特許 7290681 膜電極接合体および膜電極接合体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-05

(45)【発行日】2023-06-13

(54)【発明の名称】膜電極接合体および膜電極接合体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/1004 20160101AFI20230606BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20230606BHJP

   H01M 8/0273 20160101ALI20230606BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20230606BHJP

【ＦＩ】

H01M8/1004

H01M8/00 Z

H01M8/0273

H01M8/10 101

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021036333

(22)【出願日】2021-03-08

(65)【公開番号】P2022136629

(43)【公開日】2022-09-21

【審査請求日】2022-04-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100135013

【弁理士】

【氏名又は名称】西田 隆美

(72)【発明者】

【氏名】山仲 巨剛

【審査官】山本 雄一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１０８４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００９／１１３２４０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／０２９７

Ｈ０１Ｍ ８／０８－ ８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池に適用される膜電極接合体であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の第１面に位置する第１触媒層と、
前記電解質膜の第２面に位置する第２触媒層と、
前記電解質膜に接合されており、前記電解質膜の外縁部よりも外側にはみ出たはみ出し部分を有する第１サブガスケットと、
前記第１サブガスケットの表面に位置し、前記膜電極接合体の固有の情報を表す情報部と、
前記電解質膜に接合されているとともに、前記第１サブガスケットの前記はみ出し部分に接合されている第２サブガスケットと、
を備え、
情報部が、前記はみ出し部分の表面に位置し、
前記情報部が、前記第１サブガスケットと前記第２サブガスケットとの間に位置する、膜電極接合体。

【請求項2】

燃料電池に適用される膜電極接合体であって、
第１触媒層が形成された電解質膜を含む電解質膜基材と、
前記電解質膜基材に位置し、前記膜電極接合体の固有の情報を表す情報部と、
を備え、
電解質膜基材は、前記電解質膜を必要部分と不要部分とに分ける切断枠を有し、
前記不要部分は、前記切断枠の外側であり、
前記情報部は、前記不要部分に位置する、膜電極接合体。

【請求項3】

請求項２に記載の膜電極接合体であって、
前記電解質膜基材が、前記電解質膜に接合されているシートを含み、
前記情報部が、前記シートに位置する、膜電極接合体。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の膜電極接合体であって、
前記固有の情報が、識別情報を含む、膜電極接合体。

【請求項5】

燃料電池に適用される膜電極接合体の製造方法であって、
ａ）第１面に第１触媒層が設けられ、第２面に第２触媒層が設けられた電解質膜を準備する工程と、
ｂ）第１サブガスケットを準備する工程と、
ｃ）前記第１サブガスケットに前記膜電極接合体の固有の情報を表す情報部を記録する工程と、
ｄ）前記電解質膜に、前記工程ｃ）によって前記情報部が記録された前記第１サブガスケットを接合する工程と、
ｅ）前記工程ｄ）の後、第２サブガスケットを前記第１サブガスケットに接合する工程と、
を有し、
前記第１サブガスケットは、前記電解質膜の外縁部よりも外側にはみ出たはみ出し部分を有し、
前記情報部は前記はみ出し部分の表面に位置し、
前記情報部は、前記第１サブガスケットと前記第２サブガスケットとの間に位置する、膜電極接合体の製造方法。

【請求項6】

燃料電池に適用される膜電極接合体の製造方法であって、
Ａ）電解質膜に第１触媒層を形成する工程と、
Ｂ）前記工程Ａ）によって前記第１触媒層が形成された電解質膜を含む電解質膜基材に、前記膜電極接合体の固有の情報を表す第１情報部を記録する工程と、
を含み、
前記電解質膜基材は、前記電解質膜を必要部分と不要部分とに分ける切断枠を有し、
前記工程Ｂ）において、前記第１情報部は、前記電解質膜における前記切断枠の外側である前記不要部分に位置する、膜電極接合体の製造方法。

【請求項7】

請求項６に記載の膜電極接合体の製造方法であって、
Ｃ）前記工程Ｂ）によって前記第１情報部が記録された電解質膜に、シートを接合する工程と、
Ｄ）前記工程Ｂ）によって記録された前記第１情報部を読み取る工程と、
Ｅ）前記工程Ｃ）によって前記電解質膜に接合された前記シートに、前記第１情報部が示す情報と同じ情報を示す第２情報部を記録する工程と、
を含む、膜電極接合体の製造方法。

