燃料電池の製造方法
【課題】各セルの排水性を向上させる拡散層を有する燃料電池を容易に製造することが可能な製造方法を提供する。
【解決手段】高分子電解質膜、一対の触媒、一対の拡散層及び一対のセパレータを有する燃料電池を製造する際、拡散層を、導電性多孔質材料からなる拡散層基材２１に撥水ペースト２３を添加して乾燥することにより作製する製造方法。拡散層基材２１の一方の面２１ａから撥水ペースト２３を供給して、拡散層基材２１の両方の面２１ａ、２１ｂに撥水ペースト２３を添加するとともに、各面２１ａ、２１ｂの添加量を調整することにより、乾燥後に各面２１ａ、２１ｂに形成される透過孔の開口の大きさを調整する。
【解決手段】高分子電解質膜、一対の触媒、一対の拡散層及び一対のセパレータを有する燃料電池を製造する際、拡散層を、導電性多孔質材料からなる拡散層基材２１に撥水ペースト２３を添加して乾燥することにより作製する製造方法。拡散層基材２１の一方の面２１ａから撥水ペースト２３を供給して、拡散層基材２１の両方の面２１ａ、２１ｂに撥水ペースト２３を添加するとともに、各面２１ａ、２１ｂの添加量を調整することにより、乾燥後に各面２１ａ、２１ｂに形成される透過孔の開口の大きさを調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の製造方法に関し、特に、拡散層基材に撥水ペーストを添加して拡散層を作製する工程を含む燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池等では、高分子電解膜とこの高分子電解質膜を挟む一対の触媒とが、多数の透過孔を備えた一対の拡散層により挟まれ、さらに、その両端側から一対のセパレータにより挟まれてセルが形成され、このセルが多数配列されることによりスタックが構成されている。このような燃料電池においては、発電時に反応により生じる水蒸気の凝結水や、高分子電解質膜を湿潤させた水の排出を円滑に行うことが、燃料電池の分極を抑え、発電効率を確保するために重要である。
【０００３】
このため、近年においては、各セルの排水性を向上させるための種々の提案がなされている。例えば、電解質膜の両面に触媒層を介して接合される拡散層の排水性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。かかる技術によれば、異なる空隙率を有する複数の多孔性導電性基材を積層して両面で異なる空隙率を有する拡散層を作製することにより、電極内部の余分な水分を速やかに外部に排出することが可能となる。
【特許文献１】特開２００５−２２８７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記特許文献１に記載されたような技術を採用すると、作製される拡散層は複数の多孔性導電性基材を密接に積層した構造を有するため、多種類の材料を用いなければならず、また、それらを密接に接合しなければならないため、製造に手間を要し、コストが嵩み易いという問題点があった。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、各セルの排水性を向上させる拡散層を有する燃料電池を容易に製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明に係る製造方法は、高分子電解質膜及びこの高分子電解質膜を挟む一対の触媒からなる接合体を、多数の透過孔を備えた一対の拡散層により挟持し、接合体及び一対の拡散層を、流体流路を備えた一対のセパレータにより両端側から挟持して燃料電池を製造する方法であって、導電性多孔質材料からなる拡散層基材に撥水ペーストを添加して乾燥させることにより拡散層を作製する拡散層作製工程を備え、この拡散層作製工程は、拡散層基材の一方の面から撥水ペーストを供給して拡散層基材を透過させ、両方の面に撥水ペーストを添加するとともに各面の添加量を調整することにより、乾燥後に各面に形成される透過孔の開口の大きさを調整するものである。
【０００７】
かかる製造方法によれば、拡散層基材の一方の面から撥水ペーストを供給して両方の面に添加するので、各面毎に撥水ペーストを添加することなく、両方の面に撥水ペーストが添加された拡散層を既存の設備で容易に作製できる。同時に、一方の面から供給した同一の撥水ペーストを両方の面に添加し、各面の撥水ペーストの添加量の調整により拡散層の各面の透過孔の開口の大きさを異ならせることができるので、一方の面から他方の面への排水性を容易に向上させることができる。その結果、接合体からの排水性を向上させる拡散層を容易に製造することが可能となる。
【０００８】
また、前記製造方法において、撥水ペーストを拡散層基材の一方の面に配置された添加手段により加圧して供給し、添加手段と拡散層基材との間のクリアランスを調整することにより、各面の前記撥水ペーストの添加量を調整する拡散層作製工程を採用することができる。
【０００９】
このようにすると、拡散層基材の一方の面側に配置された添加手段により撥水ペーストを加圧して供給する際、添加手段と拡散層基材との間のクリアランスを小さくすると、添加手段による圧力により一方の面から拡散層基材を透過させて他方の面に撥水ペーストを添加し易く、他方の面の添加量を増加させることができる。一方、クリアランスを大きくすると、拡散層基材を透過し難くなり、その一方の面上に堆積させて添加量を増加させることができる。従って、添加手段と拡散層基材との間のクリアランスを調整するだけで、各面の添加量を調整することが可能となる。
【００１０】
また、前記製造方法において、撥水ペーストが供給された拡散層基材の一方の面の添加量が、他方の面の添加量より少なくなるように調整する拡散層作製工程を採用することができる。
【００１１】
このようにすることにより、撥水ペーストの供給側である一方の面に確実に撥水ペーストを存在させつつ、他方の面の添加量を増加することができるため、両面において添加量を調整し易い。
【００１２】
また、前記製造方法において、透過孔の開口の大きい面がセパレータ側となるように拡散層を配置する拡散層配置工程を含むことができる。
【００１３】
このようにすると、拡散層の透過孔の開口の大きい面がセパレータ側となるように配置するので、触媒層側からセパレータ層側への排水性を向上させることが可能な燃料電池を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、各セルの排水性を向上させる拡散層を有する燃料電池を容易に製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１実施形態］
以下、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
【００１６】
