JP2009123540A - 燃料電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池において、電解質膜と触媒電極層との接着力を向上させること。
【解決手段】燃料電池であって、電解質膜と、電解質膜上に付着し、電解質膜上に分散配置される付着粒子と、付着粒子が分散配置された電解質膜上に形成され、少なくとも電解質および触媒担持担体を含む触媒電極層と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、電解質膜と、触媒電極層とを備える燃料電池に関する。

従来、電解質膜上に触媒電極層が形成された燃料電池が知られている（特許文献１参照）。この燃料電池では、触媒電極層であるアノードおよびカソードに、それぞれ、燃料ガスおよび酸化ガス（いわゆる、反応ガス）を供給することで電気化学反応を生じさせ、発電を行うようにしている（下記特許文献１参照）。

特開２００１−３０７７５１号公報

ところで、上記燃料電池において、電解質膜と触媒電極層の接着力が弱いと、例えば、電解質膜と触媒電極層の界面において、プロトンの移動抵抗、電気抵抗、または、熱の移動抵抗などが高くなるおそれがあり、その結果、燃料電池の電池性能が低下するおそれがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、燃料電池において、電解質膜と触媒電極層との接着力を向上させる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

[適用例１]
燃料電池であって、電解質膜と、前記電解質膜上に付着し、前記電解質膜上に分散配置される付着粒子と、前記付着粒子が分散配置された前記電解質膜上に形成され、少なくとも電解質および触媒担持担体を含む触媒電極層と、を備えることを要旨とする。

上記構成の燃料電池によれば、電解質膜と触媒電極層との接着力を向上させることができ、その結果、燃料電池の電池性能を向上させることができる。

[適用例２]
適用例１に記載の燃料電池において、前記電解質膜は、炭化水素系電解質膜であり、前記触媒電極層の前記電解質は、フッ素系電解質であることを特徴とする燃料電池。

このように、電解質膜に炭化水素系電解質膜を、触媒電極層の電解質にフッ素系電解質を用いても、上記構成とすることで、電解質膜と触媒電極層との接着力を向上させることができる。

[適用例３]
適用例１または適用例２に記載の燃料電池において、前記付着粒子は、前記電解質膜より熱伝導率が高い粒子であることを特徴とする燃料電池。

このようにすれば、触媒電極層から電解質膜へ熱の移動を促進することができ、触媒電極層の温度が上昇し、触媒電極層が乾燥することを抑制することができる。

[適用例４]
適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池において、前記触媒電極層は、カソードであることを特徴とする燃料電池。

このようにすれば、カソードから電解質膜へ熱の移動を促進することができ、カソードの温度が上昇し、カソードが乾燥することを抑制することができる。

[適用例５]
適用例４に記載の燃料電池において、前記触媒電極層に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給部と、前記触媒電極層で電気化学反応の供された後の酸化ガスを前記触媒電極層から排出するための酸化ガス排出部と、を備え、前記付着粒子は、前記電解質膜において、前記酸化ガス排出部に対応する部分より、前記酸化ガス供給部に対応する部分に多く分散配置されていることを特徴とする燃料電池。

このようにすれば、酸化ガス排出部付近において、電解質膜とカソードとの界面で、付着粒子の配置量を抑制することができる。

[適用例６]
適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の燃料電池において、凹凸形状であり、凸部が前記触媒電極層を押圧すると共に、凹部が前記触媒電極層に酸化ガスを給排するための給排流路を形成する流路形成部を備え、前記付着粒子は、前記電解質膜において、前記流路形成部の前記凸部に対応する部分より、前記凹部に対応する部分の方に、多く分散配置されることを特徴とする燃料電池。

このようにすれば、電解質膜と触媒電極層との界面における付着粒子の配置量を抑制することができる。

[適用例７]
適用例１ないし適用例６のいずれかに記載の燃料電池において、前記付着粒子と、前記触媒担持担体の担体とは、それぞれ同じ材料から成ることを特徴とする燃料電池。