【請求項8】

請求項７に記載の膜電極接合体の製造方法であって、
Ｆ）前記シートを貫通せずに、前記切断枠に沿って前記第２情報部を有する前記電解質膜
を切断する工程と、
Ｇ）前記工程Ｆ）の後、前記電解質膜の前記不要部分を前記電解質膜基材から剥離する工
程と、
を含む、膜電極接合体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池に適用される膜電極接合体に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車や携帯電話などの駆動電源として、燃料電池が注目されている。燃料電池は、燃料に含まれる水素（Ｈ_２）と空気中の酸素（Ｏ_２）との電気化学反応によって電力を作り出す発電システムである。燃料電池は、他の電池と比べて、発電効率が高く、環境への負荷が小さいという特長を有する。

【0003】

燃料電池には、使用する電解質によって幾つかの種類が存在する。そのうちの１つが、電解質としてイオン交換膜（電解質膜）を用いた固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）である。固体高分子形燃料電池は、常温での動作および小型軽量化が可能であるため、自動車や携帯機器への適用が期待されている。

【0004】

固体高分子形燃料電池は、一般的には複数のセルが積層された構造を有する。１つのセルは、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode-Assembly）の両側を一対のセパレータで挟み込むことにより構成される。膜・電極接合体は、電解質膜と、電解質膜の両面に形成された一対の触媒層とを有する。一対の触媒層の一方はアノード電極となり、他方がカソード電極となる。アノード電極に水素を含む燃料ガスが接触するとともに、カソード電極に空気が接触すると、電気化学反応によって電力が発生する。このような膜電極接合体に関連する先行技術としては、例えば特許文献１に記載のものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－１４７８９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

膜電極接合体を大量生産する場合、膜電極接合体の情報がロット単位で管理されており、個々の膜電極接合体の情報を個別に管理することは行われていない。このため、特定の膜電極接合体に不良が発生した場合には、ロット単位で膜電極接合体を回収または廃棄しなければならなくなるおそれがあった。また、ロット単位で膜電極接合体の情報を管理しているため、特定の膜電極接合体に製品不良が発生した場合に、不良原因を追及することが困難な場合があった。

【0007】

本発明の目的は、個々の膜電極接合体の情報を容易に管理できる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、第１態様は、燃料電池に適用される膜電極接合体であって、電解質膜と、前記電解質膜の第１面に位置する第１触媒層と、前記電解質膜の第２面に位置する第２触媒層と、前記電解質膜に接合されており、前記電解質膜の外縁部よりも外側にはみ出たはみ出し部分を有する第１サブガスケットと、前記第１サブガスケットの表面に位置し、前記膜電極接合体の固有の情報を表す情報部と、前記電解質膜に接合されているとともに、前記第１サブガスケットの前記はみ出し部分に接合されている第２サブガスケットと、を備え、情報部が、前記はみ出し部分の表面に位置し、前記情報部が、前記第１サブガスケットと前記第２サブガスケットとの間に位置する。

【0011】

第２態様は、燃料電池に適用される膜電極接合体であって、第１触媒層が形成された電解質膜を含む電解質膜基材と、前記電解質膜基材に位置し、前記膜電極接合体の固有の情報を表す情報部と、を備え、電解質膜基材は、前記電解質膜を必要部分と不要部分とに分ける切断枠を有し、前記不要部分は、前記切断枠の外側であり、前記情報部は、前記不要部分に位置する。

【0013】

第３態様は、第２態様の膜電極接合体であって、前記電解質膜基材が、前記電解質膜に接合されているシートを含み、前記情報部が、前記シートに位置する。

【0014】

第４態様は、第１態様から第３態様のいずれか１つの膜電極接合体であって、前記固有の情報が、識別情報を含む。

【0015】

第５態様は、燃料電池に適用される膜電極接合体の製造方法であって、ａ）第１面に第１触媒層が設けられ、第２面に第２触媒層が設けられた電解質膜を準備する工程と、ｂ）第１サブガスケットを準備する工程と、ｃ）前記第１サブガスケットに前記膜電極接合体の固有の情報を表す情報部を記録する工程と、ｄ）前記電解質膜に、前記工程ｃ）によって前記情報部が記録された前記第１サブガスケットを接合する工程と、ｅ）前記工程ｄ）の後、第２サブガスケットを前記第１サブガスケットに接合する工程と、を有し、前記工程ｄ）により前記電解質膜に接合された前記第１サブガスケットは、前記電解質膜の外縁部よりも外側にはみ出たはみ出し部分を有し、前記情報部は前記はみ出し部分の表面に位置し、前記情報部は、前記第１サブガスケットと前記第２サブガスケットとの間に位置する。