まず、本実施の形態において製造される燃料電池の構成について説明する。この燃料電池は、図１及び図２に示すように、多数のセル１０が直列に連結されたスタック１を有しており、各種の電気機器に電力を供給するための図示しないパワーコントロールユニットに接続されている。各セル１０は、陽イオン交換樹脂などからなる高分子電解質膜１１と、この高分子電解質膜１１を挟むように配置されて、高分子電解質膜１１に密接に接合された一対の白金等からなる触媒層１２とからなる接合体１４（ＭＥＡ）を備えており、この接合体１４が、隣接する触媒層１２に密接に接合されて両端側に配置された一対の拡散層１３により挟まれ、さらに、その両端側から一対のセパレータ１５により挟まれた構造を有している。ここでは、接合体１４の一方側の触媒層１２はアノードであり、他方側の触媒層１２はカソードである。
【００１７】
各セパレータ１５には、拡散層１３と対向する面に溝状の流体流路１８が設けられており、各セパレータ１５の流体流路１８には、燃料ガス又は酸化剤ガス等が供給可能に構成されるとともに、余剰ガスや反応により生じた水分等が排出可能に構成されている。また、各拡散層１３には、多数の微細な透過孔が形成されており、この多数の透過孔によりセパレータ１５と接合体１４との間で各ガスが透過可能となっている。
【００１８】
このような燃料電池では、アノード側のセパレータ１５の流体流路１８に水素、水素リッチガス等の燃焼ガスが供給され、カソード側のセパレータ１５の流体流路１８に酸素、空気等の酸化剤ガスが供給されることで、電気化学反応により発電が行われる。このとき、アノード側では、セパレータ１５から拡散層１３を透過して触媒層１２側に燃料ガスが供給され、触媒層１２側で電子が放出され、生じた水素イオンが高分子電解質膜１１によりカソード側に移送される。一方、カソード側では、高分子電解質膜１１からの水素イオンと、セパレータ１５から拡散層１３を透過して触媒層１２側に供給された酸化剤ガスと、電子と、が反応し、水蒸気等の水分が生成される。かかる発電時には、接合体１４に高分子電解質膜１１を湿潤するための液体の水が存在し、さらに、カソード側には水蒸気の凝縮等により液体の水が生じている。そして、これらの水が、接合体１４の両側の拡散層１３を透過してセパレータ１５の液体流路１８に排出され、セル１０から排出されている。
【００１９】
次に、本実施形態に係る燃料電池の製造方法について説明する。
【００２０】
本実施形態に係る製造方法では、拡散層基材に撥水処理を施して拡散層１３を作製し（拡散層作製工程）、拡散層１３の一方の面に触媒層１２を形成可能なペーストを塗布し（触媒形成工程）、予め形成された高分子電解質膜１１の両側に触媒層１２が高分子電解質膜１１側となるように拡散層１３を配置し（拡散層配置工程）、加熱圧縮することで一体化させ（圧着工程）、さらに、両端側からセパレータ１５により挟んで固定する（挟持工程）ことにより、各セル１０を製造する。
【００２１】
本製造方法の拡散層作製工程においては、拡散層１３を、導電性多孔質材料からなる拡散層基材に撥水ペーストを添加して乾燥することにより作製している。拡散層１３に使用される導電性多孔質基材からなる拡散層基材としては、燃料ガス及び酸化剤ガス並びに水に対して安定であって、導電性を有する材料からなる多孔質体を用いることができ、例えば、カーボンペーパ、カーボン織布等が使用できる。
【００２２】
一方、撥水ペーストは、撥水性材料に溶媒を加えて均一に混練して形成されたペーストである。この撥水ペーストには、導電性材料粉末等、他の成分が含有されていてもよい。撥水ペーストに用いる撥水性材料としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体等のフッ素系樹脂などが挙げられる。また、溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、１−プロパノール、２−メチル−１−プロパノール、２−メチル−２−プロパノール等のアルコール、酢酸ブチル、テトラヒドロフランなどが挙げられる。さらに、撥水性材料とともに混練可能な他の成分としては、例えば、カーボン粉末等の導電性材料などが挙げられる。
【００２３】
これらの成分を混練して得られる撥水ペーストの流動性に関する物性は、拡散層基材や供給方法に応じて適宜設定可能であるが、少なくとも拡散層基材の一方の面に供給される圧力により、他方の面まで透過可能な流動性を有するのが好ましい。これにより拡散層基材を透過させるための処理を簡略化できるからである。
【００２４】
このような撥水ペーストを拡散層基材に添加するには、拡散層基材の一方の面に撥水ペーストを、拡散層基材側に加圧して供給することにより、拡散層基材を透過させ、他方の面に添加することにより行う。ここで、各面に撥水ペーストを添加するとは、各面の表面において撥水ペーストを含浸させること及び表面上に塗布することの一方又は双方を含む。また、含浸とは、拡散層基材の微細孔内に撥水ペーストを充填することや内面に付着させることを含み、塗布とは、乾燥後に拡散層基材の表面に拡散層基材の微細孔を完全に閉塞することなく、撥水ペーストからなる層を形成することを含んでいる。
【００２５】
拡散層基材２１の一方の面２１ａに撥水ペーストを加圧して供給する方法は、適宜選択することができる。本実施形態においては、図３に示すような供給装置２０を用いて、拡散層基材２１の一方の面２１ａに撥水ペーストを加圧して供給することとする。
【００２６】
供給装置２０は、図３に示すように、拡散層基材２１の一方の面２１ａ側に配置されて、拡散層基材２１の幅に略相当する幅を有する添加手段としての吐出ノズル２２と、吐出ノズル２２の近傍の上流側位置で拡散層基材２１を吐出ノズル２２とは反対側から支持するバックロール２４と、図示しない搬送手段とを備えており、搬送手段により拡散層基材２１を搬送しつつ、吐出ノズル２２から撥水ペースト２３を供給可能に構成されている。
【００２７】
本実施形態における供給装置２０では、吐出ノズル２２からの撥水ペースト２３の吐出圧が、そのまま一方の面２１ａへの供給圧となる。そのため、この吐出圧は、拡散層基材２１の厚さ、細孔の孔径や空隙率、或いは撥水ペースト２３の粘度等に応じて設定される必要があり、ここでは、少なくともクリアランスＤを最も小さくした状態で撥水ペースト２３を他方の面２１ｂに添加できる程度の圧力以上に設定されている。
【００２８】
また、本実施形態における供給装置２０では、吐出ノズル２２の拡散層基材２１側となる先端が、拡散層基材２１と略平行となる平坦部２５を有している。このような平坦部２５を有すれば、吐出ノズル２２から吐出される撥水ペースト２３が拡散層基材２１の一方の面２１ａ側に押しつけて加圧し易いからである。そして、この吐出ノズル２２の先端と、吐出ノズル２２が対向する拡散層基材２１の一方の面２１ａとの間のクリアランスＤが調整可能に構成されている。ここでは、突出ノズル２２から所定圧で撥水ペースト２３を吐出させる条件下で、吐出ノズル２２と拡散層基材２１の一方の面２１ａとの間のクリアランスＤを変化させることにより、拡散層基材２１の一方の面の添加量と他方の面の添加量を調整することが可能となっている。
【００２９】
