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JP2008152943A - Membrane electrode assembly and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2008152943A JP2006336796A JP2006336796A JP2008152943A JP 2008152943 A JP2008152943 A JP 2008152943A JP 2006336796 A JP2006336796 A JP 2006336796A JP 2006336796 A JP2006336796 A JP 2006336796A JP 2008152943 A JP2008152943 A JP 2008152943A
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Abstract

【課題】燃料電池に用いられる膜電極接合体の部分的なリサイクルを可能にする。
【解決手段】膜電極接合体110は、電解質膜112の両面に、それぞれ、アノード側触媒層114a、および、カソード側触媒層114cが接合されており、さらに、アノード側触媒層114a、および、カソード側触媒層114cの表面には、それぞれ、アノード側ガス拡散層116a、および、カソード側ガス拡散層116cが接合されている。そして、アノード側114a触媒層114aと、アノード側ガス拡散層116aとは、アノード側触媒層114aの表面に備えられたループ部材と、アノード側ガス拡散層116aの表面に備えられたフック部材とを互いに係合することによって、着脱可能に接合されている。また、カソード側触媒層114cと、カソード側ガス拡散層116cとの接合についても同様である。
【選択図】図1
A membrane electrode assembly used in a fuel cell can be partially recycled.
A membrane electrode assembly 110 includes an anode side catalyst layer 114a and a cathode side catalyst layer 114c joined to both surfaces of an electrolyte membrane 112, respectively, and further, an anode side catalyst layer 114a and a cathode side catalyst layer 114c. An anode side gas diffusion layer 116a and a cathode side gas diffusion layer 116c are joined to the surface of the side catalyst layer 114c, respectively. The anode side 114a catalyst layer 114a and the anode side gas diffusion layer 116a include a loop member provided on the surface of the anode side catalyst layer 114a and a hook member provided on the surface of the anode side gas diffusion layer 116a. By being engaged with each other, they are detachably joined. The same applies to the joining of the cathode side catalyst layer 114c and the cathode side gas diffusion layer 116c.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、燃料電池に用いられる膜電極接合体に関し、詳しくは、部分的にリサイクル可能な膜電極接合体、および、その製造方法に関するものである。   The present invention relates to a membrane electrode assembly used in a fuel cell, and more particularly to a membrane electrode assembly that can be partially recycled and a method for producing the same.

水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池は、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれガス拡散電極(アノード、および、カソード)を接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持することによって構成される。なお、アノード、および、カソードは、それぞれ上記電気化学反応を促進するための触媒層を備える。また、アノード、および、カソードは、それぞれ燃料電池の外部から供給された反応ガス(燃料ガス、および、酸化剤ガス)を拡散させつつ、触媒層に供給するためのガス拡散層を備える場合もある。   A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen has attracted attention as an energy source. This fuel cell is configured by sandwiching a membrane electrode assembly formed by joining gas diffusion electrodes (anode and cathode) on both sides of an electrolyte membrane having proton conductivity, with a separator. Each of the anode and the cathode includes a catalyst layer for promoting the electrochemical reaction. In some cases, the anode and the cathode each include a gas diffusion layer for supplying the catalyst layer while diffusing the reaction gas (fuel gas and oxidant gas) supplied from the outside of the fuel cell. .

そして、従来、膜電極接合体について、種々の技術が提案されている(下記特許文献1ないし3参照)。例えば、下記特許文献1には、第1の導電性繊維が配向された高分子電解質膜と、第2の導電性繊維が配向された拡散層とを備える膜電極接合体が記載されている。この膜電極接合体では、第1及び第2の導電性繊維の少なくとも一方に電極触媒金属が担持されており、第1の導電性繊維、および、第2の導電性繊維を、相互に絡み合わせることによって接合し、第1の導電性繊維、および、第2の導電性繊維の少なくとも一方が触媒層として機能する。また、下記特許文献2には、貴金属触媒を担持した螺旋状導電性部材を含む触媒層を有する燃料電池用基体が記載されている。この燃料電池用基体は、膜電極接合体に適用したときに、主として、触媒層として機能する。これら下記特許文献1,2に記載された技術によって、触媒(電極触媒金属、貴金属触媒)を上記電気化学反応に有効利用することができる。また、下記特許文献3には、使用済みの固体高分子型燃料電池の膜電極接合体から、貴金属(触媒)及び/または含フッ素ポリマーを効率よく回収し、再利用する技術が記載されている。   Conventionally, various techniques have been proposed for membrane electrode assemblies (see Patent Documents 1 to 3 below). For example, Patent Document 1 described below describes a membrane electrode assembly including a polymer electrolyte membrane in which first conductive fibers are oriented and a diffusion layer in which second conductive fibers are oriented. In this membrane electrode assembly, an electrode catalyst metal is supported on at least one of the first and second conductive fibers, and the first conductive fiber and the second conductive fiber are entangled with each other. Thus, at least one of the first conductive fiber and the second conductive fiber functions as a catalyst layer. Patent Document 2 listed below describes a fuel cell substrate having a catalyst layer including a spiral conductive member carrying a noble metal catalyst. This fuel cell substrate mainly functions as a catalyst layer when applied to a membrane electrode assembly. By the techniques described in the following Patent Documents 1 and 2, a catalyst (electrode catalyst metal, noble metal catalyst) can be effectively used for the electrochemical reaction. Patent Document 3 below describes a technique for efficiently recovering and reusing a noble metal (catalyst) and / or a fluorine-containing polymer from a membrane electrode assembly of a used polymer electrolyte fuel cell. .

特開2005−302305号公報JP 2005-302305 A 特開2005−294109号公報JP-A-2005-294109 特開2005−289001号公報JP 2005-289001 A

ところで、電解質膜の両面に、それぞれガス拡散電極として、触媒層と、ガス拡散層とを、この順に接合した膜電極接合体では、これらのうちの一部のみで劣化が生じる場合がある。例えば、電解質膜や、触媒層のみが劣化する場合があった。この場合、例えば、電解質膜、および、触媒層のみを交換したい、すなわち、膜電極接合体の部分的なリサイクルを行いたいという要請が生じ得る。しかし、上記特許文献1ないし3に記載された技術では、膜電極接合体の部分的なリサイクルについては、考慮されていなかった。   By the way, in a membrane electrode assembly in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are joined in this order as gas diffusion electrodes on both surfaces of the electrolyte membrane, deterioration may occur only in a part of them. For example, only the electrolyte membrane or the catalyst layer may be deteriorated. In this case, for example, there may be a demand to replace only the electrolyte membrane and the catalyst layer, that is, to partially recycle the membrane electrode assembly. However, the techniques described in Patent Documents 1 to 3 do not consider partial recycling of the membrane electrode assembly.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池に用いられる膜電極接合体の部分的なリサイクルを可能にする技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique that enables partial recycling of a membrane electrode assembly used in a fuel cell.

上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。本発明の膜電極接合体は、燃料電池に用いられる膜電極接合体であって、電解質膜の両面に、それぞれ接合された触媒層と、前記触媒層の表面に、それぞれ着脱可能に接合されたガス拡散層と、を備えることを要旨とする。なお、本明細書において、「膜電極接合体」という用語は、電解質膜の両面に、それぞれ、上記電気化学反応を促進するための触媒層と、燃料電池の外部から供給された反応ガス(燃料ガス、および、酸化剤ガス)を拡散させつつ、触媒層に供給するためのガス拡散層とが、この順に接合されたものを意味するものとする。   In order to solve at least a part of the above-described problems, the present invention employs the following configuration. The membrane / electrode assembly of the present invention is a membrane / electrode assembly used in a fuel cell, and is detachably joined to both surfaces of the electrolyte membrane and to the surface of the catalyst layer, respectively. And a gas diffusion layer. In this specification, the term “membrane electrode assembly” refers to a catalyst layer for promoting the electrochemical reaction and a reaction gas (fuel) supplied from the outside of the fuel cell on both surfaces of the electrolyte membrane, respectively. Gas diffusion layer for supplying gas and oxidant gas) to the catalyst layer while being diffused is meant to be joined in this order.

本発明によって、電解質膜と触媒層との接合体と、ガス拡散層とを、容易に接合したり、剥離したりすることができる。したがって、電解質膜と触媒層との接合体、および、ガス拡散層のうちのいずれか一方が劣化した場合に、いずれか一方のみを交換するようにすることができる。つまり、膜電極接合体の部分的なリサイクルを可能にすることができる。   According to the present invention, the joined body of the electrolyte membrane and the catalyst layer and the gas diffusion layer can be easily joined or separated. Therefore, when any one of the joined body of the electrolyte membrane and the catalyst layer and the gas diffusion layer deteriorates, only one of them can be replaced. That is, the membrane electrode assembly can be partially recycled.

具体的には、例えば、上記膜電極接合体において、前記触媒層、および、前記ガス拡散層は、前記触媒層と前記ガス拡散層の互いに対向する2つの面のうち、一方に、導電性、および、弾性を有する材料からなるループ部材を備え、他方に、導電性、および、弾性を有する材料からなるフック部材を備え、前記触媒層と、前記ガス拡散層とは、前記ループ部材と前記フック部材とを互いに係合させることによって接合されているようにしてもよい。こうすることによって、電解質膜と触媒層との接合体と、ガス拡散層とを、容易に接合したり、剥離したりすることができる。   Specifically, for example, in the membrane electrode assembly, the catalyst layer and the gas diffusion layer are electrically conductive on one of two surfaces of the catalyst layer and the gas diffusion layer facing each other. A loop member made of a material having elasticity, and a hook member made of a material having conductivity and elasticity on the other side, and the catalyst layer and the gas diffusion layer include the loop member and the hook. You may make it join by engaging a member mutually. By doing so, the joined body of the electrolyte membrane and the catalyst layer and the gas diffusion layer can be easily joined or separated.

