膜-膜增强部件组件、膜-催化剂层组件、膜-电极组件、高分子电解质型燃料电池的制作方法

专利名称：膜-膜增强部件组件、膜-催化剂层组件、膜-电极组件、高分子电解质型燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明是有关膜-膜增强部件组件、膜-催化剂层组件、膜-电极组 件以及高分子电解质型燃料电池的构造的发明，特别是有关膜-膜增强 部件组件的构造的发明。
背景技术：
高分子电解质型燃料电池层叠体(统称"PEFC")因为其发电运 转时的工作温度比其它的燃料电池层叠体(统称"电池堆")的工作温 度低、并且输出密度高、长期可靠性方面表现卓越，所以作为用于构 成燃料电池热电联供系统的燃料电池层叠体而被受到关注。
高分子电解质型燃料电池层叠体，通过使用对城市燃气等的原料 燃料进行改质而得到的燃料气体和空气等的氧化剂气体的电化学反 应，具体而言，通过燃料气体所含有的氢与氧化剂气体所含有的氧的 电化学反应，将释放出的能量直接变化成电能以及与其伴随的热能。 并且，该高分子电解质型燃料电池层叠体具备单电池(统称"单电池，
Cdl")。另外，该单电池具备由高分子电解质膜以及夹持这个膜的一
对气体扩散电极构成的膜-电极组件(统称"MEA")、 一对密封垫片以 及一对导电性隔板。在此，在导电性隔板的一方的与气体扩散电极相 接触的主面上，配设有用于使燃料气体流通的沟槽状的燃料气体通道。 另外，在导电性隔板的另一方的与气体扩散电极相接触的主面上，配 设有用于使氧化剂气体流通的沟槽状的氧化剂气体通道。另外，将一 对密封垫片配置于膜-电极组件的周缘部，并通过由一对导电性隔板夹 持这一对密封垫片，从而构成了单电池。并且，以规定层数层叠这个 单电池，从而构成高分子电解质型燃料电池层叠体。
有关高分子电解质型燃料电池层叠体所具备的单电池的制造方 法，已提出了以改善装配性为目的的膜-电极组件的连续的制造方法(比如参照专利文献l)。
图31是示意性地表示由专利文献1所公开的膜-电极组件的制造工 序(催化剂层涂布工序以及扩散层一体化工序)的概要的工序图。
如图31所示，在由专利文献1所公开的膜-电极组件的制造工序中， 在催化剂层涂布工序310中将催化剂层331,331涂布于高分子电解质膜 330的上面以及下面，之后，通过由热滚轮380,380使之干燥，从而形 成催化剂层-高分子电解质膜组件332。接着，在该膜-电极组件的制造 工序中，在扩散层一体化工序320中将扩散层333,333配置于催化剂层 -高分子电解质膜组件320的上面以及下面，之后，通过由热滚轮 390,390加热它们，从而分别将扩散层333,333接合于催化剂层331 ，331 。 由此，通过采用连续的制造方法，从而使制造单电池的时候的膜-电极 组件的组装作业变得容易。
另外，作为高分子电解质型燃料电池层叠体的构成， 一般采用所 谓层叠型的构成，即，在直线状地层叠规定层数的单电池之后加以联 结，并由此而互相电气性地串联邻接的膜-电极组件。在这样的层叠型 的构成中，在制造高分子电解质型燃料电池层叠体的时候用端板夹持 被层叠的单电池的两端，由规定的紧固器具对该一对端板和被层叠的 单电池实施紧固。为此，对于膜-电极组件中的高分子电解质膜而言， 有必要以恰当保护手段对其实施保护，从而使其能够承受得起紧固压 力，并且，使其在长期使用中不会由于磨损等而引起物理性的破损。
因此，为了应对这样的要求，提出了将镜框状的保护膜安装于高 分子电解质膜的膜-电极组件上的构造(比如参照专利文献2)。
图32是示意性地表示由专利文献2所公开的固体高分子电解质型 燃料电池层叠体中的单电池的构造的截面图。
如图32所示，由氟树脂系薄片形成的镜框状的保护膜220，在固 体高分子电解质膜210的各个主面，以其内周缘部被电极213覆盖的 形式配设。另外，以在密封垫片212和电极213之间存有间隙部分214 的形式，密封垫片212围绕电极213而配设。由此，在密封垫片212 以及电极213与固体高分子电解质膜210之间切实地夹持保护膜220， 保护膜220在间隙部分214中增强固体高分子电解质膜210，所以，在 不增加固体高分子电解质膜210的厚度的前提下，能够良好地防止固体高分子电解质膜210的破损。
日本专利文献1:日本专利申请公开2001-236971号公报 日本专利文献2:日本专利申请公开平05-21077号公报

发明内容
然而，在专利文献2所公开的固体高分子电解质型燃料电池层叠 体中的单电池的构造中，预先形成镜框状的保护膜220,并一起对高分 子电解质膜210、保护膜220以及电极213进行复合化，即以间歇式地 制造膜-电极组件作为前提。为此，想要通过专利文献1所公开的膜-电极组件的制造工序打算进一步降低成本且进一步提高生产性的情况 下，即在打算高效率地大批量生产的情况下，仍还有改善的余地。
本发明就是鉴于以上的课题而完成的，其目的在于提供能够确保 耐久性的同时具有适合于单电池的低成本化以及大批量生产的构成的 膜-膜增强部件组件、膜-催化剂层组件、膜-电极组件以及使用这些组 件的高分子电解质型燃料电池。
为了解决上述课题，本发明所涉及的膜-膜增强部件组件具备高 分子电解质膜，其具有大致四角形形状，并且具有第一主面以及第二 主面； 一对膜状的第一膜增强部件，沿着所述高分子电解质膜的四边 中的互相相对的一组边延伸，并且以其主面不露出的形式被埋入到所 述高分子电解质膜中； 一对膜状的第二膜增强部件，沿着所述高分子 电解质膜的四边中的互相相对的另一组边延伸，并且以其主面不露出 的形式被埋入到所述高分子电解质膜中；所述一对第一膜增强部件和 所述一对第二膜增强部件，以该一对第一膜增强部件比该一对第二膜 增强部件更接近位于所述第一主面、并且从该高分子电解质膜的厚度 方向进行观察时在所述高分子电解质膜的四个角落的部分重叠的形 式，被埋设。
根据该构成，高分子电解质膜的周围被一对第一膜增强部件以及 一对第二膜增强部件增强，所以能够切实地防止在紧固高分子电解质 型燃料电池的时候的高分子电解质膜的破损。另外， 一对第一膜增强 部件以及一对第二膜增强部件在高分子电解质膜的四个角落部分以重 叠的形式被埋设，所以能够切实地防止燃料气体以及氧化剂气体(反应气体)的交叉泄漏。
另外，根据该构成，将带状的膜增强部件层叠于带状的高分子电 解质膜，由此就能够容易地把制造由带状高分子电解质膜以及膜增强 部件构成的层叠体的、专利文献1所公开的膜-电极组件的制造方法， 适用于本发明所涉及的膜-膜增强部件组件的制造方法中。另外，在与
使用镜框状保护膜的专利文献2所公开的膜-电极组件的构成相比较的 情况下，本发明既能够切实地确保同等的耐久性又能够减少材料费。
如此，根据本发明所涉及的膜-膜增强部件组件的构成，既能够确 保充分的耐久性又能够容易地实现进一步的低成本化以及生产性的进 一步提高。
在此情况下，所述一对第一膜增强部件和所述一对第二膜增强部 件，以各个主面之间在所述高分子电解质膜的四个角落的部分相接触 的形式被埋设。
根据该构成，在高分子电解质膜的四个角落的部分上， 一对第一 膜增强部件和一对第二膜增强部件的各个主面之间相接触，所以能够 充分增强高分子电解质膜。
另外，在上述的情况下，所述一对第一膜增强部件和所述一对第 二膜增强部件，以各个主面之间在所述高分子电解质膜的四个角落的 部分不相接触的形式被埋设。
在此，所述一对第一膜增强部件和所述一对第二膜增强部件，在 所述高分子电解质膜的四个角落的部分，以夹持所述高分子电解质膜、 且以各个主面之间不接触的形式被埋设。
根据该构成， 一对第一膜增强部件以及一对第二膜增强部件在高 分子电解质膜的四个角落的部分被互相隔离，并且夹着高分子电解质 膜，所以能够长时间切实地防止一对第一膜增强部件和一对第二膜增 强部件的剥离。
另外，在上述的情况下，所述一对第一膜增强部件以在所述第一 主面中的该一对第一膜增强部件上的第一部分和另外的第二部分实质 上位于同一平面上的形式被埋设于所述高分子电解质膜中，并且，所 述一对第二膜增强部件以在所述第二主面中的该一对第二膜增强部件 上的第一部分和另外的第二部分实质上位于同一平面上的形式被埋设于所述高分子电解质膜中。
根据该构成，高分子电解质膜的第1主面以及第二主面各自形成 为平面状，所以能够容易地将第一催化剂层以及第二催化剂层形成于 第一主面以及第二主面之上。
另外，在上述情况下，所述高分子电解质膜在其内部具有内部增 强膜，该内部增强膜具有成为离子传导通道的贯通孔。
根据该构成，高分子电解质膜在其内部具有内部增强膜，该内部 增强膜具有成为离子传导通道的贯通孔，所以既能够切实地确保离子 传导又能够进一步提高高分子电解质膜的机械性强度。另外，即使是 在高分子电解质膜发生破损的情况下，能够由内部增强膜切实地防止 燃料气体以及氧化剂气体的交叉泄漏。
在此情况下，所述一对第一膜增强部件和所述一对第二膜增强部 件在所述高分子电解质膜的四个角落的部分以夹持所述内部增强膜的 形式被埋设。
根据该构成，因为一对第一膜增强部件和一对第二膜增强部件以 及内部增强膜被一体化，所以能够显著提高高分子电解质膜的机械强 度。
另外，本发明所涉及的膜-催化剂层组件具备具有上述本发明所 涉及的特征性的构成的膜-膜增强部件组件、以覆盖所述高分子电解质 膜的第一主面的形式配置的第一催化剂层、以覆盖所述高分子电解质 膜的第二主面的形式配置的第二催化剂层；所述第一催化剂层被配置
成，从该高分子电解质膜的厚度方向进行观察时，与所述一对第一膜 增强部件的主面的一部分、以及所述高分子电解质膜中的位于该一对
第一膜增强部件之间的部分存在重叠；所述第二催化剂层被配置成， 从该高分子电解质膜的厚度方向进行观察时，与所述一对第二膜增强 部件的主面的一部分、以及所述高分子电解质膜中的位于该一对第二 膜增强部件之间的部分存在重叠。
根据该构成，以第一催化剂层以及第二催化剂层的端部相对于一 对第一膜增强部件以及一对第二膜增强部件具有重叠的形式配置，所 以能够确实地防止由于第一催化剂层以及第二催化剂层而引起的高分 子电解质膜的破损。所述第二催化剂层被配置成， 从所述高分子电解质膜的厚度方向进行观察时，各个周缘部在全周与 所述第一膜增强部件以及所述第二膜增强部件相重叠。
根据该构成，第一催化剂层以及第二催化剂层被配置成，从所述 高分子电解质膜的厚度方向进行观察时各个周缘部在全周与第一膜增 强部件以及第二膜增强部件相重叠，所以能够更进一步切实地防止燃 料气体以及氧化剂气体的交叉泄漏。
另外，本发明所涉及的膜-电极组件具备具有上述本发明所涉及 的特征性的构成的膜-催化剂层组件、以覆盖所述膜-催化剂层组件的所 述第一催化剂层的形式配置的第一气体扩散层、以覆盖所述膜-催化剂 层组件的所述第二催化剂层的形式配置的第二气体扩散层。
根据该构成，由于使用在耐久性、经济性以及生产性方面表现卓 著的膜-催化剂层组件来构成膜-电极组件，所以可根据需要而切实地提 供在耐久性以及经济性方面表现卓著的膜-电极组件。
另外，本发明所涉及的高分子电解质型燃料电池具备拥有上述本 发明所涉及的特征性的构成的膜-电极组件。
根据该构成，由于使用在耐久性、经济性以及生产性方面表现卓 著的膜-电极组件来构成高分子电解质型燃料电池，所以可根据需要而 切实地提供在耐久性以及经济性方面表现卓著的高分子电解质型燃料 电池。
根据本发明所涉及的膜-膜增强部件组件、膜-催化剂层组件、膜-电极组件以及使用这些组件的高分子电解质型燃料电池的构成，能够 提供具有可确保充分的耐久性并且适合于单电池的低成本化以及大批 量生产性的构成的膜-膜增强部件组件、膜-催化剂层组件、膜-电极组 件以及使用这些组件的高分子电解质型燃料电池。


图1是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的高分子电解质 型燃料电池所具备的单电池的概略性的构成的截面图。
图2是示意性地表示由图1所表示的高分子电解质型燃料电池的 单电池中的高分子电解质膜的概略性的构成的斜视图。图3是示意性地表示膜增强部件被配置于由图2所表示的高分子 电解质膜上的状态(膜-膜增强部件组件)的概略性的构成的斜视图。
图4 (a)是示意性地表示由图1所表示的高分子电解质型燃料电 池的单电池中的膜-催化剂层组件的概略性的构成的斜视图。
图4 (b)是从由图4 (a)所表示的箭头IVb的方向所见到的情况 的氺莫式图。
图5 (a)是示意性地表示由图1所表示的高分子电解质型燃料电 池的单电池中的MEA的概略性的构成的斜视图。
图5 (b)是从由图5 (a)所表示的箭头Vb的方向所见到的情况 的模式图。
图6是概略性地表示用于制造膜-催化剂层组件的一系列工序以及 制造流水线的一部分的模式图。
图7是用于说明膜-催化剂层组件的制造工序中的接合工序Pl的 模式图。
图8是用于说明膜-催化剂层组件的制造工序中的接合工序Pl的 模式图。