図４のグラフに示した曲線Ａ１は、撥水ペースト２３が供給される一方の面２１ａの添加量を示すものであり、曲線Ａ２は、他方の面２１ｂの添加量を示すものである。
【００３０】
一方の面２１ａでは、吐出ノズル２２と拡散層基材２１の一方の面２１ａとの間のクリアランスＤを最も小さくすると、吐出ノズル２２の吐出圧により拡散層基材２１を透過する撥水ペースト２３の量が最大となるため、一方の面２１ａの添加量は最小量のａ１となる。クリアランスＤを増加させると、吐出ノズル２２から供給された撥水ペースト２３が拡散層基材２１の一方の面２１ａに衝突して流れが乱れたり圧力が低下したりするため、拡散層基材２１を透過する量が減少して一方の面２１ａに堆積する量が増加するため、添加量が増加する。そして、クリアランスＤがｄ１以上に達すると、吐出ノズル２２から供給された撥水ペースト２３の全量が一方の面２１ａに添加され、添加量は最大量のａ２で一定となる。従って、一方の面２１ａの添加量ＡはクリアランスＤを調整することにより、ａ１〜ａ２まで調整することができる。
【００３１】
これに対し、他方の面２１ｂでは、クリアランスＤを最も小さくすると、吐出ノズル２２の吐出圧により拡散層基材２１を透過する撥水ペースト２３の量が最大となるため、他方の面２１ｂの添加量は最大量のａ３となる。クリアランスＤを増加させると、拡散層基材２１を透過する量が減少するため、添加量が減少する。そして、クリアランスＤがｄ１近くに達した後は、撥水ペースト２３が拡散層基材２１を透過する量がなくなるため、添加量が０となる。従って、他方の面２１ｂの添加量Ａ２はクリアランスＤを調整することにより、一方の面２１ａの添加量Ａ１と反比例するように、ａ３〜０まで調整することができる。
【００３２】
本実施形態における供給装置２０を用いて、撥水ペースト２３を拡散層基材２１に添加するには、吐出ノズル２２のクリアランスＤ及び吐出圧を設定し、搬送手段により拡散層基材２１を一定速度で矢印Ｃ方向に搬送しつつ、吐出ノズル２２から拡散層基材２１の一方の面２１ａに撥水ペースト２３を所定圧で供給すれば、拡散層基材２１の両面に、クリアランスＤに応じた量で撥水ペースト２３を添加することができる。そして、このように撥水ペースト２３が添加された拡散層基材２１を、乾燥炉等を用いて乾燥し、必要に応じて、加熱、加圧、切断等の処理を施すことにより、拡散層１３を得ることができる。
【００３３】
このようにして得られた拡散層１３には、拡散層基材２１の内部構造と、内部に含浸された撥水ペースト２３とにより、多数の透過孔が形成される。そして、拡散層１３の各表面１３ａ、１３ｂには、拡散層基材２１の各表面２１ａ、２１ｂの構造と、各表面２１ａ、２１ｂに添加された撥水ペースト２３とにより、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、多数の透過孔の開口１３ｃ、１３ｄが形成される。これらの開口１３ｃ、１３ｄは複数の透過孔に共通に連続するように形成されていてもよい。これらの開口１３ｃ、１３ｄは、表面に添加された撥水ペースト２３が多い程小さくなり、少ない程大きくなる。そのため、この拡散層１３の作製においては、吐出ノズル２２と拡散層基材２１の一方の面２１ａとの間のクリアランスＤを変化させることにより、拡散層１３の各表面１３ａ、１３ｂの開口１３ｃ、１３ｄの開口面積等の大きさを調整することが可能である。
【００３４】
図６のグラフに示した曲線Ｓ１は、撥水ペースト２３が供給される一方の面２１ａと吐出ノズル２２との間のクリアランスＤにより、乾燥後に拡散層１３の一方の面２１ａに対応する側の表面１３ａに形成される開口１３ｃの面積を示すものであり、曲線Ｓ２は、拡散層１３の他方の面２１ｂに対応する側の表面１３ｂに形成される開口１３ｄの面積を示すものである。
【００３５】
撥水ペースト２３の供給側である表面１３ａでは、吐出ノズル２２と拡散層基材２１の一方の面２１ａとの間のクリアランスＤが最も小さいときには、撥水ペースト２３の添加量が最小量であるため、開口１３ｃの面積が最大のｓ１となる。クリアランスＤを増加させると、添加量が増加するため、開口面積が減少し、クリアランスＤがｄ１以上に達すると、添加量が最大量となるため、開口面積は最小のｓ２となる。従って、拡散層１３の表面１３ａの開口１３ｃの面積は、クリアランスＤを調整することにより、ｓ１〜ｓ２まで調整することができる。
【００３６】
これに対し、撥水ペースト２３の供給側である表面１３ａと反対側の表面１３ｂでは、クリアランスＤが最も小さいときには、撥水ペースト２３の添加量が最大量となるため、開口１３ｄの開口面積が最小のｓ３となる。クリアランスＤを増加させると、添加量が減少するため、開口面積が増加し、クリアランスＤがｄ１以上に達すると、添加量が最小量となるため、開口面積は最大のｓ４となる。従って、拡散層１３の表面１３ｂの開口１３ｄの面積は、クリアランスＤを調整することにより、ｓ３〜ｓ４まで調整することができる。
【００３７】
かかる拡散層作製工程を経て各面の開口を調整して拡散層１３を作製した後、この拡散層１３の一方の面に触媒層１２を形成可能なペーストを塗布し、予め形成された高分子電解質膜１１の両側に触媒層１２を対向させて挟み、加熱圧着することで、接合体１４が拡散層１３で挟まれた構造の成形体を得る。
【００３８】
その際、本実施形態では、拡散層１３の表面１３ａ、１３ｂの開口１３ｃ、１３ｄの開口面積を異なるように作製している。具体的には、図５（Ａ）に示される拡散層１３の表面１３ａの開口１３ｃの開口面積を、図５（Ｂ）に示す表面１３ｂの開口１３ｄの開口面積より大きくしている。そして、透過孔の開口１３ｃが大きい表面１３ａをセパレータ１５側に配置されるように、透過孔の開口１３ｄが小さい表面１３ｂに触媒層１２を形成して、成形体を作製している。その後、この接合体１４を含む成形体を、両面側から一対のセパレータ１５により挟んで固定することにより、本実施形態の燃料電池の製造を終了する。
【００３９】
以上の実施形態に係る製造方法においては、拡散層１３を作製する際、拡散層基材２１の一方の面２１ａから撥水ペースト２３を供給して両方の面２１ａ、２１ｂに添加するので、各面２１ａ、２１ｂ毎に撥水ペースト２３を添加することなく、両方の面２１ａ、２１ｂに撥水ペースト２３を添加することができ、しかも、拡散層基材２１の一方の面２１ａから撥水ペーストを供給できる既存の設備を用いて作製できるため、拡散層１３の作製が容易である。
【００４０】
また、以上の実施形態に係る製造方法においては、一方の面２１ａから供給した同一の撥水ペースト２３を両方の面２１ａ、２１ｂに添加し、各面２１ａ、２１ｂの撥水ペースト２３の添加量の調整により拡散層１３の各面の透過孔の開口１３ｃ、１３ｄの大きさを異ならせることができるので、開口１３ｄを有する面から開口１３ｃを有する面への排水性を容易に向上させることができる。その結果、接合体１４からの排水性を向上させることが可能となる。
【００４１】