【0016】

第６態様は、燃料電池に適用される膜電極接合体の製造方法であって、Ａ）電解質膜に
第１触媒層を形成する工程と、Ｂ）前記工程Ａ）によって前記第１触媒層が形成された電
解質膜を含む電解質膜基材に、前記膜電極接合体の固有の情報を表す第１情報部を記録す
る工程と、を含み、前記電解質膜基材は、前記電解質膜を必要部分と不要部分とに分ける
切断枠を有し、前記工程Ｂ）において、前記代１情報部は、前記電解質膜における前記切
断枠の外側である前記不要部分に位置する。
第７態様は、第６態様の膜電極接合体の製造方法であって、Ｃ）前記工程Ｂ）によって
前記第１情報部が記録された電解質膜に、シートを接合する工程と、Ｄ）前記工程Ｂ）に
よって記録された前記第１情報部を読み取る工程と、Ｅ）前記工程Ｃ）によって前記電解
質膜に接合された前記シートに、前記第１情報部が示す情報と同じ情報を示す第２情報部
を記録する工程と、を含む。
第８態様は、第７態様の膜電極接合体の製造方法であって、Ｆ）前記シートを貫通せず
に、前記切断枠に沿って前記第２情報部を有する前記電解質膜を切断する工程と、Ｇ）前
記工程Ｆ）の後、前記電解質膜の前記不要部分を前記電解質膜基材から剥離する工程と、
を含む。

【発明の効果】

【0017】

第１態様の膜電極接合体によると、各第１サブガスケットに膜電極接合体の固有の情報を表す情報部が付与される。これにより、情報部に基づいて、個々の膜電極接合体の情報を容易に管理できる。また、第１サブガスケットの表面に情報部を設けることによって、第１サブガスケットの表面のスペースを有効利用できる。

【0018】

また、第１態様の膜電極接合体によると、電解質膜の外縁部よりも外側にはみ出た部分に設けられているため、電解質膜によって情報部の読み取りが阻害されることを低減できる。

【0019】

また、第１態様の膜電極接合体によると、第１サブガスケットと第２サブガスケットとの間に情報部が位置するため、情報部を保護できる。

【0020】

第２態様の膜電極接合体によると、電解質膜基材に膜電極接合体の固有の情報を表す情報部が付与される。これにより、情報部に基づいて、個々の膜電極接合体の情報を容易に管理できる。

【0022】

第３態様の膜電極接合体によると、電解質膜基材のシートに膜電極接合体の固有の情報を表す情報部が付与される。これにより、情報部に基づいて、個々の膜電極接合体の情報を容易に管理できる。

【0023】

第４態様の膜電極接合体によると、識別情報に基づいて、個々の膜電極接合体の情報を容易に管理できる。

【0024】

第５態様の膜電極接合体の製造方法によると、第１サブガスケットに情報部を記録できる。これにより、情報部に基づいて、個々の膜電極接合体の情報を容易に管理できる。

【0025】

第６態様の膜電極接合体の製造方法によると、第１触媒層が形成された電解質膜基材に膜電極接合体の固有の情報を表す第１情報部を付与できる。これにより、第１情報部に基づいて、個々の膜電極接合体の情報を容易に管理できる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】実施形態に係る膜電極接合体の平面図である。

【図2】図１に示す膜電極接合体の断面図である。

【図3】膜電極接合体製造装置の構成を示す図である。

【図4】電解質膜に触媒層が形成される様子を示す平面図である。

【図5】情報記録部が電解質膜基材に情報部を記録する様子を示す平面図である。

【図6】第２供給部において処理されるサブガスケット基材の各状態を示す側断面図である。

【図7】第１接合部が電解質膜基材にサブガスケット基材を接合する様子を示す平面図である。

【図8】膜電極接合体ウエブの各状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張又は簡略化して図示されている場合がある。

【0028】

＜１． 実施形態＞
図１は、実施形態に係る膜電極接合体１の平面図である。図２は、図１に示す膜電極接合体１の断面図である。図１および図２に示す膜電極接合体１は、例えば、固体高分子燃料電池に適用される。