图9是用于说明形成膜-催化剂层组件带子的其他制造方法的模式图。
图10是表示形成膜-膜增强部件组件薄片的其他制造方法[使用滚 筒刮刀涂布机(逗点式涂布机Comma Coater)的制造方法]的模式图。 图11是由图10所表示的滚筒刮刀涂布机的主要部分的扩大模式图。
图12是用于说明膜-催化剂层组件的制造工序中的涂布工序P4的 模式图。
图13是表示使用公知的薄膜层叠体的制造技术而大批量生产膜-膜增强部件组件的情况下一般所设想的制造方法的一个例子的说明 图。
图14是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的高分子电解质 型燃料电池所具备的单电池的概略性的构成的截面图。
图15是示意性地表示由图14所表示的高分子电解质型燃料电池 的单电池中的高分子电解质膜-内部增强膜复合体的概略性的构成的斜视图。
图16是示意性地表示由图15所表示的高分子电解质膜-内部增强 膜复合体中的内部增强膜的概略性构成的模式图。
图17是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的高分子电解质 型燃料电池所具备的单电池的概略性的构成的截面图。
图18是示意性地表示由图17所表示的高分子电解质型燃料电池 的单电池中的高分子电解质膜的概略性的构成的斜视图。
图19是示意性地表示膜增强部件被配置于由图18所表示的高分 子电解质膜上的状态(膜-膜增强部件组件)的概略性的构成的斜视图。
图20 (a)是示意性地表示由图17所表示的高分子电解质型燃料 电池的单电池中的膜-催化剂层组件的概略性的构成的斜视图。
图20 (b)是从由图20 (a)所表示的箭头XXb的方向所见到的 情况的模式图。
图21 (a)是示意性地表示由图17所表示的高分子电解质型燃料 电池的单电池中的MEA的概略性的构成的斜视图。
图21 (b)是从由图21 (a)所表示的箭头XXIb的方向所见到的 情况的模式图。
图22是概略性地表示用于制造膜-催化剂层组件的一系列工序以 及制造流水线的一部分的模式图。
图23是用于说明膜-催化剂层组件的制造工序中的接合工序Pl的 模式图。
图24是用于说明膜-催化剂层组件的制造工序中的接合工序Pl的 模式图。
图25是用于说明形成膜-催化剂层组件带子的其他制造方法的模 式图。
图26是用于说明膜-催化剂层组件的制造工序中的涂布工序P4的 模式图。
图27是表示使用公知的薄膜层叠体的制造技术而大批量生产膜-膜增强部件组件的情况下一般所设想的制造方法的一个例子的说明 图。
图28是示意性地表示本发明的实施方式4所涉及的PEFC所具备的单电池的概略性的构成的截面图。
图29是示意性地表示由图28所表示的PEFC的单电池中的高分 子电解质膜-内部增强膜复合体的概略性构成的斜视图。
图30是示意性地表示由图29所表示的高分子电解质膜-内部增强 膜复合体中的内部增强膜的概略性的构成的模式图。
图31是示意性地表示由专利文献1所公开的膜-电极组件的制造工 序(催化剂层涂布工序以及扩散层一体化工序)的概要的工序图。
图32是示意性地表示由专利文献2所公开的固体高分子电解质型 燃料电池层叠体中的单电池的构造的截面图。
符号说明
1. 高分子电解质膜 la.第一凹部
lb.第二凹部
2. 催化剂层
2a.阳极催化剂层 2b.阴极催化剂层
3. 气体扩散层
3a.阳极气体扩散层 3b.阴极气体扩散层
4. 电极 4a.阳极
5. MEA (膜-电极组件) 6a.阳极隔板
6b.阴极隔板
7. 燃料气体通道
8. 氧化剂气体通道
9. 传热介质通道 10a.第一膜增强部件 10b.第二膜增强部件11.密封垫片
15. 高分子电解质膜-内部增强膜复合体 15a.高分子电解质膜
15b.高分子电解质膜 15c.内部增强膜
16. 开口
20.膜-膜增强部件组件 30.膜-催化剂层组件 40.高分子电解质膜巻筒 40b.高分子电解质膜巻筒 40c.高分子电解质膜巻筒 41a.高分子电解质膜带子 41b.铸塑膜
41c.高分子电解质膜带子 41d.高分子电解质膜带子 41e.高分子电解质膜带子
42. 膜-膜增强部件组件带子
43. 凹部
44. 高分子电解质溶液
45. 刮板
46. 膜-膜增强部件组件带子
47. 掩模
48. 开口部
49. 催化剂层形成装置
50. 膜-催化剂层组件带子
51. 裁切机
60. 膜增强部件巻筒
61. 膜增强部件带子 80,81.滚轮
82,83.滚轮 84.基材薄片85. 基材-膜增强部件巻筒
86. 基材-膜增强部件组件带子
87. 基材-高分子电解质膜带子
92. 旋转滚筒
93. 涂布滚筒
94. 溶液存积部
95. 滚筒刮刀涂布机
96. 滚筒刮刀 96a.振动刀刃部
97. 切口部
100a,100b.单电池
210.固体高分子电解质膜
212. 密封垫片
213. 电极
214. 间隙部分 220.保护膜 222.开口部 250.保护膜 252.保护膜巻筒
260.固体高分子电解质膜 262.固体高分子电解质膜巻筒 280.膜-保护膜组件巻筒 290.滚轮
310.催化剂层涂布工序 320.扩散层一体化工序
330. 高分子电解质膜
331. 催化剂层
332. 催化剂层-高分子电解质膜组件
333. 扩散层 380.加热滚筒390.加热滚筒 D1，D10.行进方向 E1，E2.边 E3,E4.边 F1,F2.主面 Pl.接合工序 P2.热处理工序 P3.热压合工序 P4.涂布工序 P5.裁切工序 R200.部分 d.距离
具体实施例方式
以下，参照附图就有关用于实施本发明的最佳实施方式1、 2作详 细的说明。另外，在以下的说明中，在所有的附图中以相同的符号标 注于相同或者相当的部分，并省略重复说明。
(实施方式1)
图1是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的高分子电解质 型燃料电池层叠体(以下称之为"PEFC")所具备的单电池(cell)的 概略性的构成的截面图。另外，在图1中省略了单电池的一部分构成。
如图1所示，本实施方式所涉及的PEFC的单电池100a具备膜-电极组件(以下称之为"MEA") 5、被配设于该MEA5的内部的第一 膜增强部件10a以及第二膜增强部件10b、密封垫片ll，ll、阳极隔板 6a以及阴极隔板6b。
MEA5具备选择性地输送氢离子的高分子电解质膜l、由阳极催 化剂层(第一催化剂层)2a以及阳极气体扩散层(第一气体扩散层) 3a构成的阳极4a、由阴极催化剂层(第二催化剂层)2b以及阴极气体 扩散层(第二气体扩散层)3b构成的阴极4b。另外，在本说明书中， 把由高分子电解质膜1和第一膜增强部件10a以及第二膜增强部件10b构成的组件称之为"膜-膜增强部件组件20"。另外，在本说明书中， 把由膜-膜增强部件组件20和阳极催化剂层2a以及阴极催化剂层2b 构成的组件称之为"膜-催化剂层组件30"。
首先，就有关高分子电解质膜1以及膜-膜增强部件组件20的构成 作如下说明。
图2是示意性地表示由图1所表示的PEFC的单电池100a中的高 分子电解质膜1的概略性的构成的斜视图。另外，图3是示意性地表 示第一膜增强部件10a以及第二膜增强部件10b被配置于由图2所表 示的高分子电解质膜1上的状态(膜-膜增强部件组件20)的概略性的 构成的斜视图。
如图2所示，高分子电解质膜1从主面Fl侧观察时呈大致四边形 (在此为矩形)。然后，在该高分子电解质膜l的边缘部形成有一对第 一凹部la,la和一对第二凹部lb,lb。具体而言，沿着高分子电解质膜 1的主面F1的相对的一组边E1,E1的全长，从主面F1在高分子电解质 膜1的厚度方向上以间隔规定的距离的形式，形成有各自呈薄长方形 形状的一对第一凹部la，la。另外，沿着高分子电解质膜1的主面F2 的相对的一组边E2,E2的全长，从主面F2在高分子电解质膜1的厚度 方向上以间隔规定的距离的形式，形成有各自呈薄长方形形状的一对 第二凹部lb,lb。在此，如图2所示，在本实施方式中， 一对第一凹部 la，la比一对第二凹部lb,lb更接近于主面Fl 。
然后，如图3所示，在高分子电解质膜1上形成的各个第一凹部 la，la中，以恰好合适地一致的方式埋设有呈薄长方形形状并且具有与 第一凹部la，la相同形状的膜状的第一膜增强部件10a，10a。换言之， 第一膜增强部件10a，10a以不露出其主面的形式被埋入到高分子电解 质膜1中。另外，在高分子电解质膜1上形成的各个第二凹部lb，lb 中，以恰好合适地一致的方式埋设有呈薄长方形形状并且具有与第二 凹部lb,lb相同形状的膜状的第二膜增强部件10b，10b。总之，与第一 膜增强部件10a,10a的情况相同，第二膜增强部件10b,10b以不露出其 主面的形式被埋入到高分子电解质膜1中。
在此，如图3所示， 一对第一膜增强部件10a,10a和一对第二膜增 强部件10b，10b整体沿着高分子电解质膜1的四边而延展，并且以在高分子电解质膜1的四个角落部分进行重叠的状态(以下根据必要将该 状态称之为"井字形组合状")配置。更具体而言， 一对第一膜增强部
件10a，10a和一对第二膜增强部件10b，10b在高分子电解质膜1的四个 角落的部分以各个主面之间相接触的状态配置。另外，这一对第一膜 增强部件10a，10a被埋设于高分子电解质膜1中，从而使得主面F1上 的与一对第一膜增强部件10a，10a相对的第一部分、和主面F1上的与 位于一对第一膜增强部件10a，10a之间的部分相对应的第二部分，实际 上位于同一平面上。另外， 一对第二膜增强部件10b,10b被埋设于高分 子电解质膜l中，从而使得主面F2上的与一对第二膜增强部件10b,10b 相对的第一部分、和主面F1上的与位于一对第二膜增强部件10b，10b 之间的部分相对应的第二部分，实际上位于同一平面上。总之，在膜-膜增强部件组件20上，主面F1以及主面F2分别被构成为平坦状。
另外，对于被配置于第一凹部la,la以及第二凹部lb,lb的第一膜 增强部件10a，10a以及第二膜增强部件10b,10b的厚度以及宽度方向的 尺寸而言，只要在能够取得本发明效果的范围内就没有特别的限定， 但是从更进一步可靠地取得本发明的效果的观点出发，第一膜增强部 件10a，10a的厚度以及宽度方向的尺寸和第二膜增强部件10b，10b的厚 度以及宽度方向的尺寸优选为互相相等。
接着，就有关膜-膜增强部件组件20的各个构成要素进行说明。
高分子电解质膜1具有质子传导性。作为该高分子电解质膜1，比 如优选具有作为阳离子交换基的磺酸基、羧酸基、膦酸基或者硫酰亚 胺基。在此，从确保恰当的质子传导性的观点出发，高分子电解质膜l 特别优选具有磺酸基。
另外，作为构成高分子电解质膜1的具有磺酸基的树脂，优选离 子交换容量为0.5 1.5meq/g的干燥树脂。其理由是，如果构成高分子 电解质膜1的干燥树脂的离子交换容量为0.5meq/g以上，那么就能够 充分地减少发电时的高分子电解质膜1的电阻值的上升。另外，在构 成高分子电解质膜1的干燥树脂的离子交换容量为1.5m叫/g以下的情 况下，高分子电解质膜1的含水率不会增大，膨润变得困难，从而就 能够回避下面所叙述的催化剂层2的细孔被闭塞的担忧。另外，从与 以上相同的观点出发，最为理想的是，构成高分子电解质膜1的干燥树脂的离子交换容量优选为0.8 1.2meq/g。
作为高分子电解质膜1优选分别含有基于由化学式(1)所表示的 全氟乙烯基化合物(m表示0 3的整数，n表示l 12的整数，p表 示0或者1， X表示氟原子或者三氟甲基)的聚合单元和基于四氟乙烯 的聚合单元的共聚物。
<formula>formula see original document page 19</formula>
作为上述全氟乙烯基化合物的优选例子，可以列举由化学式(2) (4)所表示的化合物。但是，在下述的化学式中，q表示l 8的整数， r表示l 8的整数，t表示l 3的整数。
<formula>formula see original document page 19</formula>
另外，第一膜增强部件10a以及第二膜增强部件10b的构成材料 优选是在制造时能够巻绕到滚筒上并且在解开该巻绕时能够回复到原 来形状的具有柔软性和可挠性的合成树脂。
进一步，作为上述的合成树脂，作为分别构成第一膜增强部件 10a,10a以及第二膜增强部件10b，10b的材料，从耐久性的观点出发， 更优选是由选自聚萘二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二 醇酯、氟乙烯-丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟垸氧基乙烯共聚物、聚乙烯、 聚丙烯、聚醚酰胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚、聚 芳酯、多硫化物、聚酰亚胺以及聚酰胺酰亚胺的至少一种以上的树脂 构成的合成树脂。