また、以上の実施形態に係る製造方法においては、拡散層基材２１の一方の面２１ａ側に配置された吐出ノズル２２から撥水ペースト２３を供給する際、この吐出ノズル２２と拡散層基材２１との間のクリアランスＤを調整するだけで、拡散層基材２１の各面２１ａ、２１ｂの排水ペースト２３の添加量を調整することが可能であるため、一方の面２１ａに撥水ペースト２３を確実に存在させつつ、他方の面２１ｂの添加量を増加することができ、各面２１ａ、２１ｂの添加量の調整が容易である。しかも、拡散層１３の大きい開口１３ｃを有する表面１３ａがセパレータ１５側となるように拡散層１３を配置するので、触媒層１２側からセパレータ１５層側への排水性を向上させることが可能である。
【００４２】
［第２実施形態］
次に、図７を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る製造方法においては、拡散層１３を作製する際に使用する供給装置の構成が異なる他は、第１実施形態に係る製造方法と同様にして燃料電池を製造している。
【００４３】
本実施形態における供給装置３０は、吐出ノズル２２の下流側にブレード３１が設けられている他は、実施の形態１の供給装置２０と同一の構成を有している。この供給装置３０のブレード３１は、板状に形成されており、拡散層基材２１の一方の面２１ａに対する角度θが調整可能に構成されているとともに、拡散層基材２１の一方の面２１ａと、この一方の面に対向する先端部３１ａとの間のクリアランスＤが全長に渡り調整可能に構成されている。吐出ノズル２２は、所定量以上の撥水ペースト２３を一方の面２１ａ側に供給可能であり、ノズル先端と拡散層基材２１の一方の面２１ａとの間の距離や吐出圧は任意に設定することができる。
【００４４】
かかる構成を有する供給装置３０を用いて、拡散層基材２１に撥水ペースト２３を添加するには、吐出ノズル２２から所定量以上の撥水ペースト２３を一方の面２１ａ側に供給した後、ブレード３１により一方の面２１ａ上の撥水ペースト２３を拡散層基材２１に押しつけることにより行う。この際、ブレード３１の一方の面２１ａに対する上流側の角度θと搬送手段による搬送速度等を調整することにより、撥水ペースト２３の拡散層基材２１に対する供給圧を調整することができる。そして、これらを調整することにより、所定圧で撥水ペースト２３を拡散層基材２１に供給しつつ、拡散層基材２１の一方の面２１ａとブレード３１の先端部３１ａとの間のクリアランスＤを調整すれば、拡散層基材２１の各面２１ａ、２１ｂへの撥水ペースト２３の添加量を調整することが可能である。
【００４５】
従って、本実施形態における供給装置３０を用いても、第１実施形態と全く同様の効果を得ることが可能である。本実施形態における供給装置３０のブレード３１は、本発明における添加手段に相当するものである。
【００４６】
なお、以上の各実施形態は、本発明の範囲内において適宜変更可能である。例えば、以上の実施形態においては、添加手段として吐出ノズル２２やブレード３１を採用し、これら吐出ノズル２２やブレード３１により拡散層基材２１の一方の面２１ａに加圧して撥水ペースト２３を供給した例について説明したが、他の添加手段により供給することも可能である。
【００４７】
また、第１実施形態においては、吐出ノズル２２と拡散層基材２１の一方の面２１ａとの間のクリアランスＤを調整することにより各面２１ａ、２１ｂの添加量を調整した例について説明したが、撥水ペースト２３の供給圧自体を調整することにより、クリアランスを変化させずに、一方の面２１ａと他方の面２１ｂとの添加量を調整することも可能である。その場合、供給圧を増加すれば他方の面２１ｂの添加量を増加でき、供給圧を減少すれば一方の面２１ａの添加量を増加することができる。
【００４８】
また、以上の各実施形態においては、拡散層１３に触媒層１２をペースト状で塗布して形成した例について説明したが、特に限定されることはなく、高分子電解質膜１１に触媒層１２を形成可能なペーストを塗布して形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る製造方法により製造される燃料電池のスタックの斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る製造方法により製造される燃料電池のセルの部分拡大断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る製造方法により製造される燃料電池の拡散層を作製するために用いる供給装置の概略断面図である。
【図４】図３の供給装置を用いた拡散層作製工程において、吐出ノズルのクリアランスと、拡散層基材の各表面における撥水ペーストの添加量と、の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態に係る製造方法により製造される燃料電池の拡散層の表面を示す部分拡大図であり、（Ａ）、（Ｂ）は互いに異なる面を示している。
【図６】図３の供給装置を用いた拡散層作製工程において、吐出ノズルのクリアランスと、乾燥後に得られる拡散層の各表面における開口の大きさと、の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る製造方法に用いる供給装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…セル、１１…高分子電解質膜、１２…触媒層、１３…拡散層、１３ｃ・１３ｄ…開口、１４…接合体、１５…セパレータ、２０・３０…供給装置、２１…拡散層基材、２２…吐出ノズル（添加手段）、２３…撥水ペースト、３１…ブレード（添加手段）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の製造方法に関し、特に、拡散層基材に撥水ペーストを添加して拡散層を作製する工程を含む燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池等では、高分子電解膜とこの高分子電解質膜を挟む一対の触媒とが、多数の透過孔を備えた一対の拡散層により挟まれ、さらに、その両端側から一対のセパレータにより挟まれてセルが形成され、このセルが多数配列されることによりスタックが構成されている。このような燃料電池においては、発電時に反応により生じる水蒸気の凝結水や、高分子電解質膜を湿潤させた水の排出を円滑に行うことが、燃料電池の分極を抑え、発電効率を確保するために重要である。
【０００３】
このため、近年においては、各セルの排水性を向上させるための種々の提案がなされている。例えば、電解質膜の両面に触媒層を介して接合される拡散層の排水性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。かかる技術によれば、異なる空隙率を有する複数の多孔性導電性基材を積層して両面で異なる空隙率を有する拡散層を作製することにより、電極内部の余分な水分を速やかに外部に排出することが可能となる。
