保護シート付き触媒層−電解質膜積層体及び保護シート付き膜−電極接合体
【課題】触媒層や電極の損傷や欠落を防止することのできる保護シート付き触媒層−電解質膜積層体及び保護シート付き膜−電極接合体を提供することを課題とする。
【解決手段】長尺状の電解質膜２と、電解質膜２の上面に長さ方向に間隔をあけて形成された複数の第１の触媒層３ａと、電解質膜２の下面において、各第１の触媒層３ａと対応する位置に形成された複数の第２の触媒層３ｂと、各第１の触媒層３ａ上を覆った状態で電解質膜２の上面に接着された長尺状の第１の保護シート４と、を備えている。
【解決手段】長尺状の電解質膜２と、電解質膜２の上面に長さ方向に間隔をあけて形成された複数の第１の触媒層３ａと、電解質膜２の下面において、各第１の触媒層３ａと対応する位置に形成された複数の第２の触媒層３ｂと、各第１の触媒層３ａ上を覆った状態で電解質膜２の上面に接着された長尺状の第１の保護シート４と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護シート付き触媒層−電解質膜積層体及び保護シート付き膜−電極接合体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質の両面に電極が配置され、水素と酸素の電気化学反応により発電する電池であり、発電時に発生するのは水のみである。このように従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないために次世代のクリーンエネルギーシステムとして普及が見込まれている。その中でも特に固体高分子形燃料電池は、作動温度が低く、電解質の抵抗が少ないことに加え、活性の高い触媒を用いるので小型でも高出力を得ることができ、家庭用コージェネレーションシステム等の用途として早期の実用化が見込まれている。
【０００３】
この固体高分子形燃料電池は、電解質膜の両面に触媒層が形成された触媒層−電解質膜積層体や、この触媒層−電解質膜積層体の各触媒層上に導電性多孔質基材が形成された膜−電極接合体を主な構成としている。この触媒層−電解質膜積層体や膜−電極接合体は、このままの状態で保管されたり、ユーザーへ供給されたりすることがあるが、生産性の観点から長尺状の電解質膜の両面に触媒層や電極が形成されてロール状に巻き取られた状態とすることがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−６４５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した触媒層−電解質膜積層体や膜−電極接合体は、ロール状に巻かれると、触媒層同士もしくは電極同士が接触した状態となる。そして、触媒層−電解質膜積層体や膜−電極接合体の保管中又は輸送中に、隣接する触媒層や電極同士が擦れることによって触媒層や電極が損傷したり欠落したりするというような問題が生じる可能性がある。そこで、本発明は、触媒層や電極の損傷や欠落を防止することのできる保護シート付き触媒層−電解質膜積層体及び保護シート付き膜−電極接合体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る保護シート付き触媒層−電解質膜積層体は、長尺状の電解質膜と、前記電解質膜の一方面上に形成された第１の触媒層と、前記電解質膜の他方面上において、前記第１の触媒層と対応する位置に形成された第２の触媒層と、前記第１の触媒層上を覆った状態で前記電解質膜の一方面上に接着された長尺状の第１の保護シートと、を備えている。
【０００７】
このように構成された保護シート付き触媒層−電解質膜積層体は、第１の保護シートが第１の触媒層上を覆った状態となっているため、このような状態で保護シート付き触媒層−電解質膜積層体をロール状にすると、第１の触媒層と第２の触媒層との間に第１の保護シートが介在する状態となる。この結果、触媒層同士が擦れることが防止でき、ひいては触媒層の損傷や欠落を防止することができる。また、第１の保護シートは電解質膜の一方面上に接着しているため、第１の触媒層上で動くことが抑制されており、第１の保護シート自体が触媒層と擦れて触媒層を損傷させる若しくは欠落させることを防止することができる。なお、この第１の保護シートは、少なくとも触媒層の周囲で電解質膜に接着されていればよいが、電解質膜の触媒層が形成されていない部分全面に接着することで、保管中の電解質膜の膨潤収縮を確実に抑制することもできる。
【０００８】
上記保護シート付き触媒層−電解質膜積層体は、種々の構成をとることができ、例えば、上記第１の触媒層が電解質膜の一方面上に長さ方向に間隔をあけて複数形成されており、第２の触媒層が電解質膜の他方面上において各第１の触媒層と対応する位置に複数形成されているような構成とすることができる。また、その他にも、第１の触媒層や第２の触媒層が間隔をあけることなく、長さ方向に連続して形成されていてもよい。
【０００９】
また、上記保護シート付き触媒層−電解質膜積層体において、ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法による第１の保護シートと電解質膜とのはく離接着強さを０．０１〜１０Ｎ/ｃｍとすることが好ましい。このように、第１の保護シートと電解質膜とのはく離接着強さを０．０１N/cm以上とすることによって、電解質膜の膨潤収縮を抑制することができ、ひいては、電解質膜のシワの発生を防止することができる。また、第１の保護シートと電解質膜のはく離接着強さを１０Ｎ／ｃｍ以下とすることによって、第１の保護シートを触媒層−電解質膜積層体からはく離したときに、電解質膜が破れることを防止することができる。
【００１０】
また、上記第１の保護シートは、第１の触媒層上に接着されているような構成とすることもできる。この構成によれば、第１の保護シート自体が触媒層と擦れて触媒層が損傷もしくは欠落することをより確実に防止することができる。この場合、ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法による第１の保護シートと触媒層とのはく離接着強さは、０．０１〜１．０N/cmとすることが好ましい。この第１の保護シートと触媒層とのはく離接着強さを０．０１N/cm以上とすることによって、触媒層上における第１の保護シートの動きを確実に防止することができ、また、１．０N/cm以下とすることによって、第１の保護シートを触媒層−電解質膜積層体からはく離したときに触媒層が第１の保護シートと一緒に剥がれてしまうことを防止することができる。
【００１１】
また、各第２の触媒層上を覆った状態で電解質膜の他方面上に接着された長尺状の第２の保護シートをさらに備えた構成とすることもできる。この構成によれば、より確実に触媒層が損傷することを防止できる。
【００１２】
また、本発明に係る保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体は、長尺状の電解質膜と、前記電解質膜の一方面上に形成された第１の触媒層と、前記電解質膜の一方面上に形成された第２の触媒層と、前記第１及び第２の触媒層上を覆うように、前記電解質膜上に接着された第１の保護シートと、を備え、前記第１の触媒層は、前記第２の触媒層に対して、前記第１の触媒層と前記第２の触媒層との間において電解質膜の長さ方向に延びる対称軸を中心に対称に配置されている。
【００１３】
この保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体は、対称軸で電解質膜を折り曲げて電解質膜の他方面同士を接着させることで、保護シート付き触媒層−電解質積層体とすることができる。この保護シート付き触媒層−電解質膜積層体も上述した保護シート付き触媒層−電解質膜積層体と同様に、第１の保護シートが触媒層上を覆った状態で電解質膜に接着しているため、ロール状にして保管や輸送をした場合であっても触媒層が損傷したり欠落したりすることを防止できる。なお、この保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体においても、第１の触媒層や第２の触媒層が電解質膜の長さ方向に間隔をあけて複数形成されていてもよいし、その他にも、第１の触媒層や第２の触媒層が長さ方向に間隔をあけることなく連続して形成されていてもよい。なお、第１の触媒層や第２の触媒層が長さ方向に間隔をあけて複数形成されている場合は、第１の触媒層の列と第２の触媒層の列とが、上記対称軸を中心にして対称となるように形成されている。
