電解質膜の製造方法
【課題】ネックインやシワ、たわみなどの変形を抑制し、薄膜化が可能な電解質膜の製造方法を提供する。
【解決手段】所定の間隔を空けて配置された少なくとも２つの接着層を同一の面に備える支持材を用意し、接着層の間を跨ぐように前記接着層上に電解質膜を配置して、接着層の間を切断する。前記電解質膜は少なくとも片面に補強材を備える。切断された前記電解質膜に電解質を含浸して、イオン導電性を付与する。前記支持材は接着層の間を切断された後再利用される。
【解決手段】所定の間隔を空けて配置された少なくとも２つの接着層を同一の面に備える支持材を用意し、接着層の間を跨ぐように前記接着層上に電解質膜を配置して、接着層の間を切断する。前記電解質膜は少なくとも片面に補強材を備える。切断された前記電解質膜に電解質を含浸して、イオン導電性を付与する。前記支持材は接着層の間を切断された後再利用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池（以下、単に「燃料電池」と呼ぶ）は、電解質膜の両面に電極が配置された膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ、ＭＥＡ）を備える。燃料電池に用いられる電解質膜は、イオン伝導性を向上させるために薄膜化される傾向にあるが、薄膜化された電解質膜は、機械的強度が低いため、加工性や取り扱い性等が低下する。そこで、このような薄い電解質膜の搬送を行う場合等には、電解質膜の全面に高剛性のバックアップフィルム等の支持材を密着させることで、加工性や取り扱い性等を向上させている。
【０００３】
しかし、このような支持材と電解質膜とを全面で密着させると、支持材から電解質膜を剥離する際に、電解質膜に引っ張り応力がかかることによって電解質膜に膜幅方向の収縮（以下、「ネックイン」ともいう）やシワ、たわみなどの変形が生じることがあった。電解質膜の変形を抑制する技術として、例えば、特許文献１には、電解質膜の外周部分を補強用面状材によって保持する技術が開示されている。しかし、この技術では、燃料電池の発電の際に生じる電解質膜の膨潤・収縮によるシワなどの発生を抑制することを図っているものの、補強用面状材の中央部分を電解質膜から剥離する際に生じる電解質膜のネックインやシワ、たわみなどの変形については考慮されていなかった。かかる問題は、固体高分子形燃料電池に限らず、薄い電解質膜を用いた燃料電池、例えば、ダイレクトメタノール形燃料電池などにも共通する問題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０２７２２７号公報
【特許文献２】特開２００２−２８００１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、ネックインやシワ、たわみなどの変形を抑制可能な電解質膜の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］電解質膜の製造方法であって、所定の間隔を空けて配置された少なくとも２つの接着層を同一の面に備える支持材を用意する第１工程と、前記接着層の間を跨いで前記接着層上に電解質膜を配置する第２工程と、前記接着層上に配置された前記電解質膜を前記接着層の間で切断する第３工程と、を備える製造方法。
【０００８】
このような製造方法であれば、支持材は所定の間隔を空けて配置された少なくとも２つの接着層を同一の面に備えており、その接着層の間を跨いで電解質膜が配置される。したがって、その接着層の間を切断して電解質膜を得ることで、電解質膜にネックインやシワ、たわみなどの変形が生じることを軽減することができる。
【０００９】
［適用例２］適用例１に記載の製造方法であって、前記電解質膜は少なくとも片面に補強材を備える、製造方法。このような製造方法であれば、電解質膜の強度を補強材によって補うことができる。
【００１０】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の製造方法であって、切断された前記電解質膜に電解質を含浸して、イオン伝導性を付与する、製造方法。このような製造方法であれば、切断された補強材および電解質膜に電解質を含浸して、イオン伝導性を付与することで燃料電池の電解質膜として利用できる。
【００１１】
［適用例４］適用例１から適用例３までのいずれか一の適用例に記載の製造方法であって、さらに前記第３工程後に前記支持材上に残存した前記電解質膜を剥離する第４工程を備え、前記第４工程で前記電解質膜が剥離された前記支持材を前記第１工程で用意する支持材として用いる、製造方法。このような製造方法であれば、支持材上に残存した電解質膜を剥離するので、支持材を電解質膜の製造に再利用することができる。その結果、電解質膜の製造にかかるコストを低減することができる。
【００１２】
本発明は、上述した電解質膜の製造方法のほか、種々の形態で実現することが可能である。例えば、電解質膜の製造装置、電解質膜を備えた膜電極接合体や、膜電極接合体を備えた燃料電池、燃料電池を備えた燃料電池システム、燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態としての製造方法により製造された電解質膜を備える燃料電池の概略構成を示す部分断面図である。
【図２】電解質膜の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】ステップＳ１０を説明するための模式図である。
【図４】ステップＳ２０を説明するための模式図である。
【図５】ステップＳ４０を説明するための模式図である。
【図６】ステップＳ７０を説明するための模式図である。
【図７】支持材を再利用する様子を示した模式図である。
【図８】電解質膜のネックイン量の測定結果を示した図である。
【図９】燃料電池のサイクル数とクロスリーク量の関係を示した図である。
【図１０】接着層の上で補強材と電解質膜材前駆体を切断する様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
Ａ．電解質膜を備える燃料電池の構成：
図１は、本発明の一実施形態としての製造方法によって製造された電解質膜を備える、燃料電池１００の概略構成を示す部分断面図である。この燃料電池１００は、反応ガスとして燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば酸素）の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１００は、複数の単セル３０が積層されたスタック構造を有する。
【００１５】
単セル３０は、電解質膜１０と、電解質膜１０の両面にそれぞれ形成されるアノード側電極３１ａおよびカソード側電極３１ｃと、を有する膜電極接合体２０を備える。膜電極接合体２０は、一方の面にアノード側ガス拡散層３２ａを、もう一方の面にカソード側ガス拡散層３２ｃを備えており、アノード側ガス拡散層３２ａはアノード側セパレータ３３ａと、カソード側ガス拡散層３２ｃはカソード側セパレータ３３ｃと隣接している。アノード側ガス拡散層３２ａとアノード側セパレータ３３ａの間には、燃料ガス流路３４ａが、カソード側ガス拡散層３２ｃとカソード側セパレータ３３ｃとの間には、酸化剤ガス流路３４ｃが形成されている。