【0029】

膜電極接合体１は、電解質膜１１と、一対の触媒層１３ａ，１３ｂとを有する。触媒層１３ａは、電解質膜１１の一方側の第１面に位置し、触媒層１３ｂは、電解質膜１１の他方側の第２面に位置する。以下、電解質膜１１に対して、触媒層１３ａまたは触媒層１３ｂが積層されている方向を「厚さ方向」と称する。

【0030】

電解質膜１１は、フッ素系または炭化水素性の高分子電解質膜が用いられる。電解質膜１１の具体例としては、パーフルオロカーボンスルホン酸を含む高分子電解質膜（例えば、米国DuPont社製のNafion（登録商標）、旭硝子（株）製のFlemion（登録商標）、旭化成（株）製のAciplex（登録商標）、ゴア(Gore)社製のGoreselect（登録商標））を挙げることができる。電解質膜１１の膜厚は、例えば、５μｍ～３０μｍである。電解質膜１１は、大気中の湿気によって膨潤する一方、湿度が低くなると収縮する。すなわち、電解質膜１１は、大気中の湿度に応じて変形しやすい性質を有する。

【0031】

触媒層１３ａ，１３ｂの材料には、高分子形燃料電池のアノードまたはカソードにおいて燃料電池反応を起こす材料が用いられる。触媒層１３ａ，１３ｂの材料として、具体的には、白金（Ｐｔ）、白金合金、白金化合物等の触媒粒子が用いられる。白金合金の例としては、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、イリジウム（Ｉｒ）、鉄（Ｆｅ）等からなる群から選択される少なくとも１種の金属と白金との合金を挙げることができる。一般的には、カソード用の触媒層の材料には白金が用いられ、アノード用の触媒層の材料には白金合金が用いられる。触媒層１３ａ，１３ｂは、触媒層形成用のペースト状組成物を電解質膜１１の表面に塗工した後、ペースト状組成物を乾燥させることによって形成される。

【0032】

図１および図２に示す、膜電極接合体１は、一対のサブガスケット１５を有する。一対のサブガスケット１５は、電解質膜１１の両面に対して、それぞれ接着剤を介して接合されている。

【0033】

サブガスケット１５は、中央に開口１５Ｐを有する枠状である。触媒層１３ａ，１３ｂは、それぞれサブガスケット１５の開口１５Ｐ内に配置されている。各サブガスケット１５の外縁部は、電解質膜１１の外縁部よりも外側にはみ出ている。各サブガスケット１５のはみ出た部分は、接着剤を介して互いに接合されている。

【0034】

サブガスケット１５は、供給ガスおよび生成水のリークを防止する機能を有するとともに、膜電極接合体１のハンドリングを容易にするために設けられている。サブガスケット１５は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）またはＰＳ（ポリスチレン）のフィルムである。サブガスケット１５は、触媒層１３ａまたは触媒層１３ｂよりも大きい厚さ（例えば、２５～１００μｍ）を有していてもよい。

【0035】

膜電極接合体１は、情報部１７を有する。情報部１７は、膜電極接合体１の固有の情報を表す。具体的に、情報部１７は、個々の膜電極接合体１を識別するための識別情報を表す。情報部１７は、光学的に読み取り可能であって、識別情報を符号化した文字列または図柄である。情報部１７は、好ましくは、２次元コードである。情報部１７を２次元コードとすることにより、膜電極接合体１に対して、限られたスペースにより多くの情報を記録することができる。ただし、情報部１７は、１次元バーコードであってもよい。また、情報部１７は、文字列や１次元／２次元コード以外の図柄であってもよい。また、サブガスケット１５の間に隙間を設けない限りにおいて、３次元コードでもよい。

【0036】

情報部１７は、一対のサブガスケット１５のうち、一方のサブガスケット１５の外表面に設けられている。このように、情報部１７をサブガスケット１５の外表面に設けることによって、サブガスケット１５の外表面のスペースを有効利用できる。

【0037】

また、情報部１７は、サブガスケット１５における電解質膜１１の外縁部からはみ出た部分に設けられている。すなわち、情報部１７は、厚さ方向において電解質膜１１とは重ならない位置に設けられている。この場合、情報部１７が電解質膜１１と重なる場合と比べて、情報部１７の読み取りが容易である。