【特許文献１】特開２００５−２２８７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記特許文献１に記載されたような技術を採用すると、作製される拡散層は複数の多孔性導電性基材を密接に積層した構造を有するため、多種類の材料を用いなければならず、また、それらを密接に接合しなければならないため、製造に手間を要し、コストが嵩み易いという問題点があった。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、各セルの排水性を向上させる拡散層を有する燃料電池を容易に製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明に係る製造方法は、高分子電解質膜及びこの高分子電解質膜を挟む一対の触媒からなる接合体を、多数の透過孔を備えた一対の拡散層により挟持し、接合体及び一対の拡散層を、流体流路を備えた一対のセパレータにより両端側から挟持して燃料電池を製造する方法であって、導電性多孔質材料からなる拡散層基材に撥水ペーストを添加して乾燥させることにより拡散層を作製する拡散層作製工程を備え、この拡散層作製工程は、拡散層基材の一方の面から撥水ペーストを供給して拡散層基材を透過させ、両方の面に撥水ペーストを添加するとともに各面の添加量を調整することにより、乾燥後に各面に形成される透過孔の開口の大きさを調整するものである。
【０００７】
かかる製造方法によれば、拡散層基材の一方の面から撥水ペーストを供給して両方の面に添加するので、各面毎に撥水ペーストを添加することなく、両方の面に撥水ペーストが添加された拡散層を既存の設備で容易に作製できる。同時に、一方の面から供給した同一の撥水ペーストを両方の面に添加し、各面の撥水ペーストの添加量の調整により拡散層の各面の透過孔の開口の大きさを異ならせることができるので、一方の面から他方の面への排水性を容易に向上させることができる。その結果、接合体からの排水性を向上させる拡散層を容易に製造することが可能となる。
【０００８】
また、前記製造方法において、撥水ペーストを拡散層基材の一方の面に配置された添加手段により加圧して供給し、添加手段と拡散層基材との間のクリアランスを調整することにより、各面の前記撥水ペーストの添加量を調整する拡散層作製工程を採用することができる。
【０００９】
このようにすると、拡散層基材の一方の面側に配置された添加手段により撥水ペーストを加圧して供給する際、添加手段と拡散層基材との間のクリアランスを小さくすると、添加手段による圧力により一方の面から拡散層基材を透過させて他方の面に撥水ペーストを添加し易く、他方の面の添加量を増加させることができる。一方、クリアランスを大きくすると、拡散層基材を透過し難くなり、その一方の面上に堆積させて添加量を増加させることができる。従って、添加手段と拡散層基材との間のクリアランスを調整するだけで、各面の添加量を調整することが可能となる。
【００１０】
また、前記製造方法において、撥水ペーストが供給された拡散層基材の一方の面の添加量が、他方の面の添加量より少なくなるように調整する拡散層作製工程を採用することができる。
【００１１】
このようにすることにより、撥水ペーストの供給側である一方の面に確実に撥水ペーストを存在させつつ、他方の面の添加量を増加することができるため、両面において添加量を調整し易い。
【００１２】
また、前記製造方法において、透過孔の開口の大きい面がセパレータ側となるように拡散層を配置する拡散層配置工程を含むことができる。
【００１３】
このようにすると、拡散層の透過孔の開口の大きい面がセパレータ側となるように配置するので、触媒層側からセパレータ層側への排水性を向上させることが可能な燃料電池を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、各セルの排水性を向上させる拡散層を有する燃料電池を容易に製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１実施形態］
以下、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
【００１６】
まず、本実施の形態において製造される燃料電池の構成について説明する。この燃料電池は、図１及び図２に示すように、多数のセル１０が直列に連結されたスタック１を有しており、各種の電気機器に電力を供給するための図示しないパワーコントロールユニットに接続されている。各セル１０は、陽イオン交換樹脂などからなる高分子電解質膜１１と、この高分子電解質膜１１を挟むように配置されて、高分子電解質膜１１に密接に接合された一対の白金等からなる触媒層１２とからなる接合体１４（ＭＥＡ）を備えており、この接合体１４が、隣接する触媒層１２に密接に接合されて両端側に配置された一対の拡散層１３により挟まれ、さらに、その両端側から一対のセパレータ１５により挟まれた構造を有している。ここでは、接合体１４の一方側の触媒層１２はアノードであり、他方側の触媒層１２はカソードである。
【００１７】
各セパレータ１５には、拡散層１３と対向する面に溝状の流体流路１８が設けられており、各セパレータ１５の流体流路１８には、燃料ガス又は酸化剤ガス等が供給可能に構成されるとともに、余剰ガスや反応により生じた水分等が排出可能に構成されている。また、各拡散層１３には、多数の微細な透過孔が形成されており、この多数の透過孔によりセパレータ１５と接合体１４との間で各ガスが透過可能となっている。
【００１８】
このような燃料電池では、アノード側のセパレータ１５の流体流路１８に水素、水素リッチガス等の燃焼ガスが供給され、カソード側のセパレータ１５の流体流路１８に酸素、空気等の酸化剤ガスが供給されることで、電気化学反応により発電が行われる。このとき、アノード側では、セパレータ１５から拡散層１３を透過して触媒層１２側に燃料ガスが供給され、触媒層１２側で電子が放出され、生じた水素イオンが高分子電解質膜１１によりカソード側に移送される。一方、カソード側では、高分子電解質膜１１からの水素イオンと、セパレータ１５から拡散層１３を透過して触媒層１２側に供給された酸化剤ガスと、電子と、が反応し、水蒸気等の水分が生成される。かかる発電時には、接合体１４に高分子電解質膜１１を湿潤するための液体の水が存在し、さらに、カソード側には水蒸気の凝縮等により液体の水が生じている。そして、これらの水が、接合体１４の両側の拡散層１３を透過してセパレータ１５の液体流路１８に排出され、セル１０から排出されている。
【００１９】
次に、本実施形態に係る燃料電池の製造方法について説明する。
【００２０】
本実施形態に係る製造方法では、拡散層基材に撥水処理を施して拡散層１３を作製し（拡散層作製工程）、拡散層１３の一方の面に触媒層１２を形成可能なペーストを塗布し（触媒形成工程）、予め形成された高分子電解質膜１１の両側に触媒層１２が高分子電解質膜１１側となるように拡散層１３を配置し（拡散層配置工程）、加熱圧縮することで一体化させ（圧着工程）、さらに、両端側からセパレータ１５により挟んで固定する（挟持工程）ことにより、各セル１０を製造する。
