燃料電池用拡散層の製造方法およびその製造装置
【課題】構成を複雑化することなしに、拡散層を構成する繊維状導電体による電解質膜の損傷を防止することのできる拡散層を提供する。
【解決手段】第１のホッパ１２０およびブレード１２２により、第１の撥水ペーストＰＳ１をシート状に形成する（第１の工程）。次いで、第１の加熱炉１２４により、上記形成したシート状の第１の撥水ペーストを乾燥硬化する（第２の工程）。続いて、シート状の硬化物ＳＬの一方の面に、第２の撥水ペーストＰＳ２を介して拡散層を隣接させる（第３の工程）。その後、シート状の硬化物ＳＬ、第２の撥水ペーストＰＳ２および拡散層ＢＳを積層方向に押圧し、前記第２の撥水ペーストＰＳ２を乾燥硬化する（第４の工程）。
【解決手段】第１のホッパ１２０およびブレード１２２により、第１の撥水ペーストＰＳ１をシート状に形成する（第１の工程）。次いで、第１の加熱炉１２４により、上記形成したシート状の第１の撥水ペーストを乾燥硬化する（第２の工程）。続いて、シート状の硬化物ＳＬの一方の面に、第２の撥水ペーストＰＳ２を介して拡散層を隣接させる（第３の工程）。その後、シート状の硬化物ＳＬ、第２の撥水ペーストＰＳ２および拡散層ＢＳを積層方向に押圧し、前記第２の撥水ペーストＰＳ２を乾燥硬化する（第４の工程）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に用いる拡散層の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質膜上に触媒層（電極に相当する）を介して拡散層を接合したＭＥＧＡ（Membrane Electrode ＆GasDiffusion Layer Assembly：膜・電極・拡散層接合体）と、セパレータと、を交互に積層することによって構成される。ＭＥＧＡの一方側の拡散層（ガス拡散層とも呼ぶ）にセパレータを介して酸素を含む酸化剤ガスを供給し、他方側の拡散層にセパレータを介して水素を含む燃料ガスを供給することにより、水素と酸素とを電気化学的に反応させて直接的に電気エネルギを取り出すことができる。
【０００３】
前記反応の途中において水が生成されるが、従来、この水により電極の閉塞（フラッディング）現象が起こりやすい。このフラッディング現象を防止するための燃料電池として、触媒層と拡散層との間に撥水層を形成したものがある。なお、撥水層と拡散層とは一体化されて、撥水層付きの拡散層として製造されることが多く、この撥水層付きの拡散層を使用して燃料電池は製造される。上記撥水層付きの拡散層は、具体的には、拡散層の表面に撥水ペーストを塗布することにより製造される。
【０００４】
ところで、前記従来の撥水層付きの拡散層では、拡散層を構成するカーボン繊維などの繊維状導電体が局所的に毛羽立った場合に、図４に示すように、前記撥水ペーストは、その毛羽立った繊維状導電体を直立させるように作用することから、繊維状導電体が外側に突出したままとなった。このために、撥水層付きの拡散層を使用して燃料電池を構成したときに、拡散層から突出した繊維状導電体が電解質膜に突き刺さることにより、前記電解質膜に損傷を与える問題が発生した。
【０００５】
なお、拡散層の繊維状導電体が毛羽立ち、電解質膜に突き刺さることを防止する燃料電池として、突き刺し防止用の保護層を触媒層と拡散層との間に設けたものが提案されている（例えば、特許文献１，２）が、これらの燃料電池は、保護層という余分な構成を付加する必要があることから、構成が複雑化する問題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１１４３９７号公報
【特許文献２】特開２００４−２２０８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、構成を複雑化することなしに、拡散層を構成する繊維状導電体による電解質膜の損傷を防止することのできる拡散層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】
【０００８】
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］
撥水層が付設された燃料電池用拡散層の製造方法であって、
第１の撥水ペーストをシート状に形成する第１の工程と、
前記第１の工程により得られたシート状の第１の撥水ペーストを乾燥硬化する第２の工程と、
前記第２の工程により得られたシート状の硬化物の一方の面に、第２の撥水ペーストとともに拡散層を隣接させる第３の工程と、
前記シート状の硬化物、前記第２の撥水ペーストおよび前記拡散層を積層方向に押圧し、前記第２の撥水ペーストを乾燥硬化する第４の工程と
を備える燃料電池用拡散層の製造方法。
【０００９】
適用例１の燃料電池用拡散層の製造方法によれば、第１の工程によりシート状に形成された第１の撥水ペーストを第２の工程により乾燥硬化し、その後、そのシート状の硬化物の一方の面に拡散層を、第３の工程および第４の工程により形成している。このために、この製造方法により製造された燃料電池用拡散層によれば、拡散層の繊維状導電体が例え毛羽立っていたとしても、上記シート状の硬化物で繊維状導電体を押さえつけるために、繊維状導電体がその硬化物、すなわち撥水層の外側に突出することがない。したがって、拡散層を構成する繊維状導電体による電解質膜の損傷を防止することができる。しかも、従来必要な撥水層で電解質膜の損傷を防止するものであることから、特別な構成を付加することで構成を複雑化することもない。
【００１０】
［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池用拡散層の製造方法であって、前記第１および第２の撥水ペーストは、導電性材料と撥水剤と溶媒との混合物である、燃料電池用拡散層の製造方法。この構成によれば、第２の工程および第４の工程において乾燥硬化させるに容易な撥水ペーストを容易に得ることができる。
【００１１】
［適用例３］
適用例２に記載の燃料電池用拡散層の製造方法であって、前記導電性材料は、カーボン粉末またはカーボン繊維である、燃料電池用拡散層の製造方法。この構成によれば、撥水層を備えながらも十分な導電性の確保が可能となる。
【００１２】
［適用例４］
適用例２に記載の燃料電池用拡散層の製造方法であって、前記撥水剤は、フッ素系ポリマーである、燃料電池用拡散層の製造方法。この構成によれば撥水性能に優れた燃料電池用拡散層を提供することができる。
【００１３】
［適用例５］
撥水層が付設された燃料電池用拡散層の製造装置であって、
第１の撥水ペーストをシート状に形成する撥水ペーストシート化手段と、
前記撥水ペーストシート化手段により得られたシート状の第１の撥水ペーストを乾燥硬化する乾燥硬化手段と、
前記乾燥硬化手段により得られたシート状の硬化物の一方の面に、第２の撥水ペーストとともに拡散層を隣接させる拡散層付設手段と、