【００１４】
また、本発明に係る保護シート付き膜−電極接合体は、長尺状の電解質膜と、前記電解質膜の一方面上に形成された、触媒層及び導電性多孔質基材からなる第１の電極と、前記電解質膜の他方面上において、前記各第１の電極と対応する位置に形成された、触媒層及び導電性多孔質基材からなる第２の電極と、前記第１の電極上を覆った状態で前記電解質膜の一方面上に接着された長尺状の第１の保護シートと、を備えている。
【００１５】
この保護シート付き膜−電極接合体は、第１の保護シートが第１の電極上を覆った状態となっているため、このような状態で保護シート付き膜−電極接合体をロール状にすると、第１の電極と第２の電極との間に第１の保護シートが介在する状態となる。この結果、電極同士が擦れ合うことが防止でき、ひいては触媒層の損傷や欠落を防止することができる。なお、この保護シート付き膜−電極接合体においても、第１の電極が電解質膜の長さ方向に間隔をあけて複数形成されており、第２の電極が各第１の電極と対応する位置に複数形成されていてもよいし、その他にも、第１の電極や第２の電極が長さ方向に間隔をあけることなく連続して形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、触媒層や電極の損傷や欠落を防止することのできる保護シート付き触媒層−電解質膜積層体及び保護シート付き膜−電極接合体を提供することを課題とする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本実施形態に係るロール状の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体の一部を巻き出した状態を示す側面断面図である。
【図２】図２は本実施形態に係るロール状の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体の一部を巻き出した状態を示す平面図であり、図解を容易にするために保護シートによって覆われている触媒層も図示している。
【図３】図３はロール状の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体の製造方法を示す説明図である。
【図４】図４は本実施形態に係るロール状の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体の一部を巻き出した状態を示す平面図である。
【図５】図５は本実施形態に係るロール状の保護シート付き膜−電極接合体の一部を巻き出した状態を示す側面断面図である。
【図６】図６は他の実施形態に係るロール状の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体の一部を巻き出した状態を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
第１実施形態
以下、本発明に係る保護シート付き触媒層−電解質膜積層体の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図１の左右方向を長さ方向と称し、図２の上下方向を幅方向と称して以下説明する。
【００１９】
（保護シート付き触媒層−電解質膜積層体）
図１に示すように、本実施形態に係る保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１は、長尺状の電解質膜２と、この電解質膜２の両面に形成された第１及び第２の触媒層３ａ、３ｂと、各第１の触媒層３ａ上を覆った状態で触媒層−電解質膜積層体１０に接着された長尺状の保護シート４と、を備えており、ロール状に巻かれた状態で保管されている。
【００２０】
（触媒層−電解質膜積層体）
図２に示すように、長尺状の電解質膜２の上面には複数の第１の触媒層３ａが長さ方向に所定間隔ｓをあけて形成されている。この間隔ｓは特に限定されるものではないが、例えば、１〜５０mm程度とすることができる。また、電解質膜２の下面には複数の第２の触媒層３ｂが形成されている。この第２の触媒層３ｂは、電解質膜２を介して第１の触媒層３ａと対応する位置に形成されている。なお、第１および第２の触媒層３ａ、３bは間隔をあけずに長さ方向に連続して形成することもできる。また、各第１及び第２の触媒層３ａ，３ｂは、幅方向において電解質膜２の幅よりも小さく形成されている。この幅方向における電解質膜２の側縁と各触媒層３ａ，３ｂの側縁との距離ｄ1は、特に限定されるものではないが、０〜２５mmとすることができる。また、電解質膜２の厚さは、通常、１０〜２００μm程度であり、各第１及び第２の触媒層３ａ，３ｂの厚さは、通常、５〜１００μm程度である。なお、この電解質膜２の両面に第１及び第２の触媒層３ａ、３ｂが形成されたものを触媒層−電解質膜積層体１０と称する。
【００２１】
電解質膜２は、例えば、基材上に水素イオン伝導性高分子電解質を含有する溶液を塗工し、乾燥することにより形成される。水素イオン伝導性高分子電解質としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂、より具体的には、炭化水素系イオン交換膜のＣ−Ｈ結合をフッ素で置換したパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー（ＰＦＳ系ポリマー）等が挙げられる。電気陰性度の高いフッ素原子を導入することで、化学的に非常に安定し、スルホン酸基の解離度が高く、高いイオン伝導性が実現できる。このような水素イオン伝導性高分子電解質の具体例としては、デュポン社製の「Ｎａｆｉｏｎ」（登録商標）、旭硝子（株）製の「Ｆｌｅｍｉｏｎ」（登録商標）、旭化成（株）製の「Ａｃｉｐｌｅｘ」（登録商標）、ゴア（Ｇｏｒｅ）社製の「Ｇｏｒｅ Ｓｅｌｅｃｔ」（登録商標）等が挙げられる。水素イオン伝導性高分子電解質含有溶液中に含まれる水素イオン伝導性高分子電解質の濃度は、通常５〜６０重量％程度、好ましくは２０〜４０重量％程度である。なお、上記の水素イオン伝導性高分子電解質膜以外には、アニオン導電性固高分子電解質膜や液状物質含浸膜も挙げられる。アニオン伝導性電解質膜としては炭化水素系樹脂又はフッ素系樹脂等が挙げられ、具体例としては炭化水素系樹脂としては、旭化成（株）製のＡｃｉｐｌｅｘ（登録商標）Ａ２０１，２１１，２２１や、トクヤマ（株）製のネオセプタ（登録商標）ＡＭ−１，ＡＨＡ等が挙げられ、フッ素系樹脂としては、東ソー（株）製のトスフレックス（登録商標）ＩＥ−ＳＦ３４等が挙げられる。また液状物質含浸膜としては、例えばポリベンゾイミダゾール（PBI）が挙げられる。
【００２２】
各第１及び第２の触媒層３ａ，３ｂは、公知の白金含有の触媒層（カソード触媒及びアノード触媒）とすることができる。具体的には、触媒粒子を担持させた炭素粒子と、水素イオン伝導性高分子電解質とを含有する。水素イオン伝導性高分子電解質としては、上述した電解質膜２に使用されるものと同じ材料を使用することができる。
【００２３】
触媒粒子としては、例えば、白金や白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と、白金との合金等が挙げられる。なお、通常は、カソード触媒層に含まれる触媒粒子は白金であり、アノード触媒層に含まれる触媒粒子は前記金属と白金との合金である。
【００２４】