接着，就有关膜-催化剂层组件30的构成作如下说明。
图4 (a)是示意性地表示由图1所表示的PEFC的单电池100a中 的膜-催化剂层组件30的概略性的构成的斜视图。另外，图4 (b)是 从由图4 (a)所表示的箭头IVb的方向所见到的情况的模式图。
如图4 (a)所示，膜-催化剂层组件30具备膜-膜增强部件组件20 和催化剂层2 (阳极催化剂层2a以及阴极催化剂层2b)。阳极催化剂 层2a在高分子电解质膜1的主面F1侧以从一方的第一膜增强部件10a 的一部分跨到另一方的第一膜增强部件10a的一部分的形式配置。另 外，虽然在图4(a)中被隐匿，但是阴极催化剂层2b在高分子电解质膜1的主面F2侧以从一方的第二膜增强部件10b的一部分跨到另一方 的第二膜增强部件10b的一部分的形式配置。然后，如图4 (b)所示， 在本实施方式中，阳极催化剂层2a以及阴极催化剂层2b被形成成为 与高分子电解质膜1相似的矩形,从高分子电解质膜1的厚度方向[即， 图4 (a)的箭头IVb的方向]进行观察时，各个周缘部以在全周具有与 第一膜增强部件10a,10a以及第二膜增强部件10b，10b相重叠的部分的 形式配置。
由此，在阳极催化剂层2a的主面的四边中的、互相相对的一组边 E3，E3，与高分子电解质膜1的主面F1中的被第一膜增强部件10a,10a 增强的部分接触，所以高分子电解质膜1不会破损。同样，在阴极催 化剂层2b的主面的四边中的、互相相对的一组边E4，E4，与高分子电 解质膜1的主面F2中的被第二膜增强部件10b，10b增强的部分接触， 所以高分子电解质膜1不会破损。
另外，在阳极催化剂层2a上的主面的四边中互相相对的边E4，E4， 与高分子电解质膜1的主面F1直接接触，所以高分子电解质膜1在该 部分会有破损的情况。然而，即使是在这样情况下，因为在高分子电 解质膜1的主面F2侧的部分配置有第二膜增强部件10b,10b，所以不 会发生反应气体的交叉泄漏。另外，同样地，在阴极催化剂层2b上的 主面的四边中的互相相对的边E3,E3，与高分子电解质膜1的主面F2 直接接触，所以高分子电解质膜1在该部分会有破损的情况。然而， 即使是在这样情况下，因为在高分子电解质膜1的主面F1侧的部分配 置有第一膜增强部件10a,10a，所以不会发生反应气体的交叉泄漏。
作为催化剂层2的构成，只要能够获得本发明的效果就没有特别 的限定，也可以具有与公知的高分子电解质型燃料电池中的气体扩散 电极的催化剂层相同的构成。比如，可以是含有担载电极催化剂的导 电性碳粒子(粉末)和具有阳离子(氢离子)传导性的高分子电解质 的构成，另外，也可以是更进一步含有聚四氟乙烯等的拨水材料的构 成。另外，阳极催化剂层2a以及阴极催化剂层2b的构成既可以互相 相同也可以互不相同。
另外，催化剂层2可以使用公知的高分子电解质型燃料电池中的 气体扩散电极的催化剂层的制造方法来形成。比如，可以调制至少含有催化剂层2的构成材料(比如上述的担载电极催化剂的导电性碳粒 子和高分子电解质)和分散介质的溶液(催化剂层形成用油墨)，并使 用该溶液来制作催化剂层2。
另外，作为高分子电解质既可以使用与构成上述的高分子电解质 膜l的材料相同种类的物质，另外，也可以使用与其不同种类的物质。 另外，作为电极催化剂可以使用金属粒子。作为该金属粒子，没有特 别的限定，可以使用各种各样的金属，但是从电极反应活性的观点出 发，优选是选自铂、金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铬、铁、钛、锰、 钴、镍、钼、鸽、铝、硅、锌以及锡的至少一种以上的金属。其中， 优选铂、或者铂与从上述金属中挑选的至少一种以上的金属的合金。 比如，特别优选铂与钌的合金，因为其在阳极催化剂层2a中的催化活 性稳定。
另外，被使用于电极催化剂的上述金属粒子的平均粒径优选为l 5nm。其理由是，平均粒径为lnm以上的电极催化剂在工业上比较容 易调制，所以优选。另外，如果平均粒径为5nm以下，则能够更加容 易地充分确保电极催化剂的每单位质量的活性，并且能够对降低高分 子电解质型燃料电池的成本做出一定的贡献，所以优选。
另外，上述导电性碳粒子的比表面积优选为50 1500m2/g。其理 由是，如果导电性碳粒子的比表面积为50mVg以上，那么就容易提高 电极催化剂的担载率，其结果，能够更加充分地确保所获得的催化剂 层2的输出特性。另外，如果导电性碳粒子的比表面积是1500mVg以 下，那么能够更加容易地确保充分大小的细孔，并且由高分子电解质 的覆盖变得更容易，其结果，能够更加充分地确保催化剂层2的输出 特性。从与上述相同的观点出发，更为理想的是，优选导电性碳粒子 的比表面积为200 900m2/g。
另外，上述的导电性碳粒子的平均粒径优选为0.1 1.0um。其理 由是，如果导电性碳粒子的平均粒径为O.lum以上，那么就容易更加 充分地确保催化剂层2中的气体扩散性，其结果就能够更加可靠地防 止液泛(flooding)。另外，如果导电性碳粒子的平均粒径为l.Opm以 下，则更能容易地将由高分子电解质实施的电极催化剂的覆盖状态调 整到良好的状态，并且，能更加充分地确保由高分子电解质实施的电极催化剂的覆盖面积，所以容易更进一步确保充分的电极性能。
接着，就有关MEA (膜-电极组件)5的构成作如下说明。
图5 (a)是示意性地表示由图1所表示的PEFC的单电池100a中 的MEA5的概略性的构成的斜视图。另外，图5 (b)是从由图5 (a) 所表示的箭头Vb的方向所见到的情况的模式图。
如图5 (a)以及(b)所示，在MEA5上，以覆盖膜-催化剂层组 件30的阳极催化剂层2a的主面的形式设置有阳极气体扩散层3a。另 外，同样在这个在MEA5上，以覆盖阴极催化剂层2b的主面的形式设 置有阴极气体扩散层3b。在此，由阳极催化剂层2a和阳极气体扩散层 3a构成阳极4a。另外，由阴极催化剂层2b和阴极气体扩散层3b构成 阴极4b。将阳极4a和阴极4b合并起来称之为电极4。另外，在本实 施方式中，阳极气体扩散层3a以及阴极气体扩散层3b的主面分别被 形成成为与阳极催化剂层2a以及阴极催化剂层2b的主面相似的矩形， 并且，以比这些稍大几分的形式构成，但是并不限定于像这样的构成， 各个主面也可以具有相同的形状。
只要能够获得本发明的效果，对于阳极气体扩散层3a以及阴极气 体扩散层3b (以下称之为气体扩散层3)的构成就没有特别的限定， 也可以具有与公知的高分子电解质型燃料电池中的气体扩散电极的气
体扩散层相同的构成。另外，气体扩散层3的构成既可以互相相同或 者也可以互不相同。
作为气体扩散层3，比如，为了使其具备透气性，可以使用以高表 面积的碳细微粉末、造孔材料、碳纸或者碳布等制作的具有多孔质构 造的导电性基材。另外，从获得充分的排水性的观点出发，也可以把 以氟树脂为代表的拨水性高分子化合物等分散到气体扩散层3当中。 进一步，从获得充分的电子传导性的观点出发，也可以用碳纤维、金 属纤维或者碳细微粉末等的电子传导性材料构成气体扩散层3。
另外，在阳极气体扩散层3a和阳极催化剂层2a之间、以及在阴 极气体扩散层3b和阴极催化剂层2b之间，也可以设置由拨水性高分 子化合物和碳粉构成的拨水碳层。由此，就能够更加容易且更加切实 地实行在MEA5中的水的管理(即，为了 MEA5的良好的特性维持而 必要的水的保持以及对不必要的水的迅速排除)。接着，关于单电池100a的构成，对其说明被省略的部分的构成作 如下说明。
如图l所示，在MEA5的阳极4a以及阴极4b的周围，夹持着高 分子电解质膜l而配设有一对氟橡胶制的密封垫片ll，ll。由此，在防 止燃料气体、空气以及氧化剂气体泄漏到单电池100a的外部的同时， 防止在单电池100a的内部这些气体发生互相之间的混合。另外，虽然 在图1中没有显示，但是在高分子电解质膜1、第一和第二膜增强部件 10a，10b、以及密封垫片11的周缘部，适当地配设有由厚度方向的贯通 孔构成的燃料气体供给歧管孔等的歧管孔。
另外，以夹持MEA5和密封垫片11的形式配设导电性的阳极隔板 6a和阴极隔板6b。这些阳极隔板6a以及阴极隔板6b使用在石墨板中 浸渍酚醛树脂并加以固化的树脂浸渍石墨板。另外，作为阳极隔板6a 以及阴极隔板6b也可以使用由SUS等的金属材料构成的材料。在由阳 极隔板6a和阴极隔板6b机械性地固定MEA5的同时，邻接的MEA5
之间被电气性地串联。
在阳极隔板6a的内面(与MEA5接触的面)上，比如以蛇形状形 成有用于输送燃料气体的沟槽状的燃料气体通道7。另外，在阳极隔板 6a的外面(不与MEA5相接触的面)上，比如以蛇形状形成有用于输 送传热介质的沟槽状的传热介质通道9。另外，虽然在图1中没有显示， 但是在阳极隔板6a的周缘部配设有由厚度方向的贯通孔构成的燃料气 体供给歧管孔等的歧管孔。
另夕卜，在阴极隔板6b的内面(与MEA5接触的面)上，比如以蛇 形状形成有用于输送氧化剂气体的沟槽状的氧化剂气体通道8。另外， 在阴极隔板6b的外面(不与MEA5相接触的面)上，与阳极隔板6a 的情况相同，比如以蛇形状形成有用于输送传热介质的沟槽状的传热 介质通道9。另外，虽然在图l中没有显示，但是在阴极隔板6b的周 缘部，与阳极隔板6a的情况相同，配设有由厚度方向的贯通孔构成的 燃料气体供给歧管孔等的歧管孔。
另外，在本实施方式中，虽然各个燃料气体通道7、氧化剂气体通 道8以及传热介质通道9以蛇形状形成，但是并不仅限定于此，比如， 如果是使反应气体或者传热介质流通于阳极以及阴极隔板6a,6b的主面的大体全部区域的构成，无论什么样的形状都可以。
通过把以如此形式形成的单电池100a在其厚度方向上加以层叠， 从而形成单电池100a的层叠体。此时，配设于阳极隔板6a、阴极隔板 6b以及密封垫片11的燃料气体供给歧管孔等的歧管孔，通过单电池 100a的层叠而在厚度方向上分别被连接，由此，分别形成了燃料气体 供给歧管等的歧管。然后，将分别配设有集电板以及绝缘板的端板配 置于单电池100a的层叠体的两端，通过由规定的紧固器具实施紧固而 形成电池堆(PEFC)。
接着，就有关本实施方式所涉及的PEFC中的MEA的制造方作如 下说明。另外，对于使用以如下说明方式所制造的MEA来制造单电池 以及电池堆(PEFC)的方法，并没有特别的限定，能够采用公知的PEFC 的制造技术，所以在此省略对其进行详细的说明。
首先，就有关膜-催化剂层组件30的制造方法作如下说明。
图6是概略性地表示用于制造膜-催化剂层组件的一系列工序(处 理区域)以及制造流水线的一部分的模式图。
如图6所示，由图4 (a)所表示的膜-催化剂层组件30经过如下 各个工序来制造接合工序P1，接合高分子电解质膜带子和膜增强部 件带子，从而形成膜-膜增强部件组件带子；对膜-膜增强部件组件带子 进行干燥的热处理工序P2;对膜-膜增强部件组件带子进行热压合的热 压合工序P3;将催化剂层涂布于膜-膜增强部件组件带子上的涂布工序
P4;按规定的长度切断膜-催化剂层组件带子的裁切工序P5。由此，就
会有可能以低成本而且容易地大批量生产由图1所表示的MEA5。
首先，就有关接合工序P1作如下具体的说明。
图7以及图8是用于说明膜-催化剂层组件的制造工序中的接合工 序P1的模式图。
首先，使用公知的薄膜制造技术制造将长尺状的高分子电解质膜 带子41a(在切断后成为由图l所表示的高分子电解质膜l的部材)巻 绕起来的高分子电解质膜巻筒40和将膜增强部件带子61 (在切断后成 为由图1所表示的膜增强部件10a，10b的部材)巻绕起来的膜增强部件 巻筒60。
接着，如图7所示，在从高分子电解质膜巻筒40抽出高分子电解质膜带子41a的同时，分别从一对膜增强部件巻筒60，60抽出一对膜增 强部件带子61,61，并将它们引导至具有一对滚轮80,81的热压合机(在 图7中没有显示)的内部。此时，以使一对膜增强部件带子61，61配置 于高分子电解质膜带子41a的两侧端部的方式，设定高分子电解质膜 带子41a以及一对膜增强部件带子61，61的相对位置。然后，高分子电 解质膜带子41a以及一对膜增强部件带子61,61在热压合机内朝着行进 方向Dl侧行进在被预热的滚轮80和滚轮81之间的过程中被接合。由 此，形成了长尺状的膜-膜增强部件组件带子42。
另外，在接触于高分子电解质膜带子41a之前，也可以实行将粘 结剂涂布于一对膜增强部件带子61，61的表面(成为接触面的部分)的 前处理。在此情况下，既可以以如上所述方式预热滚轮80,81而实行加 压处理，或者也可以不实行预热而单单实行加压处理。另外，在此情 况下，作为粘结剂优选使用不使单电池100a的放电特性下降的物质。 比如，作为粘结剂可以使用把与高分子电解质膜带子41a相同种类或 者不同种类(但是，是具有能够与高分子电解质膜带子41a充分一体 化的亲和性的物质)的高分子电解质材料(比如先前作为高分子电解 质膜1的构成材料所例示的材料)包含于分散介质或者溶剂中的溶液。