このようにすれば、電解質膜と触媒電極層との界面において、付着粒子と、触媒担持担体とが付着し易くなり、その結果、電解質膜と触媒電極層との接着力を向上させることができる。

[適用例８]
適用例１ないし適用例７のいずれかに記載の燃料電池において、前記付着粒子と、前記触媒担持担体とは、それぞれカーボンから成ることを特徴とする燃料電池。

このようにすれば、電解質膜と触媒電極層との界面において、付着粒子と、触媒担持担体とが付着し易くなり、その結果、電解質膜と触媒電極層との接着力を向上させることができる。

[適用例９]
適用例１ないし適用例８のいずれかに記載の燃料電池において、前記付着粒子は、蒸着により前記電解質膜上に配置された蒸着粒子であることを特徴とする燃料電池。

このようにすれば、電解質膜と触媒電極層との界面において、付着粒子と、触媒担持担体とが付着し易くなり、その結果、電解質膜と触媒電極層との接着力を向上させることができる。

[適用例１０] 燃料電池の製造方法であって、電解質膜を用意する工程と、所定の粒子を用意する工程と、少なくとも電解質、触媒担持担体、および、溶媒を含む触媒インクを用意する工程と、前記粒子を、前記電解質膜上に、付着させつつ分散配置する工程と、前記粒子が分散配置された前記電解質膜の一面に、前記触媒インクを膜状に形成する工程と、膜状に形成された前記触媒インクを乾燥させる工程と、を備えることを要旨とする。

上記構成の燃料電池の製造方法によれば、電解質膜と触媒電極層との接着力を向上させることができ、その結果、製造した燃料電池の電池性能を向上させることができる。
[適用例１１]
適用例１０に記載の燃料電池の製造方法において、前記粒子は、前記電解質膜より熱伝導性が高い熱伝導粒子であることを特徴とする燃料電池の製造方法。

このようにすれば、触媒電極層から電解質膜へ熱の移動を促進することができ、触媒電極層の温度が上昇し、触媒電極層が乾燥することを抑制することができる。

なお、本発明は、上記した燃料電池の他、燃料電池セル、膜電極接合体など他の装置発明の態様として実現することも可能である。また、上記した燃料電池の製造方法の他、膜電極接合体の製造方法など、他の方法発明としての態様で実現することも可能である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
図１は、本発明の第１実施例に係る燃料電池１００の外観構成を示す説明図である。本実施例の燃料電池１００は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。燃料電池１００は、複数の燃料電池セルＳＬと、エンドプレートＥＰと、テンションプレートＴＳと、インシュレータＩＳと、ターミナルＴＭと、を備えている。複数の燃料電池セルＳＬは、インシュレータＩＳおよびターミナルＴＭを挟んで、２枚のエンドプレートＥＰによって挟持される。すなわち、燃料電池１００は、燃料電池セルＳＬが、複数個積層されたスタック構造である。また、燃料電池１００は、テンションプレートＴＳがボルトＢＴによって各エンドプレートＥＰに結合され、各燃料電池セルＳＬを、各部材を積層する方向（以下では、積層方向とも呼ぶ）に所定の力で締結する構造となっている。なお、積層方向に直交する方向であって、燃料電池セルＳＬに沿った方向を面方向とも呼ぶ。

図２は、燃料電池１００における燃料電池セルＳＬの概略構成を表わす分解斜視図である。図３は、燃料電池セルＳＬの断面の様子を示す断面模式図である。具体的には、図３（Ａ）は、図２の燃料電池セルＳＬにおけるＡ−Ａ断面を模式的に示した断面図であり、図３（Ｂ）は、後述する電解質膜１１と後述するカソード１２との界面付近の拡大図である。燃料電池セルＳＬは、膜電極接合体５（以下では、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）５と呼ぶ）と、ガス拡散層１４，１５と、セパレータ６，７と、を備える。燃料電池セルＳＬは、ＭＥＡ５を、ガス拡散層１４，１５で挟持し、さらに、そのサンドイッチ構造を、セパレータ６，７で挟持して形成される。なお、図２では、ガス拡散層１４は、ＭＥＡ５の裏面に形成されているため、図示されていない。