炭素粒子は、導電性を有しているものであれば限定的ではなく、公知又は市販のものを広く使用できる。例えば、カーボンブラックや、黒鉛、活性炭等を１種又は２種以上で用いることができる。カーボンブラックの例としては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック等を挙げることができる。炭素粒子の算術平均粒子径は通常５ｎｍ〜２００ｎｍ程度、好ましくは２０〜８０ｎｍ程度である。この炭素粒子の平均粒子径は、例えば、粒子径分布測定装置ＬＡ−９２０：（株）堀場製作所製等により測定できる。
【００２５】
（保護シート）
保護シート４は、電解質膜２と同様に長尺状となっており、各第１の触媒層３ａ上を覆うような長さとなっている。保護シート４の幅方向の長さは、特に限定されるものではなく、本実施形態のように電解質膜２よりも短くてもよいし、他にも、電解質膜２と同じ幅であってもよいし、電解質膜２よりも大きい幅を有していてもよい。また、保護シート４の側縁と各触媒層３の側縁との距離d2は、特に限定されるものでないが、約０〜２００mmであることが好ましく、約２〜１００mmであることがさらに好ましい。
【００２６】
この保護シート４は、触媒層−電解質膜積層体１０上を動かないように触媒層−電解質膜積層体１０の上面、すなわち電解質膜２と第1の触媒層３ａとに接着している。ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法（Ｔ形はく離）による保護シート４と電解質膜２とのはく離接着強さは、０．０１〜１０N/cmとすることが好ましい。このように保護シート４と電解質膜２とのはく離接着強さを０．０１N/cm以上とすることで電解質膜２が膨潤収縮して保護シート４が電解質膜２に接着した状態を維持することができ、ひいては保管中の電解質膜２のシワや、緩みなどを防止することができる。また、保護シート４と電解質膜２とのはく離接着強さを１０N/cm以下とすることで、触媒層−電解質膜積層体１０を使用するために保護シート４を触媒層−電解質膜積層体からはく離した際に、電解質膜２がそのはく離によって破れてしまうことを防止することができる。また、ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法（Ｔ形はく離）による保護シート４と第１の触媒層３とのはく離接着強さは、０．０１〜１．０N/cmとすることが好ましい。このようにはく離接着強さを０．０１Ｎ／ｃｍ以上とすることによって、保護シート４自体が第１の触媒層３ａと擦れることを確実に防ぐことができ、１．０N/cm以下とすることによって、保護シート４をはく離した際に、第１の触媒層３ａの一部が保護シート４と一緒に剥がれてしまうことを防止することができる。
【００２７】
保護シート４は、基材と、その基材上に形成された粘着層との２層構造となっており、粘着層が触媒層−電解質膜積層体１０側を向いている。なお、基材としては、ポリエステルや、ポリアミド、ポリイミド、ポリメチルテンペン、ポリフェニレンオキサイド、ポリサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、アルミ箔などを好ましく使用することができる。なお、ポリエステルは、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート等を挙げることができる。また、粘着層としては、エポキシ樹脂や、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ゴム等が挙げられ、特にアクリル樹脂が好ましい。
【００２８】
（製造方法）
次に、保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１の製造方法について説明する。
【００２９】
まず、図３に示すように、長尺状の電解質膜２の両面に第１及び第２の触媒層３ａ，３ｂが形成された触媒層−電解質膜積層体１０をRoll to Rollの状態で流す。この触媒層−電解質膜積層体１０は、例えば、長尺状の電解質膜２の両面に転写法によって第１及び第２の触媒層３ａ，３ｂを形成したり、その他にも触媒層インキをスプレー、スクリーン印刷、ダイコート、ノズルで塗布することによって電解質膜２の両面に第１及び第２の触媒層３ａ，３ｂを形成することができる。
【００３０】
この触媒層−電解質膜積層体１０の上面に長尺状の保護シート４を接着する。より詳細には、保護シート４をロール状に巻き取った保護シートロール４０を、触媒層−電解質膜積層体１０の上方に設置する。そして、この保護シートロール４０から長尺状の保護シート４を巻き出し、粘着層が触媒層−電解質膜積層体１０を向いた状態の保護シート４を触媒層−電解質膜積層体１０の上面に、約０．１〜５．０ＭＰａの力で加圧し接着させる。
【００３１】
以上のようにして、触媒層−電解質膜積層体１０に保護シート４を接着して作製された保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１をロール状に巻き取る。
【００３２】
第２実施形態
本発明に係る保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体１’の実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同じ構成の部分は、同じ符号を付すことで説明を省略する。
【００３３】
図４に示すように、保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体１’は、上述した保護シート触媒層−電解質膜積層体１とは異なり、第２の触媒層３ｂが電解質膜２の下面ではなく上面に第１の触媒層３ａと並ぶように形成されている。そして、第１の触媒層３ａの列と第２の触媒層３ｂの列とは対称軸ｃを中心に対称に配置されている。また、保護シート４は、各第１及び第２の触媒層３ａ、３ｂ上を覆った状態で、各触媒層３ａ，３ｂ及び電解質膜２に接着されている。この保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体１’は、対称軸ｃで折り曲げて電解質膜２の下面同士を接着させることで保護シート付き触媒層−電解質膜積層体とすることができる。なお、この電解質膜２の下面同士を接着させる方法としては、例えば、対称軸ｃで折り曲げた状態でホットプレスすることなどが挙げられる。このときの加圧レベルは、通常０．５〜２０ＭＰａ程度、好ましくは１〜１０ＭＰａ程度とする。また、加熱温度は、電解質膜の破損、変性などを回避するために、通常あ２００℃以下であり、好ましくは１５０℃以下である。なお、各触媒層３ａ、3ｂ上に導電性多孔質基材を形成して、保護シート付き膜−電極接合体とすることもできる。
【００３４】
第３実施形態
本発明に係る保護シート付き膜−電極接合体１００の実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同じ構成のものは同じ符号を付して説明を省略する。
【００３５】
図５に示すように、保護シート付き膜−電極接合体１００は、上述した保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１と異なり、各触媒層３ａ，３ｂ上に導電性多孔質基材５が形成されている。なお、その他の点においては、上述した保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１と同じ構成となっている。
【００３６】
導電性多孔質基材５は、特に限定されるものではないが、その厚さを約０．１〜０．５mmとすることが好ましい。なお、この導電性多孔質基材５と触媒層３とによって電極が構成される。
【００３７】
導電性多孔質基材５としては、公知であり、燃料極、空気極を構成する各種の導電性多孔質基材を使用でき、燃料である燃料ガス及び酸化剤ガスを効率よく触媒層に供給するため、多孔質の導電性基材からなっている。多孔質の導電性基材としては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等が挙げられる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３９】