接着，如图8所示，在膜-膜增强部件组件带子42的由高分子电解 质膜带子41a以及膜增强部件带子61,61所形成的沟槽状的凹部43， 使用刮板45而形成高分子电解质的铸塑膜41b。具体来说，由水置换 或者酒精分散等而将高分子电解质调制成液状，并在把调整成适当粘 度的高分子电解质溶液44适量装载于凹部43之后，使刮板45的下端 接触于膜-膜增强部件组件带子42的膜增强部件带子61,61的上面(主 面)。然后，通过使膜-膜增强部件组件带子42朝着行进方向Dl侧滑 动，从而在刮板45的下端和凹部43之间形成高分子电解质的铸塑膜 41b。
接着，就有关热处理工序P2作如下具体的说明。 在热处理工序P2中，通过以恰当的手段施行热处理(比如，由使 膜-膜增强部件组件带子42通过被调整到分散高分子电解质的分散剂 发生气化的温度的干燥炉中，从而进行干燥)来除去由接合工序P1形 成的高分子电解质膜的铸塑膜41b中包含的液体，从而将高分子电解
25质膜带子41c形成于高分子电解质膜带子41a的主面之上(凹部43)。 在此，高分子电解质膜带子41c的表面与膜-膜增强部件组件带子42 上的一对膜增强部件带子61,61的表面成为同一平面。 接着，就有关热压合工序P3作如下具体的说明。 在热压合工序P3中，为了完全一体化由热处理工序P2形成的高 分子电解质膜带子41c和高分子电解质膜带子41a而进行热压合。具 体来说，使膜-膜增强部件组件带子42和高分子电解质膜带子41c通过 具有一对滚轮82,83的热压合机(在图6中没有显示)中。在此，滚轮 82以及滚轮83被预热至，其温度达到构成高分子电解质膜带子41a以 及高分子电解质膜带子41c的高分子电解质的玻璃化转变点(Tg)以 上的温度。因此，在热压合机内的滚轮82和滚轮83之间朝着行进方 向Dl侧行进的过程中，膜-膜增强部件组件带子42和高分子电解质膜 带子41c被接合并完全一体化，同时高分子电解质膜带子41a和高分 子电解质膜带子41c也被接合并完全一体化，由此，形成了长尺状的 膜-膜增强部件组件带子46。
可是，膜-膜增强部件组件带子46也可以以如下形式来加以形成。 图9是表示形成膜-膜增强部件组件带子的其他制造方法的模式图。
首先，如图9所示，使用公知的薄膜制造技术制造将长尺状的高 分子电解质膜带子41c巻绕起来的高分子电解质膜巻筒40。此时，使 高分子电解质膜带子41c的宽度尺寸与膜-膜增强部件组件带子42的凹 部43的宽度尺寸相同。
接着，如图9所示，从高分子电解质膜巻筒40抽出高分子电解质 膜带子41c，并以将该高分子电解质膜带子41c嵌合于膜-膜增强部件 组件带子42的凹部43中的形式，把膜-膜增强部件组件带子42和高分 子电解质膜带子41c引导至图9中没有显示的热压合机内。于是，在 热压合机内接合膜-膜增强部件组件带子42的高分子电解质膜带子41a 和高分子电解质膜带子41c并使之完全一体化，从而形成长尺状的膜-膜增强部件组件带子46。
另外，膜-膜增强部件组件带子46也可以以下述形式形成。
图10是表示形成膜-膜增强部件组件带子46的其他制造方法[使用滚筒刮刀涂布机(逗点式涂布机Comma Coater)的制造方法]的模式图。 另外，图11是由图10所表示的滚筒刮刀涂布机的主要部分的扩大模 式图。
首先，使用公知的薄膜制造技术，制作将一对膜增强部件带子 61,61贴敷于长尺状的基材薄片84的两侧端部的基材-膜增强部件组件 带子86，并准备将该基材-膜增强部件组件带子86巻绕起来的基材-膜 增强部件巻筒85。然后，在基材-膜增强部件组件带子86的一方的主 面(以下称之为表面)上，使用如图10以及图11所表示的公知的滚 筒刮刀涂布机95来制作截面为凸状的高分子电解质膜的铸塑膜41b。
在此，就有关滚筒刮刀涂布机95作如下简单的说明。
如图10所示，在铸塑膜41b的制造流水线上，配置以规定的旋转 方向进行旋转的旋转滚筒92。把从基材-膜增强部件巻筒85抽出的基 材-膜增强部件组件带子86巻绕到这个旋转滚筒92上。在旋转滚轮92 的下方配置涂布滚筒93，其与被巻到旋转滚轮92的基材-膜增强部件 组件带子86之间具有规定的间隙，并且平行于旋转滚筒92。涂布滚筒 93以与旋转滚筒92相反方向进行旋转。然后，以围绕涂布滚筒93的 形式形成溶液存积部94，涂布滚筒93的下部被浸渍于积存于该溶液存 积部94的涂布液中(在此为高分子电解质溶液44)。另外，在基材-膜增强部件组件带子86的行进方向上的涂布滚筒93的后面的斜上方 配置有滚筒刮刀96。
如图10以及图11所示，滚筒刮刀96被形成为，在圆柱体的圆周 面上沿其轴方向的全长形成一对V字状的切口部97的形状。 一对V 字状的切口部97对称于圆柱体的中心轴而形成。各个切口部97的由 基材-膜增强部件组件带子86的行进方向前侧的侧面97a和圆柱体的圆 周面所形成的棱部构成了振动刀刃部96a。这个滚筒刮刀96以其一方 的振动刀刃部96a与被巻到旋转滚筒92上的基材-膜增强部件组件带子 86之间拥有规定的间隙的形式，以平行于旋转滚筒92的状态被固定。
在以如此形式构成的滚筒刮刀涂布机95中，基材-膜增强部件组件 带子86通过旋转滚筒92和涂布滚筒93之间，从而在通过这些滚筒92 和滚筒93之间的时候将高分子电解质溶液44涂布于基材-膜增强部件 组件带子86的表面。然后，涂布有高分子电解质溶液44的基材-膜增强部件组件带子86沿着旋转滚筒92的圆周面移动。此时，在基材-膜 增强部件组件带子86上，因为在基材薄片84和一对膜增强部件带子 61，61之间形成有凹部，所以高分子电解质膜的铸塑膜41b的厚度方向 的截面被形成成为凸状。由此就形成了基材-高分子电解质膜带子87。 另外，由旋转滚筒92的圆周面(正确地说是基材-膜增强部件组件带子 86的表面)和滚筒刮刀96的振动刀刃部96a之间的间隔决定被形成于 基材-膜增强部件组件带子86的表面的高分子电解质膜带子41a的厚 度。
接着，与热处理工序P2同样，以恰当的手段施行热处理从而除去 包含于以如上所述的形式形成的基材-高分子电解质膜带子87的铸塑 膜41b中的液体。接着，由恰当的手段从基材-高分子电解质膜带子87 剥离基材薄片84，从而形成膜-膜增强部件组件带子46。
另外，在此，虽然使用滚筒刮刀涂布机而形成了基材-高分子电解 质膜带子87，但是并不限定于此，也可以使用槽模涂布机(slot die coater)、唇口涂布机(lipcoater)以及照相凹版涂布机等的公知的涂布 装置来形成基材-高分子电解质膜带子87。
接着，就有关涂布工序P4作如下具体的说明。
图12是用于说明膜-催化剂层组件的制造工序中的涂布工序P4的 模式图。
首先，就有关实行涂布工序P4的区域的构成作如下说明。 如图12所示，在配设有涂布工序P4的区域中配置有具有开口 部48的掩模47、从膜-膜增强部件组件带子46上的配设有一对膜增强 部件带子61,61的一侧的主面(以下称之为"背面")支撑膜-膜增强部 件组件带子46的图12中没有显示的指定的支持手段(比如支撑台)、 催化剂层形成装置49 (参照图6)。在此，开口部48的形状以对应于 由图4 (a)以及图4 (b)所表示的催化剂层2的主面的形状的形式而 设计。另外，在催化剂层形成装置49中具备用于实施涂布或者喷涂催 化剂层形成用油墨而将催化剂层2形成于膜-膜增强部件组件带子46 的表面的机构。另外，作为该机构可以采用公知的用于形成高分子电 解质型燃料电池的气体扩散电极的催化剂层的机构，比如可以采用基 于喷涂法、旋转涂布法、刮板涂布法、挤压式涂布法、丝网印刷法等
28而设计的机构。
接着，就有关涂布工序P4中的处理内容作如下说明。 首先，由热压合工序P3形成的膜-膜增强部件组件带子46行进至 涂布工序P4区域跟前，之后，比如由指定的翻转机构翻转180° ，之 后暂时停止。于是，膜-膜增强部件组件带子46以被夹持于掩模47和 图12中没有显示的支撑台之间的形式被固定。
接着，催化剂层形成装置49开始工作，通过从掩模47的开口部 48的上方涂布催化剂层形成用油墨，从而以与一对膜增强部件带子 61，61的主面上的至少一部分相重叠的形式将催化剂层2形成于膜-膜 增强部件组件带子46上的高分子电解质膜带子41a的主面。催化剂层 2被形成后，从膜-膜增强部件组件带子46分离掩模47以及支撑台。 以如此形式形成的膜-催化剂层组件带子50沿着行进方向Dl移动。由 此，在膜-催化剂层组件带子50上，在其长度方向上以规定的间隔形成 了催化剂层2。
另外，催化剂层2以使其具有适度的柔软性的形式适当调节了其 成分的组成以及干燥的程度。另外，在形成催化剂层2的时候，实施 用于即使是在膜-催化剂层组件带子50的正反面变成相反的情况下催 化剂层2也不会从高分子电解质膜带子41a剥落的处置(比如，预先 加热支撑台来对催化剂层形成用的油墨的分散剂进行干燥处理)。另 外，在形成催化剂层2的时候也可以恰当地实行比如以加热处理、送 风处理以及脱气处理当中的至少一种处理为代表的规定的干燥处理。
接着，就有关裁切工序P5作如下具体的说明。
首先，准备一个膜-催化剂层组件带子50和另一个膜-催化剂层组 件带子50。其后，以各个长度方向实质上垂直的形式，并且以背面互 相相对的形式(以一方的膜增强部件带子61,61和另一方的膜增强部件 带子61,61面对的形式)进行配置。然后，以一组膜-催化剂层组件带 子50，50的背面互相重叠的形式，将其引导至具有热压合机构和裁切机 构的裁切机51的内部。于是，被引导至裁切机51的内部的一方的膜-催化剂层组件带子50的背面和另一方的膜-催化剂层组件带子50的背 面被热压合机构所热压合。接着，由裁切机51的裁断机构按预先设定 的规定的大小尺寸进行裁切，从而获得由图4 (a)以及图4 (b)所表示的膜-催化剂层组件30。另外，也可以按预先设定大小尺寸裁切膜-催化剂层组件带子50,并通过接合被裁断的一组膜-催化剂层组件带子 50，从而形成膜-催化剂层组件30。
另外，在由图6所表示的本实施方式所涉及的膜-催化剂层组件的 制造流水线上，高分子电解质膜带子41a直到形成膜-催化剂层组件带 子50为止以连续的带状的形态进行移动。为了以如此形式恰当地使高 分子电解质膜带子41a朝着行进方向Dl进行移动，在本实施方式中， 将牵引该带子的绞盘或者巻筒对等的牵引机构、给予该带子适度张力 的张紧器等的张力赋予机构、用于使该带子暂时停止在指定区域(比 如涂布工序P4)并且其后使其快速推进的张力调节滚轮等的薄片暂时 存积机构以及薄片输送机构等，设置在该膜-催化剂层组件的制造流水 线的适当的位置。然而，这些各个机构均是众所周知的，所以在此省 略对其进行说明。
另外，在裁切工序(区域)P5中， 一方的膜-催化剂层组件的制造 流水线和另一方的膜-催化剂层组件的制造流水线是交叉的。于是，在 裁切工序P5中，由该另一方的膜-催化剂层组件的制造流水线所制造 的另一方的膜-催化剂层组件带子50被翻转，并且以与由图6所表示的 一方的膜-催化剂层组件的制造流水线所制造的一方的膜-催化剂层组 件带子50相垂直的形式被配置，因而以如上所述方式被加工。这个另 一方的膜-催化剂层组件的制造流水线与由图6 图12所表示的膜-催 化剂层组件的制造流水线完全相同。为此，在此省略对其进行说明。
接着，就有关MEA5的制造方法作如下具体的说明。
在如上所述获得的膜-催化剂层组件30上的催化剂层2的主面上， 通过接合按恰当的大小尺寸预先裁切好的气体扩散层3 (比如碳织布 等)而获得MEA5。另外，也可以将拨水碳层形成用油墨预先涂布于 催化剂层2或者气体扩散层3的主面而形成拨水碳层，从而形成MEA5 。
另外，也可以在裁切工序P5之前将气体扩散层3接合于膜-催化 剂层组件带子50的催化剂层2的主面，从而形成MEA5。在此情况下， 既可以把预先裁断的气体扩散层3接合于催化剂层2的主面而形成膜-电极组件带子，另外，也可以把带状的气体扩散层接合于催化剂层2 的主面并加以裁切而形成膜-电极组件带子。然后，通过使用与上述的裁切工序P5的情况相同的方法来接合以及裁切所得到的一组膜-电极 组件带子，从而形成MEA5。另外，也可以通过预先将拨水碳层形成 用油墨涂布到催化剂层2或者气体扩散层3的主面来形成拨水碳层之 后，形成MEA5。
在此，作为比较例，对于使用公知的薄膜层叠体的制造技术打算 大批量生产日本专利文献2所公开的膜-膜增强部件组件的情况下一般 所设想的制造方法作如下说明。
图13是表示使用公知的薄膜层叠体的制造技术打算大批量生产膜 -膜增强部件组件的情况下一般所设想的制造方法的一个例子的说明 图。