前記シート状の硬化物、前記第２の撥水ペーストおよび前記拡散層を積層方向に押圧し、前記第２の撥水ペーストを乾燥硬化する押圧・乾燥硬化手段と
を備える燃料電池用拡散層の製造装置。
【００１４】
適用例５の燃料電池用拡散層の製造装置によれば、適用例１の燃料電池用拡散層の製造方法と同様に、構成を複雑化することなしに、拡散層を構成する繊維状導電体による電解質膜の損傷を防止することのできる燃料電池用拡散層の製造を行うことができる。
【００１５】
［適用例６］
適用例５に記載の燃料電池用拡散層の製造装置であって、前記第１の撥水ペーストを載せるための帯状の積層用シートを所定の方向に搬送する搬送手段を備え、前記撥水ペーストシート化手段、乾燥硬化手段、拡散層付設手段および押圧・乾燥硬化手段は、前記搬送手段の経路に沿って配置された構成である、燃料電池用拡散層の製造装置。
【００１６】
この構成によれば、製造ラインでもって燃料電池用拡散層の製造を行うことができることから、生産性に優れている。
【００１７】
本発明は、上記適用例以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の燃料電池用拡散層の製造方法を用いて燃料電池の製造方法とした形態等で実現することが可能である。また、例えば、上記各適用例において、前記電解質は、固体高分子膜とすることができる。この構成によれば、燃料電池の取り扱いの利便がよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下に説明する。
Ａ．燃料電池の構成：
図１は、本発明の一実施例に係る製造方法により製造された拡散層を含む燃料電池１０を概略的に示す説明図である。燃料電池１０は、多数の単セル１２が積層されたスタック構造を有している。単セル１２は、主として、固体高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」と呼ぶ）２０の両面に電極３０，４０が配置されたＭＥＧＡ（Membrane Electrode ＆GasDiffusion Layer Assembly：膜・電極・ガス拡散層接合体）５０と、ＭＥＧＡ５０を両面から挟み込むセパレータ６０，６０とを備えている。
【００１９】
ＭＥＧＡ５０は、電解質膜２０を二つの電極、つまり燃料極であるアノード３０と酸素極であるカソード４０とで挟みこんだものである。ここで、電解質膜２０は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有する固体高分子材料で作製された膜であり、具体的にはフッ素系樹脂により形成された膜（デュポン社製のナフィオン膜等）などが挙げられる。
【００２０】
アノード３０及びカソード４０は、それぞれ触媒層３２，４２と撥水層３４，４４と拡散層３６，４６とによって構成されている。触媒層３２，４２は、電解質膜２０に接触する側に位置し、白金微粒子を担持させた導電性カーボンブラックに電解質溶液（アイオノマー）を混入して形成したものである。この触媒層３２，４２が狭義には電極を構成する。拡散層３６，４６は、セパレータ６０に接触する側に位置し、カーボン繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形成されている。撥水層３４，４４は、触媒層３２，４２と拡散層３６，４６との間に位置し、撥水ペーストを乾燥硬化させて形成したものである。
【００２１】
なお、触媒層３２，４２に含まれる白金は、水素をプロトンと電子に分けるのを促進したり酸素とプロトンと電子から水を生成する反応を促進する作用を有するものであるが、同様の作用を有するものであれば白金以外のものを用いてもよい。撥水層３４，４４のもととなる撥水ペーストの材料は後ほど述べるが、本実施例では、撥水層が付設された拡散層（以下、「撥水層付き拡散層」と呼ぶ）を先に製造し、その撥水層付き拡散層を用いてＭＥＧＡ５０は製造される。なお、撥水層付き拡散層の製造方法については後ほど詳述する。
【００２２】
セパレータ６０は、ガスを透過しない緻密質であると共に、電気伝導性を有する材料で形成される。例えばセパレータ６０の形成には、圧縮成型された緻密質カーボン、金属、導電性樹脂を用いることができる。セパレータ６０は、一方の面が一のＭＥＧＡ５０のカソード側の拡散層４６と隣接しており、他方の面が他のＭＥＡ５０のアノード側の拡散層３６と隣接している。セパレータ６０の両表面には溝が形成されており、組み付け後には、カソード側の拡散層４６と接する面に形成された溝と拡散層４６との間に単セル内酸化剤ガス流路６２が形成されると共に、アノード側の拡散層３６と接する面に形成された溝と拡散層３６との間に単セル内燃料ガス流路６４が形成される。また、セパレータ６０内に冷媒流路を設けることとしてもよい。
【００２３】
単セル内燃料ガス流路６４は、図示しないマニホールドを介して図示しない外部の水素タンクに接続され、水素を含む燃料の供給を受ける。単セル内酸化剤ガス流路６２は、図示しないマニホールドを介して図示しない外部のコンプレッサ等に接続され、酸化剤ガスとしての空気の供給を受ける。この結果、燃料電池１０に備えられる各単セル１２の内部に燃料ガスや酸化剤ガスが滞りなく供給される。この結果、燃料電池１０の各単セル１２は、水素と酸素とを電気化学的に反応させて、化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。
【００２４】
Ｂ．拡散層の製造方法：
図２は、燃料電池用拡散層の製造装置１００の概略構成を示す説明図である。この燃料電池用拡散層の製造装置１００は、前述した撥水層付き拡散層を製造するものである。
【００２５】
図２に示すように、燃料電池用拡散層の製造装置（以下、単に「製造装置」と呼ぶ）１００は、帯状の積層用シートＳＨを送り出す送出ローラ１１０と、積層用シートＳＨを搬送するための複数の搬送ローラ１１２と、積層用シートＳＨを巻き取る巻取ローラ１１４と、後ほど拡散層３６，４６を構成する拡散層基材ＢＳを供給する供給部１１６と、完成された撥水層付き拡散層ＲＤを回収する回収部１１８とを備える。積層用シートＳＨは例えば鉄製である。送出ローラ１１０は製造装置１００の一方端側（図中、左側）にあり、巻取ローラ１１４は製造装置１００の他方端側（図中、右側）にあり、積層用シートは送出ローラ１１０から送り出され、巻取ローラ１１４の方向に搬送ローラ１１２により送られる。
【００２６】