【００１６】
電解質膜１０は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示すフッ素樹脂系のイオン交換膜であり、本実施形態においては電解質膜材１１のアノード側の面に補強材１２ａが配置され、カソード側の面に補強材１２ｃが配置された三層構造を有している。電解質膜１０を構成する電解質膜材１１は、固体高分子材料としてのフッ素系スルホン酸ポリマーにより形成された高分子電解質膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。本実施形態では、電解質膜材１１として、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）を用いる。補強材１２ａおよび１２ｃは、プロトン伝導性を有する層であり、電解質膜材１１を補強する部材である。本実施形態では補強材１２ａおよび１２ｃとして、薄膜状に形成されたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を用いる。以降、補強材１２ａおよび１２ｃをまとめて単に補強材１２とも記す。
【００１７】
アノード側電極３１ａおよびカソード側電極３１ｃは、白金や白金合金などの触媒を担持したカーボン粒子と、プロトン伝導性を示す固体高分子形電解質樹脂とを含んでいる。アノード側ガス拡散層３２ａおよびカソード側ガス拡散層３２ｃは、ガス透過性を有するとともに導電性を有する材料で形成されている。アノード側ガス拡散層３２ａおよびカソード側ガス拡散層３２ｃの材料としては、例えばカーボンペーパーやカーボンクロス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を用いることができる。
【００１８】
アノード側セパレータ３３ａおよびカソード側セパレータ３３ｃは、ガス遮断性および電子伝導性を有する部材によって形成されている。本実施形態では、アノード側セパレータ３３ａおよびカソード側セパレータ３３ｃは、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンによって形成されている。なお、アノード側セパレータ３３ａおよびカソード側セパレータ３３ｃは、緻密質カーボン等のカーボン製部材の他に、プレス成形されたステンレス鋼などの金属部材によって形成することができる。
【００１９】
燃料ガス流路３４ａはアノード側ガス拡散層３２ａとアノード側セパレータ３３ａの間に、酸化剤ガス流路３４ｃはカソード側ガス拡散層３２ｃとカソード側セパレータ３３ｃとの間にそれぞれ形成されている。燃料ガス流路３４ａは水素（Ｈ2）ガスの流炉として、酸化剤ガス流路３４ｃは酸素（Ｏ2）ガスの流路である。
【００２０】
Ｂ．電解質膜の製造方法：
図２は、補強材１２を備える電解質膜１０の製造方法を示すフローチャートである。図３〜図５は、図２のフローチャートに示されたステップＳ１０からステップＳ４０を説明するための模式図である。具体的には、図３は、ステップＳ１０を説明するための模式図であり、図４（ａ）〜（ｃ）は、ステップＳ２０の工程を説明するための模式図である。また、図５（ａ）および（ｂ）は、ステップＳ４０を説明するための模式図である。ステップＳ１０は本願の第１工程に、ステップＳ２０は第２工程に、ステップＳ４０は第３工程にそれぞれ対応している。
【００２１】
ステップＳ１０では、図３に示すように、所定の間隔を空けて配置された２つの接着層３を同一の面に備える支持材４を用意する。支持材４は、電解質膜１０の備える補強材１２よりも剛性が高いという性質を有し、補強材１２や電解質膜材１１の形状を保持してネックインやシワ、たわみなどの変形なく搬送するための搬送材として用いられる。支持材４は、例えば、フィルム状に形成されたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＩ（ポリイミド）、フッ素樹脂などのバックアップフィルムを用いることができる。接着層３は、補強材１２ａと支持材４とを接着させるために用いられる。接着層３が支持材４上に配置される間隔（一方の接着層３の最端部から、他方の接着層３の最端部までをいい、図３に「Ｌ１」で示した長さを意味する）は、後述するステップＳ４０において、支持材４から電解質膜１０を切断する幅（例えば、図３に「Ｌ２」で示した長さ）よりも広い間隔である。接着層３は、例えばシリコーンゴムを基材とした幅数ｍｍから２０ｍｍのテープを用いることができる。接着層３としては、その他、天然ゴムや、アクリル酸エステル共重合体などを基材としたテープを用いてもよい。
【００２２】
接着層３を同一の面に備える支持材４を用意した後、ステップＳ２０では、接着層３上に補強材１２および電解質膜材１１の前駆体を配置する。電解質膜材１１の前駆体（以降、電解質膜材前駆体１１ｆとも記す）とは、イオン伝導性が付与される前の電解質膜材１１を意味する。ステップＳ２０においては、具体的には、例えば、図４（ａ）に示すように、接着層３の間を跨いで補強材１２ａを配置する。補強材１２ａは、支持材４の高い剛性により、支持材４上に接着層３を介してネックインやシワ、たわみなどの変形なく配置される。接着層３を備える支持材４上に配置された補強材１２ａの上には、電解質膜材前駆体１１ｆが配置される（図４（ｂ））。電解質膜材前駆体１１ｆは、例えば押出成形により、補強材１２ａ上に配置することができる。電解質膜材１１の両面を補強する場合は、電解質膜材１１上に、さらに補強材１２ｃを貼りあわせる（図４（ｃ））。このように設置された電解質膜材前駆体１１ｆおよび補強材１２（１２ａおよび１２ｃ）は、接着層３の間において、支持材４と密着していない箇所が存在する。
【００２３】
支持材４上に接着層３の間を跨いで補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆが配置されると、補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆは、支持材４により所定の加工位置まで搬送される（ステップＳ３０）。補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆの搬送は、支持材４の高い剛性により、ネックインやシワ、たわみなどの変形が抑制された状態で行われる。
【００２４】