【００２１】
本製造方法の拡散層作製工程においては、拡散層１３を、導電性多孔質材料からなる拡散層基材に撥水ペーストを添加して乾燥することにより作製している。拡散層１３に使用される導電性多孔質基材からなる拡散層基材としては、燃料ガス及び酸化剤ガス並びに水に対して安定であって、導電性を有する材料からなる多孔質体を用いることができ、例えば、カーボンペーパ、カーボン織布等が使用できる。
【００２２】
一方、撥水ペーストは、撥水性材料に溶媒を加えて均一に混練して形成されたペーストである。この撥水ペーストには、導電性材料粉末等、他の成分が含有されていてもよい。撥水ペーストに用いる撥水性材料としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体等のフッ素系樹脂などが挙げられる。また、溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、１−プロパノール、２−メチル−１−プロパノール、２−メチル−２−プロパノール等のアルコール、酢酸ブチル、テトラヒドロフランなどが挙げられる。さらに、撥水性材料とともに混練可能な他の成分としては、例えば、カーボン粉末等の導電性材料などが挙げられる。
【００２３】
これらの成分を混練して得られる撥水ペーストの流動性に関する物性は、拡散層基材や供給方法に応じて適宜設定可能であるが、少なくとも拡散層基材の一方の面に供給される圧力により、他方の面まで透過可能な流動性を有するのが好ましい。これにより拡散層基材を透過させるための処理を簡略化できるからである。
【００２４】
このような撥水ペーストを拡散層基材に添加するには、拡散層基材の一方の面に撥水ペーストを、拡散層基材側に加圧して供給することにより、拡散層基材を透過させ、他方の面に添加することにより行う。ここで、各面に撥水ペーストを添加するとは、各面の表面において撥水ペーストを含浸させること及び表面上に塗布することの一方又は双方を含む。また、含浸とは、拡散層基材の微細孔内に撥水ペーストを充填することや内面に付着させることを含み、塗布とは、乾燥後に拡散層基材の表面に拡散層基材の微細孔を完全に閉塞することなく、撥水ペーストからなる層を形成することを含んでいる。
【００２５】
拡散層基材２１の一方の面２１ａに撥水ペーストを加圧して供給する方法は、適宜選択することができる。本実施形態においては、図３に示すような供給装置２０を用いて、拡散層基材２１の一方の面２１ａに撥水ペーストを加圧して供給することとする。
【００２６】
供給装置２０は、図３に示すように、拡散層基材２１の一方の面２１ａ側に配置されて、拡散層基材２１の幅に略相当する幅を有する添加手段としての吐出ノズル２２と、吐出ノズル２２の近傍の上流側位置で拡散層基材２１を吐出ノズル２２とは反対側から支持するバックロール２４と、図示しない搬送手段とを備えており、搬送手段により拡散層基材２１を搬送しつつ、吐出ノズル２２から撥水ペースト２３を供給可能に構成されている。
【００２７】
本実施形態における供給装置２０では、吐出ノズル２２からの撥水ペースト２３の吐出圧が、そのまま一方の面２１ａへの供給圧となる。そのため、この吐出圧は、拡散層基材２１の厚さ、細孔の孔径や空隙率、或いは撥水ペースト２３の粘度等に応じて設定される必要があり、ここでは、少なくともクリアランスＤを最も小さくした状態で撥水ペースト２３を他方の面２１ｂに添加できる程度の圧力以上に設定されている。
【００２８】
また、本実施形態における供給装置２０では、吐出ノズル２２の拡散層基材２１側となる先端が、拡散層基材２１と略平行となる平坦部２５を有している。このような平坦部２５を有すれば、吐出ノズル２２から吐出される撥水ペースト２３が拡散層基材２１の一方の面２１ａ側に押しつけて加圧し易いからである。そして、この吐出ノズル２２の先端と、吐出ノズル２２が対向する拡散層基材２１の一方の面２１ａとの間のクリアランスＤが調整可能に構成されている。ここでは、突出ノズル２２から所定圧で撥水ペースト２３を吐出させる条件下で、吐出ノズル２２と拡散層基材２１の一方の面２１ａとの間のクリアランスＤを変化させることにより、拡散層基材２１の一方の面の添加量と他方の面の添加量を調整することが可能となっている。
【００２９】
図４のグラフに示した曲線Ａ１は、撥水ペースト２３が供給される一方の面２１ａの添加量を示すものであり、曲線Ａ２は、他方の面２１ｂの添加量を示すものである。
【００３０】
一方の面２１ａでは、吐出ノズル２２と拡散層基材２１の一方の面２１ａとの間のクリアランスＤを最も小さくすると、吐出ノズル２２の吐出圧により拡散層基材２１を透過する撥水ペースト２３の量が最大となるため、一方の面２１ａの添加量は最小量のａ１となる。クリアランスＤを増加させると、吐出ノズル２２から供給された撥水ペースト２３が拡散層基材２１の一方の面２１ａに衝突して流れが乱れたり圧力が低下したりするため、拡散層基材２１を透過する量が減少して一方の面２１ａに堆積する量が増加するため、添加量が増加する。そして、クリアランスＤがｄ１以上に達すると、吐出ノズル２２から供給された撥水ペースト２３の全量が一方の面２１ａに添加され、添加量は最大量のａ２で一定となる。従って、一方の面２１ａの添加量ＡはクリアランスＤを調整することにより、ａ１〜ａ２まで調整することができる。
【００３１】
これに対し、他方の面２１ｂでは、クリアランスＤを最も小さくすると、吐出ノズル２２の吐出圧により拡散層基材２１を透過する撥水ペースト２３の量が最大となるため、他方の面２１ｂの添加量は最大量のａ３となる。クリアランスＤを増加させると、拡散層基材２１を透過する量が減少するため、添加量が減少する。そして、クリアランスＤがｄ１近くに達した後は、撥水ペースト２３が拡散層基材２１を透過する量がなくなるため、添加量が０となる。従って、他方の面２１ｂの添加量Ａ２はクリアランスＤを調整することにより、一方の面２１ａの添加量Ａ１と反比例するように、ａ３〜０まで調整することができる。
【００３２】
本実施形態における供給装置２０を用いて、撥水ペースト２３を拡散層基材２１に添加するには、吐出ノズル２２のクリアランスＤ及び吐出圧を設定し、搬送手段により拡散層基材２１を一定速度で矢印Ｃ方向に搬送しつつ、吐出ノズル２２から拡散層基材２１の一方の面２１ａに撥水ペースト２３を所定圧で供給すれば、拡散層基材２１の両面に、クリアランスＤに応じた量で撥水ペースト２３を添加することができる。そして、このように撥水ペースト２３が添加された拡散層基材２１を、乾燥炉等を用いて乾燥し、必要に応じて、加熱、加圧、切断等の処理を施すことにより、拡散層１３を得ることができる。
【００３３】