首先，如图13所示，将预先制造的带状的固体高分子电解质膜260 巻绕成固体高分子电解质膜巻筒262,并且，将预先制造的带状的保护 膜250 (连续性地形成由图32所表示的保护膜220的带状物)巻绕成 保护膜巻筒252。
接着，与上述的实施方式所涉及的接合工序P1相同，在带状的固 体高分子电解质膜260的主面的至少一方层叠带状的保护膜250而制 造层叠体。具体来说，从固体高分子电解质膜巻筒262以及保护膜巻 筒252抽出带状的保护膜250以及带状的固体高分子电解质膜260，将 其夹持于一对滚轮290,290之间并一体化，从而制成层叠体。然后，将 该被一体化的层叠体巻绕成膜-保护膜组件巻筒280。
在制造该膜-保护膜组件巻筒280时，保护膜250在该保护膜250 所行进的方向(带状的保护膜250的长度方向)D10上承受着张力。 在此情况下，保护膜250是一个非常薄的膜(比如厚度为50um以下)， 并且在主面的内部形成有开口部222，所以当承受一定的张力时在保护 膜250上浮起与张力施加方向大致垂直的部分R200。由此，在滚轮290 和保护膜巻筒252之间，在由滚轮2卯挤压保护膜250的时候在上述 R200的部分上产生皱纹的可能性变高。另外，在滚轮290和膜-保护膜 组件巻筒280之间，由于张力而使保护膜250的R200部分从固体高分 子电解质膜260上剥离的可能性变高。
为此，作为日本专利文献2所公开的固体高分子电解质型燃料电 池的制造方法，从不产生不良品且切实地制造合格产品的观点出发，不得不采用由间歇式的制造方法将保护膜一个一个定位并贴敷于固体 高分子电解质膜上的、这一非常繁琐而复杂且高成本的制造方法。
而在本实施方式中，不存在图13中所表示的保护膜250的R200 部分，即，与张力所承受的方向大致垂直、并且在承受张力后容易浮 起的部分。为此，根据本实施方式，在将膜增强部件带子61,61接合于 高分子电解质膜带子41a时，能够切实地防止膜增强部件带子61,61的 位置偏差和剥离。
如此，根据本发明的实式方式1所涉及的PEFC的构成，能够切 实地防止高分子电解质膜的破损以及反应气体的交叉泄漏等，并且能 够以低价进行大批量生产。
另外，根据本发明的实施方式1所涉及的PEFC的构成，在一对 膜增强部件带子61,61上产生皱纹的可能性极小，因此，可以用巻筒式 的制造方法来代替间歇式的制造方法，所以能够容易地制造难以破损 的被增强了的高分子电解质膜。由此，能够容易地制造反应气体的交 叉泄漏等切实地得到抑制的良好的PEFC。
另外， 一般来说，为了使PEFC薄型化，在使阳极隔板以及阴极 隔板薄型化的同时，有必要使MEA薄型化。在此，为了使MEA薄型 化，在使高分子电解质膜薄型化的同时，有必要使阳极催化剂层以及 阴极催化剂层薄型化。可是，在对高分子电解质膜进行薄型化的时候， 因为高分子电解质膜的强度降低，所以由于阳极催化剂层以及阴极催 化剂层特别是其四个角落的角部而引起的MEA的损伤程度，比不对高 分子电解质膜进行薄型化的时候来得大。为此，在现有的MEA的构成 中，为了抑制所涉及的MEA的损伤，把阳极催化剂层以及阴极催化剂 层的四个角落加工成为弯曲状。在此，这样的阳极催化剂层以及阴极 催化剂层的加工作业就会成为MEA的成本上升的原因。然而，根据本 发明，即使是对高分子电解质膜进行薄型化的情况下，因为在该高分 子电解质膜的四个角落的部分埋设有双层膜增强部件，所以不需要将 阳极催化剂层以及阴极催化剂层的四个角落加工成弯曲状就能够有效 地抑制由于阳极催化剂层以及阴极催化剂层而引起的MEA的损伤。由 此，即使是在使PEFC薄型化的时候，也能够切实地防止高分子电解 质膜的破损以及反应气体的交叉泄漏等，并且能够以低成本大批量生产。
(实施方式2)
图14是表示本发明的实施方式2所涉及的PEFC所具备的单电池 的概略性的构成的截面图。另外，图15是示意性地表示由图14所表 示的PEFC的单电池中的高分子电解质膜-内部增强膜复合体的概略性 的构成的斜视图。
本发明的实施方式2所涉及的PEFC的单电池与实施方式1所涉 及的PEFC的单电池相比较虽然基本构成为相同，但是在以下的几点 上有所不同。
如图14所示，本实施方式所涉及的PEFC的单电池替代高分子电 解质膜l而具备高分子电解质膜-内部增强膜复合体15。另外，在权利 要求范围中的"高分子电解质膜"中也包含这个高分子电解质膜-内部 增强膜复合体15。然后，这个高分子电解质膜-内部增强膜复合体15 具有一对小片状的高分子电解质膜15a，15b和小片状的内部增强膜 —15c。在此，高分子电解质膜15a,15b以及内部增强膜15c以主面互相 相对的形式进行配置。另夕卜，如图14所示，在高分子电解质膜15a,15b 上，以沿着互相相对的一组边而延伸的形式形成有凹部，这些凹部在 从厚度方向(法线方向)进行观察的情况下呈井字形组合状。在该各 个凹部中配置有第一膜增强部件10a，10a以及第二膜增强部件10b,10b。 另外，在本实施方式中，内部增强膜15c被夹入到高分子电解质膜 15a，15b之间。
接着，使用图16就有关内部增强膜15c的构成作更为详细的说明。 图16是示意性地表示由图15所表示的高分子电解质膜-内部增强 膜复合体中的内部增强膜的概略性构成的模式图。另外，在图16中仅 仅是图示了内部增强膜的一部分。
如图16所示，内部增强膜15c具有在其厚度方向上贯通的多个开 口 (贯通孔)16。在该开口 16中充填着与高分子电解质膜15a，15b相 同的成分或者不相同的成分的高分子电解质。在此，相对于内部增强 膜15c的主面的面积的开口 16的面积的比例(开口度)优选为50% 90%。如此，通过将开口度调整到50%以上，能够容易地获得充分的离子导电性。另外，通过将开口度调整到90%以下，能够容易地获得 内部增强膜15c的充分的机械强度。另外，作为内部增强膜15c所具 备的开口 16可以是非常细微的细孔(比如细孔直径为数十pm)。即使 是在此情况下，根据与上述相同的理由，也优选开口度(多孔度)为 50% 90%。
作为内部增强膜15c，既可以是树脂性的膜，也可以是被延伸加工 的多孔质膜[比如JapanGoreTex株式会社制的"GORE SELECT (R)"]。
作为构成上述的内部增强膜15c的树脂，从化学稳定性以及机械 稳定性的观点出发，优选从聚四氟乙烯、氟乙烯-丙烯共聚物、四氟乙 烯-全氟烷氧基乙烯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、聚醚酰胺、聚醚酰亚胺、 聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚、聚芳酯、多硫化物、聚酰亚胺以及聚 酰胺酰亚胺中挑选的至少一种以上的合成树脂。
另外，作为内部增强膜15c的构成，也可以通过在板状的高分子 电解质膜的内部含有纤维状的增强体粒子以及球状的增强体粒子的至 少一方，从而作为增强高分子电解质膜的强度的构成。另外，作为增 强体粒子的构成材料比如可以列举构成内部增强膜15c的树脂。
另外，对于高分子电解质膜-内部增强膜复合体15的制造方法并没 有特别的限定，可以采用公知的薄膜制造技术来进行制造。然后，PEFC 的单电池除了使用该高分子电解质膜-内部增强膜复合体15之外可以 由与上述的单电池相同的制造方法来进行制造。
以上虽然就有关本发明的实施方式1,2作了详细的说明，但是本发 明并不限定于上述的实施方式。
比如，在本发明的实施方式1,2中，虽然就有关第一膜增强部件 10a,10a以及第二膜增强部件10b，10b的外侧的周缘部(边缘部)与高 分子电解质膜的周缘部(边缘部)相一致的形态(即，在从高分子电 解质膜1的主面的大致法线方向进行观察的情况下，第一膜增强部件 10a,10a以及第二膜增强部件10b，10b的外侧的边缘和高分子电解质膜 1的边缘相重叠，高分子电解质膜1的边缘成为露而不见的状态的形 态)作了说明，但是本发明并不限定于这样的形态。比如，在能够得 到本发明的效果的范围内，可以具有第一膜增强部件10a,10a以及第二 膜增强部件10b，10b的边缘比高分子电解质膜1的边缘更为全体地或者
34部分地露出的构成，也可以具有与此相反的、高分子电解质膜1的边
缘比第一膜增强部件10a,10a以及第二膜增强部件10b，10b的边缘更为 全体地或者部分地露出的构成。
另外，在本发明的实施方式1,2中，高分子电解质膜1，15a，15b以 及内部增强膜15c优选分别为大致四边形。即，在本发明的实施方式 1,2中，各个高分子电解质膜l以及内部增强膜15c上的四个内角可以 不是90度，另外，四条边可以多少有点弯曲，或者四个角可以被倒角。
(实施方式3)
以下，参照附图就有关用于实施本发明的最佳实施方式3,4加以详 细的说明。另外，在以下的说明中，在所有的图面中，对相同或者相 当的部分标注相同的符号，并省略不必要的重复说明。
图17是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的高分子电解质 型燃料电池层叠体(以下称之为"PEFC")所具备的单电池(cell)的 概略性的构成的截面图。另外，在图17中省略了单电池的部分构成。
如图17所示，本实施方式所涉及的PEFC的单电池100b具备 膜-电极组件(以下称之为"MEA") 5、配设于该MEA5内部的第一膜 增强部件10a以及第二膜增强部件10b、密封垫片11,11、阳极隔板6a 以及阴极隔板6b。
MEA5具备选择性地输送氢离子的高分子电解质膜l、由阳极催 化剂层(第一催化剂层)2a以及阳极气体扩散层(第一气体扩散层) 3a构成的阳极4a、由阴极催化剂层(第二催化剂层)2b以及阴极气体 扩散层(第二气体扩散层)3b构成的阴极4b。另外，在本说明书中， 将由高分子电解质膜1和第一膜增强部件10a以及第二膜增强部件10b 构成的组件称之为"膜-膜增强部件组件20"。另外，在本说明书中， 将由膜-膜增强部件组件20和阳极催化剂层2a以及阴极催化剂层2b 构成的组件称之为"膜-催化剂层组件30"。
首先，就有关高分子电解质膜1以及膜-膜增强部件组件20的构成 作如下说明。
图18是示意性地表示由图17所表示的PEFC的单电池100b中的 高分子电解质膜l的概略性的构成的斜视图。另外，图19是示意性地表示第一膜增强部件10a以及第二膜增强部件10b被配置于由图18所 表示的高分子电解质膜1上的状态(膜-膜增强部件组件20)的概略性 的构成的斜视图。
如图18所示，高分子电解质膜1从主面Fl侧进行观察时呈大致 四边形(在此为矩形)。并且，在该高分子电解质膜1的缘部形成有一 对第一凹部la，la和一对第二凹部lb，lb。具体而言，沿着高分子电解 质膜1的主面Fl的相对的一组边E1,E1的全长，以从主面Fl在高分 子电解质膜1的厚度方向上隔开规定的距离的形式，形成有分别呈薄 长方形形状的一对第一凹部la，la。另外，沿着高分子电解质膜1的主 面F2的相对的一组边E2,E2的全长，以从主面F2在高分子电解质膜1 的厚度方向上比所述规定的距离隔开更多的形式，形成有分别呈薄长 方形形状的一对第二凹部lb,lb。 一对第一凹部la,la和一对第二凹部 lb，lb以在高分子电解质膜1的厚度方向上互相隔开规定的距离d的形 式分别形成在高分子电解质膜1的缘部。在此，如图2所示，在本实 施方式中，一对第一凹部la，la比一对第二凹部lb,lb更靠近于主面Fl。
然后，如图19所示，在高分子电解质膜1上形成的各个第一凹部 la，la中，以恰好合适地一致的方式埋设有呈薄长方形形状并且具有与 第一凹部la,la相同的形状的膜状的第一膜增强部件10a，10a。换言之， 第一膜增强部件10a,10a以不露出其主面的形式被埋入到高分子电解 质膜1中。另外，在高分子电解质膜1上形成的各个第二凹部lb，lb 中，以恰好合适地一致的方式埋设有呈薄长方形形状并且具有与第二 凹部lb，lb相同的形状的膜状的第二膜增强部件10b,10b。总之，与第 一膜增强部件10a,10a的情况相同，第二膜增强部件10b,10b以不露出 其主面的形式被埋入到高分子电解质膜1中。
在此，如图19所示， 一对第一膜增强部件10a,10a和一对第二膜 增强部件10b,10b整体沿着高分子电解质膜1的四边延伸，并且以在高 分子电解质膜1的四个角落部分各个主面之间不相接触的状态(以下 根据必要将这样的状态称之为"井字形组合状")配置。更具体而言， 一对第一膜增强部件10a，10a和一对第二膜增强部件10b，10b分别被配 置成，在高分子电解质膜1的四个角落的部分各个主面之间隔开规定 距离d。另外， 一对第一膜增强部件10a，10a被埋设于高分子电解质膜1中，从而使得主面F1上的与一对第一膜增强部件10a，10a相对应的 第一部分、和主面F1上的与位于一对第一膜增强部件10a，10a之间的 部分相对应的第二部分，实际上位于同一平面上。同样， 一对第二膜 增强部件10b,10b被埋设于高分子电解质膜1中，从而使得主面F2上 的与一对第二膜增强部件10b，10b相对应的第一部分、和主面Fl上的 与位于一对第二膜增强部件10b，10b之间的部分相对应的第二部分，实 际上位于同一平面上。