ステップＳ４０では、ステップＳ２０において支持材４上の接着層３の間を跨いで配置された補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆとを、例えばカッター９で切断する。図５（ａ）に示すように、補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体を切断する箇所は、接着層３の間において、支持材と密着していない箇所である。また、その切断する幅は、図３および図５（ａ）において「Ｌ２」で示した幅である。したがって、切断された補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体は、図５（ｂ）に示すように、接着層３および支持材４を有していない。また、補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体を切断するカッター９の先端の侵入深さは、図５（ａ）に示すように支持材４にカッター９が接していない深さである。したがって、本実施形態においては、補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体の切断によって、支持材４にダメージが与えられていない。なお、補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体は、図５（ｂ）に示すように切断した後に支持材４から分離されても、電解質膜材前駆体１１ｆがある程度の粘着力を有しているので、積層体としての形状を保つ程度に一体化している。
【００２５】
以上のステップＳ１０からステップＳ４０を行えば、補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆが積層された電解質膜１０を得ることができる。本実施形態において得られる補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆが積層された電解質膜１０は、支持材４上の２箇所の接着層３の間において図３および図５（ａ）で「Ｌ２」で示した幅を支持材４と密着していない箇所において切断するため、図５（ｂ）に示すように、接着層３および支持材４を備えていない。
【００２６】
次に、上記ステップＳ４０で得られた補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆが積層された電解質膜１０に電解質を含浸する（ステップＳ５０）。電解質の含浸は、例えば、補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆが積層された電解質膜１０に電解質材を含む溶液を塗布した後、搬送用ロール上で熱を加えることにより行う。電解質としては、例えばフッ素系スルホン酸ポリマーなどの電解質ポリマーを用いることができる。その後、電解質を含浸した電解質膜１０にイオン伝導性を付与する（ステップＳ６０）。イオン伝導性は、例えば、まずアルカリ溶液（ＮａＯＨ溶液）に、ステップＳ５０において電解質を含浸した補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆが積層された電解質膜１０を浸漬して、補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆが有する−ＳＯ2Ｆ基を−ＳＯ3Ｎａ基に変性させる。その後、それらを水洗して酸性溶液（Ｈ2ＳＯ4溶液およびＨ2ＮＯ3溶液）に浸漬して−ＳＯ3Ｎａ基を−ＳＯ3Ｈ基へ変性させることによって、付与することができる。
【００２７】
ステップＳ５０からステップＳ６０を行えば、電解質が含浸され、イオン伝導性が付与された電解質膜１０を得ることができる。この電解質膜１０の両面に、アノード側電極３１ａ、カソード側電極３１ｃを形成することにより、図１に示す膜電極接合体２０を得ることができる。
【００２８】
Ｃ．支持材の再利用を伴う電解質膜の製造方法：
図６は図２のフローチャートに示されたステップＳ７０を説明するための模式図である。ステップＳ７０では、ステップＳ４０において電解質膜１０を切断した後に図６（ａ）に示すように支持材４上に残存した補強材１２ａ、電解質膜材前駆体１１ｆ、補強材１２ｃ（以降、支持材４上に残存した補強材１２ａ、電解質膜材前駆体１１ｆ、補強材１２ｃをまとめて「端材」ともいう）を、接着層３から剥離する。なお、ステップＳ７０は本願の第４工程に対応する。端材が剥離されると、支持材４上には接着層３のみが残るため（図６（ｂ））、端材が剥離された支持材４を上記ステップＳ１０で用いる支持材４として再利用することができる。
【００２９】
図７は、ステップＳ１０からステップＳ７０を行うことで支持材４を再利用する様子を示した模式図である。上記のような電解質膜１０の製造方法であれば、図７に示すように電解質膜１０を製造する工程で、接着層３を備える支持材４をベルトコンベアやラインコンベアで循環させて電解質膜１０を製造することができる。したがって、接着層３を備える支持材４をステップＳ１０において毎回用意する必要がなくなり、作業性を向上させることができる。また、比較的高価な支持材４を電解質膜１０の製造に再利用することができるため、電解質膜１０の製造コストを低減することができる。なお、接着層３の接着力が、補強材１２を接着するために十分な接着力でなくなった場合には、ステップＳ７０において支持材４から十分な接着力でなくなった接着層３をいったん剥離した後に、その支持材４にあらたな接着層３を配置して循環させることもできる。
【００３０】
Ｄ．実験結果：
図８は、本実施形態において作製した電解質膜１０と比較対象の電解質膜とのネックイン量の測定結果を示した図である。比較対象の電解質膜は支持材４と全面で密着した電解質膜であり、次のように作製した。まず、支持材４上にフィルム状の接着層３を全面に貼り合わせ、その上に直接補強材１２ａ、電解質膜材前駆体１１ｆ、補強材１２ｃの順に重ね合わせて、図３および図５（ａ）において「Ｌ２」で示した幅をカッター９で切断した。次に、フィルム状の接着層３が全面に貼り合わせられた支持材４から、補強材１２ａと電解質膜材前駆体１１ｆと補強材１２ｃが重ねて貼り合わされた電解質膜を剥離した。この剥離した電解質膜を比較対象の電解質膜とした。電解質膜のネックイン量は、それぞれの電解質膜をカッター９で切断する幅（カット幅）を基準として、作製後の電解質膜の幅を測定することにより、基準に対して収縮した割合を以下の式（１）にて算出した。
【００３１】
（（カット幅−作製後の電解質膜の幅）／カット幅）×１００ …（１）
【００３２】
図８に示すように、比較対象の電解質膜のネックイン量は約１５％であるのに対して、本実施形態の電解質膜１０のネックイン量は１％未満である。この結果から、本実施形態において作製した電解質膜１０は、比較対象の電解質膜よりもネックイン量が大幅に減少することがわかる。
【００３３】
図９は、本実施形態において作製した電解質膜１０を備える燃料電池１００を「本実施形態品」、比較対象の電解質膜を備える燃料電池を「比較対象品」として、それぞれの燃料電池のサイクル数とクロスリーク量の関係を示した図である。サイクル数とは、燃料電池の高温状態と低温状態を１サイクルとした場合の繰り返し回数であり、具体的には、燃料電池の起動と停止を１サイクルとした場合の繰り返し回数を意味する。クロスリーク量とは、アノードとカソードとの間のガスのリーク量（透過量）であり、図９では、単セル３０におけるクロスリーク量を示している。図９に示すように、本実施形態の電解質膜１０を用いた燃料電池１００は、比較対象の電解質膜を用いた燃料電池と比べると、サイクル数の増加に伴うクロスリーク量の増加が抑制されていた。
【００３４】
