燃料电池用的电解质膜及其制造方法、膜电极接合体及燃料电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及燃料电池（尤其为固体高分子型燃料电池），尤其涉及燃料电池所具 备的电解质膜及其制造方法、以及膜电极接合体。
【背景技术】
[0002] 燃料电池（尤其为固体高分子型燃料电池）是通过使含有氢的可燃气体和空气等 含有氧的氧化剂气体以电化学的方式反应，从而同时产生电力和热的装置。
[0003] 燃料电池一般是通过层叠多个电池单体（单电池）并用螺栓等紧固部件对它们 进行加压紧固来构成的。一个电池单体用一对板状的导电性的隔离物夹持膜电极接合体 (MEA)来构成。
[0004] 膜电极接合体由电解质膜、和形成在该电解质膜的两面的一对电极来构成。该一 对电极的一者为阳极电极，另一者为阴极电极。另外，各个电极由形成在电解质膜的表面的 催化剂层、和形成在该催化剂层上的气体扩散层来构成。
[0005] 作为电解质膜，利用的是作为氟系电解质树脂（离子交换树脂）的全氟磺酸聚合 物的薄膜。此外，由于在独有电解质树脂的薄膜中无法获得充分的机械特性，因此例如将对 PTFE、聚烯烃树脂等进行拉伸所作成的拉伸多孔质膜作为增强体而埋设在电解质树脂中来 使用（例如参照专利文献1)。
[0006] 在此，在图8中示出专利文献1的燃料电池用的电解质膜的构成。如图8所示，电 解质膜50具备：电解质树脂51、和埋入在电解质树脂51之中的增强体52。作为增强体52 利用的是拉伸多孔质膜，增强体52配置在电解质膜50中的厚度方向的大致中央。另外，在 专利文献1的电解质膜中，提出了通过调整增强体52在电解质膜50的厚度方向上的位置 来提升发电特性的方案。
[0007] 接下来，利用图9来说明这种现有的电解质膜50的制造方法。首先，准备形成在片 状的基材53之上的增强体（拉伸多孔质膜）52 (图9 (A))。接着，对增强体52涂敷电解质 溶液51a以浸渍增强体52整体，使电解质溶液51a浸渗到增强体52中。然后，使电解质溶 液51a干燥来作为电解质树脂51，成为在电解质树脂51之中埋入有增强体52的状态（图 9 (B))。接着，剥离基材53 (图9 (C))，从被剥离的面侧起对增强体52进一步涂敷电解质溶 液51a。然后，使新涂敷的电解质溶液51a干燥来作为电解质树脂51，制作在电解质树脂51 的厚度方向的大致中央配置有增强体52的电解质膜50 (图9 (D))。
[0008] 此外，也提出了将由包含导电性纳米纤维的膏所形成的增强材料配置在电解质膜 的表面，由此来提高膜的机械特性以及质子传导性的方案（例如参照专利文献2)。
[0009] 在先技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1 :日本特开2009-16074号公报
[0012] 专利文献2 :日本特开2006-252967号公报
【发明内容】
[0013] 发明要解决的课题
[0014] 近年来，伴随着燃料电池的日益普及，要求尽可能廉价地提供能够以高发电性能 来进行稳定的发电的燃料电池。为此，要求电解质膜具有能够担保膜的耐久性的机械特性、 发电特性良好、以及生产率优良。
[0015] 然而，如专利文献1的电解质膜50那样在电解质树脂51的厚度方向的大致中央 埋设了增强体（拉伸多孔质膜）52的构成中，在电解质膜50的制造工序中需要各进行两次 的电解质溶液51a的涂敷至干燥处理。即，需要对增强体52的两面分别进行电解质溶液 51a的涂敷和干燥处理。因而，存在即便在机械特性、发电特性上能够满足所提出的需求，但 也难以提高电解质膜的生产率的课题。