例えば、図６に示すように、第２の触媒層３ｂを覆うように第２の保護シート４’を形成することもできる。
【実施例】
【００４０】
サンプル１〜７の７種類の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体を以下のようにして作製した。なお、サンプル１〜７の違いは保護シート４のみであり、触媒層−電解質膜積層体１０はサンプル１〜７ともに同じ方法で作製した。
【００４１】
まず、次のようにして触媒層−電解質膜積層体１０を作製した。ロール状の電解質膜２（デュポン社製ナフィオン212。幅75mm）の表面に、ダイコートにより50mm角の第１の触媒層３ａ（田中貴金属社製触媒（TEC10E50E）とデュポン社製ナフィオンバインダー（DE520）に所定量の水、イソプロパノールでインキ化した触媒層インキから作製したもの）を３０mmの間隔ｓを開けて３０個形成した。その後、電解質膜２の裏面にも同様に、第２の触媒層３ｂを形成することでロール状の触媒層−電解質膜積層体１０を作製した。なお、第１の触媒層３ａと第２の触媒層３ｂは、電解質膜２を介して対向する位置に形成されている。
【００４２】
次に、ロール状の触媒層−電解質膜積層体１０の両面に保護シート４を接着させた。なお、サンプル１の保護シート４としては日立化成株式会社製 ヒタレックスP−5310を使用し、サンプル２の保護シート４としては日立化成株式会社製 ヒタレックスL−８０２０を使用し、サンプル３の保護シート４としてはパナック株式会社製 パナプロテクトHTAを使用し、サンプル４の保護シート４としては住友３M株式会社製 851Aを使用し、サンプル５の保護シート４としてはパナック株式会社製 パナライフ YSを使用し、サンプル６の保護シート４としては、日立化成工業株式会社製 ヒタレックスCL 膜厚を使用し、サンプル７の保護シート４としては、東レ株式会社製 ルミラーＳ１０を使用した。なお、各保護シートとも、膜厚は全て５０μｍである。これら、サンプル１〜７ともに、ロール状の保護シート４（幅７５ｍｍ）を、粘着層が触媒層−電解質膜積層体１０を向くように、触媒層−電解質膜積層体１０の両面に配置し、保護シート４を触媒層−電解質膜積層体１０に対して加圧（１．０MPa）することによって、７種類の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体を作製した。
【００４３】
（試験１）
以上のように作製した、サンプル１〜７の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１において、保護シート４を触媒層−電解質膜積層体１０から剥離したときの電解質膜２の状態を評価した結果を表１に示す。なお、この表１に示した第１のはく離接着強さは、ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法による保護シート４と電解質膜２とのはく離接着強さのことである。また、第２のはく離接着強さとは、ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法による保護シート４と触媒層３ａ、３ｂとのはく離接着強さのことである。表１の「○」は、試験後に目視確認した結果、電解質膜２に破れがないことを表し、「×」は電解質膜２に破れがあることを表している。
（試験２）
サンプル１〜７の７種類の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１における、保護シート４を触媒層−電解質膜積層体１０から剥離したときの触媒層３の状態を評価した。詳細には、サンプル１〜７の７種類の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１を１５mm幅になるように切断し、保護シート４を電解質膜２に接着している部分から触媒層３に接着している部分にかけて、５０mm/minの条件で触媒層−電解質膜積層体１０から剥離し、その結果を表１に示した。なお、この剥離条件は、ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法によるものと同じである。また、表１の「○」は、試験後に目視確認した結果、触媒層３にキズが無く、また、保護シート４側に移っていないことを表し、「×」は保護シート４側に触媒層３が移っていることを表している。
【００４４】
（試験３）
サンプル１〜７の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１を、温度４０℃、相対湿度９５％の条件とした環境試験機内に２４時間収容し、この試験後の各サンプルを目視にて確認した結果を表１に示す。なお、表１中の「○」は、電解質膜にシワが発生しなかったことを表し、「×」は電解質膜の端部にシワが発生したことを表す。
【００４５】
【表１】
【符号の説明】
【００４６】
１ 保護シート付き触媒層−電解質膜積層体
１’ 保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体
１００ 保護シート付き膜−電極接合体
２ 電解質膜
３ａ 第１の触媒層
３ｂ 第２の触媒層
４ 第１の保護シート
５ 導電性多孔質基材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護シート付き触媒層−電解質膜積層体及び保護シート付き膜−電極接合体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質の両面に電極が配置され、水素と酸素の電気化学反応により発電する電池であり、発電時に発生するのは水のみである。このように従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないために次世代のクリーンエネルギーシステムとして普及が見込まれている。その中でも特に固体高分子形燃料電池は、作動温度が低く、電解質の抵抗が少ないことに加え、活性の高い触媒を用いるので小型でも高出力を得ることができ、家庭用コージェネレーションシステム等の用途として早期の実用化が見込まれている。
【０００３】
この固体高分子形燃料電池は、電解質膜の両面に触媒層が形成された触媒層−電解質膜積層体や、この触媒層−電解質膜積層体の各触媒層上に導電性多孔質基材が形成された膜−電極接合体を主な構成としている。この触媒層−電解質膜積層体や膜−電極接合体は、このままの状態で保管されたり、ユーザーへ供給されたりすることがあるが、生産性の観点から長尺状の電解質膜の両面に触媒層や電極が形成されてロール状に巻き取られた状態とすることがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−６４５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した触媒層−電解質膜積層体や膜−電極接合体は、ロール状に巻かれると、触媒層同士もしくは電極同士が接触した状態となる。そして、触媒層−電解質膜積層体や膜−電極接合体の保管中又は輸送中に、隣接する触媒層や電極同士が擦れることによって触媒層や電極が損傷したり欠落したりするというような問題が生じる可能性がある。そこで、本発明は、触媒層や電極の損傷や欠落を防止することのできる保護シート付き触媒層−電解質膜積層体及び保護シート付き膜−電極接合体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る保護シート付き触媒層−電解質膜積層体は、長尺状の電解質膜と、前記電解質膜の一方面上に形成された第１の触媒層と、前記電解質膜の他方面上において、前記第１の触媒層と対応する位置に形成された第２の触媒層と、前記第１の触媒層上を覆った状態で前記電解質膜の一方面上に接着された長尺状の第１の保護シートと、を備えている。
【０００７】