燃料電池の高温状態と低温状態を繰り返すと電解質膜も収縮・膨潤を繰り返すが、電解質膜がネックインやシワ、たわみなどにより変形している箇所は強度が弱いことから、そのような箇所においては電解質膜が劣化してクロスリークが生じやすい。本実施形態の電解質膜１０を用いた燃料電池１００は、比較対象の電解質膜を用いた燃料電池と比べて電解質膜のネックイン量が少ないために、サイクル数が増加しても電解質膜の劣化が少なく、クロスリーク量の増加が抑制されたと考えられる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の電解質膜１０の製造方法によれば、電解質膜１０は、支持材４を用いて搬送されるので、搬送中のネックインやシワ、たわみなどの変形を抑制することができる。また、電解質膜１０は、支持材４上の２箇所の接着層３上に配置され、接着層３の間において切断されるので、電解質膜１０から支持材４を剥離する際に生じる電解質膜１０のネックインやシワ、たわみなどの変形も抑制することができる。その結果、本実施形態の電解質膜１０を備える燃料電池は、高温状態と低温状態を繰り返しても、クロスリーク量が少なく、耐久性が高い。さらに、本実施形態の電解質膜１０の製造方法は、比較的高価な支持材４を電解質膜１０の製造に再利用することが可能である。そのため、電解質膜１０の製造コストを低減することができる。すなわち、本実施形態の電解質膜１０の製造方法は、電解質膜１０の品質の向上と、製造コストの低減とを同時に達成することができる。
【００３６】
Ｅ．変形例：
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができる。例えば、以下のような変形が可能である。
【００３７】
上述した電解質膜の製造方法では、電解質膜材１１として、ナフィオンを用いたが、電解質膜材１１はこれに限定されず、例えば、アシプレックス（登録商標）、フレミオン（登録商標）等の他のフッ素系スルホン酸膜を用いることができる。また、電解質膜材１１として、フッ素系ホスホン酸膜、フッ素系カルボン酸膜、フッ素炭化水素系グラフト膜、炭化水素系グラフト膜、芳香族膜等が用いられてもよい。
【００３８】
上述した電解質膜の製造方法では、補強材１２として、ＰＴＦＥフィルムを用いたが、補強材１２はこれに限定されず、耐酸性、アルカリ性の素材で形成することができ、例えば、ＰＦＡ（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）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などのフッ素系樹脂で形成することができる。また、補強材１２は、電解質膜材１１を部分的に補強する形状（例えば、電解質膜材１１を部分的に補強する格子状の形状や、電解質膜の外周部を補強する形状）であってもよい。
【００３９】
上述した電解質膜の製造方法におけるステップＳ１０では、図３に示すように「Ｌ１」の間隔を空けて２つの接着層３を備える支持材４を用意したが、支持材４が備える接着層３の数はこれに限らない。例えば、４つの接着層３を矩形状に備える支持材４を用意することもできる。
【００４０】
上述した電解質膜の製造方法におけるステップＳ２０では、接着層３上に補強材１２ａを設置し、その上に電解質膜材前駆体１１ｆを設置してさらに補強材１２ｃを設置したが、接着層３上に補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆを設置する順番はこれに限らない。設置する順番は、接着層３上に電解質膜材前駆体１１ｆを設置し、その上に補強材１２ａを設置する順番でもよい。また、ステップＳ２０では、十分な強度を有する電解質膜材１１（例えば、厚さ３０μｍ程度の電解質膜材１１）であれば、補強材１２の設置を省略することができる。
【００４１】
上述した電解質膜の製造方法におけるステップＳ４０では、補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体を、接着層３の間でかつ接着層３に接していない箇所において切断したが、切断箇所は、一方の接着層３の最端部から、他方の接着層３の最端部までであれば、接着層３の上であってもかまわない。図１０は、接着層３の上で補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを切断する様子を示した図である。このような場合でも、上述した比較対象の電解質膜の製造方法のように補強材１２ａの全面に接着層３や支持材４が貼りあわされていないので、接着層３を剥離する際に生じるネックインやシワ、たわみなどの変形を抑制することができる。なお、接着層３と支持材４の接着力の方が、接着層３と補強材１２との接着力よりも大きいと、接着層３は支持材４上に残るので、図７に示すように接着層３を備える支持材４を電解質膜の製造に容易に再利用することができる。
【００４２】
上述した電解質膜の製造方法におけるステップＳ４０では、補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体を切断するカッター９の先端の侵入深さは、支持材４にカッター９が触れることがない深さであったが、カッター９の先端の侵入深さは支持材４の剛性を保つことができる程度の深さであれば、支持材４に触れる深さであってもよい。このような深さで支持材４上の補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体を切断しても、支持材４の再利用が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
３…接着層
４…支持材
９…カッター
１０…電解質膜
１１…電解質膜材
１１ｆ…電解質膜材前駆体
１２（１２ａ、１２ｃ）…補強材
２０…膜電極接合体
３０…単セル
３１ａ…アノード側電極
３１ｃ…カソード側電極
３２ａ…アノード側ガス拡散層
３２ｃ…カソード側ガス拡散層
３３ａ…アノード側セパレータ
３３ｃ…カソード側セパレータ
３４ａ…燃料ガス流路
３４ｃ…酸化剤ガス流路
１００…燃料電池
Ｌ１…接着層が支持材上に配置される間隔
Ｌ２…支持材から電解質膜を切断する幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池（以下、単に「燃料電池」と呼ぶ）は、電解質膜の両面に電極が配置された膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ、ＭＥＡ）を備える。燃料電池に用いられる電解質膜は、イオン伝導性を向上させるために薄膜化される傾向にあるが、薄膜化された電解質膜は、機械的強度が低いため、加工性や取り扱い性等が低下する。そこで、このような薄い電解質膜の搬送を行う場合等には、電解質膜の全面に高剛性のバックアップフィルム等の支持材を密着させることで、加工性や取り扱い性等を向上させている。
【０００３】