上記膜電極接合体において、前記ループ部材、および、前記フック部材は、前記ループ部材と前記フック部材との接触面積が、前記触媒層、または、前記ガス拡散層の表面積よりも広くなるように形成されているようにすることが好ましい。こうすることによって、触媒層と、ガス拡散層とを直接接合する場合よりも、触媒層と、ガス拡散層との接触抵抗を低減することができる。   In the membrane electrode assembly, the loop member and the hook member are formed such that a contact area between the loop member and the hook member is larger than a surface area of the catalyst layer or the gas diffusion layer. It is preferable to do so. By doing so, the contact resistance between the catalyst layer and the gas diffusion layer can be reduced as compared with the case where the catalyst layer and the gas diffusion layer are directly joined.

また、上述した触媒層、および、ガス拡散層が、触媒層とガス拡散層の互いに対向する2つの面のうち、一方に、導電性、および、弾性を有する材料からなるループ部材を備え、他方に、導電性、および、弾性を有する材料からなるフック部材を備える膜電極接合体において、前記ループ部材、および、前記フック部材の表面には、親水処理が施されているようにすることが好ましい。   Further, the catalyst layer and the gas diffusion layer described above each include a loop member made of a material having conductivity and elasticity on one of two surfaces of the catalyst layer and the gas diffusion layer facing each other, and the other In addition, in the membrane electrode assembly including a hook member made of a conductive and elastic material, it is preferable that the surface of the loop member and the hook member is subjected to a hydrophilic treatment. .

燃料電池では、水素と酸素との電気化学反応によって、カソード側の触媒層において、水(生成水)が生成される。この生成水は、電解質膜を介して、アノード側の触媒層にも透過する。そして、触媒層に生成水が過剰に滞留すると、フラッディングが生じ、燃料電池の発電性能の低下を招く。本発明では、ループ部材、および、フック部材の表面に、親水処理が施されているので、触媒層からガス拡散層への排水性を向上させ、フラッディングを抑制することができる。   In the fuel cell, water (product water) is generated in the catalyst layer on the cathode side by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. This generated water also permeates through the catalyst membrane on the anode side through the electrolyte membrane. If the generated water stays in the catalyst layer excessively, flooding occurs and the power generation performance of the fuel cell is reduced. In the present invention, since the surface of the loop member and the hook member is subjected to hydrophilic treatment, drainage from the catalyst layer to the gas diffusion layer can be improved and flooding can be suppressed.

上述したいずれかの膜電極接合体において、前記ガス拡散層は、該ガス拡散層の厚さ方向について、前記触媒層との接合面との距離が近いほど、該ガス拡散層が有する空孔の空孔径が小さくなるように形成されているようにすることが好ましい。換言すれば、前記ガス拡散層は、該ガス拡散層の厚さ方向について、前記触媒層との接合面との距離が遠いほど、該ガス拡散層が有する空孔の空孔径が大きくなるように形成されているようにすることが好ましい。こうすることによって、ガス拡散層中における上記生成水の排水性を向上させることができる。   In any of the membrane electrode assemblies described above, the gas diffusion layer has pores of the gas diffusion layer that are closer to the bonding surface with the catalyst layer in the thickness direction of the gas diffusion layer. It is preferable that the pore diameter is reduced. In other words, in the thickness direction of the gas diffusion layer, the pore diameter of the pores of the gas diffusion layer increases as the distance from the joint surface with the catalyst layer increases. It is preferable to be formed. By doing so, the drainage of the generated water in the gas diffusion layer can be improved.

本発明は、燃料電池に用いられる膜電極接合体の製造方法の発明として構成することもできる。すなわち、本発明の膜電極接合体の製造方法は、燃料電池に用いられ、電解質膜の両面に、それぞれ接合された触媒層と、該触媒層の表面に、それぞれ接合されたガス拡散層と、を備える膜電極接合体の製造方法であって、前記電解質膜の両面に、それぞれ前記触媒層を形成する触媒層形成工程と、前記ガス拡散層を形成するガス拡散層形成工程と、
前記触媒層と前記ガス拡散層とを接合する接合工程と、を備え、前記触媒層形成工程、および、前記ガス拡散層形成工程は、前記触媒層と前記ガス拡散層の互いに対向する2つの面のうち、一方に、導電性、および、弾性を有する材料からなるループ部材を形成し、他方に、導電性、および、弾性を有する材料からなるフック部材を形成する工程を含み、前記接合工程は、前記ループ部材と前記フック部材とを互いに係合させる工程を含むことを要旨とする。こうすることによって、先に説明した部分的にリサイクル可能な本発明の膜電極接合体を製造することができる。
The present invention can also be configured as an invention of a method for producing a membrane electrode assembly used in a fuel cell. That is, the method for producing a membrane electrode assembly of the present invention is used in a fuel cell, and a catalyst layer bonded to both surfaces of an electrolyte membrane, a gas diffusion layer bonded to the surface of the catalyst layer, and A catalyst layer forming step of forming the catalyst layer on both surfaces of the electrolyte membrane, and a gas diffusion layer forming step of forming the gas diffusion layer, respectively.
A joining step for joining the catalyst layer and the gas diffusion layer, and the catalyst layer forming step and the gas diffusion layer forming step include two surfaces of the catalyst layer and the gas diffusion layer facing each other. Including a step of forming a loop member made of a material having conductivity and elasticity on one side and a hook member made of a material having conductivity and elasticity on the other side, and the joining step includes The present invention includes a step of engaging the loop member and the hook member with each other. By doing so, the partially recyclable membrane electrode assembly of the present invention described above can be manufactured.

上記製造方法において、前記触媒層形成工程は、前記電解質膜の両面に、触媒を含む触媒インクを塗布する触媒インク塗布工程と、前記塗布された触媒インクに、カーボンマイクロコイルの一部を、コイル面が前記電解質膜の表面に対して略垂直になるように埋め込むことによって、前記ループ部材を形成するループ部材形成工程と、前記触媒インクを乾燥させる工程と、を含むようにしてもよい。こうすることによって、上記ループ部材を備える触媒層を、比較的容易に形成することができる。   In the manufacturing method, the catalyst layer forming step includes a catalyst ink applying step of applying a catalyst ink containing a catalyst on both surfaces of the electrolyte membrane, a part of the carbon microcoil on the applied catalyst ink, and a coil By embedding the surface so as to be substantially perpendicular to the surface of the electrolyte membrane, a loop member forming step of forming the loop member and a step of drying the catalyst ink may be included. By doing so, the catalyst layer including the loop member can be formed relatively easily.

さらに、上記製造方法において、前記触媒インク塗布工程は、前記電解質膜の両面に、前記触媒インクを塗布して乾燥させることによって、第1の触媒層を形成する工程と、前記第1の触媒層の表面に、再度、前記触媒インクを塗布する工程と、を含み、前記ループ部材形成工程は、前記再度塗布された触媒インクに、前記カーボンマイクロコイルの一部を、コイル面が前記電解質膜の表面に対して略垂直になるように埋め込む工程を含むようにすることが好ましい。こうすることによって、カーボンマイクロコイルが、直接、電解質膜に接触することを防止し、電解質膜の損傷を抑制することができる。   Further, in the above manufacturing method, the catalyst ink application step includes a step of forming a first catalyst layer by applying the catalyst ink on both surfaces of the electrolyte membrane and drying, and the first catalyst layer. And applying the catalyst ink again to the surface of the substrate. The loop member forming step includes a part of the carbon microcoil in the catalyst ink applied again, and a coil surface of the electrolyte membrane. It is preferable to include a step of embedding so as to be substantially perpendicular to the surface. By carrying out like this, it can prevent that a carbon microcoil contacts an electrolyte membrane directly, and can suppress damage to an electrolyte membrane.

本発明の上記触媒層がループ部材を備えるいずれかの膜電極接合体の製造方法において、前記ガス拡散層形成工程は、カーボンファイバと、バインダと、カーボンマイクロコイルとを含む液体を、前記カーボンマイクロコイルのコイル面が前記ガス拡散層の表面に対して略垂直になるように所定の板状部材に塗布する工程と、前記塗布された液体を乾燥させて、前記ガス拡散層を構成する、前記カーボンマイクロコイルが埋め込まれたカーボンペーパを製造する工程と、前記カーボンペーパの一方の表面をエッチングすることによって、前記カーボンペーパの表面から、前記カーボンマイクロコイルの一部を露出させる工程と、前記露出したカーボンマイクロコイルの一部を切断することによって、前記フック部材を形成する工程と、を含むようにしてもよい。こうすることによって、上記フック部材を備えるガス拡散層を、比較的容易に形成することができる。   In any one of the manufacturing methods of a membrane electrode assembly in which the catalyst layer of the present invention includes a loop member, the gas diffusion layer forming step includes a liquid containing a carbon fiber, a binder, and a carbon microcoil. Applying the predetermined plate-like member so that the coil surface of the coil is substantially perpendicular to the surface of the gas diffusion layer, and drying the applied liquid to form the gas diffusion layer, A step of manufacturing a carbon paper in which carbon microcoils are embedded; a step of exposing a part of the carbon microcoil from the surface of the carbon paper by etching one surface of the carbon paper; and the exposure. Cutting the part of the carbon microcoil formed to form the hook member. Unishi may be. By doing so, the gas diffusion layer including the hook member can be formed relatively easily.