【0038】

また、情報部１７は、一方のサブガスケット１５の外表面のうち、他方のサブガスケット１５側を向く面に配されている。したがって、情報部１７は、一対のサブガスケット１５の間に配される。このため、情報部１７を、情報部１７の両側にある一対のサブガスケット１５で保護できる。なお、サブガスケット１５は、透光性を有する部材である。このため、情報部１７は、サブガスケット１５を介して、外部から容易に読み取り可能である。

【0039】

膜電極接合体１に付与された情報部１７が表す識別情報は、不図示のデータベース上で、膜電極接合体１に関する情報に対応づけされて管理される。これにより、各膜電極接合体１に付与されている情報部１７を読み取ることによって、各膜電極接合体１の情報を容易に得ることができる。したがって、情報部１７に基づいて、個々の膜電極接合体１の情報を容易に管理できる。

【0040】

図１および図２に示すように、膜電極接合体１は、一対のガス拡散層１９を有していてもよい。一対のガス拡散層１９は、一対のサブガスケット１５の各開口１５Ｐ内にそれぞれ１つずつ配される。ガス拡散層１９は、触媒層１３ａ，１３ｂの各外表面に接合される。ガス拡散層１９は、例えば、触媒層１３ａ外表面にそれぞれ接合される。

【0041】

＜膜電極接合体の生産＞
図３は、膜電極接合体製造装置１００の構成を示す図である。膜電極接合体製造装置１００は、電解質膜１１の両面に触媒層１３ａ，１３ｂを形成し、さらに、触媒層１３ａ，１３ｂが形成された電解質膜１１の両面に、サブガスケット１５を含むサブガスケット基材１５１を接合することにより、複数の膜電極接合体１を有する長尺帯状の膜電極接合体ウエブ１Ｗを製造する。

【0042】

なお、膜電極接合体製造装置１００は、電解質膜１１の片面だけに触媒層１３ａを形成するように構成されていてもよい。また、膜電極接合体製造装置１００は、電解質膜１１の片面だけにサブガスケット基材１５１を接合するように構成されていてもよい。さらに、膜電極接合体製造装置１００は、膜電極接合体１にガス拡散層１９を接合する構成を備えていてもよい。

【0043】

膜電極接合体製造装置１００は、第１供給部２０と、第２供給部３０と、第１接合部４０と、第２接合部５０と、制御部６０と、管理部６２とを有する。第１供給部２０は、両面に触媒層１３ａ，１３ｂが形成された電解質膜１１を第１接合部４０に供給する。第２供給部３０は、サブガスケット１５を第１接合部４０に供給する。第１接合部４０は、電解質膜１１の一方の面にサブガスケット１５を接合する。第２接合部５０は、電解質膜１１の他方の面にサブガスケット１５を接合する。

【0044】

制御部６０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等のコンピュータとしての構成を有しており、膜電極接合体製造装置１００の動作を制御する。管理部６２は、膜電極接合体製造装置１００が製造する膜電極接合体ウエブ１Ｗに含まれる個々の膜電極接合体１の情報を記憶するデータベースであって、個々の膜電極接合体１の情報を管理するための装置である。

【0045】

制御部６０は、各膜電極接合体１の識別情報と、各膜電極接合体１が有する触媒層１３ａ，１３ｂおよびサブガスケット１５の製造に関連する製造関連情報とを、管理部６２に記憶させる。製造関連情報は、製造日時、製造場所を含んでいてもよい。また、製造関連情報は、触媒層１３ａ，１３ｂを形成するためのペースト組成物の塗工条件（ペースト組成物の成分、量、温度、電解質膜１１の搬送速度など）を含んでいてもよい。また、管理部６２は、触媒層１３ａ，１３ｂについて行われる検査の結果を表す検査関連情報を記憶するようにしてもよい。

【0046】

膜電極接合体製造装置１００は、情報記録部７１ａ，７１ｂ，７１ｃ、および、情報読取部７３ａ，７３ｂを備える。情報記録部７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、制御部６０からの制御信号に基づいて、情報部１７ａ，１７ｂ，１７ｃをそれぞれ記録する。情報記録部７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、例えば、インクの液滴を吐出するインクジェットにより構成される。なお、情報記録部は、レーザ光で記録面を変色させることにより、情報部を記録するようにしてもよい。ただし、レーザ光の場合、記録面に形成される情報部の色が記録面の材質に依存する。このため、記録面の材質によって、情報部の読み取りが困難になる場合がある。このため、情報記録部は、インクジェット方式で情報部を記録する方が好ましい。