ＭＥＡ５は、電解質膜１１と、カソード１２と、アノード１３と、を備え、電解質膜１１をカソード１２およびアノード１３で挟持して構成される。

電解質膜１１は、固体高分子材料である炭化水素系電解質により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。また、本実施例において、電解質膜１１上には、電解質膜１１より熱伝導率が高い粒子であって、蒸着によって付着したカーボン粒子が、電解質膜１１上に略均一に分散配置されている（図３（Ａ）、（Ｂ）参照）。なお、電解質膜１１上に蒸着によって付着したカーボン粒子を蒸着カーボン粒子Ｖとも呼ぶ。

アノード１３は、触媒金属である白金（Ｐｔ）を担持したカーボン（以下では、白金担持カーボンとも呼ぶ）（図示せず）と、炭化水素系電解質（図示せず）と、を備えている。

カソード１２は、図３（Ｂ）に示すように、白金担持カーボンＰＣと、フッ素系電解質ＡＯと、備えている。また、電解質膜１１とカソード１２との界面付近において、図３（Ｂ）に示すように、電解質膜１１上の蒸着カーボン粒子Ｖと、白金担持カーボンＰＣまたはフッ素系電解質ＡＯとが、接触している。

ガス拡散層１４，１５は、導電性を有する多孔質部材であり、例えば、カーボンクロス、カーボンペーパなどの炭素系多孔質体や、金属メッシュ、発泡金属などの金属多孔質体によって形成される。

セパレータ６，７は、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成形した金属板によって形成することができる。セパレータ６は、片面において凸部６ａと凹部６ｂとが交互に形成された凹凸形状を有している。そして、セパレータ６において、凸部６ａは、ガス拡散層１４（カソード１２または電解質膜１１）を押圧し、凹部６ｂは、ガス拡散層１４との間にガス拡散層１４に対して酸化ガスを給排するため酸化ガス給排流路２０を形成する（図３（Ａ）参照）。また、セパレータ７において、凸部７ａは、ガス拡散層１５（アノード１３または電解質膜１１）を押圧し、凹部７ｂは、ガス拡散層１５との間にガス拡散層１５に対して燃料ガスを給排するため燃料ガス給排流路３０を形成する（図３（Ａ）参照）。なお、本実施例の燃料電池１００では、酸化ガスとしては、例えば、空気を用い、燃料ガスとしては、例えば、水素を用いる。

図２に示すように、セパレータ６，７は、その外周近くの互いに対応する位置に、孔部５３〜５６を備えている。セパレータ６，７を、ＭＥＡ５およびガス拡散層１４，１５と共に積層して燃料電池１００を組み立てると、積層された各セパレータ６，７の対応する位置に設けられた孔部は、互いに重なり合って、積層方向に燃料電池１００内部を貫通する流路を形成する。具体的には、孔部５３は、酸化ガス供給マニホールドを形成し、孔部５４は、酸化ガス排出マニホールドを形成し、孔部５５は、燃料ガス供給マニホールドを形成し、孔部５６は、燃料ガス排出マニホールドを形成する。酸化ガス供給マニホールドは、酸化ガス給排流路２０に酸化ガスを導入するための流路であり、酸化ガス排出マニホールドは、酸化ガス給排流路２０から酸化ガスを排出するための流路である。燃料ガス供給マニホールドは、燃料ガス給排流路３０に燃料ガスを導入するための流路であり、燃料ガス排出マニホールドは、燃料ガス給排流路３０から燃料ガスを排出すための流路である。