このように構成された保護シート付き触媒層−電解質膜積層体は、第１の保護シートが第１の触媒層上を覆った状態となっているため、このような状態で保護シート付き触媒層−電解質膜積層体をロール状にすると、第１の触媒層と第２の触媒層との間に第１の保護シートが介在する状態となる。この結果、触媒層同士が擦れることが防止でき、ひいては触媒層の損傷や欠落を防止することができる。また、第１の保護シートは電解質膜の一方面上に接着しているため、第１の触媒層上で動くことが抑制されており、第１の保護シート自体が触媒層と擦れて触媒層を損傷させる若しくは欠落させることを防止することができる。なお、この第１の保護シートは、少なくとも触媒層の周囲で電解質膜に接着されていればよいが、電解質膜の触媒層が形成されていない部分全面に接着することで、保管中の電解質膜の膨潤収縮を確実に抑制することもできる。
【０００８】
上記保護シート付き触媒層−電解質膜積層体は、種々の構成をとることができ、例えば、上記第１の触媒層が電解質膜の一方面上に長さ方向に間隔をあけて複数形成されており、第２の触媒層が電解質膜の他方面上において各第１の触媒層と対応する位置に複数形成されているような構成とすることができる。また、その他にも、第１の触媒層や第２の触媒層が間隔をあけることなく、長さ方向に連続して形成されていてもよい。
【０００９】
また、上記保護シート付き触媒層−電解質膜積層体において、ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法による第１の保護シートと電解質膜とのはく離接着強さを０．０１〜１０Ｎ/ｃｍとすることが好ましい。このように、第１の保護シートと電解質膜とのはく離接着強さを０．０１N/cm以上とすることによって、電解質膜の膨潤収縮を抑制することができ、ひいては、電解質膜のシワの発生を防止することができる。また、第１の保護シートと電解質膜のはく離接着強さを１０Ｎ／ｃｍ以下とすることによって、第１の保護シートを触媒層−電解質膜積層体からはく離したときに、電解質膜が破れることを防止することができる。
【００１０】
また、上記第１の保護シートは、第１の触媒層上に接着されているような構成とすることもできる。この構成によれば、第１の保護シート自体が触媒層と擦れて触媒層が損傷もしくは欠落することをより確実に防止することができる。この場合、ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法による第１の保護シートと触媒層とのはく離接着強さは、０．０１〜１．０N/cmとすることが好ましい。この第１の保護シートと触媒層とのはく離接着強さを０．０１N/cm以上とすることによって、触媒層上における第１の保護シートの動きを確実に防止することができ、また、１．０N/cm以下とすることによって、第１の保護シートを触媒層−電解質膜積層体からはく離したときに触媒層が第１の保護シートと一緒に剥がれてしまうことを防止することができる。
【００１１】
また、各第２の触媒層上を覆った状態で電解質膜の他方面上に接着された長尺状の第２の保護シートをさらに備えた構成とすることもできる。この構成によれば、より確実に触媒層が損傷することを防止できる。
【００１２】
また、本発明に係る保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体は、長尺状の電解質膜と、前記電解質膜の一方面上に形成された第１の触媒層と、前記電解質膜の一方面上に形成された第２の触媒層と、前記第１及び第２の触媒層上を覆うように、前記電解質膜上に接着された第１の保護シートと、を備え、前記第１の触媒層は、前記第２の触媒層に対して、前記第１の触媒層と前記第２の触媒層との間において電解質膜の長さ方向に延びる対称軸を中心に対称に配置されている。
【００１３】
この保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体は、対称軸で電解質膜を折り曲げて電解質膜の他方面同士を接着させることで、保護シート付き触媒層−電解質積層体とすることができる。この保護シート付き触媒層−電解質膜積層体も上述した保護シート付き触媒層−電解質膜積層体と同様に、第１の保護シートが触媒層上を覆った状態で電解質膜に接着しているため、ロール状にして保管や輸送をした場合であっても触媒層が損傷したり欠落したりすることを防止できる。なお、この保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体においても、第１の触媒層や第２の触媒層が電解質膜の長さ方向に間隔をあけて複数形成されていてもよいし、その他にも、第１の触媒層や第２の触媒層が長さ方向に間隔をあけることなく連続して形成されていてもよい。なお、第１の触媒層や第２の触媒層が長さ方向に間隔をあけて複数形成されている場合は、第１の触媒層の列と第２の触媒層の列とが、上記対称軸を中心にして対称となるように形成されている。
【００１４】
また、本発明に係る保護シート付き膜−電極接合体は、長尺状の電解質膜と、前記電解質膜の一方面上に形成された、触媒層及び導電性多孔質基材からなる第１の電極と、前記電解質膜の他方面上において、前記各第１の電極と対応する位置に形成された、触媒層及び導電性多孔質基材からなる第２の電極と、前記第１の電極上を覆った状態で前記電解質膜の一方面上に接着された長尺状の第１の保護シートと、を備えている。
【００１５】
この保護シート付き膜−電極接合体は、第１の保護シートが第１の電極上を覆った状態となっているため、このような状態で保護シート付き膜−電極接合体をロール状にすると、第１の電極と第２の電極との間に第１の保護シートが介在する状態となる。この結果、電極同士が擦れ合うことが防止でき、ひいては触媒層の損傷や欠落を防止することができる。なお、この保護シート付き膜−電極接合体においても、第１の電極が電解質膜の長さ方向に間隔をあけて複数形成されており、第２の電極が各第１の電極と対応する位置に複数形成されていてもよいし、その他にも、第１の電極や第２の電極が長さ方向に間隔をあけることなく連続して形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、触媒層や電極の損傷や欠落を防止することのできる保護シート付き触媒層−電解質膜積層体及び保護シート付き膜−電極接合体を提供することを課題とする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本実施形態に係るロール状の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体の一部を巻き出した状態を示す側面断面図である。
【図２】図２は本実施形態に係るロール状の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体の一部を巻き出した状態を示す平面図であり、図解を容易にするために保護シートによって覆われている触媒層も図示している。
【図３】図３はロール状の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体の製造方法を示す説明図である。
【図４】図４は本実施形態に係るロール状の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体の一部を巻き出した状態を示す平面図である。
【図５】図５は本実施形態に係るロール状の保護シート付き膜−電極接合体の一部を巻き出した状態を示す側面断面図である。
【図６】図６は他の実施形態に係るロール状の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体の一部を巻き出した状態を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
第１実施形態
以下、本発明に係る保護シート付き触媒層−電解質膜積層体の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図１の左右方向を長さ方向と称し、図２の上下方向を幅方向と称して以下説明する。
【００１９】
（保護シート付き触媒層−電解質膜積層体）