另外，对于被配置于第一凹部la,la以及第二凹部lb,lb的第一膜 增强部件10a，10a以及第二膜增强部件10b，10b的厚度以及宽度方向的 尺寸而言，只要在能够取得本发明效果的范围内就没有特别的限定， 但是从更进一步切实地取得本发明的效果的观点出发，第一膜增强部 件10a,10a以及第二膜增强部件10b，10b的厚度以及宽度方向的尺寸优 选为互相相等。
接着，就有关膜-膜增强部件组件20的各个构成要素进行说明。
高分子电解质膜1具有质子传导性。作为该高分子电解质膜1，比 如优选具有作为阳离子交换基的磺酸基、羧酸基、膦酸基或者硫酰亚 胺基。在此，从确保恰当的质子传导性的观点出发，高分子电解质膜l 特别优选具有磺酸基。
另外，作为构成高分子电解质膜1的具有磺酸基的树脂，优选离 子交换容量为0.5 1.5meq/g的干燥树脂。其理由是，如果构成高分子 电解质膜1的千燥树脂的离子交换容量为0.5m叫/g以上，那么就能够 充分地减少发电时的高分子电解质膜1的电阻值的上升。另外，如果 在构成高分子电解质膜1的干燥树脂的离子交换容量为1.5meq/g以下 的情况下，高分子电解质膜1的含水率不会增大，膨润变得困难，从 而就能够回避下面所叙述的催化剂层2的细孔被闭塞的担忧。另外， 从与以上相同的观点出发，最为理想的是，优选构成高分子电解质膜l 的干燥树脂的离子交换容量为0.8 1.2meq/g。
作为高分子电解质优选分别含有基于由化学式(5)所表示的全氟 乙烯基化合物(m表示0 3的整数，n表示1 12的整数，p表示0 或者1， X表示氟原子或者三氟甲基)的聚合单元和基于四氟乙烯的聚 合单元的共聚物。<formula>formula see original document page 38</formula>
作为上述全氟乙烯基化合物的优选例子，可以列举由化学式(6) (8)所表示的化合物。但是，在下述的化学式中，q表示l 8的整数， r表示1 8的整数，t表示1 3的整数。<formula>formula see original document page 38</formula>
另外，第一膜增强部件10a以及第二膜增强部件10b的构成材料 优选是在制造时能够巻绕到滚筒上并且在解开该巻绕时能够回复到原 来形状的具有柔软性和可挠性的合成树脂。
进一步，作为上述的合成树脂，作为分别构成第一膜增强部件 10a，10a以及第二膜增强部件10b，10b的材料，从耐久性的观点出发， 更优选是由选自聚萘二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二 醇酯、氟乙烯-丙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯共聚物、聚乙烯、 聚丙烯、聚醚酰胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚、聚 芳酯、多硫化物、聚酰亚胺以及聚酰胺酰亚胺的至少一种以上的树脂 构成的合成树脂。
接着，就有关膜-催化剂层组件30的构成作如下说明。
图20 (a)是示意性地表示由图1所表示的PEFC的单电池100b 中的膜-催化剂层组件30的概略性的构成的斜视图。另外，图20 (b) 是从由图20 (a)所表示的箭头XXb的方向所见到的情况的模式图。
如图20 (a)所示，膜-催化剂层组件30具备膜-膜增强部件组件 20和催化剂层2 (阳极催化剂层2a以及阴极催化剂层2b)。阳极催化 剂层2a在高分子电解质膜1的主面Fl侧以从一方的第一膜增强部件 10a的一部分跨到另一方的第一膜增强部件10a的一部分的形式配置。 另外，虽然在图20 (a)中被隐匿，但是阴极催化剂层2b在高分子电 解质膜1的主面F2侧以从一方的第二膜增强部件10b的一部分跨到另 一方的第二膜增强部件10b的一部分的形式配置。然后，如图20 (b) 所示，在本实施方式中，阳极催化剂层2a以及阴极催化剂层2b被形 成成为与高分子电解质膜1相似的矩形，从高分子电解质膜1的厚度 方向[SP，图20 (a)的箭头IVb的方向]进行观察时，各个周缘部以在全周具有与第一膜增强部件10a，10a以及第二膜增强部件10b，10b相重叠的部分的形式配置。
由此，在阳极催化剂层2a的主面的四边中的、互相相对的一组边E3，E3，与高分子电解质膜1的主面F1中的被第一膜增强部件10a,10a增强的部分接触，所以高分子电解质膜1不会破损。同样，在阴极催化剂层2b的主面的四边中的、互相相对的一组边E4,E4，与高分子电解质膜1的主面F2中的被第二膜增强部件10b，10b增强的部分接触，所以高分子电解质膜1不会破损。
另外，在阳极催化剂层2a上的主面的四边中互相相对的边E4，E4，与高分子电解质膜1的主面F1直接接触，所以高分子电解质膜1在该部分也会有破损的情况。然而，即使是在这样情况下，因为在高分子电解质膜1的主面F2侧的部分配置有第二膜增强部件10b，10b，所以不会发生反应气体的交叉泄漏。另外，同样地，在阴极催化剂层2b上的主面的四边中的互相相对的边E3，E3，与高分子电解质膜1的主面F2直接接触，所以高分子电解质膜1在该部分会有破损的情况。然而，即使是在这样情况下，因为在高分子电解质膜1的主面F1侧的部分配置有第一膜增强部件10a，10a，所以不会发生反应气体的交叉泄漏。
作为催化剂层2的构成，只要能够获得本发明的效果就没有特别的限定，也可以具有与公知的高分子电解质型燃料电池中的气体扩散电极的催化剂层相同的构成。比如，可以是含有担载电极催化剂的导电性碳粒子(粉末)和具有阳离子(氢离子)传导性的高分子电解质的构成，另外，也可以是更进一步含有聚四氟乙烯等的拨水材料的构成。另外，阳极催化剂层2a以及阴极催化剂层2b的构成既可以互相相同也可以互不相同。
另外，催化剂层2可以使用公知的高分子电解质型燃料电池中的气体扩散电极的催化剂层的制造方法来形成。比如，可以调制至少含有催化剂层2的构成材料(比如上述的担载电极催化剂的导电性碳粒子和高分子电解质)和分散介质的溶液(催化剂层形成用油墨)，并使用该溶液来制作催化剂层2。
另外，作为高分子电解质既可以使用与构成上述的高分子电解质膜l的材料相同种类的物质，另外，也可以使用与其不同种类的物质。另外，作为电极催化剂可以使用金属粒子。作为该金属粒子，没有特别的限定，可以使用各种各样的金属，但是从电极反应活性的观点出发优选是选自铂、金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铬、铁、钛、锰、钴、镍、钼、钨、铝、硅、锌以及锡的至少一种以上的金属。其中，优选铂、或者铂与从上述金属中挑选的至少一种以上的金属的合金。
比如，特别优选铂与钌的合金，因为其在阳极催化剂层2a中的催化活性稳定。
另外，被使用于电极催化剂的上述金属粒子的平均粒径优选为l 5nm。其理由是，平均粒径为lnm以上的电极催化剂在工业上比较容易调制，所以优选。另外，如果平均粒径为5nm以下，则能够更加容易地充分确保电极催化剂的每单位质量的活性，并且能够对降低高分子电解质型燃料电池的成本做出一定的贡献，所以优选。
另外，上述导电性碳粒子的比表面积优选为50 1500m2/g。其理由是，如果导电性碳粒子的比表面积为50mVg以上，那么就容易提高电极催化剂的担载率，其结果，能够更加充分地确保所获得的催化剂层2的输出特性。另外，如果导电性碳粒子的比表面积是1500m々g以下，那么能够更加容易地确保充分大小的细孔，并且由高分子电解质的覆盖变得更容易，其结果，能够更加充分地确保催化剂层2的输出特性。从与上述相同的观点出发，更为理想的是，优选导电性碳粒子的比表面积为200 900m2/g。
另夕卜，上述的导电性碳粒子的平均粒径优选为0.1 1.0um。其理由是，如果导电性碳粒子的平均粒径为O.lum以上，那么就容易更加充分地确保催化剂层2中的气体扩散性，其结果就能够更加可靠地防止液泛(flooding)。另外，如果导电性碳粒子的平均粒径为l.Onm以下，则更能容易地将由高分子电解质实施的电极催化剂的覆盖状态调整到良好的状态，并且，能更加充分地确保由高分子电解质实施的电极催化剂的覆盖面积，所以容易更进一步确保充分的电极性能。
接着，就有关MEA (膜-电极组件)5的构成作如下说明。
图21 (a)是示意性地表示由图1所表示的PEFC的单电池100b中的MEA5的概略性的构成的斜视图。另外，图21 (b)是从由图21(a)所表示的箭头XXIb的方向所见到的情况的模式图。如图21 (a)以及(b)所示，在MEA5上，以覆盖膜-催化剂层组件30的阳极催化剂层2a的主面的形式设置有阳极气体扩散层3a。另外，同样在这个MEA5上，以覆盖阴极催化剂层2b的主面的形式设置有阴极气体扩散层3b。在此，由阳极催化剂层2a和阳极气体扩散层3a构成阳极4a。另外，由阴极催化剂层2b和阴极气体扩散层3b构成阴极4b。将阳极4a和阴极4b合并起来称之为电极4。另外，在本实施方式中，阳极气体扩散层3a以及阴极气体扩散层3b的主面分别被形成成为与阳极催化剂层2a以及阴极催化剂层2b的主面相似的矩形，并且，以比这些稍大的形式构成，但是并不限定于像这样的构成，各个主面也可以具有相同的形状。
只要能够获得本发明的效果，对于阳极气体扩散层3a以及阴极气体扩散层3b (以下称之为气体扩散层3)的构成就没有特别的限定，也可以具有与公知的高分子电解质型燃料电池中的气体扩散电极的气体扩散层相同的构成。另外，气体扩散层3的构成既可以互相相同或者也可以互不相同。
作为气体扩散层3，比如，为了使其具备透气性，可以使用以高表面积的碳细微粉末、造孔材料、碳纸或者碳布等制作的具有多孔质构造的导电性基材。另外，从获得充分的排水性的观点出发，也可以把以氟树脂作为代表的拨水性高分子化合物等分散到气体扩散层3当中。进一步，从获得充分的电子传导性的观点出发，也可以用碳纤维、金属纤维或者碳细微粉末等的电子传导性材料构成气体扩散层3。
另外，在阳极气体扩散层3a和阳极催化剂层2a之间、以及在阴极气体扩散层3b和阴极催化剂层2b之间，也可以配设由拨水性高分子化合物和碳粉构成的拨水碳层。由此，就能够更加容易且更加切实地实行在MEA5中的水的管理(即，为了MEA5的良好的特性维持而必要的水的保持以及对不必要的水的迅速排除)。
接着，关于单电池100b的构成，对其说明被省略的部分的构成作如下说明。
如图17所示，在MEA5的阳极4a以及阴极4b的周围，夹持着高分子电解质膜l而配设有一对氟橡胶制的密封垫片ll，ll。由此，在防止燃料气体、空气以及氧化剂气体泄漏到单电池100b的外部的同时，防止在单电池100b的内部这些气体发生互相之间的混合。另外，虽然在图17中没有显示，但是在高分子电解质膜l、第一以及第二膜增强部件10a,10b、以及密封垫片11的周缘部，适当地配设有由厚度方向的贯通孔构成的燃料气体供给歧管孔等的歧管孔。
另外，以夹持MEA5和密封垫片11的形式配设导电性的阳极隔板6a和阴极隔板6b。这些阳极隔板6a以及阴极隔板6b使用在石墨板中浸渍酚醛树脂并加以固化的树脂浸渍石墨板。另外，作为阳极隔板6a以及阴极隔板6b也可以使用由SUS等的金属材料构成的材料。在由阳极隔板6a和阴极隔板6b机械性地固定MEA5的同时，邻接的MEA5
之间被电气性地串联。
在阳极隔板6a的内面(与MEA5接触的面)上，比如以蛇形状形成有用于输送燃料气体的沟槽状的燃料气体通道7。另外，在阳极隔板6a的外面(不与MEA5相接触的面)上，比如以蛇形状形成有用于输送传热介质的沟槽状的传热介质通道9。另外，虽然在图17中没有显示，但是在阳极隔板6a的周缘部配设有由厚度方向的贯通孔构成的燃料气体供给歧管孔等的歧管孔。
另外，在阴极隔板6b的内面(与MEA5接触的面)上，比如以蛇形状形成有用于输送氧化剂气体的沟槽状的氧化剂气体通道8。另外，在阴极隔板6b的外面(不与MEA5相接触的面)上，与阳极隔板6a的情况相同，比如以蛇形状形成有用于输送传热介质的沟槽状的传热介质通道9。另外，虽然在图17中没有显示，但是在阴极隔板6b的周缘部，与阳极隔板6a的情况相同，配设有由厚度方向的贯通孔构成的燃料气体供给歧管孔等的歧管孔。
另外，在本实施方式中，虽然各个燃料气体通道7、氧化剂气体通道8以及传热介质通道9以蛇形状形成，但是并不仅限定于此。比如，如果是使反应气体或者传热介质流通于隔板6a，6b的主面的大体全部区域的构成，无论什么样的形状都可以。
通过把以如此形式形成的单电池100b在其厚度方向上加以层叠，从而形成单电池100b的层叠体。此时，配设于阳极隔板6a、阴极隔板6b以及密封垫片11的燃料气体供给歧管孔等的歧管孔，通过单电池100b的层叠而在厚度方向上分别被连接，由此，分别形成了燃料气体供给歧管等的歧管。然后，将分别配设有集电板以及绝缘板的端板配