燃料電池１００の外周部には、酸化ガス給排流路２０および燃料ガス給排流路３０におけるガスシール性を確保するための図示しないシール部材が配設されている。

Ａ２．燃料電池の製造方法：
以下に、本実施例の燃料電池１００の製造方法を説明する。この燃料電池１００の製造方法では、ＭＥＡ５を製造し、それを用いて、燃料電池セルＳＬを製造し、そして、その燃料電池セルＳＬを用いて、燃料電池１００を製造する。以下に、具体的に説明する。

図４は、本実施例におけるＭＡＥ５の製造方法のフローチャートである。このＭＥＡ５の製造方法では、まず、電解質膜１１、カーボン粒子、および、カソード用の触媒インクＳを用意する（ステップＳ１０〜Ｓ３０）。カーボン粒子は、例えば、カーボンブラックなどを用いる。触媒インクＳは、白金担持カーボンＰＣと、フッ素系電解質ＡＯとを、所定の溶媒（水、メタノールなど）に溶かしてミキシングして作成される。また、アノード用の触媒インク（図示せず）も用意する。このアノード用の触媒インクも、触媒インクＳと同様に、白金担持カーボンＰＣと、フッ素系電解質ＡＯとを、所定の溶媒（水、メタノールなど）に溶かしてミキシングして作成される。

続いて、カーボン粒子を蒸着装置Ｊに装填し、この蒸着装置Ｊを用いて、カーボン粒子を電解質膜１１上に分散するように蒸着させる（ステップＳ４０）。これにより、電解質膜１１上に蒸着カーボン粒子Ｖが分散配置された構造体（以下では、蒸着カーボン−電解質膜構造体とも呼ぶ）を形成することができる。なお、蒸着方法としては、化学的真空蒸着、物理的真空蒸着、熱的蒸着、アーク蒸着、イオンスパッタリング、イオンビーム促進蒸着、または、噴射真空蒸着などを用いることができる。

次に、触媒インクＳをインク塗布装置Ｌに装填し、このインク塗布装置Ｌを用いて、触媒インクＳを、蒸着カーボン−電解質膜構造体上に塗布する（ステップＳ５０）。また、電解質膜１１において、反対面においてもアノード用の触媒インクを塗布する。

その後、触媒インクＳおよびアノード用の触媒インクを塗布した積層体を乾燥する（ステップＳ６０）。これにより、蒸着カーボン−電解質膜構造体上にカソード１２を備えるＭＥＡ５を製造することができる。

このようにして製造したＭＥＡ５をガス拡散層１４，１５で挟持し、さらに、そのサンドイッチ構造を、セパレータ６，７で挟持することにより燃料電池セルＳＬを製造する。そして、このようにして燃料電池セルＳＬを複数製造し、これら複数の燃料電池セルＳＬを、インシュレータＩＳおよびターミナルＴＭで挟持し、さらに、そのサンドイッチ構造を、２枚のエンドプレートＥＰによって挟持すると共に、テンションプレートＴＳをボルトＢＴでエンドプレートＥＰに結合することによって燃料電池１００が完成する。

Ａ３．本実施例の燃料電池の有効性の検討：
図５は、炭化水素系電解質膜とフッ素系電解質膜とを接合した接合体Ｏにおいて、接合界面における熱伝達性と、２つのフッ素系電解質膜を接合した接合体Ｐにおいて、接合界面における熱伝達性と、を比較するための図である。図５（Ａ）は、接合体Ｏに、その端部から温度波を付与した場合における位相遅れ及び振幅維持率を示す図である。図５（Ｂ）は、接合体Ｐに、その端部から温度波を付与した場合における位相遅れ及び振幅維持率を示す図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）において、横軸は、接合体の位置を示し、縦軸の左側は、「位相遅れ」を示し、縦軸の右側は、「振幅維持率」を示す。また、各接合体において、図の右側から温度波を印加している。「位相遅れ」とは、温度波の印加地点の位相に対する位相遅れ（ｒａｄ）を表し、「振幅維持率」とは、温度波の印加地点の振幅に対する振幅の維持率（％）を表す。なお、上記接合体Ｏと接合体Ｐは、各膜を同圧力で熱圧着して形成される。上記温度波の周波数は、０．５Ｈｚとしている。