図１に示すように、本実施形態に係る保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１は、長尺状の電解質膜２と、この電解質膜２の両面に形成された第１及び第２の触媒層３ａ、３ｂと、各第１の触媒層３ａ上を覆った状態で触媒層−電解質膜積層体１０に接着された長尺状の保護シート４と、を備えており、ロール状に巻かれた状態で保管されている。
【００２０】
（触媒層−電解質膜積層体）
図２に示すように、長尺状の電解質膜２の上面には複数の第１の触媒層３ａが長さ方向に所定間隔ｓをあけて形成されている。この間隔ｓは特に限定されるものではないが、例えば、１〜５０mm程度とすることができる。また、電解質膜２の下面には複数の第２の触媒層３ｂが形成されている。この第２の触媒層３ｂは、電解質膜２を介して第１の触媒層３ａと対応する位置に形成されている。なお、第１および第２の触媒層３ａ、３bは間隔をあけずに長さ方向に連続して形成することもできる。また、各第１及び第２の触媒層３ａ，３ｂは、幅方向において電解質膜２の幅よりも小さく形成されている。この幅方向における電解質膜２の側縁と各触媒層３ａ，３ｂの側縁との距離ｄ1は、特に限定されるものではないが、０〜２５mmとすることができる。また、電解質膜２の厚さは、通常、１０〜２００μm程度であり、各第１及び第２の触媒層３ａ，３ｂの厚さは、通常、５〜１００μm程度である。なお、この電解質膜２の両面に第１及び第２の触媒層３ａ、３ｂが形成されたものを触媒層−電解質膜積層体１０と称する。
【００２１】
電解質膜２は、例えば、基材上に水素イオン伝導性高分子電解質を含有する溶液を塗工し、乾燥することにより形成される。水素イオン伝導性高分子電解質としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂、より具体的には、炭化水素系イオン交換膜のＣ−Ｈ結合をフッ素で置換したパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー（ＰＦＳ系ポリマー）等が挙げられる。電気陰性度の高いフッ素原子を導入することで、化学的に非常に安定し、スルホン酸基の解離度が高く、高いイオン伝導性が実現できる。このような水素イオン伝導性高分子電解質の具体例としては、デュポン社製の「Ｎａｆｉｏｎ」（登録商標）、旭硝子（株）製の「Ｆｌｅｍｉｏｎ」（登録商標）、旭化成（株）製の「Ａｃｉｐｌｅｘ」（登録商標）、ゴア（Ｇｏｒｅ）社製の「Ｇｏｒｅ Ｓｅｌｅｃｔ」（登録商標）等が挙げられる。水素イオン伝導性高分子電解質含有溶液中に含まれる水素イオン伝導性高分子電解質の濃度は、通常５〜６０重量％程度、好ましくは２０〜４０重量％程度である。なお、上記の水素イオン伝導性高分子電解質膜以外には、アニオン導電性固高分子電解質膜や液状物質含浸膜も挙げられる。アニオン伝導性電解質膜としては炭化水素系樹脂又はフッ素系樹脂等が挙げられ、具体例としては炭化水素系樹脂としては、旭化成（株）製のＡｃｉｐｌｅｘ（登録商標）Ａ２０１，２１１，２２１や、トクヤマ（株）製のネオセプタ（登録商標）ＡＭ−１，ＡＨＡ等が挙げられ、フッ素系樹脂としては、東ソー（株）製のトスフレックス（登録商標）ＩＥ−ＳＦ３４等が挙げられる。また液状物質含浸膜としては、例えばポリベンゾイミダゾール（PBI）が挙げられる。
【００２２】
各第１及び第２の触媒層３ａ，３ｂは、公知の白金含有の触媒層（カソード触媒及びアノード触媒）とすることができる。具体的には、触媒粒子を担持させた炭素粒子と、水素イオン伝導性高分子電解質とを含有する。水素イオン伝導性高分子電解質としては、上述した電解質膜２に使用されるものと同じ材料を使用することができる。
【００２３】
触媒粒子としては、例えば、白金や白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と、白金との合金等が挙げられる。なお、通常は、カソード触媒層に含まれる触媒粒子は白金であり、アノード触媒層に含まれる触媒粒子は前記金属と白金との合金である。
【００２４】
炭素粒子は、導電性を有しているものであれば限定的ではなく、公知又は市販のものを広く使用できる。例えば、カーボンブラックや、黒鉛、活性炭等を１種又は２種以上で用いることができる。カーボンブラックの例としては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック等を挙げることができる。炭素粒子の算術平均粒子径は通常５ｎｍ〜２００ｎｍ程度、好ましくは２０〜８０ｎｍ程度である。この炭素粒子の平均粒子径は、例えば、粒子径分布測定装置ＬＡ−９２０：（株）堀場製作所製等により測定できる。
【００２５】
（保護シート）
保護シート４は、電解質膜２と同様に長尺状となっており、各第１の触媒層３ａ上を覆うような長さとなっている。保護シート４の幅方向の長さは、特に限定されるものではなく、本実施形態のように電解質膜２よりも短くてもよいし、他にも、電解質膜２と同じ幅であってもよいし、電解質膜２よりも大きい幅を有していてもよい。また、保護シート４の側縁と各触媒層３の側縁との距離d2は、特に限定されるものでないが、約０〜２００mmであることが好ましく、約２〜１００mmであることがさらに好ましい。
【００２６】
この保護シート４は、触媒層−電解質膜積層体１０上を動かないように触媒層−電解質膜積層体１０の上面、すなわち電解質膜２と第1の触媒層３ａとに接着している。ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法（Ｔ形はく離）による保護シート４と電解質膜２とのはく離接着強さは、０．０１〜１０N/cmとすることが好ましい。このように保護シート４と電解質膜２とのはく離接着強さを０．０１N/cm以上とすることで電解質膜２が膨潤収縮して保護シート４が電解質膜２に接着した状態を維持することができ、ひいては保管中の電解質膜２のシワや、緩みなどを防止することができる。また、保護シート４と電解質膜２とのはく離接着強さを１０N/cm以下とすることで、触媒層−電解質膜積層体１０を使用するために保護シート４を触媒層−電解質膜積層体からはく離した際に、電解質膜２がそのはく離によって破れてしまうことを防止することができる。また、ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法（Ｔ形はく離）による保護シート４と第１の触媒層３とのはく離接着強さは、０．０１〜１．０N/cmとすることが好ましい。このようにはく離接着強さを０．０１Ｎ／ｃｍ以上とすることによって、保護シート４自体が第１の触媒層３ａと擦れることを確実に防ぐことができ、１．０N/cm以下とすることによって、保護シート４をはく離した際に、第１の触媒層３ａの一部が保護シート４と一緒に剥がれてしまうことを防止することができる。
【００２７】
保護シート４は、基材と、その基材上に形成された粘着層との２層構造となっており、粘着層が触媒層−電解質膜積層体１０側を向いている。なお、基材としては、ポリエステルや、ポリアミド、ポリイミド、ポリメチルテンペン、ポリフェニレンオキサイド、ポリサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、アルミ箔などを好ましく使用することができる。なお、ポリエステルは、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート等を挙げることができる。また、粘着層としては、エポキシ樹脂や、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ゴム等が挙げられ、特にアクリル樹脂が好ましい。
【００２８】
（製造方法）
次に、保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１の製造方法について説明する。
【００２９】