搬送ローラ１１２による搬送路の前記送出ローラ１１０近くの上方には、第１の撥水ペーストＰＳ１が貯蔵された第１のホッパ１２０が配置されており、第１のホッパ１２０から積層用シートＳＨ上に第１の撥水ペーストＰＳ１が供給される。第１の撥水ペーストＰＳ１は、カーボン粉末またはカーボン繊維と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や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（ＦＥＰ）等のフッ素系ポリマーと、溶媒との混合物である。積層用シートＳＨは搬送ローラ１１２により搬送されており、積層用シートＳＨ上の第１の撥水ペーストＰＳ１は、移動する積層用シートＳＨとブレード１２２の間で延ばされ、所要の厚さのシート状に成形される。
【００２７】
成形された第１の撥水ペーストＰＳ１は、さらに積層用シートＳＨによって搬送され、第１の加熱炉１２４を通過する。第１の加熱炉１２４は、第１の温度（例えば１００℃）に設定されている。第１の加熱炉１２４により加熱されることで、第１の撥水ペーストＰＳ１は、溶媒が飛ばされ、乾燥硬化される。すなわち、前記第１の温度は、第１の撥水ペーストに含まれる溶媒が飛ばされるに十分な温度であり、この第１の温度で第１の撥水ペーストＰＳ１を加熱することで、第１の撥水ペーストＰＳ１を乾燥硬化する。なお、第１の温度は前記１００℃に限る必要はなく、第１の撥水ペーストに含まれる溶媒が飛ばされるに十分な温度であればいずれの温度とすることもできる。
【００２８】
乾燥硬化された第１の撥水ペーストＰＳ１の硬化物ＳＬは、さらに積層用シートＳＨによって搬送され、第２のホッパ１２６が配置された位置を通過する。第２のホッパ１２６は、第２の撥水ペーストＰＳ２を貯蔵する。第２の撥水ペーストＰＳ２は、第１の撥水ペーストＰＳ１と同様に、カーボン粉末またはカーボン繊維と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や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（ＦＥＰ）等のポリマーと、溶媒との混合物である。ここでは、第１の撥水ペーストＰＳ１と第２の撥水ペーストＰＳ２は同一材料であるものとする。第２のホッパ１２６から積層用シートＳＨ上の硬化物ＳＬの表面に第２の撥水ペーストＰＳ２が供給される。
【００２９】
第２の撥水ペーストＰＳ２が表面に載った硬化物ＳＬは、さらに積層用シートＳＨによって搬送され、帯状の拡散層基材ＢＳと隣接される。拡散層基材ＢＳは、供給部１１６により供給されたもので、第２の撥水ペーストＰＳ２を介して硬化物ＳＬと隣接される。
【００３０】
その後、上記硬化物ＳＬ、第２の撥水ペーストＰＳ２および拡散層基材ＢＳの集合物は、積層用シートＳＨによって搬送され、押圧ローラ１２８および第２の加熱炉１３０を順に通過する。押圧ローラ１２８は、搬送される積層用シートＳＨの面に垂直な方向、すなわち、上記硬化物ＳＬ、第２の撥水ペーストＰＳ２および拡散層基材ＢＳの集合体の積層方向に圧力を掛ける構成である。第２の加熱炉１３０は、第２の温度（例えば３００℃）に設定されている。上記硬化物ＳＬ、第２の撥水ペーストＰＳ２および拡散層基材ＢＳの集合体は、積層用シートＳＨごと、押圧ローラ１２８によってプレスされ、第２の加熱炉１３０により、乾燥硬化される。このプレスと乾燥硬化により、硬化物ＳＬと拡散層基材ＢＳとの間に介在された第２の撥水ペーストＰＳ２に含まれるフッ素系ポリマーは、融解し全面に至り、硬化物ＳＬと拡散層基材ＢＳとの間を接着するように働く。この結果、拡散層基材ＢＳの一方（図中下方）の表面上に、第２の撥水ペーストＰＳ２の硬化物が接着層ＡＤとして積層され、その接着層ＡＤの表面上に、第１の撥水ペーストＰＳ１の硬化物ＳＬがさらに積層された撥水層付き拡散層ＲＤが製造される。
【００３１】
なお、前記第２の温度は、第２の撥水ペーストＰＳ２に含まれるフッ素系ポリマーを融解するのに十分な温度である。したがって、第２の温度は前記３００℃に限る必要はなく、第２の撥水ペーストＰＳ２に含まれるフッ素系ポリマーを融解するのに十分な温度であればいずれの温度とすることもできる。なお、前記第２の温度は前記第１の温度よりも通常高くなる。
【００３２】
上記製造された撥水層付き拡散層ＲＤは、その後、積層用シートＳＨから分離され、回収部１１８に回収される。こうして製造された撥水層付き拡散層ＲＤは、所望のサイズの矩形に切断された上で、ＭＥＧＡ５０の製造に用いられる。すなわち、撥水層付き拡散層ＲＤは、ＭＥＧＡ５０が備える撥水層３４（４４）と拡散層３６（４６）として利用される。すなわち、撥水層付き拡散層ＲＤの拡散層基材ＢＳは拡散層３６（４６）に対応し、撥水層付き拡散層ＲＤの接着層ＡＤおよび硬化物ＳＬは撥水層３４（４４）に対応したものとなる。
【００３３】
なお、第１のホッパ１２０およびブレード１２２による処理工程が本発明でいう「第１の工程」に相当し、第１の加熱炉１２４による処理工程が本発明でいう「第２の工程」に相当し、第２のホッパ１２６による処理工程と供給部１１６から供給された拡散層基材ＢＳを硬化物ＳＬに隣接させる処理工程が本発明でいう「第３の工程」に相当し、押圧ローラ１２８および第２の加熱炉１３０による処理工程が本発明でいう「第４の工程」に相当する。
【００３４】
Ｃ．作用、効果：
以上詳述したように、本実施例の燃料電池用拡散層の製造装置１００によれば、シート状に形成された第１の撥水ペーストＰＳ１を第１の加熱炉１２４により乾燥硬化し、その後、そのシート状の硬化物ＳＬの一方の面に拡散層を形成している。このために、この製造装置１００により製造された撥水層３４，４４付きの拡散層３６，４６によれば、図３に示すように、拡散層３６，４６を構成するカーボン繊維の糸ＣＳが例え毛羽立っていたとしても、上記シート状の硬化物ＳＬで糸ＣＳを押さえつけるために、糸ＣＳが撥水層３４，４４の外側に突出することがない。したがって、拡散層３６，４６を構成するカーボン繊維の糸ＣＳによる電解質膜２０の損傷を防止することができる。しかも、従来必要な撥水層で電解質膜２０の損傷を防止するものであることから、特別な構成を付加することで構成を複雑化することもない。
【００３５】
また、本実施例の燃料電池用拡散層の製造装置１００により製造された燃料電池によれば、第１の撥水ペーストＰＳ１の硬化物ＳＬにより撥水層の拡散層へのめり込み量を抑えることができる。また、第１の撥水ペーストＰＳ１の量を調整することで、拡散層と触媒層との間のクリアランスを容易に調整することができる。
【００３６】
また、本実施例の燃料電池用拡散層の製造装置１００によれば、第１の撥水ペーストＰＳ１を載せる作業場としての積層用シートＳＨを搬送ローラ１１２によって搬送し、その搬送経路に沿って第１のホッパ１２０、ブレード１２２、第１の加熱炉１２４、第２のホッパ１２６、押圧ローラ１２８および第２の加熱炉１３０を配置する構成とすることで、製造ラインでもって燃料電池用拡散層の製造を可能としている。このため、生産性に優れている。
【００３７】
Ｄ．他の実施形態：