【0047】

情報読取部７３ａ，７３ｂは、情報部１７ａ，１７ｂをそれぞれ読み取る。情報読取部７３ａ，７３ｂは、イメージセンサまたはラインセンサを有する。情報読取部７３ａ，７３ｂは、読み取った情報部１７ａ，１７ｂを、それぞれ制御部６０へ送信する。

【0048】

＜第１供給部＞
第１供給部２０は、第１供給ローラ２１、塗工部２３ａ，２３ｂ、情報記録部７１ａ，７１ｂを有する。また、第１供給部２０は、第１シート剥離部２３および第２シート接合部２５を有する。

【0049】

第１供給ローラ２１は、ロール状に巻かれた長尺帯状の電解質膜基材１１０を巻き出す装置である。電解質膜基材１１０は、長尺帯状の第１シート１１１と、長尺帯状の電解質膜１１とを有する。電解質膜１１は、第１シート１１１の表面に接合されている。なお、電解質膜１１は、第１シート１１１から容易に剥離可能な程度の接着力で、第１シート１１１に接合されている。第１シート１１１は、第１シート１１１よりも幅が大きい（図４参照）。第１供給ローラ２１から巻き出された電解質膜基材１１０は、搬送ローラの駆動によって、塗工部２３ａに搬送される。

【0050】

図４は、電解質膜１１に触媒層１３ａが形成される様子を示す平面図である。図４に示すように、塗工部２３ａは、触媒層１３ａを形成するためのペースト状組成物を吐出する吐出口を有する。塗工部２３ａは、制御部６０からの制御信号に基づいて、所定の方向に搬送される電解質膜１１の表面に対して、吐出口からペースト状組成物を間欠的に吐出する。これにより、電解質膜１１の表面（第１面）に、所定のピッチで触媒層１３ａが形成される。塗工部２３ａは、触媒層形成部の一例である。なお、塗工部２３ａの下流に、触媒層１３ａを乾燥させる乾燥部が設けられていてもよい。

【0051】

情報記録部７１ａは、制御部６０からの制御信号に基づいて、長尺帯状の電解質膜１１の表面に、情報部１７ａを記録する。情報部１７ａは、触媒層１３ａが形成された電解質膜１１で構成される膜電極接合体の固有の識別情報を含む。このように触媒層１３ａが形成された時点で、固有の識別情報を付与することにより、製造途中の膜電極接合体を、識別情報に基づいて管理できる。

【0052】

制御部６０は、情報記録部７１ａが記録した情報部１７ａが表す識別情報を、管理部６２に記憶させる。また、制御部６０は、触媒層１３ａに対応する製造関連情報を、触媒層１３ａに対応する識別情報に対応づけて管理部６２に記憶させる。

【0053】

図４に示すように、情報記録部７１ａは、情報部１７ａを、例えば、その触媒層１３ａと幅方向に隣接する位置に記録する。このように、情報部１７ａが記録される位置は、対応する触媒層１３ａの近傍に形成されることが好ましい。つまり、情報部１７ａは、対応しない他の触媒層１３ａよりも、対応する触媒層１３ａに近くに位置することが好ましい。

【0054】

情報記録部７１ａは、好ましくは、塗工部２３ａの下流側に隣接して位置する。そして、情報記録部７１ａは、塗工部２３ａが触媒層１３ａを形成した直後に、その触媒層１３ａに対応する情報部１７ａを記録する。このようにすることで、触媒層１３ａが形成される時刻と、情報部１７ａが記録される時刻とのタイムラグを小さくすることができるため、情報部１７ａの記録ミスを抑制できる。

【0055】

図３に示すように、触媒層１３ａが形成された電解質膜基材１１０の部分は、第１シート剥離部２３に搬送される。第１シート剥離部２３は、電解質膜基材１１０から第１シート１１１を剥離して回収する。電解質膜基材１１０における、第１シート剥離部２３よりも下流側の部分は、電解質膜１１と触媒層１３ａとの２層構造となっている。

【0056】

第１シート１１１が剥離された電解質膜基材１１０の部分は、第２シート接合部２５に搬送される。第２シート接合部２５は、長尺帯状の第２シート１１３を、電解質膜１１の第１面（触媒層１３ａが形成されている面）に接合する。すなわち、電解質膜基材１１０における、第２シート接合部２５よりも下流側の部分は、電解質膜１１と、第２シート１１３と、電解質膜１１と第２シート１１３との間に形成された触媒層１３ａとの３層構造となる。