また、前記ガス拡散層形成工程は、カーボンファイバと、バインダとを含む液体を、所定の板状部材に塗布する工程と、前記塗布された液体に、前記カーボンマイクロコイルの一部を、コイル面が前記ガス拡散層の表面に対して略垂直になるように埋め込む工程と、前記カーボンマイクロコイルの一部が埋め込まれた液体を乾燥させて、前記ガス拡散層を構成する、前記カーボンマイクロコイルの一部が埋め込まれたカーボンペーパを製造する工程と、前記カーボンペーパの表面から露出した前記カーボンマイクロコイルの一部を切断することによって、前記フック部材を形成する工程と、を含むようにしてもよい。こうすることによっても、上記フック部材を備えるガス拡散層を、比較的容易に形成することができる。   Further, the gas diffusion layer forming step includes a step of applying a liquid containing carbon fiber and a binder to a predetermined plate-like member, and a part of the carbon microcoil is applied to the applied liquid on the coil surface. Embedded in the gas diffusion layer so as to be substantially perpendicular to the surface of the gas diffusion layer, and drying the liquid in which part of the carbon microcoil is embedded to form the gas diffusion layer. You may make it include the process of manufacturing the carbon paper in which one part was embedded, and the process of forming the said hook member by cut | disconnecting a part of said carbon micro coil exposed from the surface of the said carbon paper. Also by doing so, the gas diffusion layer including the hook member can be formed relatively easily.

本発明の膜電極接合体の製造方法において、前記触媒層形成工程は、前記電解質膜の両面に、触媒を含む触媒インクを塗布する触媒インク塗布工程と、前記塗布された触媒インクに、カーボンマイクロコイルの一部を、コイル面が前記電解質膜の表面に対して略垂直になるように埋め込む埋込工程と、前記触媒インクを乾燥させ、前記カーボンマイクロコイルの一部が埋め込まれた前記触媒層を形成する工程と、前記触媒層の表面から露出した前記カーボンマイクロコイルの一部を切断することによって、前記フック部材を形成する工程と、を含むようにしてもよい。こうすることによって、上記フック部材を備える触媒層を、比較的容易に形成することができる。   In the method for producing a membrane / electrode assembly of the present invention, the catalyst layer forming step includes a catalyst ink application step of applying a catalyst ink containing a catalyst on both surfaces of the electrolyte membrane, and a carbon micro coating on the applied catalyst ink. An embedding step of embedding a part of the coil so that the coil surface is substantially perpendicular to the surface of the electrolyte membrane, and the catalyst layer in which the catalyst ink is dried and a part of the carbon microcoil is embedded And forming the hook member by cutting a part of the carbon microcoil exposed from the surface of the catalyst layer. By doing so, the catalyst layer including the hook member can be formed relatively easily.

さらに、上記製造方法において、前記触媒インク塗布工程は、前記電解質膜の両面に、前記触媒インクを塗布して乾燥させることによって、第1の触媒層を形成する工程と、前記第1の触媒層の表面に、再度、前記触媒インクを塗布する工程と、を含み、前記埋込工程は、前記再度塗布された触媒インクに、前記カーボンマイクロコイルの一部を、コイル面が前記電解質膜の表面に対して略垂直になるように埋め込む工程を含むようにしてもよい。こうすることによって、カーボンマイクロコイルが、直接、電解質膜に接触することを防止し、電解質膜の損傷を抑制することができる。   Further, in the above manufacturing method, the catalyst ink application step includes a step of forming a first catalyst layer by applying the catalyst ink on both surfaces of the electrolyte membrane and drying, and the first catalyst layer. Applying the catalyst ink again to the surface of the substrate, wherein the embedding step includes a part of the carbon microcoil in the catalyst ink applied again, and a coil surface is the surface of the electrolyte membrane. A step of embedding so as to be substantially perpendicular to the above may be included. By carrying out like this, it can prevent that a carbon microcoil contacts an electrolyte membrane directly, and can suppress damage to an electrolyte membrane.

本発明の上記触媒層がフック部材を備えるいずれかの膜電極接合体の製造方法において、前記ガス拡散層形成工程は、カーボンファイバと、バインダと、カーボンマイクロコイルとを含む液体を、前記カーボンマイクロコイルのコイル面が前記ガス拡散層の表面に対して略垂直になるように所定の板状部材に塗布する工程と、前記塗布された液体を乾燥させて、前記ガス拡散層を構成する、前記カーボンマイクロコイルが埋め込まれたカーボンペーパを製造する工程と、前記カーボンペーパの一方の表面をエッチングすることによって、前記カーボンペーパの表面から、前記カーボンマイクロコイルの一部を露出させ、前記ループ部材を形成する工程と、を含むようにしてもよい。こうすることによって、上記ループ部材を備えるガス拡散層を、比較的容易に形成することができる。   In any one of the manufacturing methods of a membrane electrode assembly in which the catalyst layer of the present invention includes a hook member, the gas diffusion layer forming step includes a liquid containing a carbon fiber, a binder, and a carbon microcoil. Applying the predetermined plate-like member so that the coil surface of the coil is substantially perpendicular to the surface of the gas diffusion layer, and drying the applied liquid to form the gas diffusion layer, A step of manufacturing a carbon paper in which the carbon microcoil is embedded; and etching one surface of the carbon paper to expose a part of the carbon microcoil from the surface of the carbon paper. And a forming step. By doing so, the gas diffusion layer including the loop member can be formed relatively easily.

また、前記ガス拡散層形成工程は、カーボンファイバと、バインダとを含む液体を、所定の板状部材に塗布する塗布工程と、前記塗布された液体に、前記カーボンマイクロコイルの一部を、コイル面が前記ガス拡散層の表面に対して略垂直になるように埋め込む工程と、前記塗布された液体を乾燥させることによって、前記ループ部材が形成されたカーボンペーパを製造する工程と、を含むようにしてもよい。こうすることによっても、上記フック部材を備えるガス拡散層を、比較的容易に形成することができる。   In addition, the gas diffusion layer forming step includes a coating step of applying a liquid containing carbon fiber and a binder to a predetermined plate-like member, and a part of the carbon microcoil is coiled on the applied liquid. A step of embedding the surface so as to be substantially perpendicular to the surface of the gas diffusion layer, and a step of manufacturing the carbon paper on which the loop member is formed by drying the applied liquid. Also good. Also by doing so, the gas diffusion layer including the hook member can be formed relatively easily.

本発明は、上述の膜電極接合体、膜電極接合体の製造方法としての構成の他、上述の膜電極接合体を備える燃料電池、燃料電池の製造方法の発明として構成することもできる。また、上述の膜電極接合体を構成する電解質膜と触媒層との接合体、および、その製造方法の発明として構成することもできる。また、上述の膜電極接合体を構成するガス拡散層、および、その製造方法の発明として構成することもできる。なお、それぞれの態様において、先に示した種々の付加的要素を適用することが可能である。   The present invention can be configured as an invention of the above-described membrane electrode assembly and a method of manufacturing the membrane electrode assembly, as well as a fuel cell including the above-described membrane electrode assembly and a method of manufacturing the fuel cell. Moreover, it can also comprise as an invention of the assembly of the electrolyte membrane and catalyst layer which comprises the above-mentioned membrane electrode assembly, and its manufacturing method. Moreover, it can also be comprised as invention of the gas diffusion layer which comprises the above-mentioned membrane electrode assembly, and its manufacturing method. In addition, in each aspect, it is possible to apply the various additional elements shown above.

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
A.第1実施例:
A1.燃料電池:
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池100の概略断面構造を模式的に示す説明図である。図示するように、この燃料電池100は、膜電極接合体110の両面を、アノード側セパレータ120、および、カソード側セパレータ130で挟持することによって構成されている。膜電極接合体110は、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合したものである。膜電極接合体110については、後から詳述する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
A. First embodiment:
A1. Fuel cell:
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a schematic cross-sectional structure of a fuel cell 100 as one embodiment of the present invention. As shown in the figure, the fuel cell 100 is configured by sandwiching both surfaces of a membrane electrode assembly 110 with an anode-side separator 120 and a cathode-side separator 130. The membrane electrode assembly 110 is obtained by joining an anode and a cathode to both surfaces of an electrolyte membrane having proton conductivity. The membrane electrode assembly 110 will be described in detail later.

アノード側セパレータ120のアノードとの接触面は、図示するように、溝部122を備える凹凸形状を有しており、溝部122は、燃料ガスとしての水素、および、アノードから排出されるアノードオフガスが流れるガス流路を形成する。   As shown in the drawing, the contact surface of the anode-side separator 120 with the anode has a concavo-convex shape including a groove 122, and hydrogen as a fuel gas and an anode off-gas discharged from the anode flow through the groove 122. A gas flow path is formed.

また、カソード側セパレータ130のカソードとの接触面も、図示するように、溝部132を備える凹凸形状を有しており、溝部132は、酸化剤ガスとしての酸素を含む空気、および、カソードから排出されるカソードオフガスが流れるガス流路を形成する。   Further, the contact surface of the cathode-side separator 130 with the cathode also has an uneven shape including a groove 132 as shown in the figure, and the groove 132 is discharged from the cathode containing air containing oxygen as an oxidant gas. A gas flow path through which the cathode off-gas flows is formed.

なお、図示は省略しているが、アノード側セパレータ120、および、カソード側セパレータ130には、冷却水を流すための流路も形成されている。アノード側セパレータ120、および、カソード側セパレータ130の材料としては、カーボンや、金属など、導電性を有する種々の材料を適用可能である。   Although not shown, the anode-side separator 120 and the cathode-side separator 130 are also formed with flow paths for flowing cooling water. As materials for the anode-side separator 120 and the cathode-side separator 130, various conductive materials such as carbon and metal can be used.