このようにして得られた拡散層１３には、拡散層基材２１の内部構造と、内部に含浸された撥水ペースト２３とにより、多数の透過孔が形成される。そして、拡散層１３の各表面１３ａ、１３ｂには、拡散層基材２１の各表面２１ａ、２１ｂの構造と、各表面２１ａ、２１ｂに添加された撥水ペースト２３とにより、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、多数の透過孔の開口１３ｃ、１３ｄが形成される。これらの開口１３ｃ、１３ｄは複数の透過孔に共通に連続するように形成されていてもよい。これらの開口１３ｃ、１３ｄは、表面に添加された撥水ペースト２３が多い程小さくなり、少ない程大きくなる。そのため、この拡散層１３の作製においては、吐出ノズル２２と拡散層基材２１の一方の面２１ａとの間のクリアランスＤを変化させることにより、拡散層１３の各表面１３ａ、１３ｂの開口１３ｃ、１３ｄの開口面積等の大きさを調整することが可能である。
【００３４】
図６のグラフに示した曲線Ｓ１は、撥水ペースト２３が供給される一方の面２１ａと吐出ノズル２２との間のクリアランスＤにより、乾燥後に拡散層１３の一方の面２１ａに対応する側の表面１３ａに形成される開口１３ｃの面積を示すものであり、曲線Ｓ２は、拡散層１３の他方の面２１ｂに対応する側の表面１３ｂに形成される開口１３ｄの面積を示すものである。
【００３５】
撥水ペースト２３の供給側である表面１３ａでは、吐出ノズル２２と拡散層基材２１の一方の面２１ａとの間のクリアランスＤが最も小さいときには、撥水ペースト２３の添加量が最小量であるため、開口１３ｃの面積が最大のｓ１となる。クリアランスＤを増加させると、添加量が増加するため、開口面積が減少し、クリアランスＤがｄ１以上に達すると、添加量が最大量となるため、開口面積は最小のｓ２となる。従って、拡散層１３の表面１３ａの開口１３ｃの面積は、クリアランスＤを調整することにより、ｓ１〜ｓ２まで調整することができる。
【００３６】
これに対し、撥水ペースト２３の供給側である表面１３ａと反対側の表面１３ｂでは、クリアランスＤが最も小さいときには、撥水ペースト２３の添加量が最大量となるため、開口１３ｄの開口面積が最小のｓ３となる。クリアランスＤを増加させると、添加量が減少するため、開口面積が増加し、クリアランスＤがｄ１以上に達すると、添加量が最小量となるため、開口面積は最大のｓ４となる。従って、拡散層１３の表面１３ｂの開口１３ｄの面積は、クリアランスＤを調整することにより、ｓ３〜ｓ４まで調整することができる。
【００３７】
かかる拡散層作製工程を経て各面の開口を調整して拡散層１３を作製した後、この拡散層１３の一方の面に触媒層１２を形成可能なペーストを塗布し、予め形成された高分子電解質膜１１の両側に触媒層１２を対向させて挟み、加熱圧着することで、接合体１４が拡散層１３で挟まれた構造の成形体を得る。
【００３８】
その際、本実施形態では、拡散層１３の表面１３ａ、１３ｂの開口１３ｃ、１３ｄの開口面積を異なるように作製している。具体的には、図５（Ａ）に示される拡散層１３の表面１３ａの開口１３ｃの開口面積を、図５（Ｂ）に示す表面１３ｂの開口１３ｄの開口面積より大きくしている。そして、透過孔の開口１３ｃが大きい表面１３ａをセパレータ１５側に配置されるように、透過孔の開口１３ｄが小さい表面１３ｂに触媒層１２を形成して、成形体を作製している。その後、この接合体１４を含む成形体を、両面側から一対のセパレータ１５により挟んで固定することにより、本実施形態の燃料電池の製造を終了する。
【００３９】
以上の実施形態に係る製造方法においては、拡散層１３を作製する際、拡散層基材２１の一方の面２１ａから撥水ペースト２３を供給して両方の面２１ａ、２１ｂに添加するので、各面２１ａ、２１ｂ毎に撥水ペースト２３を添加することなく、両方の面２１ａ、２１ｂに撥水ペースト２３を添加することができ、しかも、拡散層基材２１の一方の面２１ａから撥水ペーストを供給できる既存の設備を用いて作製できるため、拡散層１３の作製が容易である。
【００４０】
また、以上の実施形態に係る製造方法においては、一方の面２１ａから供給した同一の撥水ペースト２３を両方の面２１ａ、２１ｂに添加し、各面２１ａ、２１ｂの撥水ペースト２３の添加量の調整により拡散層１３の各面の透過孔の開口１３ｃ、１３ｄの大きさを異ならせることができるので、開口１３ｄを有する面から開口１３ｃを有する面への排水性を容易に向上させることができる。その結果、接合体１４からの排水性を向上させることが可能となる。
【００４１】
また、以上の実施形態に係る製造方法においては、拡散層基材２１の一方の面２１ａ側に配置された吐出ノズル２２から撥水ペースト２３を供給する際、この吐出ノズル２２と拡散層基材２１との間のクリアランスＤを調整するだけで、拡散層基材２１の各面２１ａ、２１ｂの排水ペースト２３の添加量を調整することが可能であるため、一方の面２１ａに撥水ペースト２３を確実に存在させつつ、他方の面２１ｂの添加量を増加することができ、各面２１ａ、２１ｂの添加量の調整が容易である。しかも、拡散層１３の大きい開口１３ｃを有する表面１３ａがセパレータ１５側となるように拡散層１３を配置するので、触媒層１２側からセパレータ１５層側への排水性を向上させることが可能である。
【００４２】
［第２実施形態］
次に、図７を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る製造方法においては、拡散層１３を作製する際に使用する供給装置の構成が異なる他は、第１実施形態に係る製造方法と同様にして燃料電池を製造している。
【００４３】
本実施形態における供給装置３０は、吐出ノズル２２の下流側にブレード３１が設けられている他は、実施の形態１の供給装置２０と同一の構成を有している。この供給装置３０のブレード３１は、板状に形成されており、拡散層基材２１の一方の面２１ａに対する角度θが調整可能に構成されているとともに、拡散層基材２１の一方の面２１ａと、この一方の面に対向する先端部３１ａとの間のクリアランスＤが全長に渡り調整可能に構成されている。吐出ノズル２２は、所定量以上の撥水ペースト２３を一方の面２１ａ側に供給可能であり、ノズル先端と拡散層基材２１の一方の面２１ａとの間の距離や吐出圧は任意に設定することができる。
【００４４】
かかる構成を有する供給装置３０を用いて、拡散層基材２１に撥水ペースト２３を添加するには、吐出ノズル２２から所定量以上の撥水ペースト２３を一方の面２１ａ側に供給した後、ブレード３１により一方の面２１ａ上の撥水ペースト２３を拡散層基材２１に押しつけることにより行う。この際、ブレード３１の一方の面２１ａに対する上流側の角度θと搬送手段による搬送速度等を調整することにより、撥水ペースト２３の拡散層基材２１に対する供給圧を調整することができる。そして、これらを調整することにより、所定圧で撥水ペースト２３を拡散層基材２１に供給しつつ、拡散層基材２１の一方の面２１ａとブレード３１の先端部３１ａとの間のクリアランスＤを調整すれば、拡散層基材２１の各面２１ａ、２１ｂへの撥水ペースト２３の添加量を調整することが可能である。
【００４５】
従って、本実施形態における供給装置３０を用いても、第１実施形態と全く同様の効果を得ることが可能である。本実施形態における供給装置３０のブレード３１は、本発明における添加手段に相当するものである。