まず、図３に示すように、長尺状の電解質膜２の両面に第１及び第２の触媒層３ａ，３ｂが形成された触媒層−電解質膜積層体１０をRoll to Rollの状態で流す。この触媒層−電解質膜積層体１０は、例えば、長尺状の電解質膜２の両面に転写法によって第１及び第２の触媒層３ａ，３ｂを形成したり、その他にも触媒層インキをスプレー、スクリーン印刷、ダイコート、ノズルで塗布することによって電解質膜２の両面に第１及び第２の触媒層３ａ，３ｂを形成することができる。
【００３０】
この触媒層−電解質膜積層体１０の上面に長尺状の保護シート４を接着する。より詳細には、保護シート４をロール状に巻き取った保護シートロール４０を、触媒層−電解質膜積層体１０の上方に設置する。そして、この保護シートロール４０から長尺状の保護シート４を巻き出し、粘着層が触媒層−電解質膜積層体１０を向いた状態の保護シート４を触媒層−電解質膜積層体１０の上面に、約０．１〜５．０ＭＰａの力で加圧し接着させる。
【００３１】
以上のようにして、触媒層−電解質膜積層体１０に保護シート４を接着して作製された保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１をロール状に巻き取る。
【００３２】
第２実施形態
本発明に係る保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体１’の実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同じ構成の部分は、同じ符号を付すことで説明を省略する。
【００３３】
図４に示すように、保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体１’は、上述した保護シート触媒層−電解質膜積層体１とは異なり、第２の触媒層３ｂが電解質膜２の下面ではなく上面に第１の触媒層３ａと並ぶように形成されている。そして、第１の触媒層３ａの列と第２の触媒層３ｂの列とは対称軸ｃを中心に対称に配置されている。また、保護シート４は、各第１及び第２の触媒層３ａ、３ｂ上を覆った状態で、各触媒層３ａ，３ｂ及び電解質膜２に接着されている。この保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体１’は、対称軸ｃで折り曲げて電解質膜２の下面同士を接着させることで保護シート付き触媒層−電解質膜積層体とすることができる。なお、この電解質膜２の下面同士を接着させる方法としては、例えば、対称軸ｃで折り曲げた状態でホットプレスすることなどが挙げられる。このときの加圧レベルは、通常０．５〜２０ＭＰａ程度、好ましくは１〜１０ＭＰａ程度とする。また、加熱温度は、電解質膜の破損、変性などを回避するために、通常あ２００℃以下であり、好ましくは１５０℃以下である。なお、各触媒層３ａ、3ｂ上に導電性多孔質基材を形成して、保護シート付き膜−電極接合体とすることもできる。
【００３４】
第３実施形態
本発明に係る保護シート付き膜−電極接合体１００の実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同じ構成のものは同じ符号を付して説明を省略する。
【００３５】
図５に示すように、保護シート付き膜−電極接合体１００は、上述した保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１と異なり、各触媒層３ａ，３ｂ上に導電性多孔質基材５が形成されている。なお、その他の点においては、上述した保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１と同じ構成となっている。
【００３６】
導電性多孔質基材５は、特に限定されるものではないが、その厚さを約０．１〜０．５mmとすることが好ましい。なお、この導電性多孔質基材５と触媒層３とによって電極が構成される。
【００３７】
導電性多孔質基材５としては、公知であり、燃料極、空気極を構成する各種の導電性多孔質基材を使用でき、燃料である燃料ガス及び酸化剤ガスを効率よく触媒層に供給するため、多孔質の導電性基材からなっている。多孔質の導電性基材としては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等が挙げられる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３９】
例えば、図６に示すように、第２の触媒層３ｂを覆うように第２の保護シート４’を形成することもできる。
【実施例】
【００４０】
サンプル１〜７の７種類の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体を以下のようにして作製した。なお、サンプル１〜７の違いは保護シート４のみであり、触媒層−電解質膜積層体１０はサンプル１〜７ともに同じ方法で作製した。
【００４１】
まず、次のようにして触媒層−電解質膜積層体１０を作製した。ロール状の電解質膜２（デュポン社製ナフィオン212。幅75mm）の表面に、ダイコートにより50mm角の第１の触媒層３ａ（田中貴金属社製触媒（TEC10E50E）とデュポン社製ナフィオンバインダー（DE520）に所定量の水、イソプロパノールでインキ化した触媒層インキから作製したもの）を３０mmの間隔ｓを開けて３０個形成した。その後、電解質膜２の裏面にも同様に、第２の触媒層３ｂを形成することでロール状の触媒層−電解質膜積層体１０を作製した。なお、第１の触媒層３ａと第２の触媒層３ｂは、電解質膜２を介して対向する位置に形成されている。
【００４２】
次に、ロール状の触媒層−電解質膜積層体１０の両面に保護シート４を接着させた。なお、サンプル１の保護シート４としては日立化成株式会社製 ヒタレックスP−5310を使用し、サンプル２の保護シート４としては日立化成株式会社製 ヒタレックスL−８０２０を使用し、サンプル３の保護シート４としてはパナック株式会社製 パナプロテクトHTAを使用し、サンプル４の保護シート４としては住友３M株式会社製 851Aを使用し、サンプル５の保護シート４としてはパナック株式会社製 パナライフ YSを使用し、サンプル６の保護シート４としては、日立化成工業株式会社製 ヒタレックスCL 膜厚を使用し、サンプル７の保護シート４としては、東レ株式会社製 ルミラーＳ１０を使用した。なお、各保護シートとも、膜厚は全て５０μｍである。これら、サンプル１〜７ともに、ロール状の保護シート４（幅７５ｍｍ）を、粘着層が触媒層−電解質膜積層体１０を向くように、触媒層−電解質膜積層体１０の両面に配置し、保護シート４を触媒層−電解質膜積層体１０に対して加圧（１．０MPa）することによって、７種類の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体を作製した。
【００４３】
（試験１）
以上のように作製した、サンプル１〜７の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１において、保護シート４を触媒層−電解質膜積層体１０から剥離したときの電解質膜２の状態を評価した結果を表１に示す。なお、この表１に示した第１のはく離接着強さは、ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法による保護シート４と電解質膜２とのはく離接着強さのことである。また、第２のはく離接着強さとは、ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法による保護シート４と触媒層３ａ、３ｂとのはく離接着強さのことである。表１の「○」は、試験後に目視確認した結果、電解質膜２に破れがないことを表し、「×」は電解質膜２に破れがあることを表している。
（試験２）