しかし、このような支持材と電解質膜とを全面で密着させると、支持材から電解質膜を剥離する際に、電解質膜に引っ張り応力がかかることによって電解質膜に膜幅方向の収縮（以下、「ネックイン」ともいう）やシワ、たわみなどの変形が生じることがあった。電解質膜の変形を抑制する技術として、例えば、特許文献１には、電解質膜の外周部分を補強用面状材によって保持する技術が開示されている。しかし、この技術では、燃料電池の発電の際に生じる電解質膜の膨潤・収縮によるシワなどの発生を抑制することを図っているものの、補強用面状材の中央部分を電解質膜から剥離する際に生じる電解質膜のネックインやシワ、たわみなどの変形については考慮されていなかった。かかる問題は、固体高分子形燃料電池に限らず、薄い電解質膜を用いた燃料電池、例えば、ダイレクトメタノール形燃料電池などにも共通する問題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０２７２２７号公報
【特許文献２】特開２００２−２８００１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、ネックインやシワ、たわみなどの変形を抑制可能な電解質膜の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］電解質膜の製造方法であって、所定の間隔を空けて配置された少なくとも２つの接着層を同一の面に備える支持材を用意する第１工程と、前記接着層の間を跨いで前記接着層上に電解質膜を配置する第２工程と、前記接着層上に配置された前記電解質膜を前記接着層の間で切断する第３工程と、を備える製造方法。
【０００８】
このような製造方法であれば、支持材は所定の間隔を空けて配置された少なくとも２つの接着層を同一の面に備えており、その接着層の間を跨いで電解質膜が配置される。したがって、その接着層の間を切断して電解質膜を得ることで、電解質膜にネックインやシワ、たわみなどの変形が生じることを軽減することができる。
【０００９】
［適用例２］適用例１に記載の製造方法であって、前記電解質膜は少なくとも片面に補強材を備える、製造方法。このような製造方法であれば、電解質膜の強度を補強材によって補うことができる。
【００１０】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の製造方法であって、切断された前記電解質膜に電解質を含浸して、イオン伝導性を付与する、製造方法。このような製造方法であれば、切断された補強材および電解質膜に電解質を含浸して、イオン伝導性を付与することで燃料電池の電解質膜として利用できる。
【００１１】
［適用例４］適用例１から適用例３までのいずれか一の適用例に記載の製造方法であって、さらに前記第３工程後に前記支持材上に残存した前記電解質膜を剥離する第４工程を備え、前記第４工程で前記電解質膜が剥離された前記支持材を前記第１工程で用意する支持材として用いる、製造方法。このような製造方法であれば、支持材上に残存した電解質膜を剥離するので、支持材を電解質膜の製造に再利用することができる。その結果、電解質膜の製造にかかるコストを低減することができる。
【００１２】
本発明は、上述した電解質膜の製造方法のほか、種々の形態で実現することが可能である。例えば、電解質膜の製造装置、電解質膜を備えた膜電極接合体や、膜電極接合体を備えた燃料電池、燃料電池を備えた燃料電池システム、燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態としての製造方法により製造された電解質膜を備える燃料電池の概略構成を示す部分断面図である。
【図２】電解質膜の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】ステップＳ１０を説明するための模式図である。
【図４】ステップＳ２０を説明するための模式図である。
【図５】ステップＳ４０を説明するための模式図である。
【図６】ステップＳ７０を説明するための模式図である。
【図７】支持材を再利用する様子を示した模式図である。
【図８】電解質膜のネックイン量の測定結果を示した図である。
【図９】燃料電池のサイクル数とクロスリーク量の関係を示した図である。
【図１０】接着層の上で補強材と電解質膜材前駆体を切断する様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
Ａ．電解質膜を備える燃料電池の構成：
図１は、本発明の一実施形態としての製造方法によって製造された電解質膜を備える、燃料電池１００の概略構成を示す部分断面図である。この燃料電池１００は、反応ガスとして燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば酸素）の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１００は、複数の単セル３０が積層されたスタック構造を有する。
【００１５】
単セル３０は、電解質膜１０と、電解質膜１０の両面にそれぞれ形成されるアノード側電極３１ａおよびカソード側電極３１ｃと、を有する膜電極接合体２０を備える。膜電極接合体２０は、一方の面にアノード側ガス拡散層３２ａを、もう一方の面にカソード側ガス拡散層３２ｃを備えており、アノード側ガス拡散層３２ａはアノード側セパレータ３３ａと、カソード側ガス拡散層３２ｃはカソード側セパレータ３３ｃと隣接している。アノード側ガス拡散層３２ａとアノード側セパレータ３３ａの間には、燃料ガス流路３４ａが、カソード側ガス拡散層３２ｃとカソード側セパレータ３３ｃとの間には、酸化剤ガス流路３４ｃが形成されている。
【００１６】
電解質膜１０は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示すフッ素樹脂系のイオン交換膜であり、本実施形態においては電解質膜材１１のアノード側の面に補強材１２ａが配置され、カソード側の面に補強材１２ｃが配置された三層構造を有している。電解質膜１０を構成する電解質膜材１１は、固体高分子材料としてのフッ素系スルホン酸ポリマーにより形成された高分子電解質膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。本実施形態では、電解質膜材１１として、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）を用いる。補強材１２ａおよび１２ｃは、プロトン伝導性を有する層であり、電解質膜材１１を補強する部材である。本実施形態では補強材１２ａおよび１２ｃとして、薄膜状に形成されたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を用いる。以降、補強材１２ａおよび１２ｃをまとめて単に補強材１２とも記す。
【００１７】
アノード側電極３１ａおよびカソード側電極３１ｃは、白金や白金合金などの触媒を担持したカーボン粒子と、プロトン伝導性を示す固体高分子形電解質樹脂とを含んでいる。アノード側ガス拡散層３２ａおよびカソード側ガス拡散層３２ｃは、ガス透過性を有するとともに導電性を有する材料で形成されている。アノード側ガス拡散層３２ａおよびカソード側ガス拡散層３２ｃの材料としては、例えばカーボンペーパーやカーボンクロス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を用いることができる。
【００１８】