A2.膜電極接合体:
図1に示したように、膜電極接合体110は、プロトン伝導性を有する電解質膜112の一方の面に、アノードとして、アノード側触媒層114aと、アノード側ガス拡散層116aとを、この順に積層し、他方の面に、カソードとして、カソード側触媒層114cと、カソード側ガス拡散層116cとを、この順に積層することによって構成されている。本実施例では、電解質膜112として、固体高分子型の電解質膜を用いるものとした。電解質膜112として、他の電解質膜を用いるものとしてもよい。また、本実施例では、アノード側ガス拡散層116a、および、カソード側ガス拡散層116cとして、カーボンペーパを用いるものとした。アノード側ガス拡散層116a、および、カソード側ガス拡散層116cとして、カーボンクロス等、ガス拡散性、および、導電性を有する他の材料を用いるものとしてもよい。
A2. Membrane electrode assembly:
As shown in FIG. 1, the membrane electrode assembly 110 includes an anode side catalyst layer 114a and an anode side gas diffusion layer 116a as an anode on one surface of an electrolyte membrane 112 having proton conductivity in this order. A cathode side catalyst layer 114c and a cathode side gas diffusion layer 116c are stacked in this order as cathodes on the other surface. In this embodiment, a solid polymer electrolyte membrane is used as the electrolyte membrane 112. As the electrolyte membrane 112, another electrolyte membrane may be used. In this embodiment, carbon paper is used for the anode side gas diffusion layer 116a and the cathode side gas diffusion layer 116c. As the anode side gas diffusion layer 116a and the cathode side gas diffusion layer 116c, other materials having gas diffusibility and conductivity such as carbon cloth may be used.

なお、本実施例の膜電極接合体110は、電解質膜112と、アノード側触媒層114aおよびカソード側触媒層114cとは、容易に剥離しないように、密着して互いに接合されている。一方、アノード側触媒層114aとアノード側ガス拡散層116aとは、容易に接合したり、剥離したりすることが可能なように、互いに接合されている。また、カソード側触媒層114cとカソード側ガス拡散層116cとも、容易に接合したり、剥離したりすることが可能なように、互いに接合されている。これは、後述する他の実施例においても同様である。以下、このような膜電極接合体110の製造方法について説明する。   In the membrane / electrode assembly 110 of this example, the electrolyte membrane 112 and the anode-side catalyst layer 114a and the cathode-side catalyst layer 114c are in close contact with each other so as not to easily peel off. On the other hand, the anode side catalyst layer 114a and the anode side gas diffusion layer 116a are joined to each other so that they can be easily joined or peeled off. Further, the cathode side catalyst layer 114c and the cathode side gas diffusion layer 116c are also joined to each other so that they can be easily joined or separated. The same applies to other embodiments described later. Hereinafter, a method for manufacturing such a membrane electrode assembly 110 will be described.

A3.膜電極接合体の製造工程:
上述した膜電極接合体110は、以下に説明する製造工程によって製造される。図2は、膜電極接合体110の製造工程の全体の流れを示す説明図である。
A3. Manufacturing process of membrane electrode assembly:
The membrane electrode assembly 110 described above is manufactured by a manufacturing process described below. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the overall flow of the manufacturing process of the membrane electrode assembly 110.

まず、電解質膜112の両面に、それぞれ、アノード側触媒層114a、および、カソード側触媒層114cを形成する(ステップS100)。次に、アノード側ガス拡散層116a、および、カソード側ガス拡散層116cを製造する(ステップS110)。これらの工程については、後から詳述する。そして、アノード側触媒層114a、および、カソード側触媒層114cの表面に、それぞれ、アノード側ガス拡散層116a、および、カソード側ガス拡散層116cを接合する(ステップS120)。以上の製造工程によって、膜電極接合体110は製造される。   First, the anode side catalyst layer 114a and the cathode side catalyst layer 114c are formed on both surfaces of the electrolyte membrane 112, respectively (step S100). Next, the anode side gas diffusion layer 116a and the cathode side gas diffusion layer 116c are manufactured (step S110). These steps will be described in detail later. Then, the anode side gas diffusion layer 116a and the cathode side gas diffusion layer 116c are joined to the surfaces of the anode side catalyst layer 114a and the cathode side catalyst layer 114c, respectively (step S120). The membrane electrode assembly 110 is manufactured by the above manufacturing process.

図3は、第1実施例における膜電極接合体110の製造工程のステップS100(図2参照)の詳細について説明する説明図である。   FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating details of step S100 (see FIG. 2) of the manufacturing process of the membrane electrode assembly 110 in the first embodiment.

まず、図3(a)に示したように、電解質膜112の一方の面に、アノード用触媒インクを塗布して乾燥させ、第1のアノード側触媒層114a1を形成する。アノード用触媒インクは、例えば、白金(Pt)等の水素と酸素との電気化学反応を促進する触媒金属を担持したカーボンと、電解質溶液としてのナフィオン分散溶液(ナフィオンは登録商標)と、溶媒(例えば、水、エタノール、ポリエチレングリコール)とを混合したものである。これらの混合割合は、任意に設定可能である。   First, as shown in FIG. 3A, the anode catalyst ink is applied to one surface of the electrolyte membrane 112 and dried to form the first anode catalyst layer 114a1. The catalyst ink for anode includes, for example, carbon carrying a catalytic metal that promotes an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen such as platinum (Pt), a Nafion dispersion solution (Nafion is a registered trademark) as an electrolyte solution, a solvent ( For example, water, ethanol, polyethylene glycol) are mixed. These mixing ratios can be arbitrarily set.

次に、図3(b)に示したように、第1のアノード側触媒層114a1の表面に、再度、アノード用触媒インクを塗布し、未乾燥状態の第2のアノード側触媒層114a2を形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, the anode catalyst ink is again applied to the surface of the first anode catalyst layer 114a1 to form the second anode catalyst layer 114a2 in an undried state. To do.

次に、図3(c)に示したように、未乾燥状態の第2のアノード側触媒層114a2に、カーボンマイクロコイル115の一部を、コイル面が、電解質膜112の表面に対して略垂直になるように、未乾燥状態の第2のアノード側触媒層114a2の全面に、ほぼ均一に配置して埋め込む。カーボンマイクロコイルは、導電性、および、弾性を有する部材であり、周知の技術(例えば、アセチレンを原料とした気相成長)によって製造される。本実施例では、コイル径が数ミクロン程度のカーボンマイクロコイル115を用いるものとした。なお、このカーボンマイクロコイル115には、親水処理が施されている。   Next, as shown in FIG. 3C, a part of the carbon microcoil 115 is placed on the second anode catalyst layer 114 a 2 in an undried state, and the coil surface is approximately the surface of the electrolyte membrane 112. The second anode catalyst layer 114a2 in an undried state is embedded in a substantially uniform manner so as to be vertical. The carbon microcoil is a member having conductivity and elasticity, and is manufactured by a well-known technique (for example, vapor phase growth using acetylene as a raw material). In this embodiment, the carbon microcoil 115 having a coil diameter of about several microns is used. The carbon microcoil 115 is subjected to a hydrophilic treatment.

そして、図3(d)に示したように、第2のアノード側触媒層114a2を乾燥させることによって、ループ部材115alを備えるアノード側触媒層114aを、電解質膜112上に形成する。   Then, as shown in FIG. 3D, the anode side catalyst layer 114a including the loop member 115al is formed on the electrolyte membrane 112 by drying the second anode side catalyst layer 114a2.

なお、図示、および、説明は省略するが、カソード側についても、上述したアノード側触媒層114aと同様にして、ループ部材を備えるカソード側触媒層114cが形成される。   Although illustration and description are omitted, the cathode side catalyst layer 114c including the loop member is formed on the cathode side in the same manner as the anode side catalyst layer 114a described above.

図4は、第1実施例における膜電極接合体110の製造工程のステップS110(図2参照)の詳細について説明する説明図である。なお、ここでは、アノード側ガス拡散層116aの製造工程についてのみ説明するが、カソード側ガス拡散層116cの製造工程も、アノード側ガス拡散層116aの製造工程と同じである。   FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining details of step S110 (see FIG. 2) of the manufacturing process of the membrane electrode assembly 110 in the first embodiment. Although only the manufacturing process of the anode side gas diffusion layer 116a will be described here, the manufacturing process of the cathode side gas diffusion layer 116c is the same as the manufacturing process of the anode side gas diffusion layer 116a.

まず、カーボンペーパの原料となるカーボンファイバと、カーボンファイバを結合するためのバインダと、カーボンマイクロコイル117とを含むペーストを用意する。カーボンマイクロコイル117のコイル径は、先に説明したカーボンマイクロコイル115のコイル径とほぼ同じである。また、カーボンマイクロコイル117には、カーボンマイクロコイル115と同様に、親水処理が施されている。そして、このペーストを、図4(a)に示したように、板状部材200に塗布して乾燥させることによって、内部にカーボンマイクロコイル117全体が埋め込まれたカーボンペーパ116apを作製する。このとき、カーボンマイクロコイル117は、コイル面が、カーボンペーパ116apの表面に対して略垂直になるように配置される。また、カーボンマイクロコイル117は、カーボンペーパ116apの全面に、ほぼ均一に配置される。   First, a paste including a carbon fiber as a carbon paper raw material, a binder for bonding the carbon fiber, and a carbon microcoil 117 is prepared. The coil diameter of the carbon microcoil 117 is substantially the same as the coil diameter of the carbon microcoil 115 described above. In addition, the carbon microcoil 117 is subjected to a hydrophilic treatment in the same manner as the carbon microcoil 115. Then, as shown in FIG. 4A, this paste is applied to a plate-like member 200 and dried to produce a carbon paper 116ap in which the entire carbon microcoil 117 is embedded. At this time, the carbon microcoil 117 is disposed such that the coil surface is substantially perpendicular to the surface of the carbon paper 116ap. Further, the carbon microcoils 117 are arranged substantially uniformly on the entire surface of the carbon paper 116ap.

次に、図4(b)に示したように、カーボンペーパ116apの一方の表面をエッチングすることによって、カーボンペーパ(アノード側ガス拡散層116a)の表面からカーボンマイクロコイル117の一部を、ループ状に露出させる。   Next, as shown in FIG. 4B, by etching one surface of the carbon paper 116ap, a part of the carbon microcoil 117 is looped from the surface of the carbon paper (anode side gas diffusion layer 116a). Expose to the shape.