【００４６】
なお、以上の各実施形態は、本発明の範囲内において適宜変更可能である。例えば、以上の実施形態においては、添加手段として吐出ノズル２２やブレード３１を採用し、これら吐出ノズル２２やブレード３１により拡散層基材２１の一方の面２１ａに加圧して撥水ペースト２３を供給した例について説明したが、他の添加手段により供給することも可能である。
【００４７】
また、第１実施形態においては、吐出ノズル２２と拡散層基材２１の一方の面２１ａとの間のクリアランスＤを調整することにより各面２１ａ、２１ｂの添加量を調整した例について説明したが、撥水ペースト２３の供給圧自体を調整することにより、クリアランスを変化させずに、一方の面２１ａと他方の面２１ｂとの添加量を調整することも可能である。その場合、供給圧を増加すれば他方の面２１ｂの添加量を増加でき、供給圧を減少すれば一方の面２１ａの添加量を増加することができる。
【００４８】
また、以上の各実施形態においては、拡散層１３に触媒層１２をペースト状で塗布して形成した例について説明したが、特に限定されることはなく、高分子電解質膜１１に触媒層１２を形成可能なペーストを塗布して形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る製造方法により製造される燃料電池のスタックの斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る製造方法により製造される燃料電池のセルの部分拡大断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る製造方法により製造される燃料電池の拡散層を作製するために用いる供給装置の概略断面図である。
【図４】図３の供給装置を用いた拡散層作製工程において、吐出ノズルのクリアランスと、拡散層基材の各表面における撥水ペーストの添加量と、の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態に係る製造方法により製造される燃料電池の拡散層の表面を示す部分拡大図であり、（Ａ）、（Ｂ）は互いに異なる面を示している。
【図６】図３の供給装置を用いた拡散層作製工程において、吐出ノズルのクリアランスと、乾燥後に得られる拡散層の各表面における開口の大きさと、の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る製造方法に用いる供給装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…セル、１１…高分子電解質膜、１２…触媒層、１３…拡散層、１３ｃ・１３ｄ…開口、１４…接合体、１５…セパレータ、２０・３０…供給装置、２１…拡散層基材、２２…吐出ノズル（添加手段）、２３…撥水ペースト、３１…ブレード（添加手段）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜及びこの高分子電解質膜を挟む一対の触媒からなる接合体を、多数の透過孔を備えた一対の拡散層により挟持し、前記接合体及び前記一対の拡散層を、流体流路を備えた一対のセパレータにより両端側から挟持して燃料電池を製造する方法であって、
導電性多孔質材料からなる拡散層基材に撥水ペーストを添加して乾燥させることにより前記拡散層を作製する拡散層作製工程を備え、
前記拡散層作製工程は、
前記拡散層基材の一方の面から撥水ペーストを供給して前記拡散層基材を透過させ、両方の面に前記撥水ペーストを添加するとともに各面の添加量を調整することにより、乾燥後に各面に形成される透過孔の開口の大きさを調整するものである、
燃料電池の製造方法。
【請求項２】
前記拡散層作製工程は、
前記撥水ペーストを前記拡散層基材の前記一方の面に配置された添加手段により加圧して供給し、前記添加手段と前記拡散層基材との間のクリアランスを調整することにより、各面の前記撥水ペーストの添加量を調整するものである、
請求項１に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記拡散層作製工程は、
前記撥水ペーストが供給された前記拡散層基材の前記一方の面の添加量が、前記他方の面の添加量より少なくなるように調整するものである、
請求項１又は２に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項４】
前記透過孔の開口の大きい面が前記セパレータ側となるように前記拡散層を配置する拡散層配置工程を含む、
請求項１から３の何れか一項に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項１】
高分子電解質膜及びこの高分子電解質膜を挟む一対の触媒からなる接合体を、多数の透過孔を備えた一対の拡散層により挟持し、前記接合体及び前記一対の拡散層を、流体流路を備えた一対のセパレータにより両端側から挟持して燃料電池を製造する方法であって、
導電性多孔質材料からなる拡散層基材に撥水ペーストを添加して乾燥させることにより前記拡散層を作製する拡散層作製工程を備え、
前記拡散層作製工程は、
前記拡散層基材の一方の面から撥水ペーストを供給して前記拡散層基材を透過させ、両方の面に前記撥水ペーストを添加するとともに各面の添加量を調整することにより、乾燥後に各面に形成される透過孔の開口の大きさを調整するものである、
燃料電池の製造方法。
【請求項２】
前記拡散層作製工程は、
前記撥水ペーストを前記拡散層基材の前記一方の面に配置された添加手段により加圧して供給し、前記添加手段と前記拡散層基材との間のクリアランスを調整することにより、各面の前記撥水ペーストの添加量を調整するものである、
請求項１に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項３】
前記拡散層作製工程は、
前記撥水ペーストが供給された前記拡散層基材の前記一方の面の添加量が、前記他方の面の添加量より少なくなるように調整するものである、
請求項１又は２に記載の燃料電池の製造方法。
【請求項４】
前記透過孔の開口の大きい面が前記セパレータ側となるように前記拡散層を配置する拡散層配置工程を含む、
請求項１から３の何れか一項に記載の燃料電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−７１６９１（Ｐ２００８−７１６９１Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５１０４５（Ｐ２００６−２５１０４５）
【出願日】平成１８年９月１５日（２００６．９．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１５日（２００６．９．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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