アノード側セパレータ３３ａおよびカソード側セパレータ３３ｃは、ガス遮断性および電子伝導性を有する部材によって形成されている。本実施形態では、アノード側セパレータ３３ａおよびカソード側セパレータ３３ｃは、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンによって形成されている。なお、アノード側セパレータ３３ａおよびカソード側セパレータ３３ｃは、緻密質カーボン等のカーボン製部材の他に、プレス成形されたステンレス鋼などの金属部材によって形成することができる。
【００１９】
燃料ガス流路３４ａはアノード側ガス拡散層３２ａとアノード側セパレータ３３ａの間に、酸化剤ガス流路３４ｃはカソード側ガス拡散層３２ｃとカソード側セパレータ３３ｃとの間にそれぞれ形成されている。燃料ガス流路３４ａは水素（Ｈ2）ガスの流炉として、酸化剤ガス流路３４ｃは酸素（Ｏ2）ガスの流路である。
【００２０】
Ｂ．電解質膜の製造方法：
図２は、補強材１２を備える電解質膜１０の製造方法を示すフローチャートである。図３〜図５は、図２のフローチャートに示されたステップＳ１０からステップＳ４０を説明するための模式図である。具体的には、図３は、ステップＳ１０を説明するための模式図であり、図４（ａ）〜（ｃ）は、ステップＳ２０の工程を説明するための模式図である。また、図５（ａ）および（ｂ）は、ステップＳ４０を説明するための模式図である。ステップＳ１０は本願の第１工程に、ステップＳ２０は第２工程に、ステップＳ４０は第３工程にそれぞれ対応している。
【００２１】
ステップＳ１０では、図３に示すように、所定の間隔を空けて配置された２つの接着層３を同一の面に備える支持材４を用意する。支持材４は、電解質膜１０の備える補強材１２よりも剛性が高いという性質を有し、補強材１２や電解質膜材１１の形状を保持してネックインやシワ、たわみなどの変形なく搬送するための搬送材として用いられる。支持材４は、例えば、フィルム状に形成されたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＩ（ポリイミド）、フッ素樹脂などのバックアップフィルムを用いることができる。接着層３は、補強材１２ａと支持材４とを接着させるために用いられる。接着層３が支持材４上に配置される間隔（一方の接着層３の最端部から、他方の接着層３の最端部までをいい、図３に「Ｌ１」で示した長さを意味する）は、後述するステップＳ４０において、支持材４から電解質膜１０を切断する幅（例えば、図３に「Ｌ２」で示した長さ）よりも広い間隔である。接着層３は、例えばシリコーンゴムを基材とした幅数ｍｍから２０ｍｍのテープを用いることができる。接着層３としては、その他、天然ゴムや、アクリル酸エステル共重合体などを基材としたテープを用いてもよい。
【００２２】
接着層３を同一の面に備える支持材４を用意した後、ステップＳ２０では、接着層３上に補強材１２および電解質膜材１１の前駆体を配置する。電解質膜材１１の前駆体（以降、電解質膜材前駆体１１ｆとも記す）とは、イオン伝導性が付与される前の電解質膜材１１を意味する。ステップＳ２０においては、具体的には、例えば、図４（ａ）に示すように、接着層３の間を跨いで補強材１２ａを配置する。補強材１２ａは、支持材４の高い剛性により、支持材４上に接着層３を介してネックインやシワ、たわみなどの変形なく配置される。接着層３を備える支持材４上に配置された補強材１２ａの上には、電解質膜材前駆体１１ｆが配置される（図４（ｂ））。電解質膜材前駆体１１ｆは、例えば押出成形により、補強材１２ａ上に配置することができる。電解質膜材１１の両面を補強する場合は、電解質膜材１１上に、さらに補強材１２ｃを貼りあわせる（図４（ｃ））。このように設置された電解質膜材前駆体１１ｆおよび補強材１２（１２ａおよび１２ｃ）は、接着層３の間において、支持材４と密着していない箇所が存在する。
【００２３】
支持材４上に接着層３の間を跨いで補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆが配置されると、補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆは、支持材４により所定の加工位置まで搬送される（ステップＳ３０）。補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆの搬送は、支持材４の高い剛性により、ネックインやシワ、たわみなどの変形が抑制された状態で行われる。
【００２４】
ステップＳ４０では、ステップＳ２０において支持材４上の接着層３の間を跨いで配置された補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆとを、例えばカッター９で切断する。図５（ａ）に示すように、補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体を切断する箇所は、接着層３の間において、支持材と密着していない箇所である。また、その切断する幅は、図３および図５（ａ）において「Ｌ２」で示した幅である。したがって、切断された補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体は、図５（ｂ）に示すように、接着層３および支持材４を有していない。また、補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体を切断するカッター９の先端の侵入深さは、図５（ａ）に示すように支持材４にカッター９が接していない深さである。したがって、本実施形態においては、補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体の切断によって、支持材４にダメージが与えられていない。なお、補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体は、図５（ｂ）に示すように切断した後に支持材４から分離されても、電解質膜材前駆体１１ｆがある程度の粘着力を有しているので、積層体としての形状を保つ程度に一体化している。
【００２５】
以上のステップＳ１０からステップＳ４０を行えば、補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆが積層された電解質膜１０を得ることができる。本実施形態において得られる補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆが積層された電解質膜１０は、支持材４上の２箇所の接着層３の間において図３および図５（ａ）で「Ｌ２」で示した幅を支持材４と密着していない箇所において切断するため、図５（ｂ）に示すように、接着層３および支持材４を備えていない。
【００２６】