次に、カーボンペーパの表面からループ状に露出したカーボンマイクロコイル117の一部を、カッタによって切断することによって、フック部材117ahを作製する。   Next, a part of the carbon microcoil 117 exposed in a loop shape from the surface of the carbon paper is cut with a cutter to produce a hook member 117ah.

そして、図4(d)に示したように、これらを板状部材200から剥離することによって、一方の面にフック部材117ahを備えるアノード側ガス拡散層116aを製造することができる。   And as shown in FIG.4 (d), by peeling these from the plate-shaped member 200, the anode side gas diffusion layer 116a provided with the hook member 117ah on one surface can be manufactured.

なお、先に図2を用いて説明したステップS120では、図示は省略するが、アノード側触媒層114aに備えられたループ部材115alと、アノード側ガス拡散層116aに備えられたフック部材117ahとを互いに係合させることによって、また、カソード側触媒層114cに備えられたループ部材と、カソード側ガス拡散層116cに備えられたフック部材とを互いに係合させることによって、アノード側触媒層114a、および、カソード側触媒層114cに、それぞれ、アノード側ガス拡散層116a、および、カソード側ガス拡散層116cを接合する。   In step S120 described above with reference to FIG. 2, although not shown, a loop member 115al provided in the anode side catalyst layer 114a and a hook member 117ah provided in the anode side gas diffusion layer 116a are provided. By engaging each other, and by engaging each other with a loop member provided in the cathode side catalyst layer 114c and a hook member provided in the cathode side gas diffusion layer 116c, the anode side catalyst layer 114a, and The anode side gas diffusion layer 116a and the cathode side gas diffusion layer 116c are joined to the cathode side catalyst layer 114c, respectively.

以上の製造工程によって、第1実施例の膜電極接合体110を製造することができる。また、さらに、この膜電極接合体110を、アノード側セパレータ120、および、カソード側セパレータ130によって挟持することによって、図1に示した燃料電池100を製造することができる。   The membrane electrode assembly 110 of the first embodiment can be manufactured by the above manufacturing process. Further, the fuel cell 100 shown in FIG. 1 can be manufactured by sandwiching the membrane electrode assembly 110 between the anode side separator 120 and the cathode side separator 130.

以上説明した第1実施例の膜電極接合体110によれば、アノード側触媒層114aと、カソード側ガス拡散層116cとは、弾性を有するループ部材115alと、弾性を有するフック部材117ahとを互いに係合させることによって接合されるので、アノード側触媒層114aと、アノード側ガス拡散層116aとを、容易に接合したり、剥離したりすることができる。これは、カソード側触媒層114cと、カソード側触媒層114cとの接合についても同様である。したがって、電解質膜112と触媒層(アノード側触媒層114a、および、カソード側触媒層114c)との接合体と、アノード側ガス拡散層116aと、カソード側ガス拡散層116cとのうちのいずれかが劣化した場合に、いずれかのみを交換するようにすることができる。つまり、膜電極接合体110の部分的なリサイクルを可能にすることができる。   According to the membrane electrode assembly 110 of the first embodiment described above, the anode-side catalyst layer 114a and the cathode-side gas diffusion layer 116c include the elastic loop member 115al and the elastic hook member 117ah. Since it joins by making it engage, the anode side catalyst layer 114a and the anode side gas diffusion layer 116a can be easily joined or peeled off. The same applies to the joining of the cathode side catalyst layer 114c and the cathode side catalyst layer 114c. Therefore, any one of the assembly of the electrolyte membrane 112 and the catalyst layer (the anode side catalyst layer 114a and the cathode side catalyst layer 114c), the anode side gas diffusion layer 116a, and the cathode side gas diffusion layer 116c is provided. When it deteriorates, only one of them can be replaced. That is, the membrane electrode assembly 110 can be partially recycled.

また、本実施例の膜電極接合体110では、ループ部材、および、フック部材には、先に説明したように、親水処理が施されているので、この膜電極接合体110を燃料電池100に適用して、発電を行ったときに、水素と酸素との電気化学反応によって生成された生成水を、アノード側触媒層114a、および、カソード側触媒層114cから、それぞれ、アノード側ガス拡散層116a、および、カソード側ガス拡散層116cに、速やかに排出させ、フラッディングを抑制することができる。   Further, in the membrane electrode assembly 110 of the present embodiment, since the loop member and the hook member are subjected to hydrophilic treatment as described above, the membrane electrode assembly 110 is attached to the fuel cell 100. When the power generation is performed, the generated water generated by the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen is supplied from the anode side catalyst layer 114a and the cathode side catalyst layer 114c to the anode side gas diffusion layer 116a, respectively. In addition, the cathode side gas diffusion layer 116c can be quickly discharged to suppress flooding.

また、本実施例の膜電極接合体110では、触媒層と、ガス拡散層とは、導電性を有するループ部材、および、導電性を有するフック部材を、三次元的に接触させて接合している。したがって、触媒層と、ガス拡散層とを直接接合させる場合よりも、接触面積を大きくするようにすることができる。この結果、触媒層とガス拡散層との接触抵抗を低減することができる。   Further, in the membrane electrode assembly 110 of this example, the catalyst layer and the gas diffusion layer are joined by bringing a conductive loop member and a conductive hook member into contact in a three-dimensional manner. Yes. Therefore, the contact area can be made larger than when the catalyst layer and the gas diffusion layer are directly joined. As a result, the contact resistance between the catalyst layer and the gas diffusion layer can be reduced.

また、本実施例の膜電極接合体110では、図3を用いて説明したように、電解質膜112の表面に第1のアノード側触媒層114a1を形成した後に、この第1のアノード側触媒層114a1上に第2のアノード側触媒層114a2を形成し、カーボンマイクロコイル115を埋め込むので、カーボンマイクロコイル115が、直接、電解質膜112に接触することを防止し、電解質膜112の損傷を抑制することができる。これは、カソード側についても同様である。   In the membrane / electrode assembly 110 of this example, as described with reference to FIG. 3, after the first anode catalyst layer 114a1 is formed on the surface of the electrolyte membrane 112, the first anode catalyst layer is formed. Since the second anode catalyst layer 114a2 is formed on 114a1 and the carbon microcoil 115 is embedded, the carbon microcoil 115 is prevented from directly contacting the electrolyte membrane 112, and damage to the electrolyte membrane 112 is suppressed. be able to. The same applies to the cathode side.

B.第2実施例:
第1実施例の膜電極接合体110では、触媒層にループ部材を備え、ガス拡散層にフック部材を備えるものとしたが、第2実施例の膜電極接合体110では、触媒層にフック部材を備え、ガス拡散層にループ部材を備える。第2実施例の燃料電池100の構成、および、膜電極接合体110の製造工程の全体の流れは、第1実施例と同じである(図1,2参照)。以下、第2実施例の膜電極接合体110の製造工程の詳細について説明する。
B. Second embodiment:
In the membrane electrode assembly 110 of the first embodiment, the catalyst layer includes a loop member and the gas diffusion layer includes a hook member. However, in the membrane electrode assembly 110 of the second embodiment, the catalyst layer includes a hook member. The gas diffusion layer is provided with a loop member. The configuration of the fuel cell 100 of the second embodiment and the overall flow of the manufacturing process of the membrane electrode assembly 110 are the same as those of the first embodiment (see FIGS. 1 and 2). Hereinafter, the detail of the manufacturing process of the membrane electrode assembly 110 of 2nd Example is demonstrated.

図5は、第2実施例における膜電極接合体110の製造工程のステップS100(図2参照)の詳細について説明する説明図である。   FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating details of step S100 (see FIG. 2) of the manufacturing process of the membrane electrode assembly 110 in the second embodiment.

まず、図5(a)に示したように、電解質膜112の一方の面に、アノード用触媒インクを塗布して乾燥させ、第1のアノード側触媒層114a1を形成する。   First, as shown in FIG. 5A, the anode catalyst ink is applied to one surface of the electrolyte membrane 112 and dried to form the first anode catalyst layer 114a1.

次に、図5(b)に示したように、第1のアノード側触媒層114a1の表面に、再度、アノード用触媒インクを塗布し、未乾燥状態の第2のアノード側触媒層114a2を形成する。   Next, as shown in FIG. 5B, the anode catalyst ink is again applied to the surface of the first anode catalyst layer 114a1 to form the second anode catalyst layer 114a2 in an undried state. To do.

次に、図5(c)に示したように、未乾燥状態の第2のアノード側触媒層114a2に、カーボンマイクロコイル115の一部を、コイル面が、電解質膜112の表面に対して略垂直になるように、未乾燥状態の第2のアノード側触媒層114a2の全面に、ほぼ均一に配置して埋め込む。   Next, as shown in FIG. 5C, a part of the carbon microcoil 115 is placed on the second anode catalyst layer 114 a 2 in an undried state, and the coil surface is substantially the surface of the electrolyte membrane 112. The second anode catalyst layer 114a2 in an undried state is embedded in a substantially uniform manner so as to be vertical.

次に、図5(d)に示したように、第2のアノード側触媒層114a2を乾燥させることによって、カーボンマイクロコイル115の一部が、アノード側触媒層114aの表面からループ状に露出したアノード側触媒層114aを、電解質膜112上に形成する。   Next, as shown in FIG. 5D, by drying the second anode side catalyst layer 114a2, a part of the carbon microcoil 115 was exposed in a loop form from the surface of the anode side catalyst layer 114a. An anode side catalyst layer 114 a is formed on the electrolyte membrane 112.