なお、この発明は上記の実施例や変形例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で実施することが可能であり、例えば次のような他の実施形態も可能である。
【００３８】
（１）前記実施例では、作業場としての積層用シートＳＨを搬送ローラ１１２によって搬送することで、前述したように製造ラインでもって燃料電池用拡散層の製造を可能としているが、これに換えて、積層用シートＳＨを固定した状態で、製造装置の各手段を順に切り替えて作業を進める構成としてもよい。また、本実施例では、長尺な撥水層付き拡散層を製造して、使用の用途に合わせて所望のサイズに切断することで燃料電池に使用していたが、必ずしも長尺である必要はなく、予め前記所望のサイズでもって製造するように構成してもよい。
【００３９】
（２）前記実施例では、拡散層３６，４６は、カーボンクロスにより形成されていたが、これに換えて、カーボン繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成してもよい。また、カーボン繊維から構成されるものに限る必要もなく、十分なガス拡散性および導電性を有し、かつ繊維状導電体で構成されるものであれば、いずれの構成の拡散層としてもよい。
【００４０】
（３）前記実施例では、第１および第２の撥水ペーストＰＳ１、ＰＳ２は、カーボン粉末またはカーボン繊維と、フッ素系ポリマーと、溶媒との混合物であったが、カーボン粉末またはカーボン繊維はカーボンナノチューブ、Ａｕなどの金属粒子等の他の導電性材料に換えることもできるし、フッ素系ポリマーはポリフッ化ビニリデン （ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン／パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）共重合体（ＰＦＡ）等の他のポリマーに換えることもできる。また、第１および第２の撥水ペーストＰＳ１、ＰＳ２は、導電性材料と撥水剤と溶媒との混合物に換えて、他の材料によって構成してもよい。さらに、前記実施例では、第１および第２の撥水ペーストＰＳ１、ＰＳ２は同一材料としたが、必ずしも同一である必要はなく、例えば、第１の撥水ペーストＰＳ１はポリマーをＰＴＦＥとし、第２の撥水ペーストＰＳ２はポリマーをＦＥＰとした構成のように第１および第２の撥水ペーストＰＳ１、ＰＳ２を異なる材料としてもよい。
【００４１】
（４）前記第１の工程により形成するシート状の第１の撥水ペーストの平面形状は、矩形はもちろんのこと、所定のパターン形状に形成されたものであってもよい。
【００４２】
（５）前記実施例では、第３の工程において、第２の工程により得られた第１の撥水ペーストＰＳ１の硬化物ＳＬの一方の面に、第２の撥水ペーストＰＳ２を介して拡散層としての拡散層基材ＢＳを隣接する構成であったが、これに換えて、硬化物ＳＬの一方の面に拡散層基材ＢＳを直接載せて、この拡散層基材ＢＳと硬化物ＳＬの境界領域に第２の撥水ペーストＰＳ２を流し込む構成としてもよい。要は、硬化物ＳＬの一方の面に、第２の撥水ペーストＰＳ２とともに拡散層基材ＢＳを隣接させる構成であればいずれの構成としてもよい。
【００４３】
（６）前記実施例では、第４の工程として、押圧ローラ１２８で押圧し、その後、第２の加熱炉１３０により乾燥硬化する構成としたが、これに換えて、ホットプレス機により、押圧と乾燥硬化を同時に行う構成としてもよい。
【００４４】
（７）前記実施例では、燃料電池は固体高分子型燃料電池としたが、固体酸化物型燃料電池やリン酸型燃料電池等、異なる種類の燃料電池に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例に係る製造方法により製造された拡散層を含む燃料電池１０を概略的に示す説明図である。
【図２】燃料電池用拡散層の製造装置の概略構成を示す説明図である。
【図３】前記実施例の作用効果を示す説明図である。
【図４】従来例の課題を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…燃料電池
１２…単セル
２０…電解質膜
３０…アノード
３２…触媒層
３４…撥水層
３６…拡散層
４０…カソード
４２…触媒層
４４…撥水層
４６…拡散層
６０…セパレータ
６２…単セル内酸化剤ガス流路
６４…単セル内燃料ガス流路
１００…燃料電池用拡散層の製造装置
１１０…送出ローラ
１１２…搬送ローラ
１１４…巻取ローラ
１１６…供給部
１１８…回収部
１２０…第１のホッパ
１２２…ブレード
１２４…第１の加熱炉
１２６…第２のホッパ
１２８…押圧ローラ
１３０…第２の加熱炉
ＲＤ…拡散層
ＡＤ…接着層
ＳＨ…積層用シート
ＳＬ…硬化物
ＢＳ…拡散層基材
ＰＳ１…第１の撥水ペースト
ＰＳ２…第２の撥水ペースト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に用いる拡散層の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質膜上に触媒層（電極に相当する）を介して拡散層を接合したＭＥＧＡ（Membrane Electrode ＆GasDiffusion Layer Assembly：膜・電極・拡散層接合体）と、セパレータと、を交互に積層することによって構成される。ＭＥＧＡの一方側の拡散層（ガス拡散層とも呼ぶ）にセパレータを介して酸素を含む酸化剤ガスを供給し、他方側の拡散層にセパレータを介して水素を含む燃料ガスを供給することにより、水素と酸素とを電気化学的に反応させて直接的に電気エネルギを取り出すことができる。
【０００３】
前記反応の途中において水が生成されるが、従来、この水により電極の閉塞（フラッディング）現象が起こりやすい。このフラッディング現象を防止するための燃料電池として、触媒層と拡散層との間に撥水層を形成したものがある。なお、撥水層と拡散層とは一体化されて、撥水層付きの拡散層として製造されることが多く、この撥水層付きの拡散層を使用して燃料電池は製造される。上記撥水層付きの拡散層は、具体的には、拡散層の表面に撥水ペーストを塗布することにより製造される。
【０００４】
ところで、前記従来の撥水層付きの拡散層では、拡散層を構成するカーボン繊維などの繊維状導電体が局所的に毛羽立った場合に、図４に示すように、前記撥水ペーストは、その毛羽立った繊維状導電体を直立させるように作用することから、繊維状導電体が外側に突出したままとなった。このために、撥水層付きの拡散層を使用して燃料電池を構成したときに、拡散層から突出した繊維状導電体が電解質膜に突き刺さることにより、前記電解質膜に損傷を与える問題が発生した。
【０００５】