図５に示すように、接合体Ｏにおける炭化水素系電解質膜とフッ素系電解質膜の接合界面付近では、接合体Ｐにおけるフッ素系電解質膜同士の接合界面付近と比較して、位相遅れ又は振幅維持率が急激に変化している。このことから、炭化水素系電解質膜とフッ素系電解質膜の接合界面付近での熱伝達性は、フッ素系電解質膜同士の接合界面付近の熱伝達性より、低いと言える。これは、膜同士を同じ圧力で接合した場合において、炭化水素系電解質膜とフッ素系電解質膜とを接合した場合の接着力は、フッ素系電解質膜同士を接合した場合の接着力より弱いからだと考えられる。

そうすると、炭化水素系電解質膜とフッ素系電解質を含むカソードとを隣接して形成した燃料電池において、炭化水素系電解質膜とフッ素系電解質との接着力は、比較的弱いと言う事ができる。このように、炭化水素系電解質膜とフッ素系電解質との接着力が弱い、すなわち、炭化水素系電解質膜とカソードとの接着力が弱いと、炭化水素系電解質膜とカソードの界面において、プロトンの移動抵抗、電気抵抗、または、熱の移動抵抗などが高くなるおそれがあった。このように、プロトンの移動抵抗が高くなると、炭化水素系電解質膜からカソードへプロトンの移動がスムーズにいかなくなり、カソードでの電気化学反応が低下し、その結果、この燃料電池の電池性能が低下するおそれがあった。また、電気抵抗が高くなると、燃料電池セルのセル抵抗が増加し、その結果、燃料電池の電池性能が低下するおそれがあった。さらに、熱の移動抵抗が高くなると、カソードから炭化水素系電解質膜へ熱が伝達しにくくなり、カソードの温度が上昇し、カソードが乾燥するおそれがあった。このようにカソードが乾燥すると、それに伴い、炭化水素系電解質膜が乾燥し、その結果、炭化水素系電解質膜でのプロトンの移動抵抗が増加し、燃料電池の電池性能が低下するおそれがあった。

一方、本実施例の燃料電池１００では、蒸着カーボン−電解質膜構造体上にカソード１２が形成されている。すなわち、電解質膜１１とカソード１２との界面において、蒸着カーボン粒子Ｖが分散配置されている。このようにすれば、この蒸着カーボン−電解質膜構造体では、蒸着カーボン粒子Ｖが分散配置されない電解質膜と比較して、カソード１２が積層される面の表面積を増加させることができる。すなわち、蒸着カーボン−電解質膜構造体では、カソード１２のフッ素系電解質ＡＯとの接着面積を増加させることができ、それに伴い、フッ素系電解質ＡＯとの接着力を強くすることができる。従って、電解質膜１１とカソード１２の接着力を向上させることができ、その結果、燃料電池１００の電池性能が低下することを抑制することができる。

また、本実施例の燃料電池１００では、電解質膜１１上に分散配置する粒子、および、カソード１２において、触媒を担持する担体は、共に、カーボン粒子を用いるようにしているので、電解質膜１１と、カソード１２との界面において、蒸着カーボン粒子Ｖと、白金担持カーボンＰＣとが付着し易く、その結果、電解質膜１１とカソード１２との接着力を向上させることができる。