置于单电池100b的层叠体的两端，通过由规定的紧固器具实施紧固而形成电池堆(PEFC)。
接着，就有关本实施方式所涉及的PEFC中的MEA的制造方作如下说明。另外，对于使用以如下说明方式所制造的MEA来制造单电池以及电池堆(PEFC)的方法，并没有特别的限定，能够采用公知的PEFC的制造技术，所以在此省略对其进行详细的说明。
首先，就有关膜-催化剂层组件30的制造方法作如下说明。
图22是概略性地表示用于制造膜-催化剂层组件的一系列工序(处理区域)以及制造流水线的一部分的模式图。
如图22所示，由图20 (a)所表示的膜-催化剂层组件30经过如下各个工序来制造接合工序P1，接合高分子电解质膜带子和膜增强部件带子，从而形成膜-膜增强部件组件带子；对膜-膜增强部件组件带子进行干燥的热处理工序P2;对膜-膜增强部件组件带子进行热压合的热压合工序P3;将催化剂层涂布于膜-膜增强部件组件带子上的涂布工
序P4;按规定的长度切断膜-催化剂层组件带子的裁切工序P5。由此，
就会有可能以低成本而且容易地大批量生产由图17所表示的MEA5。
首先，就有关接合工序P1作如下具体的说明。
图23以及图24是用于说明膜-催化剂层组件30的制造工序中的接合工序P1的模式图。
首先，使用公知的薄膜制造技术制造将长尺状的高分子电解质膜带子41a (在切断后成为由图17所表示的高分子电解质膜1的部材)巻绕起来的高分子电解质膜巻筒40和将膜增强部件带子61 (在切断后成为由图1所表示的第一以及第二膜增强部件10a，10b的部材)巻绕起来的膜增强部件巻筒60。
接着，如图23所示，在从高分子电解质膜巻筒40抽出高分子电解质膜带子41a的同时，分别从一对膜增强部件巻筒60，60的抽出一对膜增强部件带子61,61，并将它们引导至具有一对滚轮80,81的热压合机(在图23中没有显示)的内部。此时，以使一对膜增强部件带子61,61配置于高分子电解质膜带子41a的两侧端部的方式，设定高分子电解质膜带子41a以及一对膜增强部件带子61,61的相对位置。然后，高分子电解质膜带子41a以及一对膜增强部件带子61,61在热压合机内朝着行进方向Dl侧行进在被预热的滚轮80和滚轮81之间的过程中被接合。由此，形成了长尺状的膜-膜增强部件组件带子42。
另外，在接触于高分子电解质膜带子41a之前，也可以实行将粘结剂涂布于一对膜增强部件带子61，61的表面(成为接触面的部分)的前处理。在此情况下，既可以以如上所述方式预热滚轮80,81而实行加压处理，或者也可以不实行预热而单单实行加压处理。另外，在此情况下，作为粘结剂优选使用不使单电池100b的放电特性下降的物质。比如，作为粘结剂可以使用把与高分子电解质膜带子41a相同种类或者不同种类(但是，是具有能够与高分子电解质膜带子41a充分一体化的亲和性的物质)的高分子电解质材料(比如先前作为高分子电解质膜1的构成材料所例示的材料)包含于分散介质或者溶剂中的溶液。
接着，如图24所示，在膜-膜增强部件组件带子42上的由高分子电解质膜带子41a以及膜增强部件带子61，61形成的沟槽状的凹部43的上部、和一对膜增强部件带子61,61的上部，以其宽度尺寸与高分子电解质膜带子41a的宽度尺寸实质上相同、且其上面形成同一平面的形式，使用刮板45来形成高分子电解质的铸塑膜41b。具体来说，由水置换或者酒精分散等而将高分子电解质调制成液状，并在把调整成适当粘度的高分子电解质溶液44适量装载于凹部43以及一对膜增强部件带子61,61之后，将刮板45的下端固定于膜-膜增强部件组件带子42上的膜增强部件带子61，61的上方(从膜增强部件带子61,61隔开规定距离的位置)。然后，通过朝着行进方向Dl侧滑动膜-膜增强部件组件带子42，从而在刮板45的下端和膜-膜增强部件组件带子42之间以规定的膜厚形成高分子电解质的铸塑膜41b。
接着，就有关热处理工序P2作如下具体的说明。
在热处理工序P2中，通过以恰当的手段施行热处理(比如，由使膜-膜增强部件组件带子42通过被调整到分散高分子电解质的分散剂发生气化的温度的干燥炉中，从而进行干燥)来除去由接合工序P1形成的高分子电解质膜的铸塑膜41b中包含的液体，从而将高分子电解质膜带子41c形成于膜-膜增强部件组件带子42的凹部43以及一对膜增强部件带子61，61的上部。在此，如上所述，高分子电解质膜带子41c的表面以对应于膜-膜增强部件组件带子42上的一对膜增强部件带子61,61的部分和对应于凹部43的部分成为同一平面的形式形成。接着，就有关热压合工序P3作如下具体的说明。在热压合工序P3中，为了完全一体化由热处理工序P2形成的高分子电解质膜带子41c和膜-膜增强部件组件带子42而进行热压合。具体来说，使膜-膜增强部件组件带子42和高分子电解质膜带子41c通过具有一对滚轮82,83的热压合机(在图6中没有显示)中。在此，滚轮82以及滚轮83被预热至，其温度达到构成高分子电解质膜带子41a以及高分子电解质膜带子41c的高分子电解质的玻璃化转变点(Tg)以上的温度。因此，在朝着行进方向Dl侧行进于热压合机内的滚轮82和滚轮83之间的过程中，膜-膜增强部件组件带子42和高分子电解质膜带子41c即高分子电解质膜带子41a以及一对膜增强部件带子61，61和高分子电解质膜带子41c被接合并完全一体化。由此，形成了长尺状的膜-膜增强部件组件带子46。
可是，膜-膜增强部件组件带子46也可以以如下形式来加以形成。图25是表示形成膜-膜增强部件组件带子的其他制造方法的模式图。
首先，如图25所示，使用公知的薄膜制造技术制造将长尺状的高分子电解质膜带子41d以及41e巻绕起来的高分子电解质膜巻筒40c以及40b。此时，使高分子电解质膜带子41d的宽度尺寸与膜-膜增强部件组件带子42的凹部43的宽度尺寸相同。另外，使高分子电解质膜带子41e的宽度尺寸与膜-膜增强部件组件带子42的宽度尺寸相同。
接着，如图25所示，从高分子电解质膜巻筒40抽出高分子电解质膜带子41d，并将该高分子电解质膜带子41d嵌合于膜-膜增强部件组件带子42的凹部43。另外，其后，从高分子电解质膜巻筒40d抽出高分子电解质膜带子41e，并将该被抽出的高分子电解质膜带子41e配置于膜-膜增强部件组件带子42的膜增强部件带子61,61以及高分子电解质膜带子41d的上部。于是，把膜-膜增强部件组件带子42和高分子电解质膜带子41e,41d引导至图25中没有显示的热压合机内。由此，在热压合机内接合膜-膜增强部件组件带子42的高分子电解质膜带子41a和高分子电解质膜带子41d并使之完全一体化。另外，在热压合机内接合膜-膜增强部件组件带子42的膜增强部件61,61以及高分子电解 质膜带子41d和高分子电解质膜带子41e并使之完全一体化。因此， 形成了长尺状的膜-膜增强部件组件带子46。
另外，在本实施方式中，膜-膜增强部件组件带子46也可以如实施 方式1所表示的那样使用滚筒刮刀涂布机(逗点式涂布机Comma Coater)来形成(参照图10以及图11)。在此情况下，首先，将高分 子电解质溶液44涂布于基材薄片84的表面，并由规定的干燥方法固 化该被涂布层，从而在这个基材薄片84的表面上形成高分子电解质带 子41e。然后，通过制作在上述基材薄片84上形成的高分子电解质带 子41e上的两侧端部贴敷一对膜增强部件带子61，61而形成的基材-膜 增强部件组件带子86，从而与实施方式1的情况相同地制作成基材-高分子电解质膜带子87。之后，由适当的手段从该基材-高分子电解质 膜带子87剥离基材薄片84，从而形成膜-膜增强部件组件带子46。
接着，就有关涂布工序P4作如下具体的说明。
图26是用于说明膜-催化剂层组件的制造工序中的涂布工序P4的 模式闺。
首先，就有关实行涂布工序P4的区域的构成作如下说明。 如图26所示，在实行涂布工序P4的区域中配置有具有开口部 48的掩模47、从膜-膜增强部件组件带子46上的配设有一对膜增强部 件带子61，61的一侧的主面(以下称之为"背面")支撑膜-膜增强部件 组件带子46的图26中没有显示的指定的支持手段(比如支撑台)、催 化剂层形成装置49 (参照图22)。在此，开口部48的形状以对应于由 图20 (a)以及图20 (b)所表示的催化剂层2的主面的形状的形式而 设计。另外，在催化剂层形成装置49中具备用于实施涂布或者喷涂催 化剂层形成用油墨而将催化剂层2形成于膜-膜增强部件组件带子46 的表面的机构。另外，作为该机构可以采用公知的用于形成高分子电 解质型燃料电池的气体扩散电极的催化剂层的机构，比如可以采用基 于喷涂法、旋转涂布法、刮板涂布法、挤压式涂布法、丝网印刷法等 而设计的机构。
接着，就有关涂布工序P4中的处理内容作如下说明。
首先，如果由热压合工序P3形成的膜-膜增强部件组件带子46进行至涂布工序P4区域，那么在比如由反转机构进行翻转之后，就会暂 时被停止。于是，膜-膜增强部件组件带子46以被夹持于掩模47和图 26中没有显示的支撑台之间的形式被固定。
接着，催化剂层形成装置49开始工作，通过从掩模47的开口部 48的上方涂布催化剂层形成用油墨，从而以与一对膜增强部件带子 61,61的主面上的至少一部分相重叠的形式将催化剂层2形成于膜-膜 增强部件组件带子46上的高分子电解质膜带子41a的主面。催化剂层 2被形成后，从膜-膜增强部件组件带子46分离掩模47以及支撑台。 以如此形式形成的膜-催化剂层组件带子50沿着行进方向Dl按顺序移 动。由此，在膜-催化剂层组件带子50上，在其长度方向上以规定的间 隔形成了催化剂层2。
另外，催化剂层2以使其具有适度的柔软性的形式适当调节了其 成分的组成以及干燥的程度。另外，在形成催化剂层2的时候，实施 用于即使是在膜-催化剂层组件带子50的正反面变成相反的情况下催 化剂层2也不会从高分子电解质膜带子41a剥落的处置(比如，预先 加热支撑台来对催化剂层形成用的油墨的分散剂进行干燥处理)。另 外，在形成催化剂层2的时候也可以恰当地实行比如以加热处理、送 风处理以及脱气处理当中的至少一种处理方法为代表的规定的干燥处 理。
接着，就有关裁切工序P5作如下具体的说明。
首先，准备一个膜-催化剂层组件带子50和另一个膜-催化剂层组 件带子50。之后，以各个长度方向实质上垂直的形式，并且以背面互 相相对的形式(以一方的膜增强部件带子61,61和另一方的膜增强部件 带子61,61面对的形式)进行配置。然后，以一组膜-催化剂层组件带 子50,50的背面互相重叠的形式，将其引导至具有热压合机构和裁切机 构的裁切机51的内部。于是，被引导至裁切机51的内部的一方的膜-催化剂层组件带子50的背面和另一方的膜-催化剂层组件带子50的背 面夹着相对的高分子电解质膜带子41c而被热压合机构热压合。接着， 由裁切机51的裁断机构按预先设定的规定的大小尺寸进行裁切，从而 获得由图20 (a)以及图20 (b)所表示的膜-催化剂层组件30。另外， 也可以按预先设定的大小尺寸裁切膜-催化剂层组件带子50，并通过接合被裁断的一组膜-催化剂层组件带子50而形成膜-催化剂层组件30。
另外，在由图22所表示的本实施方式所涉及的膜-催化剂层组件的 制造流水线上，高分子电解质膜带子41a直到形成膜-催化剂层组件带 子50为止以所连续的带状的方式进行移动。为了以如此形式恰当地使 高分子电解质膜带子41a朝着行进方向Dl进行移动，在本实施方式中， 将牵引该带子的绞盘或者巻筒对等的牵引机构、给予该带子适度张力 的张力机等的张力赋予机构、用于使该带子暂时停止在指定区域(比 如涂布工序P4)并且其后使其快速推进的张力调节滚轮等的薄片暂时 存积机构以及薄片输送机构等，设置在该膜-催化剂层组件的制造流水 线的适当的位置。然而，这些各个机构均是众所周知的，所以在此省 略对其进行说明。
另外，在裁切工序(区域)P5中， 一方的膜-催化剂层组件的制造 流水线和另一方的膜-催化剂层组件的制造流水线是交叉的。于是，在 裁切工序P5中，由该另一方的膜-催化剂层组件的制造流水线所制造 的另一方的膜-催化剂层组件带子50被翻转，并且以与由图22所表示 的一方的膜-催化剂层组件的制造流水线所制造的一方的膜-催化剂层 组件带子50相垂直的形式被配置，因而以如上所述方式被加工。这个 另一方的膜-催化剂层组件的制造流水线完全与由图22 图26所表示 的膜-催化剂层组件的制造流水线相同。为此，在此省略对其说明。 接着，就有关MEA5的制造方法作如下具体的说明。 在如上所述获得的膜-催化剂层组件30上的催化剂层2的主面上， 通过接合按恰当的大小尺寸预先裁切好的气体扩散层3 (比如碳织布 等)而获得MEA5。另外，也可以将拨水碳层形成用油墨预先涂布于 催化剂层2或者气体扩散层3的主面而形成拨水碳层，从而形成MEA5 。 另外，也可以在裁切工序P5之前将气体扩散层3接合于膜-催化 剂层组件带子50的催化剂层2的主面，从而形成MEA5。在此情况下， 既可以把预先被裁断的气体扩散层3接合于催化剂层2的主面而形成 膜-电极组件带子，另外也可以把带状的气体扩散层接合于催化剂层2 的主面并加以裁切而形成膜-电极组件带子。然后，通过使用与上述的 裁切工序P5的情况相同的方法来接合以及裁切所得到的一组膜-电极 组件带子，从而形成MEA5。另外，也可以通过预先将拨水碳层形成用油墨涂布到催化剂层2或者气体扩散层3的主面来形成拨水碳层之 后，形成MEA5。