なお、拡散層の繊維状導電体が毛羽立ち、電解質膜に突き刺さることを防止する燃料電池として、突き刺し防止用の保護層を触媒層と拡散層との間に設けたものが提案されている（例えば、特許文献１，２）が、これらの燃料電池は、保護層という余分な構成を付加する必要があることから、構成が複雑化する問題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１１４３９７号公報
【特許文献２】特開２００４−２２０８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、構成を複雑化することなしに、拡散層を構成する繊維状導電体による電解質膜の損傷を防止することのできる拡散層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】
【０００８】
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］
撥水層が付設された燃料電池用拡散層の製造方法であって、
第１の撥水ペーストをシート状に形成する第１の工程と、
前記第１の工程により得られたシート状の第１の撥水ペーストを乾燥硬化する第２の工程と、
前記第２の工程により得られたシート状の硬化物の一方の面に、第２の撥水ペーストとともに拡散層を隣接させる第３の工程と、
前記シート状の硬化物、前記第２の撥水ペーストおよび前記拡散層を積層方向に押圧し、前記第２の撥水ペーストを乾燥硬化する第４の工程と
を備える燃料電池用拡散層の製造方法。
【０００９】
適用例１の燃料電池用拡散層の製造方法によれば、第１の工程によりシート状に形成された第１の撥水ペーストを第２の工程により乾燥硬化し、その後、そのシート状の硬化物の一方の面に拡散層を、第３の工程および第４の工程により形成している。このために、この製造方法により製造された燃料電池用拡散層によれば、拡散層の繊維状導電体が例え毛羽立っていたとしても、上記シート状の硬化物で繊維状導電体を押さえつけるために、繊維状導電体がその硬化物、すなわち撥水層の外側に突出することがない。したがって、拡散層を構成する繊維状導電体による電解質膜の損傷を防止することができる。しかも、従来必要な撥水層で電解質膜の損傷を防止するものであることから、特別な構成を付加することで構成を複雑化することもない。
【００１０】
［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池用拡散層の製造方法であって、前記第１および第２の撥水ペーストは、導電性材料と撥水剤と溶媒との混合物である、燃料電池用拡散層の製造方法。この構成によれば、第２の工程および第４の工程において乾燥硬化させるに容易な撥水ペーストを容易に得ることができる。
【００１１】
［適用例３］
適用例２に記載の燃料電池用拡散層の製造方法であって、前記導電性材料は、カーボン粉末またはカーボン繊維である、燃料電池用拡散層の製造方法。この構成によれば、撥水層を備えながらも十分な導電性の確保が可能となる。
【００１２】
［適用例４］
適用例２に記載の燃料電池用拡散層の製造方法であって、前記撥水剤は、フッ素系ポリマーである、燃料電池用拡散層の製造方法。この構成によれば撥水性能に優れた燃料電池用拡散層を提供することができる。
【００１３】
［適用例５］
撥水層が付設された燃料電池用拡散層の製造装置であって、
第１の撥水ペーストをシート状に形成する撥水ペーストシート化手段と、
前記撥水ペーストシート化手段により得られたシート状の第１の撥水ペーストを乾燥硬化する乾燥硬化手段と、
前記乾燥硬化手段により得られたシート状の硬化物の一方の面に、第２の撥水ペーストとともに拡散層を隣接させる拡散層付設手段と、
前記シート状の硬化物、前記第２の撥水ペーストおよび前記拡散層を積層方向に押圧し、前記第２の撥水ペーストを乾燥硬化する押圧・乾燥硬化手段と
を備える燃料電池用拡散層の製造装置。
【００１４】
適用例５の燃料電池用拡散層の製造装置によれば、適用例１の燃料電池用拡散層の製造方法と同様に、構成を複雑化することなしに、拡散層を構成する繊維状導電体による電解質膜の損傷を防止することのできる燃料電池用拡散層の製造を行うことができる。
【００１５】
［適用例６］
適用例５に記載の燃料電池用拡散層の製造装置であって、前記第１の撥水ペーストを載せるための帯状の積層用シートを所定の方向に搬送する搬送手段を備え、前記撥水ペーストシート化手段、乾燥硬化手段、拡散層付設手段および押圧・乾燥硬化手段は、前記搬送手段の経路に沿って配置された構成である、燃料電池用拡散層の製造装置。
【００１６】
この構成によれば、製造ラインでもって燃料電池用拡散層の製造を行うことができることから、生産性に優れている。
【００１７】
本発明は、上記適用例以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の燃料電池用拡散層の製造方法を用いて燃料電池の製造方法とした形態等で実現することが可能である。また、例えば、上記各適用例において、前記電解質は、固体高分子膜とすることができる。この構成によれば、燃料電池の取り扱いの利便がよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下に説明する。
Ａ．燃料電池の構成：
図１は、本発明の一実施例に係る製造方法により製造された拡散層を含む燃料電池１０を概略的に示す説明図である。燃料電池１０は、多数の単セル１２が積層されたスタック構造を有している。単セル１２は、主として、固体高分子電解質膜（以下、単に「電解質膜」と呼ぶ）２０の両面に電極３０，４０が配置されたＭＥＧＡ（Membrane Electrode ＆GasDiffusion Layer Assembly：膜・電極・ガス拡散層接合体）５０と、ＭＥＧＡ５０を両面から挟み込むセパレータ６０，６０とを備えている。
【００１９】
ＭＥＧＡ５０は、電解質膜２０を二つの電極、つまり燃料極であるアノード３０と酸素極であるカソード４０とで挟みこんだものである。ここで、電解質膜２０は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有する固体高分子材料で作製された膜であり、具体的にはフッ素系樹脂により形成された膜（デュポン社製のナフィオン膜等）などが挙げられる。
【００２０】
アノード３０及びカソード４０は、それぞれ触媒層３２，４２と撥水層３４，４４と拡散層３６，４６とによって構成されている。触媒層３２，４２は、電解質膜２０に接触する側に位置し、白金微粒子を担持させた導電性カーボンブラックに電解質溶液（アイオノマー）を混入して形成したものである。この触媒層３２，４２が狭義には電極を構成する。拡散層３６，４６は、セパレータ６０に接触する側に位置し、カーボン繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形成されている。撥水層３４，４４は、触媒層３２，４２と拡散層３６，４６との間に位置し、撥水ペーストを乾燥硬化させて形成したものである。