【0057】

第２シート１１３が接合された電解質膜基材１１０は、塗工部２３ｂに搬送される。塗工部２３ｂは、塗工部２３ａと同様に、触媒層１３ｂを形成するためのペースト状組成物を吐出する吐出口を有する。塗工部２３ｂは、電解質膜基材１１０の長手方向に沿って搬送される電解質膜１１の表面に、吐出口からペースト状組成物を間欠的に吐出する。これにより、電解質膜１１の表面（第２面）に、所定のピッチで触媒層１３ｂが形成される。触媒層１３ｂは、触媒層１３ａの真裏に形成される。なお、塗工部２３ｂの下流に、触媒層１３ｂを乾燥させる乾燥部が設けられていてもよい。

【0058】

図５は、情報記録部７１ｂが電解質膜基材１１０に情報部１７を記録する様子を示す平面図である。図３および図５に示すように、第１供給部２０は、情報読取部７３ａを有する。情報読取部７３ａは、情報記録部７１ａの下流に配されている。本例では、情報読取部７３ａは、塗工部２３ｂの下流に配されている。情報読取部７３ａは、電解質膜１１に記録されている情報部１７ａを読み取る。

【0059】

図５に示すように、情報読取部７３ａは、電解質膜１１に対して、情報部１７ａが形成されている第１面側とは反対側の第２面側に配置されている。しかしながら、電解質膜１１は透明性を有するため、情報読取部７３ａは、電解質膜１１に対して、第２面側からでも情報部１７ａを読み取ることが可能である。なお、情報読取部７３ａは、電解質膜１１に対して、第１面側に配置されていてもよい。

【0060】

情報記録部７１ｂは、情報読取部７３ａの下流に配置されている。情報記録部７１ｂは、電解質膜基材１１０に情報部１７ｂを記録する。情報記録部７１ｂが記録する情報部１７ｂは、情報読取部７３ａが読み取った情報部１７ａが表す情報と同じ識別情報を表す。

【0061】

制御部６０は、情報記録部７１ｂが情報部１７ｂを記録した場合に、情報部１７ｂに対応する触媒層１３ｂの製造関連情報を、情報部１７ｂが表す識別情報に対応づけて管理部６２に記憶させてもよい。これにより、管理部６２において、個々の触媒層１３ｂの製造関連情報を管理できる。

【0062】

情報記録部７１ｂは、情報部１７ｂを、情報部１７ａが付されていた触媒層１３ａの真裏にある触媒層１３ｂの近傍に記録する。図５に示す例では、情報記録部７１ｂは、触媒層１３ｂに対応する情報部１７ｂを、その触媒層１３ｂの幅方向に隣接する位置に記録する。また、第２シート１１３は、電解質膜１１よりも幅が大きく、電解質膜１１の外縁部よりも外側にはみ出す部分を有する。情報記録部７１ｂは、電解質膜１１からはみ出た第２シート１１３の部分に、情報部１７ｂを記録する。

【0063】

情報部１７ｂが記録された電解質膜基材１１０の部分は、第１ハーフカット部２６に搬送される。第１ハーフカット部２６は、例えば、外周面に刃（ピナクル刃）が取り付けられたローラを有する。第１ハーフカット部２６は、電解質膜基材１１０に対して、第１ハーフカット加工を行う。第１ハーフカット加工は、第２シート１１３を貫通せずに、帯状の電解質膜１１を、必要部分と不要部分とに切り分ける加工である。具体的には、第１ハーフカット部２６は、図５に示すように、触媒層１３ｂの周りに設定される矩形状の切断枠１１５に沿って電解質膜１１を切断する。

【0064】

図３に示すように、第１ハーフカット部２６によって切断された電解質膜基材１１０の部分は、電解質膜剥離部２７へ搬送される。電解質膜剥離部２７は、電解質膜基材１１０から、不要な電解質膜１１を剥離する。これにより、電解質膜基材１１０には、両面に触媒層１３ａ，１３ｂが形成されている矩形状の切断枠１１５内の電解質膜１１のみが、第２シート１１３上に残される。すなわち、第２シート１１３上に、矩形状の電解質膜１１と、一対の触媒層１３ａ，１３ｂとからなる膜電極接合体１が、所定のピッチで形成される（図７参照）。第２シート１１３上に残った膜電極接合体１は、第１接合部４０に搬送される。