そして、図5(e)に示したように、アノード側触媒層114aの表面からループ状に露出したカーボンマイクロコイル115の一部を、カッタによって切断することによって、フック部材115ahを作製する。   Then, as shown in FIG. 5E, a part of the carbon microcoil 115 exposed in a loop shape from the surface of the anode side catalyst layer 114a is cut with a cutter to produce a hook member 115ah.

なお、図示、および、説明は省略するが、カソード側についても、上述したアノード側触媒層114aと同様にして、フック部材を備えるカソード側触媒層114cが形成される。   Although illustration and description are omitted, the cathode side catalyst layer 114c including the hook member is formed on the cathode side in the same manner as the anode side catalyst layer 114a described above.

図6は、第2実施例における膜電極接合体110の製造工程のステップS110(図2参照)の詳細について説明する説明図である。なお、ここでは、アノード側ガス拡散層116aの製造工程についてのみ説明するが、カソード側ガス拡散層116cの製造工程も、アノード側ガス拡散層116aの製造工程と同じである。   FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating details of step S110 (see FIG. 2) of the manufacturing process of the membrane electrode assembly 110 in the second embodiment. Although only the manufacturing process of the anode side gas diffusion layer 116a will be described here, the manufacturing process of the cathode side gas diffusion layer 116c is the same as the manufacturing process of the anode side gas diffusion layer 116a.

まず、カーボンペーパの原料となるカーボンファイバと、カーボンファイバを結合するためのバインダとを含むペーストを用意する。そして、このペーストを、図4(a)に示したように、板状部材200に塗布し、未乾燥のカーボンペーパ116apを作製する。   First, a paste containing a carbon fiber as a raw material for carbon paper and a binder for bonding the carbon fiber is prepared. And this paste is apply | coated to the plate-shaped member 200 as shown to Fig.4 (a), and undried carbon paper 116ap is produced.

次に、図6(b)に示したように、未乾燥のカーボンペーパ116apに、カーボンマイクロコイル117の一部を、コイル面が、未乾燥のカーボンペーパ116apの表面に対して略垂直になるように、未乾燥状態の第2のアノード側触媒層114a2の全面に、ほぼ均一に配置して埋め込む。   Next, as shown in FIG. 6B, a part of the carbon microcoil 117 is placed on the undried carbon paper 116ap, and the coil surface is substantially perpendicular to the surface of the undried carbon paper 116ap. As described above, the second anode catalyst layer 114a2 in an undried state is embedded and disposed almost uniformly.

そして、カーボンマイクロコイル117の一部が埋め込まれたカーボンペーパ116apを乾燥させることによって、カーボンマイクロコイル117の一部がループ状に露出したカーボンペーパ(アノード側ガス拡散層116a)を作製する。   Then, by drying the carbon paper 116ap in which a part of the carbon microcoil 117 is embedded, a carbon paper (anode side gas diffusion layer 116a) in which a part of the carbon microcoil 117 is exposed in a loop shape is produced.

そして、図6(d)に示したように、これらを板状部材200から剥離することによって、一方の面にループ部材117alを備えるアノード側ガス拡散層116aを製造することができる。   And as shown in FIG.6 (d), by peeling these from the plate-shaped member 200, the anode side gas diffusion layer 116a provided with the loop member 117al on one surface can be manufactured.

なお、先に図2を用いて説明したステップS120では、図示は省略するが、アノード側触媒層114aに備えられたフック部材115ahと、アノード側ガス拡散層116aに備えられたループ部材117alとを互いに係合させることによって、また、カソード側触媒層114cに備えられたフック部材と、カソード側ガス拡散層116cに備えられたループ部材とを互いに係合させることによって、アノード側触媒層114a、および、カソード側触媒層114cに、それぞれ、アノード側ガス拡散層116a、および、カソード側ガス拡散層116cを接合する。   In step S120 described above with reference to FIG. 2, although not shown, the hook member 115ah provided in the anode side catalyst layer 114a and the loop member 117al provided in the anode side gas diffusion layer 116a are provided. By engaging each other, and by engaging each other with a hook member provided in the cathode side catalyst layer 114c and a loop member provided in the cathode side gas diffusion layer 116c, the anode side catalyst layer 114a, and The anode side gas diffusion layer 116a and the cathode side gas diffusion layer 116c are joined to the cathode side catalyst layer 114c, respectively.

以上の製造工程によって、第2実施例の膜電極接合体110を製造することができる。また、さらに、この膜電極接合体110を、アノード側セパレータ120、および、カソード側セパレータ130によって挟持することによって、図1に示した燃料電池100を製造することができる。   Through the above manufacturing process, the membrane electrode assembly 110 of the second embodiment can be manufactured. Further, the fuel cell 100 shown in FIG. 1 can be manufactured by sandwiching the membrane electrode assembly 110 between the anode side separator 120 and the cathode side separator 130.

以上説明した第2実施例の膜電極接合体110によれば、アノード側触媒層114aと、カソード側ガス拡散層116cとは、弾性を有するフック部材115ahと、弾性を有するループ部材117alとを互いに係合させることによって接合されるので、アノード側触媒層114aと、アノード側ガス拡散層116aとを、容易に接合したり、剥離したりすることができる。これは、カソード側触媒層114cと、カソード側触媒層114cとの接合についても同様である。したがって、電解質膜112と触媒層(アノード側触媒層114a、および、カソード側触媒層114c)との接合体と、アノード側ガス拡散層116aと、カソード側ガス拡散層116cとのうちのいずれかが劣化した場合に、いずれかのみを交換するようにすることができる。つまり、膜電極接合体110の部分的なリサイクルを可能にすることができる。   According to the membrane electrode assembly 110 of the second embodiment described above, the anode-side catalyst layer 114a and the cathode-side gas diffusion layer 116c are formed by connecting the elastic hook member 115ah and the elastic loop member 117al to each other. Since it joins by making it engage, the anode side catalyst layer 114a and the anode side gas diffusion layer 116a can be easily joined or peeled off. The same applies to the joining of the cathode side catalyst layer 114c and the cathode side catalyst layer 114c. Therefore, any one of the assembly of the electrolyte membrane 112 and the catalyst layer (the anode side catalyst layer 114a and the cathode side catalyst layer 114c), the anode side gas diffusion layer 116a, and the cathode side gas diffusion layer 116c is provided. When it deteriorates, only one of them can be replaced. That is, the membrane electrode assembly 110 can be partially recycled.

C.変形例:
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
C. Variation:
As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, and implementation in various aspects is possible within the range which does not deviate from the summary. It is. For example, the following modifications are possible.

C1.変形例1:
上記第2実施例では、アノード側ガス拡散層116a、および、カソード側ガス拡散層116cとして、カーボンペーパを用いるものとしたが、本発明は、これに限られない。カーボンペーパの代わりに、例えば、カーボンクロスを用いるようにしてもよい。
C1. Modification 1:
In the second embodiment, carbon paper is used as the anode side gas diffusion layer 116a and the cathode side gas diffusion layer 116c. However, the present invention is not limited to this. For example, carbon cloth may be used instead of carbon paper.

図7は、変形例としてのアノード側ガス拡散層116Aa、および、カソード側ガス拡散層116Acを示す説明図である。本変形例のアノード側ガス拡散層116a、および、カソード側ガス拡散層116cでは、カーボンペーパの代わりに、カーボンクロスを用いており、図示するように、例えば、カーボンクロスに、カーボン繊維等の導電性、および、弾性を有する繊維を、一方の面にループ部材118が形成されるように、縫い付けることによって作製される。カーボンクロス自体を、ループ部材118が形成されるように織るようにしてもよい。こうすることによっても、第2実施例におけるアノード側ガス拡散層116a、および、カソード側ガス拡散層116cと同様の機能を有するアノード側ガス拡散層116Aa、および、カソード側ガス拡散層116Acを作製することができる。   FIG. 7 is an explanatory view showing a modified anode side gas diffusion layer 116Aa and cathode side gas diffusion layer 116Ac. In the anode side gas diffusion layer 116a and the cathode side gas diffusion layer 116c of this modification, carbon cloth is used instead of carbon paper. As shown in the figure, for example, a conductive material such as carbon fiber is used for the carbon cloth. It is produced by sewing fibers having elasticity and elasticity so that a loop member 118 is formed on one surface. The carbon cloth itself may be woven so that the loop member 118 is formed. This also produces the anode side gas diffusion layer 116Aa and the cathode side gas diffusion layer 116Ac having the same functions as the anode side gas diffusion layer 116a and the cathode side gas diffusion layer 116c in the second embodiment. be able to.

C2.変形例2:
上記実施例では、カーボンマイクロコイル115,117に親水処理を施すものとしたが、本発明は、これに限られず、親水処理を施さないものとしてもよい。ただし、カーボンマイクロコイル115,117に親水処理を施すことによって、先に説明したように、触媒層からガス拡散層への生成水の排水効率を向上させることができる。
C2. Modification 2:
In the above embodiment, the carbon microcoils 115 and 117 are subjected to the hydrophilic treatment, but the present invention is not limited to this, and the carbon microcoils 115 and 117 may not be subjected to the hydrophilic treatment. However, by performing hydrophilic treatment on the carbon microcoils 115 and 117, the drainage efficiency of generated water from the catalyst layer to the gas diffusion layer can be improved as described above.

C3.変形例3:
上記実施例では、膜電極接合体110の製造工程において、電解質膜112上にアノード側触媒層114aを形成するときに、第1のアノード側触媒層114a1を形成した後に、第2のアノード側触媒層114a2を形成するものとしたが、本発明は、これに限られない。アノード側触媒層114aを単層で形成するものとしてもよい。これは、カソード側触媒層114cについても同様である。
C3. Modification 3:
In the above embodiment, when the anode side catalyst layer 114a is formed on the electrolyte membrane 112 in the manufacturing process of the membrane electrode assembly 110, the second anode side catalyst is formed after the first anode side catalyst layer 114a1 is formed. Although the layer 114a2 is formed, the present invention is not limited to this. The anode side catalyst layer 114a may be formed as a single layer. The same applies to the cathode side catalyst layer 114c.