【００２１】
なお、触媒層３２，４２に含まれる白金は、水素をプロトンと電子に分けるのを促進したり酸素とプロトンと電子から水を生成する反応を促進する作用を有するものであるが、同様の作用を有するものであれば白金以外のものを用いてもよい。撥水層３４，４４のもととなる撥水ペーストの材料は後ほど述べるが、本実施例では、撥水層が付設された拡散層（以下、「撥水層付き拡散層」と呼ぶ）を先に製造し、その撥水層付き拡散層を用いてＭＥＧＡ５０は製造される。なお、撥水層付き拡散層の製造方法については後ほど詳述する。
【００２２】
セパレータ６０は、ガスを透過しない緻密質であると共に、電気伝導性を有する材料で形成される。例えばセパレータ６０の形成には、圧縮成型された緻密質カーボン、金属、導電性樹脂を用いることができる。セパレータ６０は、一方の面が一のＭＥＧＡ５０のカソード側の拡散層４６と隣接しており、他方の面が他のＭＥＡ５０のアノード側の拡散層３６と隣接している。セパレータ６０の両表面には溝が形成されており、組み付け後には、カソード側の拡散層４６と接する面に形成された溝と拡散層４６との間に単セル内酸化剤ガス流路６２が形成されると共に、アノード側の拡散層３６と接する面に形成された溝と拡散層３６との間に単セル内燃料ガス流路６４が形成される。また、セパレータ６０内に冷媒流路を設けることとしてもよい。
【００２３】
単セル内燃料ガス流路６４は、図示しないマニホールドを介して図示しない外部の水素タンクに接続され、水素を含む燃料の供給を受ける。単セル内酸化剤ガス流路６２は、図示しないマニホールドを介して図示しない外部のコンプレッサ等に接続され、酸化剤ガスとしての空気の供給を受ける。この結果、燃料電池１０に備えられる各単セル１２の内部に燃料ガスや酸化剤ガスが滞りなく供給される。この結果、燃料電池１０の各単セル１２は、水素と酸素とを電気化学的に反応させて、化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。
【００２４】
Ｂ．拡散層の製造方法：
図２は、燃料電池用拡散層の製造装置１００の概略構成を示す説明図である。この燃料電池用拡散層の製造装置１００は、前述した撥水層付き拡散層を製造するものである。
【００２５】
図２に示すように、燃料電池用拡散層の製造装置（以下、単に「製造装置」と呼ぶ）１００は、帯状の積層用シートＳＨを送り出す送出ローラ１１０と、積層用シートＳＨを搬送するための複数の搬送ローラ１１２と、積層用シートＳＨを巻き取る巻取ローラ１１４と、後ほど拡散層３６，４６を構成する拡散層基材ＢＳを供給する供給部１１６と、完成された撥水層付き拡散層ＲＤを回収する回収部１１８とを備える。積層用シートＳＨは例えば鉄製である。送出ローラ１１０は製造装置１００の一方端側（図中、左側）にあり、巻取ローラ１１４は製造装置１００の他方端側（図中、右側）にあり、積層用シートは送出ローラ１１０から送り出され、巻取ローラ１１４の方向に搬送ローラ１１２により送られる。
【００２６】
搬送ローラ１１２による搬送路の前記送出ローラ１１０近くの上方には、第１の撥水ペーストＰＳ１が貯蔵された第１のホッパ１２０が配置されており、第１のホッパ１２０から積層用シートＳＨ上に第１の撥水ペーストＰＳ１が供給される。第１の撥水ペーストＰＳ１は、カーボン粉末またはカーボン繊維と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や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（ＦＥＰ）等のフッ素系ポリマーと、溶媒との混合物である。積層用シートＳＨは搬送ローラ１１２により搬送されており、積層用シートＳＨ上の第１の撥水ペーストＰＳ１は、移動する積層用シートＳＨとブレード１２２の間で延ばされ、所要の厚さのシート状に成形される。
【００２７】
成形された第１の撥水ペーストＰＳ１は、さらに積層用シートＳＨによって搬送され、第１の加熱炉１２４を通過する。第１の加熱炉１２４は、第１の温度（例えば１００℃）に設定されている。第１の加熱炉１２４により加熱されることで、第１の撥水ペーストＰＳ１は、溶媒が飛ばされ、乾燥硬化される。すなわち、前記第１の温度は、第１の撥水ペーストに含まれる溶媒が飛ばされるに十分な温度であり、この第１の温度で第１の撥水ペーストＰＳ１を加熱することで、第１の撥水ペーストＰＳ１を乾燥硬化する。なお、第１の温度は前記１００℃に限る必要はなく、第１の撥水ペーストに含まれる溶媒が飛ばされるに十分な温度であればいずれの温度とすることもできる。
【００２８】
乾燥硬化された第１の撥水ペーストＰＳ１の硬化物ＳＬは、さらに積層用シートＳＨによって搬送され、第２のホッパ１２６が配置された位置を通過する。第２のホッパ１２６は、第２の撥水ペーストＰＳ２を貯蔵する。第２の撥水ペーストＰＳ２は、第１の撥水ペーストＰＳ１と同様に、カーボン粉末またはカーボン繊維と、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や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（ＦＥＰ）等のポリマーと、溶媒との混合物である。ここでは、第１の撥水ペーストＰＳ１と第２の撥水ペーストＰＳ２は同一材料であるものとする。第２のホッパ１２６から積層用シートＳＨ上の硬化物ＳＬの表面に第２の撥水ペーストＰＳ２が供給される。
【００２９】
第２の撥水ペーストＰＳ２が表面に載った硬化物ＳＬは、さらに積層用シートＳＨによって搬送され、帯状の拡散層基材ＢＳと隣接される。拡散層基材ＢＳは、供給部１１６により供給されたもので、第２の撥水ペーストＰＳ２を介して硬化物ＳＬと隣接される。
【００３０】
その後、上記硬化物ＳＬ、第２の撥水ペーストＰＳ２および拡散層基材ＢＳの集合物は、積層用シートＳＨによって搬送され、押圧ローラ１２８および第２の加熱炉１３０を順に通過する。押圧ローラ１２８は、搬送される積層用シートＳＨの面に垂直な方向、すなわち、上記硬化物ＳＬ、第２の撥水ペーストＰＳ２および拡散層基材ＢＳの集合体の積層方向に圧力を掛ける構成である。第２の加熱炉１３０は、第２の温度（例えば３００℃）に設定されている。上記硬化物ＳＬ、第２の撥水ペーストＰＳ２および拡散層基材ＢＳの集合体は、積層用シートＳＨごと、押圧ローラ１２８によってプレスされ、第２の加熱炉１３０により、乾燥硬化される。このプレスと乾燥硬化により、硬化物ＳＬと拡散層基材ＢＳとの間に介在された第２の撥水ペーストＰＳ２に含まれるフッ素系ポリマーは、融解し全面に至り、硬化物ＳＬと拡散層基材ＢＳとの間を接着するように働く。この結果、拡散層基材ＢＳの一方（図中下方）の表面上に、第２の撥水ペーストＰＳ２の硬化物が接着層ＡＤとして積層され、その接着層ＡＤの表面上に、第１の撥水ペーストＰＳ１の硬化物ＳＬがさらに積層された撥水層付き拡散層ＲＤが製造される。