本実施例の燃料電池１００では、電解質膜１１上に粒子を分散配置しているが、この粒子は、電解質膜１１より熱伝導率が高いカーボン粒子を用いている。このようにすれば、カソード１２から電解質膜１１へ熱の移動を促進することができ、カソード１２の温度が上昇し、カソードが乾燥することを抑制することができる。それに伴い、電解質膜１１が乾燥し、その結果、電解質膜１１でのプロトンの移動抵抗が増加することを抑制することができ、燃料電池１００の電池性能が低下することを抑制することができる。

本実施例において、電解質膜１１は、請求項における電解質膜に該当し、カソード１２は、請求項における触媒電極層に該当し、蒸着カーボン粒子Ｖは、請求項における所定の粒子、付着粒子、蒸着粒子、または、熱伝導粒子に該当し、白金担持カーボンＰＣは、請求項における触媒担持担体に該当し、フッ素系電解質ＡＯは、請求項における電解質に該当し、触媒インクＳは、請求項における触媒インクに該当する。

Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．燃料電池の構成：
図６は、第２実施例の燃料電池における電解質膜１１をカソード側から見た図である。本実施例の燃料電池は、電解質膜１１上に配置される蒸着カーボン粒子Ｖの分布が、第１実施例の燃料電池１００とは異なるが、それ以外の構成は、第１実施例の燃料電池１００と同様である。この相違点について以下に説明する。

燃料電池において、酸化ガス排出マニホールド付近では、カソード１２での発熱量が比較的少ないことから、電解質膜１１とカソード１２との接着力に起因するカソード１２から電解質膜１１への熱移動阻害の問題が比較的起こりにくい。そこで、本実施例の燃料電池では、図６に示すように、電解質膜１１上に配置される蒸着カーボン粒子Ｖが、酸化ガス排出マニホールド側から酸化ガス供給マニホールド側へ進むにつれて多くなるように、言い換えれば、蒸着カーボン粒子Ｖが、酸化ガス供給マニホールド側から酸化ガス排出マニホールド側へ進むにつれて少なくなるように、分散配置されている。このようにすれば、酸化ガス排出マニホールド付近において、電解質膜１１とカソード１２との界面で、蒸着カーボン粒子Ｖの配置量を抑制することができる。それに伴い、電解質膜１１上に蒸着カーボン粒子Ｖを分散配置する蒸着工程（図４：ステップＳ４０参照）の時間を短縮することができる。

なお、上述のように、電解質膜１１上に配置される蒸着カーボン粒子Ｖが、酸化ガス排出マニホールド側から酸化ガス供給マニホールド側へ進むにつれて、多くなるように分散配置されるＭＥＡを製造する場合には、蒸着装置Ｊ（図４：ステップＳ４０参照）によって、カーボン粒子を電解質膜１１上に蒸着する際、電解質膜１１面に対して、酸化ガス供給マニホールド側から酸化ガス排出マニホールド側に進むにつれて、徐々にカーボン粒子の蒸着時間を減少させるようにすればよい。

本実施例において、電解質膜１１は、請求項における電解質膜に該当し、カソード１２は、請求項における触媒電極層に該当し、酸化ガス供給マニホールド（孔部５３）は、請求項における酸化ガス供給部に該当し、酸化ガス排出マニホールド（孔部５４）は、請求項における酸化ガス排出部に該当する。

Ｃ．第３実施例：
Ｃ１．燃料電池の構成：
図７は、第３実施例の燃料電池における燃料電池セルＳＬ１の断面の様子を示す断面模式図である。本実施例の燃料電池は、電解質膜１１上に配置される蒸着カーボン粒子Ｖの分布が、第１実施例の燃料電池１００とは異なるが、それ以外の構成は、第１実施例の燃料電池１００と同様である。この相違点について以下に説明する。