次に、上記ステップＳ４０で得られた補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆが積層された電解質膜１０に電解質を含浸する（ステップＳ５０）。電解質の含浸は、例えば、補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆが積層された電解質膜１０に電解質材を含む溶液を塗布した後、搬送用ロール上で熱を加えることにより行う。電解質としては、例えばフッ素系スルホン酸ポリマーなどの電解質ポリマーを用いることができる。その後、電解質を含浸した電解質膜１０にイオン伝導性を付与する（ステップＳ６０）。イオン伝導性は、例えば、まずアルカリ溶液（ＮａＯＨ溶液）に、ステップＳ５０において電解質を含浸した補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆが積層された電解質膜１０を浸漬して、補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆが有する−ＳＯ2Ｆ基を−ＳＯ3Ｎａ基に変性させる。その後、それらを水洗して酸性溶液（Ｈ2ＳＯ4溶液およびＨ2ＮＯ3溶液）に浸漬して−ＳＯ3Ｎａ基を−ＳＯ3Ｈ基へ変性させることによって、付与することができる。
【００２７】
ステップＳ５０からステップＳ６０を行えば、電解質が含浸され、イオン伝導性が付与された電解質膜１０を得ることができる。この電解質膜１０の両面に、アノード側電極３１ａ、カソード側電極３１ｃを形成することにより、図１に示す膜電極接合体２０を得ることができる。
【００２８】
Ｃ．支持材の再利用を伴う電解質膜の製造方法：
図６は図２のフローチャートに示されたステップＳ７０を説明するための模式図である。ステップＳ７０では、ステップＳ４０において電解質膜１０を切断した後に図６（ａ）に示すように支持材４上に残存した補強材１２ａ、電解質膜材前駆体１１ｆ、補強材１２ｃ（以降、支持材４上に残存した補強材１２ａ、電解質膜材前駆体１１ｆ、補強材１２ｃをまとめて「端材」ともいう）を、接着層３から剥離する。なお、ステップＳ７０は本願の第４工程に対応する。端材が剥離されると、支持材４上には接着層３のみが残るため（図６（ｂ））、端材が剥離された支持材４を上記ステップＳ１０で用いる支持材４として再利用することができる。
【００２９】
図７は、ステップＳ１０からステップＳ７０を行うことで支持材４を再利用する様子を示した模式図である。上記のような電解質膜１０の製造方法であれば、図７に示すように電解質膜１０を製造する工程で、接着層３を備える支持材４をベルトコンベアやラインコンベアで循環させて電解質膜１０を製造することができる。したがって、接着層３を備える支持材４をステップＳ１０において毎回用意する必要がなくなり、作業性を向上させることができる。また、比較的高価な支持材４を電解質膜１０の製造に再利用することができるため、電解質膜１０の製造コストを低減することができる。なお、接着層３の接着力が、補強材１２を接着するために十分な接着力でなくなった場合には、ステップＳ７０において支持材４から十分な接着力でなくなった接着層３をいったん剥離した後に、その支持材４にあらたな接着層３を配置して循環させることもできる。
【００３０】
Ｄ．実験結果：
図８は、本実施形態において作製した電解質膜１０と比較対象の電解質膜とのネックイン量の測定結果を示した図である。比較対象の電解質膜は支持材４と全面で密着した電解質膜であり、次のように作製した。まず、支持材４上にフィルム状の接着層３を全面に貼り合わせ、その上に直接補強材１２ａ、電解質膜材前駆体１１ｆ、補強材１２ｃの順に重ね合わせて、図３および図５（ａ）において「Ｌ２」で示した幅をカッター９で切断した。次に、フィルム状の接着層３が全面に貼り合わせられた支持材４から、補強材１２ａと電解質膜材前駆体１１ｆと補強材１２ｃが重ねて貼り合わされた電解質膜を剥離した。この剥離した電解質膜を比較対象の電解質膜とした。電解質膜のネックイン量は、それぞれの電解質膜をカッター９で切断する幅（カット幅）を基準として、作製後の電解質膜の幅を測定することにより、基準に対して収縮した割合を以下の式（１）にて算出した。
【００３１】
（（カット幅−作製後の電解質膜の幅）／カット幅）×１００ …（１）
【００３２】
図８に示すように、比較対象の電解質膜のネックイン量は約１５％であるのに対して、本実施形態の電解質膜１０のネックイン量は１％未満である。この結果から、本実施形態において作製した電解質膜１０は、比較対象の電解質膜よりもネックイン量が大幅に減少することがわかる。
【００３３】
図９は、本実施形態において作製した電解質膜１０を備える燃料電池１００を「本実施形態品」、比較対象の電解質膜を備える燃料電池を「比較対象品」として、それぞれの燃料電池のサイクル数とクロスリーク量の関係を示した図である。サイクル数とは、燃料電池の高温状態と低温状態を１サイクルとした場合の繰り返し回数であり、具体的には、燃料電池の起動と停止を１サイクルとした場合の繰り返し回数を意味する。クロスリーク量とは、アノードとカソードとの間のガスのリーク量（透過量）であり、図９では、単セル３０におけるクロスリーク量を示している。図９に示すように、本実施形態の電解質膜１０を用いた燃料電池１００は、比較対象の電解質膜を用いた燃料電池と比べると、サイクル数の増加に伴うクロスリーク量の増加が抑制されていた。
【００３４】
燃料電池の高温状態と低温状態を繰り返すと電解質膜も収縮・膨潤を繰り返すが、電解質膜がネックインやシワ、たわみなどにより変形している箇所は強度が弱いことから、そのような箇所においては電解質膜が劣化してクロスリークが生じやすい。本実施形態の電解質膜１０を用いた燃料電池１００は、比較対象の電解質膜を用いた燃料電池と比べて電解質膜のネックイン量が少ないために、サイクル数が増加しても電解質膜の劣化が少なく、クロスリーク量の増加が抑制されたと考えられる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の電解質膜１０の製造方法によれば、電解質膜１０は、支持材４を用いて搬送されるので、搬送中のネックインやシワ、たわみなどの変形を抑制することができる。また、電解質膜１０は、支持材４上の２箇所の接着層３上に配置され、接着層３の間において切断されるので、電解質膜１０から支持材４を剥離する際に生じる電解質膜１０のネックインやシワ、たわみなどの変形も抑制することができる。その結果、本実施形態の電解質膜１０を備える燃料電池は、高温状態と低温状態を繰り返しても、クロスリーク量が少なく、耐久性が高い。さらに、本実施形態の電解質膜１０の製造方法は、比較的高価な支持材４を電解質膜１０の製造に再利用することが可能である。そのため、電解質膜１０の製造コストを低減することができる。すなわち、本実施形態の電解質膜１０の製造方法は、電解質膜１０の品質の向上と、製造コストの低減とを同時に達成することができる。
【００３６】
Ｅ．変形例：
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができる。例えば、以下のような変形が可能である。
【００３７】
上述した電解質膜の製造方法では、電解質膜材１１として、ナフィオンを用いたが、電解質膜材１１はこれに限定されず、例えば、アシプレックス（登録商標）、フレミオン（登録商標）等の他のフッ素系スルホン酸膜を用いることができる。また、電解質膜材１１として、フッ素系ホスホン酸膜、フッ素系カルボン酸膜、フッ素炭化水素系グラフト膜、炭化水素系グラフト膜、芳香族膜等が用いられてもよい。