【００３１】
なお、前記第２の温度は、第２の撥水ペーストＰＳ２に含まれるフッ素系ポリマーを融解するのに十分な温度である。したがって、第２の温度は前記３００℃に限る必要はなく、第２の撥水ペーストＰＳ２に含まれるフッ素系ポリマーを融解するのに十分な温度であればいずれの温度とすることもできる。なお、前記第２の温度は前記第１の温度よりも通常高くなる。
【００３２】
上記製造された撥水層付き拡散層ＲＤは、その後、積層用シートＳＨから分離され、回収部１１８に回収される。こうして製造された撥水層付き拡散層ＲＤは、所望のサイズの矩形に切断された上で、ＭＥＧＡ５０の製造に用いられる。すなわち、撥水層付き拡散層ＲＤは、ＭＥＧＡ５０が備える撥水層３４（４４）と拡散層３６（４６）として利用される。すなわち、撥水層付き拡散層ＲＤの拡散層基材ＢＳは拡散層３６（４６）に対応し、撥水層付き拡散層ＲＤの接着層ＡＤおよび硬化物ＳＬは撥水層３４（４４）に対応したものとなる。
【００３３】
なお、第１のホッパ１２０およびブレード１２２による処理工程が本発明でいう「第１の工程」に相当し、第１の加熱炉１２４による処理工程が本発明でいう「第２の工程」に相当し、第２のホッパ１２６による処理工程と供給部１１６から供給された拡散層基材ＢＳを硬化物ＳＬに隣接させる処理工程が本発明でいう「第３の工程」に相当し、押圧ローラ１２８および第２の加熱炉１３０による処理工程が本発明でいう「第４の工程」に相当する。
【００３４】
Ｃ．作用、効果：
以上詳述したように、本実施例の燃料電池用拡散層の製造装置１００によれば、シート状に形成された第１の撥水ペーストＰＳ１を第１の加熱炉１２４により乾燥硬化し、その後、そのシート状の硬化物ＳＬの一方の面に拡散層を形成している。このために、この製造装置１００により製造された撥水層３４，４４付きの拡散層３６，４６によれば、図３に示すように、拡散層３６，４６を構成するカーボン繊維の糸ＣＳが例え毛羽立っていたとしても、上記シート状の硬化物ＳＬで糸ＣＳを押さえつけるために、糸ＣＳが撥水層３４，４４の外側に突出することがない。したがって、拡散層３６，４６を構成するカーボン繊維の糸ＣＳによる電解質膜２０の損傷を防止することができる。しかも、従来必要な撥水層で電解質膜２０の損傷を防止するものであることから、特別な構成を付加することで構成を複雑化することもない。
【００３５】
また、本実施例の燃料電池用拡散層の製造装置１００により製造された燃料電池によれば、第１の撥水ペーストＰＳ１の硬化物ＳＬにより撥水層の拡散層へのめり込み量を抑えることができる。また、第１の撥水ペーストＰＳ１の量を調整することで、拡散層と触媒層との間のクリアランスを容易に調整することができる。
【００３６】
また、本実施例の燃料電池用拡散層の製造装置１００によれば、第１の撥水ペーストＰＳ１を載せる作業場としての積層用シートＳＨを搬送ローラ１１２によって搬送し、その搬送経路に沿って第１のホッパ１２０、ブレード１２２、第１の加熱炉１２４、第２のホッパ１２６、押圧ローラ１２８および第２の加熱炉１３０を配置する構成とすることで、製造ラインでもって燃料電池用拡散層の製造を可能としている。このため、生産性に優れている。
【００３７】
Ｄ．他の実施形態：
なお、この発明は上記の実施例や変形例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で実施することが可能であり、例えば次のような他の実施形態も可能である。
【００３８】
（１）前記実施例では、作業場としての積層用シートＳＨを搬送ローラ１１２によって搬送することで、前述したように製造ラインでもって燃料電池用拡散層の製造を可能としているが、これに換えて、積層用シートＳＨを固定した状態で、製造装置の各手段を順に切り替えて作業を進める構成としてもよい。また、本実施例では、長尺な撥水層付き拡散層を製造して、使用の用途に合わせて所望のサイズに切断することで燃料電池に使用していたが、必ずしも長尺である必要はなく、予め前記所望のサイズでもって製造するように構成してもよい。
【００３９】
（２）前記実施例では、拡散層３６，４６は、カーボンクロスにより形成されていたが、これに換えて、カーボン繊維からなるカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成してもよい。また、カーボン繊維から構成されるものに限る必要もなく、十分なガス拡散性および導電性を有し、かつ繊維状導電体で構成されるものであれば、いずれの構成の拡散層としてもよい。
【００４０】
（３）前記実施例では、第１および第２の撥水ペーストＰＳ１、ＰＳ２は、カーボン粉末またはカーボン繊維と、フッ素系ポリマーと、溶媒との混合物であったが、カーボン粉末またはカーボン繊維はカーボンナノチューブ、Ａｕなどの金属粒子等の他の導電性材料に換えることもできるし、フッ素系ポリマーはポリフッ化ビニリデン （ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン／パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）共重合体（ＰＦＡ）等の他のポリマーに換えることもできる。また、第１および第２の撥水ペーストＰＳ１、ＰＳ２は、導電性材料と撥水剤と溶媒との混合物に換えて、他の材料によって構成してもよい。さらに、前記実施例では、第１および第２の撥水ペーストＰＳ１、ＰＳ２は同一材料としたが、必ずしも同一である必要はなく、例えば、第１の撥水ペーストＰＳ１はポリマーをＰＴＦＥとし、第２の撥水ペーストＰＳ２はポリマーをＦＥＰとした構成のように第１および第２の撥水ペーストＰＳ１、ＰＳ２を異なる材料としてもよい。
【００４１】
（４）前記第１の工程により形成するシート状の第１の撥水ペーストの平面形状は、矩形はもちろんのこと、所定のパターン形状に形成されたものであってもよい。
【００４２】
（５）前記実施例では、第３の工程において、第２の工程により得られた第１の撥水ペーストＰＳ１の硬化物ＳＬの一方の面に、第２の撥水ペーストＰＳ２を介して拡散層としての拡散層基材ＢＳを隣接する構成であったが、これに換えて、硬化物ＳＬの一方の面に拡散層基材ＢＳを直接載せて、この拡散層基材ＢＳと硬化物ＳＬの境界領域に第２の撥水ペーストＰＳ２を流し込む構成としてもよい。要は、硬化物ＳＬの一方の面に、第２の撥水ペーストＰＳ２とともに拡散層基材ＢＳを隣接させる構成であればいずれの構成としてもよい。
【００４３】
（６）前記実施例では、第４の工程として、押圧ローラ１２８で押圧し、その後、第２の加熱炉１３０により乾燥硬化する構成としたが、これに換えて、ホットプレス機により、押圧と乾燥硬化を同時に行う構成としてもよい。
【００４４】