[0016]此外，在专利文献2的电解质膜中增强材料只是配置在膜的表面，与使增强体配 置到电解质膜的内部的构成相比，不能说机械特性得到充分提高。进而，由于需要利用了膏 的丝网印刷、对于增强材料的覆盖处理等多个制作工序，因此存在难以提高电解质膜的生 产率的课题。
[0017] 本公开的目的在于，解决上述现有课题，提供能够获得良好的发电特性且提高生 产率的燃料电池用的电解质膜及其制造方法、膜电极接合体及燃料电池。
[0018] 用于解决课题的手段
[0019] 为了达成本公开的目的，本公开的一形态所涉及的燃料电池用的电解质膜是在电 解质树脂之中埋入有纳米纤维无纺布的电解质膜，纳米纤维无纺布仅从电解质膜的配置阳 极电极的第1面露出。
[0020] 此外，本公开的一形态所涉及的燃料电池用的膜电极接合体在电解质膜中的第1 面配置有阳极电极，在第2面配置有阴极电极，其中该电解质膜在电解质树脂之中埋入有 纳米纤维无纺布、且纳米纤维无纺布仅从电解质膜的配置阳极电极的第1面露出。
[0021] 此外，本公开的一形态所涉及的燃料电池具备：膜电极接合体，其在电解质膜中的 第1面配置有阳极电极，在第2面配置有阴极电极，其中该电解质膜在电解质树脂之中埋入 有纳米纤维无纺布、且纳米纤维无纺布仅从电解质膜的配置阳极电极的第1面露出。
[0022] 此外，在本公开的一形态所涉及的燃料电池用的电解质膜的制造方法中，涂敷电 解质溶液以使形成在片状的基材上的纳米纤维无纺布埋在电解质溶液中，从而使电解质溶 液浸渗到纳米纤维无纺布中；使电解质溶液干燥来作为电解质树脂，从而形成在电解质树 脂之中埋入有纳米纤维无纺布的电解质膜；然后，从电解质膜剥离基材，将电解质膜中基材 被剥离的一侧的面作为配置阳极电极的第1面，使纳米纤维无纺布仅从第1面露出。
[0023] 发明效果
[0024] 根据本公开，可提供能够获得良好的发电特性且能够提高生产率的燃料电池用的 电解质膜及其制造方法、膜电极接合体及燃料电池。
【附图说明】
[0025] 图1是本公开的一实施方式所涉及的燃料电池的构成图。
[0026] 图2是图1的燃料电池所具备的电解质膜的构成图。
[0027] 图3是图2的电解质膜的制造方法的说明图。
[0028] 图4是表示纳米纤维无纺布的纤维直径和发电特性的关系的图表。
[0029] 图5是表示纳米纤维无纺布的空隙率和发电特性的关系的图表。
[0030] 图6是表示纳米纤维无纺布的厚度比例和尺寸变化率的关系的图表。
[0031]图7是表示纳米纤维无纺布在电解质膜的厚度方向上的位置和发电特性的关系 的图表（包含表示在电解质膜内的位置的图）。
[0032] 图8是现有的燃料电池用的电解质膜的构成图。
[0033] 图9是现有的电解质膜的制造方法的说明图。
【具体实施方式】
[0034] 根据本公开的第1形态，提供一种燃料电池用的电解质膜，是在电解质树脂之中 埋入有纳米纤维无纺布的电解质膜，其中，纳米纤维无纺布仅从电解质膜的配置阳极电极 的第1面露出。
[0035] 根据本公开的第2形态，提供一种第1形态所记载的电解质膜，其中，纳米纤维无 纺布具有质子非传导性。
[0036] 根据本公开的第3形态，提供一种第2形态所记载的电解质膜，其中，纳米纤维无 纺布在电解质膜的大致整个厚度方向上存在，在电解质膜的配置阴极电极的第2面，由电 解质树脂进行覆盖而使得纳米纤维无纺布不露出。
[0037]根据本公开的第4形态，提供一种第3形态所记载的电解质膜，其中，纳米纤维无 纺布以与电解质膜的第2面相距Ium以上的方式位于电解质树脂的内侧。
[0038] 根据本公开的第5形态，提供一种第1~第4的任一个形态所记载的电解质膜，其 中，纳米纤维无纺布的空隙率为75%以上。
[0039] 根据本公开的第6形态，提供一种第1或第2形态所记载的电解质膜，其中，纳米 纤维无纺布的厚度相对于电解质膜的厚度为30%以上。
[0040] 根据本公开的第7形态，提供一