C4.変形例4:
上記実施例では、膜電極接合体110の製造工程において、アノード側ガス拡散層116aの製造時に、カーボンペーパを単層構造としたが、本発明は、これに限られない。例えば、カーボンペーパを多層構造とし、カーボンペーパの厚さ方向について、アノード側触媒層114aとの接合面との距離が遠いほど、カーボンペーパが有する空孔の空孔径、あるいは、空孔率が大きくなるように形成されているようにしてもよい。こうすることによって、アノード側ガス拡散層116a中における生成水の排水性を向上させることができる。これは、カソード側ガス拡散層116cについても同様である。
C4. Modification 4:
In the above embodiment, in the manufacturing process of the membrane electrode assembly 110, the carbon paper has a single-layer structure when the anode gas diffusion layer 116a is manufactured. However, the present invention is not limited to this. For example, the carbon paper has a multi-layer structure, and in the thickness direction of the carbon paper, the larger the distance from the bonding surface with the anode-side catalyst layer 114a, the larger the pore diameter or porosity of the carbon paper has. You may make it form so that it may become. By doing so, the drainage of the generated water in the anode side gas diffusion layer 116a can be improved. The same applies to the cathode-side gas diffusion layer 116c.

C5.変形例5:
上記第1実施例では、膜電極接合体110の製造工程において、図4に示したように、アノード側ガス拡散層116aの製造時に、カーボンマイクロコイル117全体が埋め込まれたカーボンペーパ116apを作製し、この表面をエッチングすることによって、カーボンペーパの表面からカーボンマイクロコイル117の一部を、ループ状に露出させるものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、図6に示した第2実施例と同様にアノード側ガス拡散層116aを作製し、ループ部材117alの一部を切断することによって、フック部材117ahを作製するようにしてもよい。
C5. Modification 5:
In the first embodiment, in the manufacturing process of the membrane electrode assembly 110, as shown in FIG. 4, the carbon paper 116ap in which the entire carbon microcoil 117 is embedded is manufactured when the anode-side gas diffusion layer 116a is manufactured. By etching this surface, a part of the carbon microcoil 117 is exposed in a loop shape from the surface of the carbon paper. However, the present invention is not limited to this. For example, the hook member 117ah may be manufactured by manufacturing the anode-side gas diffusion layer 116a and cutting a part of the loop member 117al in the same manner as the second embodiment shown in FIG.

また、上記第2実施例では、膜電極接合体110の製造工程において、図6に示したように、未乾燥のカーボンペーパ116apに、カーボンマイクロコイル117の一部を埋め込み、カーボンマイクロコイル117の一部がループ状に露出したアノード側ガス拡散層116aを作製するものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、図4に示した第1実施例と同様に、カーボンマイクロコイル117全体が埋め込まれたカーボンペーパ116apを作製し、この表面をエッチングすることによって、カーボンペーパの表面からカーボンマイクロコイル117の一部を、ループ状に露出させて、ループ部材117alを作製するようにしてもよい。   In the second embodiment, in the manufacturing process of the membrane electrode assembly 110, as shown in FIG. 6, a part of the carbon microcoil 117 is embedded in the undried carbon paper 116ap, and the carbon microcoil 117 is formed. Although the anode side gas diffusion layer 116a partially exposed in a loop shape is manufactured, the present invention is not limited to this. For example, similarly to the first embodiment shown in FIG. 4, a carbon paper 116ap in which the entire carbon microcoil 117 is embedded is manufactured, and this surface is etched, so that one of the carbon microcoils 117 is removed from the surface of the carbon paper. The loop member 117al may be manufactured by exposing the portion in a loop shape.

C6.変形例6:
上記実施例では、ループ部材、および、フック部材を形成するために、カーボンマイクロコイル115,117を用いるものとしたが、本発明は、これに限られない。導電性、および、弾性を有する他の部材を用いるようにしてもよい。
C6. Modification 6:
In the above embodiment, the carbon microcoils 115 and 117 are used to form the loop member and the hook member, but the present invention is not limited to this. Other members having conductivity and elasticity may be used.

本発明の一実施例としての燃料電池100の概略断面構造を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the general | schematic cross-section of the fuel cell 100 as one Example of this invention. 膜電極接合体110の製造工程の全体の流れを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the whole manufacturing process of the membrane electrode assembly 110. FIG. 第1実施例における膜電極接合体110の製造工程のステップS100の詳細について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the detail of step S100 of the manufacturing process of the membrane electrode assembly 110 in 1st Example. 第1実施例における膜電極接合体110の製造工程のステップS110の詳細について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the detail of step S110 of the manufacturing process of the membrane electrode assembly 110 in 1st Example. 第2実施例における膜電極接合体110の製造工程のステップS100の詳細について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the detail of step S100 of the manufacturing process of the membrane electrode assembly 110 in 2nd Example. 第2実施例における膜電極接合体110の製造工程のステップS110の詳細について説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the detail of step S110 of the manufacturing process of the membrane electrode assembly 110 in 2nd Example. 変形例としてのアノード側ガス拡散層116Aa、および、カソード側ガス拡散層116Acを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows anode side gas diffusion layer 116Aa and cathode side gas diffusion layer 116Ac as a modification.

符号の説明Explanation of symbols

100…燃料電池
110…膜電極接合体
112…電解質膜
114a…アノード側触媒層
114a1…第1のアノード側触媒層
114a2…第2のアノード側触媒層
114c…カソード側触媒層
115…カーボンマイクロコイル
115ah…フック部材
115al…ループ部材
116a,116Aa…アノード側ガス拡散層
116c,116Ac…カソード側ガス拡散層
116ap…カーボンペーパ
117…カーボンマイクロコイル
117ah…フック部材
117al…ループ部材
118…ループ部材
120…アノード側セパレータ
122…溝部
130…カソード側セパレータ
132…溝部
200…板状部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell 110 ... Membrane electrode assembly 112 ... Electrolyte membrane 114a ... Anode side catalyst layer 114a1 ... 1st anode side catalyst layer 114a2 ... 2nd anode side catalyst layer 114c ... Cathode side catalyst layer 115 ... Carbon microcoil 115ah ... hook member 115al ... loop member 116a, 116Aa ... anode side gas diffusion layer 116c, 116Ac ... cathode side gas diffusion layer 116ap ... carbon paper 117 ... carbon microcoil 117ah ... hook member 117al ... loop member 118 ... loop member 120 ... anode side Separator 122 ... Groove part 130 ... Cathode side separator 132 ... Groove part 200 ... Plate-shaped member

Claims (14)