（７）前記実施例では、燃料電池は固体高分子型燃料電池としたが、固体酸化物型燃料電池やリン酸型燃料電池等、異なる種類の燃料電池に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例に係る製造方法により製造された拡散層を含む燃料電池１０を概略的に示す説明図である。
【図２】燃料電池用拡散層の製造装置の概略構成を示す説明図である。
【図３】前記実施例の作用効果を示す説明図である。
【図４】従来例の課題を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…燃料電池
１２…単セル
２０…電解質膜
３０…アノード
３２…触媒層
３４…撥水層
３６…拡散層
４０…カソード
４２…触媒層
４４…撥水層
４６…拡散層
６０…セパレータ
６２…単セル内酸化剤ガス流路
６４…単セル内燃料ガス流路
１００…燃料電池用拡散層の製造装置
１１０…送出ローラ
１１２…搬送ローラ
１１４…巻取ローラ
１１６…供給部
１１８…回収部
１２０…第１のホッパ
１２２…ブレード
１２４…第１の加熱炉
１２６…第２のホッパ
１２８…押圧ローラ
１３０…第２の加熱炉
ＲＤ…拡散層
ＡＤ…接着層
ＳＨ…積層用シート
ＳＬ…硬化物
ＢＳ…拡散層基材
ＰＳ１…第１の撥水ペースト
ＰＳ２…第２の撥水ペースト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撥水層が付設された燃料電池用拡散層の製造方法であって、
第１の撥水ペーストをシート状に形成する第１の工程と、
前記第１の工程により得られたシート状の第１の撥水ペーストを乾燥硬化する第２の工程と、
前記第２の工程により得られたシート状の硬化物の一方の面に、第２の撥水ペーストとともに拡散層を隣接させる第３の工程と、
前記シート状の硬化物、前記第２の撥水ペーストおよび前記拡散層を積層方向に押圧し、前記第２の撥水ペーストを乾燥硬化する第４の工程と
を備える燃料電池用拡散層の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用拡散層の製造方法であって、
前記第１および第２の撥水ペーストは、
導電性材料と撥水剤と溶媒との混合物である、燃料電池用拡散層の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池用拡散層の製造方法であって、
前記導電性材料は、カーボン粉末またはカーボン繊維である、燃料電池用拡散層の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料電池用拡散層の製造方法であって、
前記撥水剤は、フッ素系ポリマーである、燃料電池用拡散層の製造方法。
【請求項５】
撥水層が付設された燃料電池用拡散層の製造装置であって、
第１の撥水ペーストをシート状に形成する撥水ペーストシート化手段と、
前記撥水ペーストシート化手段により得られたシート状の第１の撥水ペーストを乾燥硬化する乾燥硬化手段と、
前記乾燥硬化手段により得られたシート状の硬化物の一方の面に、第２の撥水ペーストとともに拡散層を隣接させる拡散層付設手段と、
前記シート状の硬化物、前記第２の撥水ペーストおよび前記拡散層を積層方向に押圧し、前記第２の撥水ペーストを乾燥硬化する押圧・乾燥硬化手段と
を備える燃料電池用拡散層の製造装置。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池用拡散層の製造装置であって、
前記第１の撥水ペーストを載せるための帯状の積層用シートを所定の方向に搬送する搬送手段を備え、
前記撥水ペーストシート化手段、乾燥硬化手段、拡散層付設手段および押圧・乾燥硬化手段は、前記搬送手段の経路に沿って配置された構成である、燃料電池用拡散層の製造装置。
【請求項１】
撥水層が付設された燃料電池用拡散層の製造方法であって、
第１の撥水ペーストをシート状に形成する第１の工程と、
前記第１の工程により得られたシート状の第１の撥水ペーストを乾燥硬化する第２の工程と、
前記第２の工程により得られたシート状の硬化物の一方の面に、第２の撥水ペーストとともに拡散層を隣接させる第３の工程と、
前記シート状の硬化物、前記第２の撥水ペーストおよび前記拡散層を積層方向に押圧し、前記第２の撥水ペーストを乾燥硬化する第４の工程と
を備える燃料電池用拡散層の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用拡散層の製造方法であって、
前記第１および第２の撥水ペーストは、
導電性材料と撥水剤と溶媒との混合物である、燃料電池用拡散層の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池用拡散層の製造方法であって、
前記導電性材料は、カーボン粉末またはカーボン繊維である、燃料電池用拡散層の製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料電池用拡散層の製造方法であって、
前記撥水剤は、フッ素系ポリマーである、燃料電池用拡散層の製造方法。
【請求項５】
撥水層が付設された燃料電池用拡散層の製造装置であって、
第１の撥水ペーストをシート状に形成する撥水ペーストシート化手段と、
前記撥水ペーストシート化手段により得られたシート状の第１の撥水ペーストを乾燥硬化する乾燥硬化手段と、
前記乾燥硬化手段により得られたシート状の硬化物の一方の面に、第２の撥水ペーストとともに拡散層を隣接させる拡散層付設手段と、
前記シート状の硬化物、前記第２の撥水ペーストおよび前記拡散層を積層方向に押圧し、前記第２の撥水ペーストを乾燥硬化する押圧・乾燥硬化手段と
を備える燃料電池用拡散層の製造装置。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池用拡散層の製造装置であって、
前記第１の撥水ペーストを載せるための帯状の積層用シートを所定の方向に搬送する搬送手段を備え、
前記撥水ペーストシート化手段、乾燥硬化手段、拡散層付設手段および押圧・乾燥硬化手段は、前記搬送手段の経路に沿って配置された構成である、燃料電池用拡散層の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１８１８９１（Ｐ２００９−１８１８９１Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１５２３（Ｐ２００８−２１５２３）
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【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２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]