サンプル１〜７の７種類の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１における、保護シート４を触媒層−電解質膜積層体１０から剥離したときの触媒層３の状態を評価した。詳細には、サンプル１〜７の７種類の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１を１５mm幅になるように切断し、保護シート４を電解質膜２に接着している部分から触媒層３に接着している部分にかけて、５０mm/minの条件で触媒層−電解質膜積層体１０から剥離し、その結果を表１に示した。なお、この剥離条件は、ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法によるものと同じである。また、表１の「○」は、試験後に目視確認した結果、触媒層３にキズが無く、また、保護シート４側に移っていないことを表し、「×」は保護シート４側に触媒層３が移っていることを表している。
【００４４】
（試験３）
サンプル１〜７の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体１を、温度４０℃、相対湿度９５％の条件とした環境試験機内に２４時間収容し、この試験後の各サンプルを目視にて確認した結果を表１に示す。なお、表１中の「○」は、電解質膜にシワが発生しなかったことを表し、「×」は電解質膜の端部にシワが発生したことを表す。
【００４５】
【表１】
【符号の説明】
【００４６】
１ 保護シート付き触媒層−電解質膜積層体
１’ 保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体
１００ 保護シート付き膜−電極接合体
２ 電解質膜
３ａ 第１の触媒層
３ｂ 第２の触媒層
４ 第１の保護シート
５ 導電性多孔質基材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状の電解質膜と、
前記電解質膜の一方面上に形成された第１の触媒層と、
前記電解質膜の他方面上において、前記第１の触媒層と対応する位置に形成された第２の触媒層と、
前記第１の触媒層上を覆った状態で前記電解質膜の一方面上に接着された長尺状の第１の保護シートと、
を備えた、保護シート付き触媒層−電解質膜積層体。
【請求項２】
前記第１の触媒層は、前記電解質膜の一方面上に長さ方向に間隔をあけて複数形成されており、
前記第２の触媒層は、前記電解質膜の他方面上において、前記各第１の触媒層と対応する位置に複数形成されている、請求項１に記載の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体。
【請求項３】
ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法による前記第１の保護シートと前記電解質膜とのはく離接着強さは、０．０１〜１０Ｎ/ｃｍである、請求項１又は２に記載の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体。
【請求項４】
前記第１の保護シートは、前記第１の触媒層上に接着されている、請求項１〜３のいずれかに記載の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体。
【請求項５】
ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法による前記第１の保護シートと前記触媒層とのはく離接着強さは、０．０１〜１．０N/cmである、請求項４に記載の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体。
【請求項６】
前記第２の触媒層上を覆った状態で前記電解質膜の他方面上に接着された長尺状の第２の保護シートをさらに備えた、請求項１〜５のいずれかに記載の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体。
【請求項７】
長尺状の電解質膜と、
前記電解質膜の一方面上に形成された第１の触媒層と、
前記電解質膜の一方面上に形成された第２の触媒層と、
前記第１及び第２の触媒層上を覆うように、前記電解質膜上に接着された第１の保護シートと、を備え、
前記第１の触媒層は、前記第２の触媒層に対して、前記第１の触媒層と前記第２の触媒層との間において電解質膜の長さ方向に延びる対称軸を中心に対称に配置されている、保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体。
【請求項８】
長尺状の電解質膜と、
前記電解質膜の一方面上に形成された、触媒層及び導電性多孔質基材からなる第１の電極と、
前記電解質膜の他方面上において、前記第１の電極と対応する位置に形成された、触媒層及び導電性多孔質基材からなる第２の電極と、
前記第１の電極上を覆った状態で前記電解質膜の一方面上に接着された長尺状の第１の保護シートと、
を備えた、保護シート付き膜−電極接合体。
【請求項１】
長尺状の電解質膜と、
前記電解質膜の一方面上に形成された第１の触媒層と、
前記電解質膜の他方面上において、前記第１の触媒層と対応する位置に形成された第２の触媒層と、
前記第１の触媒層上を覆った状態で前記電解質膜の一方面上に接着された長尺状の第１の保護シートと、
を備えた、保護シート付き触媒層−電解質膜積層体。
【請求項２】
前記第１の触媒層は、前記電解質膜の一方面上に長さ方向に間隔をあけて複数形成されており、
前記第２の触媒層は、前記電解質膜の他方面上において、前記各第１の触媒層と対応する位置に複数形成されている、請求項１に記載の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体。
【請求項３】
ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法による前記第１の保護シートと前記電解質膜とのはく離接着強さは、０．０１〜１０Ｎ/ｃｍである、請求項１又は２に記載の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体。
【請求項４】
前記第１の保護シートは、前記第１の触媒層上に接着されている、請求項１〜３のいずれかに記載の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体。
【請求項５】
ＪＩＳ Ｋ ６８５４−３の試験方法による前記第１の保護シートと前記触媒層とのはく離接着強さは、０．０１〜１．０N/cmである、請求項４に記載の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体。
【請求項６】
前記第２の触媒層上を覆った状態で前記電解質膜の他方面上に接着された長尺状の第２の保護シートをさらに備えた、請求項１〜５のいずれかに記載の保護シート付き触媒層−電解質膜積層体。
【請求項７】
長尺状の電解質膜と、
前記電解質膜の一方面上に形成された第１の触媒層と、
前記電解質膜の一方面上に形成された第２の触媒層と、
前記第１及び第２の触媒層上を覆うように、前記電解質膜上に接着された第１の保護シートと、を備え、
前記第１の触媒層は、前記第２の触媒層に対して、前記第１の触媒層と前記第２の触媒層との間において電解質膜の長さ方向に延びる対称軸を中心に対称に配置されている、保護シート付き触媒層−電解質膜積層体中間体。
【請求項８】
長尺状の電解質膜と、
前記電解質膜の一方面上に形成された、触媒層及び導電性多孔質基材からなる第１の電極と、
前記電解質膜の他方面上において、前記第１の電極と対応する位置に形成された、触媒層及び導電性多孔質基材からなる第２の電極と、
前記第１の電極上を覆った状態で前記電解質膜の一方面上に接着された長尺状の第１の保護シートと、
を備えた、保護シート付き膜−電極接合体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−６９４６２（Ｐ２０１２−６９４６２Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１５１０６（Ｐ２０１０−２１５１０６）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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