燃料電池において、電解質膜１１とカソード１２との界面において、セパレータ６の凸部６ａに対応する部分では、カソード１２が電解質膜１１を押圧する力が強く、電解質膜１１とカソード１２とが比較的強い接着力を有する。従って、電解質膜１１とカソード１２との接着力が弱いことに起因するカソード１２から電解質膜１１への熱移動阻害の問題が比較的起こりにくい。そこで、第３実施例の燃料電池では、図７に示すように、電解質膜１１において、セパレータ６の凹部６ｂに対応する部分には、蒸着カーボン粒子Ｖを略均一に分散配置しているが、凸部６ａに対応する部分には、蒸着カーボン粒子Ｖを配置していない。このようにすれば、電解質膜１１とカソード１２との界面における蒸着カーボン粒子Ｖの配置量を抑制することができる。それに伴い、電解質膜１１上に蒸着カーボン粒子Ｖを分散配置する蒸着工程（図４：ステップＳ４０参照）の時間を短縮することができる。

なお、上述のように、電解質膜１１上に配置される蒸着カーボン粒子Ｖを、セパレータ６の凸部６ａに対応する部分に配置させないようにするＭＥＡを製造する場合には、蒸着装置Ｊ（図４：ステップＳ４０参照）によって、カーボン粒子を電解質膜１１上に蒸着する際、電解質膜１１上において、セパレータ６の凸部６ａに対応する部分にマスキングテープを貼り、その状態で、電解質膜１１面に対して、カーボン粒子を蒸着させるようにし、その後、マスキングテープを剥ぐようにすればよい。

本実施例において、セパレータ６は、請求項における流路形成部に該当し、凸部６ａは、請求項における凸部に該当し、凹部６ｂは、請求項における凹部に該当する。

Ｄ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば以下のような変形も可能である。

Ｄ１．変形例１：
上記実施例の燃料電池では、電解質膜１１において、カソード１２側の面上に蒸着カーボン粒子Ｖを分散配置している、すなわち、電解質膜１１とカソード１２との界面に蒸着カーボン粒子Ｖを分散配置しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、電解質膜１１において、アノード１３側の面上に蒸着カーボン粒子Ｖを分散配置し、すなわち、電解質膜１１とアノード１３との界面に蒸着カーボン粒子Ｖを分散配置するようにしてもよい。このようにすれば、アノード１３と電解質膜１１との接着力を向上させることができ、燃料電池の電池性能が向上するなど、上記実施例と同様の効果を奏することができる。

Ｄ２．変形例２：
上記実施例の燃料電池では、電解質膜１１に炭化水素系電解質膜を用いており、また、カソード１２ではフッ素系電解質ＡＯを用いるようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、電解質膜１１にフッ素系電解質膜を用い、カソード１２では炭化水素系電解質を用いるようにしてもよし、電解質膜１１に炭化水素系電解質を用い、カソード１２では炭化水素系電解質膜を用いてもよいし、電解質膜１１にフッ素系電解質膜を用い、カソード１２でもフッ素系電解質を用いるようにしてもよい。このように、電解質膜と、カソードの電解質を種々の組み合わせにした場合においても、これらの界面に蒸着カーボン粒子Ｖを分散配置すれば、上記実施例と同様の効果を奏することができる。

Ｄ３．変形例３：
上記実施例の燃料電池では、電解質膜１１上にカーボン粒子を蒸着によって分散配置するようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、電解質膜１１上にカーボン粒子を吹き付けるようにして分散配置するようにしてもよい。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。

Ｄ４．変形例４：
上記実施例の燃料電池では、電解質膜１１上に蒸着させる粒子として、カーボン粒子を用いているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、電解質膜１１上に蒸着させる粒子として、熱伝導率が高い金属粒子を用いてもよい。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。また、これに対応して、カソード１２の白金担持カーボンＰＣの担体を、同様の金属粒子で構成することとしてもよい。このようにすれば、電解質膜１１と、カソード１２との界面において、蒸着した金属粒子と、担体としての金属粒子とが付着し易く、その結果、電解質膜１１とカソード１２との接着力を向上させることができる。

