶液を塗布
する工程、および（ｃ３）前記接合体を形成する工程を
含むことを特徴とする高分子電解質型燃料電池用膜・電
極接合体の製造方法。3. A method for producing a membrane-electrode assembly comprising a catalyst layer and a gas diffusion electrode bonded to both surfaces of a hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane, wherein (a3) a method comprising: Forming a coating layer made of a molecular electrolyte, (b)
3) A method for producing a membrane-electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell, comprising: a step of applying a polymer electrolyte solution on the coating layer; and (c3) a step of forming the assembly. .
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