燃料電池に用いられる膜電極接合体であって、
電解質膜の両面に、それぞれ接合された触媒層と、
前記触媒層の表面に、それぞれ着脱可能に接合されたガス拡散層と、
を備える膜電極接合体。
A membrane electrode assembly used in a fuel cell,
A catalyst layer bonded to both surfaces of the electrolyte membrane,
A gas diffusion layer detachably joined to the surface of the catalyst layer, and
A membrane electrode assembly comprising:
請求項1記載の膜電極接合体であって、
前記触媒層、および、前記ガス拡散層は、前記触媒層と前記ガス拡散層の互いに対向する2つの面のうち、一方に、導電性、および、弾性を有する材料からなるループ部材を備え、他方に、導電性、および、弾性を有する材料からなるフック部材を備え、
前記触媒層と、前記ガス拡散層とは、前記ループ部材と前記フック部材とを互いに係合させることによって接合されている、
膜電極性都合体。
The membrane electrode assembly according to claim 1,
The catalyst layer and the gas diffusion layer include a loop member made of a material having conductivity and elasticity on one of two surfaces of the catalyst layer and the gas diffusion layer facing each other. A hook member made of a material having conductivity and elasticity,
The catalyst layer and the gas diffusion layer are joined by engaging the loop member and the hook member with each other,
Membrane electrode convenience.
請求項2記載の膜電極接合体であって、
前記ループ部材、および、前記フック部材は、前記ループ部材と前記フック部材との接触面積が、前記触媒層、または、前記ガス拡散層の表面積よりも広くなるように形成されている、
膜電極接合体。
The membrane electrode assembly according to claim 2, wherein
The loop member and the hook member are formed so that a contact area between the loop member and the hook member is larger than a surface area of the catalyst layer or the gas diffusion layer.
Membrane electrode assembly.
請求項2または3記載の膜電極接合体であって、
前記ループ部材、および、前記フック部材の表面には、親水処理が施されている、
膜電極接合体。
The membrane electrode assembly according to claim 2 or 3, wherein
The loop member and the surface of the hook member are subjected to hydrophilic treatment,
Membrane electrode assembly.
請求項1ないし4のいずれかに記載の膜電極接合体であって、
前記ガス拡散層は、該ガス拡散層の厚さ方向について、前記触媒層との接合面との距離が近いほど、該ガス拡散層が有する空孔の空孔径が小さくなるように形成されている、
膜電極接合体。
A membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 4,
The gas diffusion layer is formed so that the pore diameter of the pores of the gas diffusion layer becomes smaller as the distance from the joint surface with the catalyst layer is shorter in the thickness direction of the gas diffusion layer. ,
Membrane electrode assembly.
燃料電池に用いられ、電解質膜の両面に、それぞれ接合された触媒層と、該触媒層の表面に、それぞれ接合されたガス拡散層と、を備える膜電極接合体の製造方法であって、
前記電解質膜の両面に、それぞれ前記触媒層を形成する触媒層形成工程と、
前記ガス拡散層を形成するガス拡散層形成工程と、
前記触媒層と前記ガス拡散層とを接合する接合工程と、を備え、
前記触媒層形成工程、および、前記ガス拡散層形成工程は、前記触媒層と前記ガス拡散層の互いに対向する2つの面のうち、一方に、導電性、および、弾性を有する材料からなるループ部材を形成し、他方に、導電性、および、弾性を有する材料からなるフック部材を形成する工程を含み、
前記接合工程は、前記ループ部材と前記フック部材とを互いに係合させる工程を含む、
製造方法。
A method for producing a membrane electrode assembly used in a fuel cell, comprising a catalyst layer bonded to both surfaces of an electrolyte membrane, and a gas diffusion layer bonded to the surface of the catalyst layer, respectively.
A catalyst layer forming step of forming the catalyst layer on both surfaces of the electrolyte membrane,
A gas diffusion layer forming step of forming the gas diffusion layer;
A bonding step of bonding the catalyst layer and the gas diffusion layer,
The catalyst layer forming step and the gas diffusion layer forming step include a loop member made of a material having conductivity and elasticity on one of two surfaces of the catalyst layer and the gas diffusion layer facing each other. And forming a hook member made of a material having conductivity and elasticity on the other side,
The joining step includes a step of engaging the loop member and the hook member with each other,
Production method.
請求項6記載の製造方法であって、
前記触媒層形成工程は、
前記電解質膜の両面に、触媒を含む触媒インクを塗布する触媒インク塗布工程と、
前記塗布された触媒インクに、カーボンマイクロコイルの一部を、コイル面が前記電解質膜の表面に対して略垂直になるように埋め込むことによって、前記ループ部材を形成するループ部材形成工程と、
前記触媒インクを乾燥させる工程と、
を含む製造方法。
The manufacturing method according to claim 6,
The catalyst layer forming step includes
A catalyst ink coating step of coating a catalyst ink containing a catalyst on both surfaces of the electrolyte membrane;
A loop member forming step of forming the loop member by embedding a part of the carbon microcoil in the applied catalyst ink so that the coil surface is substantially perpendicular to the surface of the electrolyte membrane;
Drying the catalyst ink;
Manufacturing method.
請求項7記載の製造方法であって、
前記触媒インク塗布工程は、
前記電解質膜の両面に、前記触媒インクを塗布して乾燥させることによって、第1の触媒層を形成する工程と、
前記第1の触媒層の表面に、再度、前記触媒インクを塗布する工程と、を含み、
前記ループ部材形成工程は、
前記再度塗布された触媒インクに、前記カーボンマイクロコイルの一部を、コイル面が前記電解質膜の表面に対して略垂直になるように埋め込む工程を含む、
製造方法。
The manufacturing method according to claim 7,
The catalyst ink application step includes
Forming a first catalyst layer by applying and drying the catalyst ink on both surfaces of the electrolyte membrane; and
Applying the catalyst ink to the surface of the first catalyst layer again.
The loop member forming step includes
Embedding a part of the carbon microcoil in the reapplied catalyst ink so that the coil surface is substantially perpendicular to the surface of the electrolyte membrane;
Production method.
請求項7または8記載の製造方法であって、
前記ガス拡散層形成工程は、
カーボンファイバと、バインダと、カーボンマイクロコイルとを含む液体を、前記カーボンマイクロコイルのコイル面が前記ガス拡散層の表面に対して略垂直になるように所定の板状部材に塗布する工程と、
前記塗布された液体を乾燥させて、前記ガス拡散層を構成する、前記カーボンマイクロコイルが埋め込まれたカーボンペーパを製造する工程と、
前記カーボンペーパの一方の表面をエッチングすることによって、前記カーボンペーパの表面から、前記カーボンマイクロコイルの一部を露出させる工程と、
前記露出したカーボンマイクロコイルの一部を切断することによって、前記フック部材を形成する工程と、
を含む製造方法。
The manufacturing method according to claim 7 or 8,
The gas diffusion layer forming step includes
Applying a liquid containing carbon fiber, a binder, and a carbon microcoil to a predetermined plate member such that the coil surface of the carbon microcoil is substantially perpendicular to the surface of the gas diffusion layer;
Drying the applied liquid to form the gas diffusion layer, producing a carbon paper in which the carbon microcoil is embedded;
Exposing a portion of the carbon microcoil from the surface of the carbon paper by etching one surface of the carbon paper;
Forming the hook member by cutting a portion of the exposed carbon microcoil;
Manufacturing method.
請求項7または8記載の製造方法であって、
前記ガス拡散層形成工程は、
カーボンファイバと、バインダとを含む液体を、所定の板状部材に塗布する工程と、
前記塗布された液体に、前記カーボンマイクロコイルの一部を、コイル面が前記ガス拡散層の表面に対して略垂直になるように埋め込む工程と、
前記カーボンマイクロコイルの一部が埋め込まれた液体を乾燥させて、前記ガス拡散層を構成する、前記カーボンマイクロコイルの一部が埋め込まれたカーボンペーパを製造する工程と、
前記カーボンペーパの表面から露出した前記カーボンマイクロコイルの一部を切断することによって、前記フック部材を形成する工程と、
を含む製造方法。
The manufacturing method according to claim 7 or 8,
The gas diffusion layer forming step includes
Applying a liquid containing carbon fiber and a binder to a predetermined plate member;
Embedding part of the carbon microcoil in the applied liquid so that the coil surface is substantially perpendicular to the surface of the gas diffusion layer;
Drying the liquid in which part of the carbon microcoil is embedded to form the gas diffusion layer, and manufacturing the carbon paper in which part of the carbon microcoil is embedded;
Forming the hook member by cutting a part of the carbon microcoil exposed from the surface of the carbon paper;
Manufacturing method.
請求項6記載の製造方法であって、
前記触媒層形成工程は、
前記電解質膜の両面に、触媒を含む触媒インクを塗布する触媒インク塗布工程と、
前記塗布された触媒インクに、カーボンマイクロコイルの一部を、コイル面が前記電解質膜の表面に対して略垂直になるように埋め込む埋込工程と、
前記触媒インクを乾燥させ、前記カーボンマイクロコイルの一部が埋め込まれた前記触媒層を形成する工程と、
前記触媒層の表面から露出した前記カーボンマイクロコイルの一部を切断することによって、前記フック部材を形成する工程と、
を含む製造方法。
The manufacturing method according to claim 6,
The catalyst layer forming step includes
A catalyst ink coating step of coating a catalyst ink containing a catalyst on both surfaces of the electrolyte membrane;
An embedding step of embedding a part of the carbon microcoil in the applied catalyst ink so that the coil surface is substantially perpendicular to the surface of the electrolyte membrane;
Drying the catalyst ink to form the catalyst layer in which part of the carbon microcoil is embedded;
Forming the hook member by cutting a portion of the carbon microcoil exposed from the surface of the catalyst layer;
Manufacturing method.
請求項11記載の製造方法であって、
前記触媒インク塗布工程は、
前記電解質膜の両面に、前記触媒インクを塗布して乾燥させることによって、第1の触媒層を形成する工程と、
前記第1の触媒層の表面に、再度、前記触媒インクを塗布する工程と、を含み、
前記埋込工程は、
前記再度塗布された触媒インクに、前記カーボンマイクロコイルの一部を、コイル面が前記電解質膜の表面に対して略垂直になるように埋め込む工程を含む、
製造方法。
The manufacturing method according to claim 11,
The catalyst ink application step includes
Forming a first catalyst layer by applying and drying the catalyst ink on both surfaces of the electrolyte membrane; and
Applying the catalyst ink to the surface of the first catalyst layer again.
The embedding step includes
Embedding a part of the carbon microcoil in the reapplied catalyst ink so that the coil surface is substantially perpendicular to the surface of the electrolyte membrane;
Production method.
請求項11または12記載の製造方法であって、
前記ガス拡散層形成工程は、
カーボンファイバと、バインダと、カーボンマイクロコイルとを含む液体を、前記カーボンマイクロコイルのコイル面が前記ガス拡散層の表面に対して略垂直になるように所定の板状部材に塗布する工程と、
前記塗布された液体を乾燥させて、前記ガス拡散層を構成する、前記カーボンマイクロコイルが埋め込まれたカーボンペーパを製造する工程と、
前記カーボンペーパの一方の表面をエッチングすることによって、前記カーボンペーパの表面から、前記カーボンマイクロコイルの一部を露出させ、前記ループ部材を形成する工程と、
を含む製造方法。
The manufacturing method according to claim 11 or 12,
The gas diffusion layer forming step includes
Applying a liquid containing carbon fiber, a binder, and a carbon microcoil to a predetermined plate member such that the coil surface of the carbon microcoil is substantially perpendicular to the surface of the gas diffusion layer;
Drying the applied liquid to form the gas diffusion layer, producing a carbon paper in which the carbon microcoil is embedded;
Etching one surface of the carbon paper to expose a part of the carbon microcoil from the surface of the carbon paper and forming the loop member;
Manufacturing method.
請求項11または12記載の製造方法であって、
前記ガス拡散層形成工程は、
カーボンファイバと、バインダとを含む液体を、所定の板状部材に塗布する塗布工程と、
前記塗布された液体に、前記カーボンマイクロコイルの一部を、コイル面が前記ガス拡散層の表面に対して略垂直になるように埋め込む工程と、
前記塗布された液体を乾燥させることによって、前記ループ部材が形成されたカーボンペーパを製造する工程と、
を含む製造方法。
The manufacturing method according to claim 11 or 12,
The gas diffusion layer forming step includes
An application step of applying a liquid containing carbon fiber and a binder to a predetermined plate member;
Embedding part of the carbon microcoil in the applied liquid so that the coil surface is substantially perpendicular to the surface of the gas diffusion layer;
A step of producing a carbon paper on which the loop member is formed by drying the applied liquid; and
Manufacturing method.
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