本発明の第１実施例に係る燃料電池１００の外観構成を示す説明図である。 燃料電池１００における燃料電池セルＳＬの概略構成を表わす分解斜視図である。 燃料電池セルＳＬの断面の様子を示す断面模式図である。 第１実施例におけるＭＡＥ５の製造方法のフローチャートである。 炭化水素系電解質膜とフッ素系電解質膜とを接合した接合体Ｏにおいて接合界面における熱伝達性と、２つのフッ素系電解質膜を接合した接合体Ｐにおいて接合界面における熱伝達性と、を比較するための図である。 第２実施例の燃料電池における電解質膜１１をカソード側から見た図である。 第３実施例の燃料電池における燃料電池セルＳＬ１の断面の様子を示す断面模式図である。

符号の説明

５...ＭＥＡ
６...セパレータ
６ａ...凸部
６ｂ...凹部
７...セパレータ
７ａ...凸部
７ｂ...凹部
１１...電解質膜
１２...カソード
１３...アノード
１４，１５...ガス拡散層
２０...酸化ガス給排流路
３０...燃料ガス給排流路
５３〜５６...孔部
１００...燃料電池
ＰＣ...白金担持カーボン
ＳＬ...燃料電池セル
ＡＯ...フッ素系電解質

Claims (11)

1. 燃料電池であって、
   電解質膜と、
   前記電解質膜上に付着し、前記電解質膜上に分散配置される付着粒子と、
   前記付着粒子が分散配置された前記電解質膜上に形成され、少なくとも電解質および触媒担持担体を含む触媒電極層と、
   を備えることを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池において、
   前記電解質膜は、炭化水素系電解質膜であり、
   前記触媒電極層の前記電解質は、フッ素系電解質であることを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、
   前記付着粒子は、
   前記電解質膜より熱伝導率が高い粒子であることを特徴とする燃料電池。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
   前記触媒電極層は、カソードであることを特徴とする燃料電池。
5. 請求項４に記載の燃料電池において、
   前記触媒電極層に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給部と、
   前記触媒電極層で電気化学反応の供された後の酸化ガスを前記触媒電極層から排出するための酸化ガス排出部と、を備え、
   前記付着粒子は、
   前記電解質膜において、前記酸化ガス排出部に対応する部分より、前記酸化ガス供給部に対応する部分に多く分散配置されていることを特徴とする燃料電池。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池において、
   凹凸形状であり、凸部が前記触媒電極層を押圧すると共に、凹部が前記触媒電極層に酸化ガスを給排するための給排流路を形成する流路形成部を備え、
   前記付着粒子は、
   前記電解質膜において、前記流路形成部の前記凸部に対応する部分より、前記凹部に対応する部分の方に、多く分散配置されることを特徴とする燃料電池。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池において、
   前記付着粒子と、前記触媒担持担体の担体とは、それぞれ同じ材料から成ることを特徴とする燃料電池。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池において、
   前記付着粒子と、前記触媒担持担体とは、それぞれカーボンから成ることを特徴とする燃料電池。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の燃料電池において、
   前記付着粒子は、蒸着により前記電解質膜上に配置された蒸着粒子であることを特徴とする燃料電池。
10. 燃料電池の製造方法であって、
    電解質膜を用意する工程と、
    所定の粒子を用意する工程と、
    少なくとも電解質、触媒担持担体、および、溶媒を含む触媒インクを用意する工程と、
    前記粒子を、前記電解質膜上に、付着させつつ分散配置する工程と、
    前記粒子が分散配置された前記電解質膜の一面に、前記触媒インクを膜状に形成する工程と、
    膜状に形成された前記触媒インクを乾燥させる工程と、
    を備えることを特徴とする燃料電池の製造方法。
11. 請求項１０に記載の燃料電池の製造方法において、
    前記粒子は、前記電解質膜より熱伝導性が高い熱伝導粒子であることを特徴とする燃料電池の製造方法。

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