在此，作为比较例，对于使用公知的薄膜层叠体的制造技术打算 大批量生产日本专利文献2所公开的膜-膜增强部件组件的情况下一般 所设想的制造方法作如下说明。
图27是表示使用公知的薄膜层叠体的制造技术打算大批量生产膜 -膜增强部件组件的情况下一般所设想的制造方法的一个例子的说明 图。
首先，如图27所示，将预先制造的带状的固体高分子电解质膜260 巻绕成固体高分子电解质膜巻筒262，并且，将预先制造的带状的保护 膜250 (连续性地形成由图32所表示的保护膜220的带状物)巻绕成 保护膜巻筒252。
接着，与上述的实施方式所涉及的接合工序P1相同，在带状的固 体高分子电解质膜260的主面的至少一方层叠带状的保护膜250而制 造层叠体。具体来说，从固体高分子电解质膜巻筒262以及保护膜巻 筒252抽出带状的保护膜250以及带状的固体高分子电解质膜260，将 该保护膜250以及固体高分子电解质膜260夹持于一对滚轮290,2卯 之间并一体化，从而制成层叠体。然后，将该被一体化的层叠体巻绕 成膜-保护膜组件巻筒280。
在制造该膜-保护膜组件巻筒280的时候，保护膜250在该保护膜 250所行进的方向(带状的保护膜250的长度方向)DIO上承受着张力。 在此情况下，保护膜250是一个非常薄的膜(比如厚度为50pm以下)， 并且在主面的内部形成有开口部222，所以当承受一定的张力时在保护 膜250上浮起与张力施加方向大致垂直的部分R200。由此，在滚轮290 和保护膜巻筒252之间，在由滚轮290挤压保护膜250的时候在上述 R200的部分上产生铍纹的可能性会变高。另外，在滚轮290和膜-保护 膜组件巻筒280之间，由于张力而使保护膜250的R200的一部分从固 体高分子电解质膜260上剥离的可能性变高。
为此，作为由日本专利文献2所公幵的固体高分子电解质型燃料 电池的制造方法，从不产生不良品且切实地制造合格产品的观点出发, 不得不采用由间歇式的制造方法将保护膜一个一个定位并贴敷于固体
49高分子电解质膜上的、这一非常繁琐而复杂且高成本的制造方法。
另外，在本发明的实施方式3中，不存在图27中所表示的保护膜 250的R200的部分，即，与张力所承受的方向大致垂直、并且在承受 张力后而容易浮起的部分。为此，根据本实施方式，在将膜增强部件 带子61,61接合于高分子电解质膜带子41a时，能够切实地防止膜增强 部件带子61,61的位置偏差和剥离。
如此，根据本发明的实式方式3所涉及的PEFC的构成，能够切 实地防止高分子电解质膜的破损以及反应气体的交叉泄漏等，并且能 够以低价进行大批量生产。另外，与实施方式1，2的情况相同，能够容 易地制造增强的MEA的同时，能够以低廉的价格提供薄型的PEFC。
(实施方式4)
图28是表示本发明的实施方式4所涉及的PEFC所具备的单电池 的概略性的构成的截面图。另外，图29是示意性地表示由图28所表 示的PEFC的高分子电解质膜-内部增强膜复合体的概略性构成的斜视 图。
本发明的实施方式4所涉及的PEFC的单电池与实施方式3所涉 及的PEFC的单电池相比较虽然基本构成为相同，但是在以下的几点 上有所不同。
如图28以及图29所示，本实施方式所涉及的PEFC的单电池替 代高分子电解质膜1而具备高分子电解质膜-内部增强膜复合体15。另 外，在权利要求范围中的"高分子电解质膜"中也包含这个高分子电 解质膜-内部增强膜复合体15。然后，这个高分子电解质膜-内部增强 膜复合体15具有一对小片状的高分子电解质膜15a,15b和小片状的内 部增强膜15c。在此，高分子电解质膜15a，15b，15c以主面互相相对的 形式配置。另外，如图29所示，在高分子电解质膜15a,15b上，在互 相相对的一组边上形成有以沿着该边而延伸的凹部，这些凹部在从其 厚度方向(法线方向)进行观察的情况下呈井字形组合状。在这些各 个凹部中配置有第一膜增强部件10a,10a以及第二膜增强部件10b，10b。 另外，在本实施方式中，内部增强膜15c被夹入到高分子电解质膜 15a,15b之间。接着，使用图30就有关内部增强膜15c的构成作更为详细的说明。 图30是表示由图29所表示的高分子电解质膜-内部增强膜复合体 中的内部增强膜的概略性构成的模式图。另外，在图30中仅仅图示了 内部增强膜的一部分。
如图30所示，内部增强膜15c具有在其厚度方向上贯通的多个开 口(贯通孔)16。并且，在该开口 16中充填着与高分子电解质膜15a，15b 相同的成分或者不相同的成分的高分子电解质。在此，相对于内部增 强膜15c的主面的面积的开口 16的面积的比例(开口度)优选为50% 90%。如此，通过将开口度调整到50%以上，能够容易地获得充分的 离子导电性。另外，通过将开口度调整到90%以下，能够容易地获得 内部增强膜15c的充分的机械强度。另外，作为内部增强膜15c所具 备的开口 16可以是非常细微的细孔(比如细孔直径为数十pm)。即使 是在此情况下，根据与上述相同的理由，也优选开口度(多孔度)为 50% 90%。
作为内部增强膜15c，既可以是树脂性的膜，也可以是被延伸加工 的多孔质膜[比如JapanGoreTex株式会社制的"GORE SELECT (R)"]。
作为构成上述的内部增强膜15c的树脂，从化学稳定性以及机械 稳定性的观点出发，优选从聚四氟乙烯、氟乙烯-丙烯共聚物、四氟乙 烯-全氟烷氧基乙烯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、聚醚酰胺、聚醚酰亚胺、 聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚、聚芳酯、多硫化物、聚酰亚胺以及聚 酰胺酰亚胺中挑选的至少一种以上的合成树脂。
另外，作为内部增强膜15c的构成，也可以通过在板状的高分子 电解质膜的内部含有纤维状的增强体粒子以及球状的增强体粒子的至 少一方，从而作为增强高分子电解质膜的强度的构成。另外，作为增 强体粒子的构成材料比如可以列举构成内部增强膜15c的树脂。
另外，对于高分子电解质膜-内部增强膜复合体15的制造方法并没 有特别的限定，可以采用公知的薄膜制造技术来进行制造。然后，PEFC 的单电池除了使用该高分子电解质膜-内部增强膜复合体15之外还可 以由与上述的单电池相同的制造方法来进行制造。
以上虽然就有关本发明的实施方式3,4作了详细的说明，但是本发 明并不限定于上述的实施方式。比如，在本发明的实施方式3,4中，虽然就有关第一膜增强部件或 者第二膜增强部件的外侧的周缘部(边缘部)与高分子电解质膜的周 缘部(边缘部)相一致的形态(即，在从高分子电解质膜的主面的大 致法线方向进行观察的情况下，第一膜增强部件或者第二膜增强部件 的外侧的边缘和高分子电解质膜的边缘相重叠，高分子电解质膜的边 缘成为露而不见的状态的形态)作了说明，但是本发明并不限定于这 样的形态。比如，在能够得到本发明的效果的范围内，可以具有第一 膜增强部件或者第二膜增强部件的边缘比高分子电解质膜的边缘更为 全体地或者部分地露出的构成，也可以具有与此相反的、高分子电解 质膜的边缘比第一膜增强部件或者第二膜增强部件的边缘更为全体地 或者部分地露出的构成。
另外，在本发明的实施方式3，4中，高分子电解质膜1,15a，15b以 及内部增强膜15c优选分别为大致四边形。即，在本发明的实施方式 3,4中，各个高分子电解质膜以及内部增强膜上的四个内角可以不是90 度，另外，四条边可以多少有点弯曲，或者四个角可以被倒角。
产业上的利用可能性
本发明的膜-膜增强部件组件、膜-催化剂层组件以及膜-电极组件 作为能够大批量生产的高分子电解质型燃料电池的零部件在产业上是 有用的。
另外，本发明的高分子电解质型燃料电池期待适宜地用作汽车等 的移动体、分散型(on-site型)发电系统(家庭用热电联供系统)等 的主电源或者辅助电源。
权利要求
1.一种膜-膜增强部件组件，其特征在于具备高分子电解质膜，具有基本为四角形的形状，且具有第一主面以及第二主面；一对膜状的第一膜增强部件，沿着所述高分子电解质膜的四边中的互相相对的一组边延伸，并且以其主面不露出的形式被埋入到所述高分子电解质膜中；一对膜状的第二膜增强部件，沿着所述高分子电解质膜的四边中的互相相对的另一组边延伸，并且以其主面不露出的形式被埋入到所述高分子电解质膜中；所述一对第一膜增强部件和所述一对第二膜增强部件，以该一对第一膜增强部件比该一对第二膜增强部件更接近于所述第一主面、并且从该高分子电解质膜的厚度方向进行观察时在所述高分子电解质膜的四个角落的部分重叠的形式，被埋设。
2. 如权利要求1所记载的膜-膜增强部件组件，其特征在于 所述一对第一膜增强部件和所述一对第二膜增强部件，以各个主面之间在所述高分子电解质膜的四个角落的部分相接触的形式被埋 设。
3. 如权利要求1所记载的膜-膜增强部件组件，其特征在于 所述一对第一膜增强部件和所述一对第二膜增强部件，以各个主面之间在所述高分子电解质膜的四个角落的部分不相接触的形式被埋 设。
4. 如权利要求3所记载的膜-膜增强部件组件，其特征在于 所述一对第一膜增强部件和所述一对第二膜增强部件，以在所述高分子电解质膜的四个角落的部分夹持所述高分子电解质膜且各个主 面之间不相接触的形式被埋设。
5. 如权利要求1所记载的膜-膜增强部件组件，其特征在于 所述一对第一膜增强部件，以在所述第一主面中的该一对第一膜增强部件上的第一部分和另外的第二部分实质上位于同一平面上的形 式被埋设于所述高分子电解质膜中，所述一对第二膜增强部件，以在所述第二主面中的该一对第二膜 增强部件上的第一部分和另外的第二部分实质上位于同一平面上的形 式被埋设于所述高分子电解质膜中。
6. 如权利要求1所记载的膜-膜增强部件组件，其特征在于 所述高分子电解质膜在其内部具有内部增强膜，该内部增强膜具有成为离子传导通道的贯通孔。
7. 如权利要求6所记载的膜-膜增强部件组件，其特征在于 所述一对第一膜增强部件和所述一对第二膜增强部件在所述高分子电解质膜的四个角落的部分以夹持所述内部增强膜的形式被埋设。
8. —种膜-催化剂层组件，其特征在于 具备权利要求1所记载的膜-膜增强部件组件；以覆盖所述高分子电解质膜的第一主面的形式配置的第一催化剂层；以覆盖所述高分子电解质膜的第二主面的形式配置的第二催化剂层，所述第一催化剂层被配置成，从该高分子电解质膜的厚度方向进 行观察吋，与所述一对第一膜增强部件的主面的一部分、以及所述高 分子电解质膜中的位于该一对第一膜增强部件之间的部分存在重叠，所述第二催化剂层被配置成，从该高分子电解质膜的厚度方向进 行观察时，与所述一对第二膜增强部件的主面的一部分、以及所述高 分子电解质膜中的位于该一对第二膜增强部件之间的部分存在重叠。
9. 如权利要求8所记载的膜-催化剂层组件，其特征在于所述第一催化剂层以及所述第二催化剂层被配置成，从所述高分 子电解质膜的厚度方向进行观察时，各个周缘部在全周与所述第一膜 增强部件以及所述第二膜增强部件相重叠。
10. —种膜-电极组件，其特征在于 具备权利要求8所记载的膜-催化剂层组件；以覆盖所述膜-催化剂层组件的所述第一催化剂层的形式配置的第 一气体扩散层；以覆盖所述膜-催化剂层组件的所述第二催化剂层的形式配置的第 二气体扩散层。
11. 一种高分子电解质型燃料电池，其特征在于: 具备权利要求10所记载的膜-电极组件。
全文摘要
本发明提供具有能够确保充分的耐久性并且适合于单电池的低成本化以及大批量生产的构成的膜-膜增强部件组件、膜-催化剂层组件、膜-电极组件以及高分子电解质型燃料电池，单电池(100)的MEA(5)中的膜-催化剂层组件(30)的膜-膜增强部件组件(20)具备高分子电解质膜(1)和以主面不露出的方式埋入高分子电解质膜(1)中的一对第一膜增强部件(10a)、(10a)以及一对第二膜增强部件(10b)、(10b)；所述一对第一膜增强部件和所述一对第二膜增强部件在高分子电解质膜(1)的四个角落的部分以从该高分子电解质膜的厚度方向进行观察时重叠的形式被埋设为井字形组合状。
文档编号H01M8/02GK101542801SQ20088000068
公开日2009年9月23日 申请日期2008年1月29日 优先权日2007年1月29日
发明者冈西岳太, 辻庸一郎, 野木淳志 申请人:松下电器产业株式会社