【００３８】
上述した電解質膜の製造方法では、補強材１２として、ＰＴＦＥフィルムを用いたが、補強材１２はこれに限定されず、耐酸性、アルカリ性の素材で形成することができ、例えば、ＰＦＡ（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）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などのフッ素系樹脂で形成することができる。また、補強材１２は、電解質膜材１１を部分的に補強する形状（例えば、電解質膜材１１を部分的に補強する格子状の形状や、電解質膜の外周部を補強する形状）であってもよい。
【００３９】
上述した電解質膜の製造方法におけるステップＳ１０では、図３に示すように「Ｌ１」の間隔を空けて２つの接着層３を備える支持材４を用意したが、支持材４が備える接着層３の数はこれに限らない。例えば、４つの接着層３を矩形状に備える支持材４を用意することもできる。
【００４０】
上述した電解質膜の製造方法におけるステップＳ２０では、接着層３上に補強材１２ａを設置し、その上に電解質膜材前駆体１１ｆを設置してさらに補強材１２ｃを設置したが、接着層３上に補強材１２および電解質膜材前駆体１１ｆを設置する順番はこれに限らない。設置する順番は、接着層３上に電解質膜材前駆体１１ｆを設置し、その上に補強材１２ａを設置する順番でもよい。また、ステップＳ２０では、十分な強度を有する電解質膜材１１（例えば、厚さ３０μｍ程度の電解質膜材１１）であれば、補強材１２の設置を省略することができる。
【００４１】
上述した電解質膜の製造方法におけるステップＳ４０では、補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体を、接着層３の間でかつ接着層３に接していない箇所において切断したが、切断箇所は、一方の接着層３の最端部から、他方の接着層３の最端部までであれば、接着層３の上であってもかまわない。図１０は、接着層３の上で補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを切断する様子を示した図である。このような場合でも、上述した比較対象の電解質膜の製造方法のように補強材１２ａの全面に接着層３や支持材４が貼りあわされていないので、接着層３を剥離する際に生じるネックインやシワ、たわみなどの変形を抑制することができる。なお、接着層３と支持材４の接着力の方が、接着層３と補強材１２との接着力よりも大きいと、接着層３は支持材４上に残るので、図７に示すように接着層３を備える支持材４を電解質膜の製造に容易に再利用することができる。
【００４２】
上述した電解質膜の製造方法におけるステップＳ４０では、補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体を切断するカッター９の先端の侵入深さは、支持材４にカッター９が触れることがない深さであったが、カッター９の先端の侵入深さは支持材４の剛性を保つことができる程度の深さであれば、支持材４に触れる深さであってもよい。このような深さで支持材４上の補強材１２と電解質膜材前駆体１１ｆを備える積層体を切断しても、支持材４の再利用が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
３…接着層
４…支持材
９…カッター
１０…電解質膜
１１…電解質膜材
１１ｆ…電解質膜材前駆体
１２（１２ａ、１２ｃ）…補強材
２０…膜電極接合体
３０…単セル
３１ａ…アノード側電極
３１ｃ…カソード側電極
３２ａ…アノード側ガス拡散層
３２ｃ…カソード側ガス拡散層
３３ａ…アノード側セパレータ
３３ｃ…カソード側セパレータ
３４ａ…燃料ガス流路
３４ｃ…酸化剤ガス流路
１００…燃料電池
Ｌ１…接着層が支持材上に配置される間隔
Ｌ２…支持材から電解質膜を切断する幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の製造方法であって、
所定の間隔を空けて配置された少なくとも２つの接着層を同一の面に備える支持材を用意する第１工程と、
前記接着層の間を跨いで前記接着層上に電解質膜を配置する第２工程と、
前記接着層上に配置された前記電解質膜を前記接着層の間で切断する第３工程と、
を備える製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法であって、
前記電解質膜は少なくとも片面に補強材を備える、
製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の製造方法であって、
切断された前記電解質膜に電解質を含浸して、イオン伝導性を付与する、
製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の製造方法であって、
さらに前記第３工程後に前記支持材上に残存した前記電解質膜を剥離する第４工程を備え、
前記第４工程で前記電解質膜が剥離された前記支持材を前記第１工程で用意する支持材として用いる、
製造方法。
【請求項１】
電解質膜の製造方法であって、
所定の間隔を空けて配置された少なくとも２つの接着層を同一の面に備える支持材を用意する第１工程と、
前記接着層の間を跨いで前記接着層上に電解質膜を配置する第２工程と、
前記接着層上に配置された前記電解質膜を前記接着層の間で切断する第３工程と、
を備える製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法であって、
前記電解質膜は少なくとも片面に補強材を備える、
製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の製造方法であって、
切断された前記電解質膜に電解質を含浸して、イオン伝導性を付与する、
製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の製造方法であって、
さらに前記第３工程後に前記支持材上に残存した前記電解質膜を剥離する第４工程を備え、
前記第４工程で前記電解質膜が剥離された前記支持材を前記第１工程で用意する支持材として用いる、
製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−７３６７１（Ｐ２０１３−７３６７１Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０９３９９（Ｐ２０１１−２０９３９９）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【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２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【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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