【0065】

図５に示すように、情報部１７ａは、電解質膜１１のうち、切断枠１１５の外側の不要部分に位置する。このため、電解質膜１１が剥離されることによって、情報部１７ａが除去されることとなる。一方、情報部１７ｂは、第２シート１１３に残される。したがって、情報部１７ａと同じ識別情報を表す情報部１７ｂは、電解質膜基材１１０上に残ったまま、第１接合部４０へ搬送される。

【0066】

＜第２供給部＞
次に、第２供給部３０について、図６を参照しつつ説明する。図６は、第２供給部３０において処理されるサブガスケット基材１５１の各状態を示す側断面図である。

【0067】

図３に示すように、第２供給部３０は、第２供給ローラ３１と、第２ハーフカット部３３と、トップシート剥離部３５とを有する。第２供給ローラ３１は、ロール状に巻かれた長尺帯状のサブガスケット基材１５１を巻き出す装置である。第２供給ローラ３１から巻き出されるサブガスケット基材１５１は、図６中の上段に示すように、長尺帯状である、サブガスケット１５、トップシート１５３、およびバックシート１５５を有する。トップシート１５３は、サブガスケット１５の一方の面に接合されており、バックシート１５５は、サブガスケット１５の他方の面に接合されている。このように、第２供給ローラ３１が巻き出すサブガスケット基材１５１は、三層構造を有する。第２供給ローラ３１から巻き出されたサブガスケット基材１５１の部分は、第２ハーフカット部３３へ搬送される。

【0068】

第２ハーフカット部３３は、例えば、第１ハーフカット部２６と同様に、外周面に刃（ピナクル刃）が取り付けられたローラを有する。第２ハーフカット部３３は、サブガスケット基材１５１に対して、第２ハーフカット加工を行う。図６中の中段に示すように、第２ハーフカット加工は、サブガスケット基材１５１に切断部１５７を形成する加工であって、バックシート１５５を貫通せずに、トップシート１５３と、サブガスケット１５とを切断する加工である。

【0069】

第２ハーフカット部３３は、膜電極接合体１におけるサブガスケット１５の開口１５Ｐ（図２参照）に対応する矩形状の切断部１５７を形成する。サブガスケット基材１５１が第２ハーフカット部３３を通過することによって、サブガスケット基材１５１に切断部１５７が所定の間隔で順次形成される。切断部１５７が形成されたサブガスケット基材１５１の部分は、トップシート剥離部３５へ搬送される。

【0070】

図３に示すように、トップシート剥離部３５は、サブガスケット基材１５１から、トップシート１５３の不要部分を剥離する。トップシート１５３の不要部分は、トップシート１５３のうち、矩形状の切断部１５７よりも外側の部分である。図６中の下段に示すように、トップシート１５３の不要部分が剥離されることによって、トップシート１５３のうち、切断部１５７よりも内側の部分が、サブガスケット基材１５１に残される。図３に示すように、トップシート１５３が剥離されたサブガスケット基材１５１の部分は、第１接合部４０へ搬送される。

【0071】

＜第１接合部＞
図３に示すように、第１接合部４０は、一対のローラを有する。一対のローラのうち、一方のローラには、電解質膜基材１１０がかけられ、他方のローラにはサブガスケット基材１５１がかけられる。第１接合部４０は、一対のローラを互いに押し当てることによって、一対のローラの間で電解質膜基材１１０にサブガスケット基材１５１を押し当てる。これにより、電解質膜基材１１０にサブガスケット基材１５１が接合される。

【0072】

図３に示すように、第１接合部４０で膜電極接合体ウエブ１Ｗが形成された直後、膜電極接合体ウエブ１Ｗから、第２シート１１３が剥離される。第２シート１１３が剥離された膜電極接合体ウエブ１Ｗは、その後、第２接合部５０へ搬送される。

【0073】

図７は、第１接合部４０が電解質膜基材１１０にサブガスケット基材１５１を接合する様子を示す平面図である。第１接合部４０は、電解質膜基材１１０の触媒層１３ｂに、サブガスケット基材１５１のトップシート１５３を接合させる。これにより、電解質膜基材１１０の一方の面（触媒層１３ｂ側の面）にサブガスケット基材１５１が接合された膜電極接合体ウエブ１Ｗが形成される。

【0074】

図７に示すように、第１供給部２０は、情報読取部７３ｃを有する。情報読取部７３ｃは、電解質膜基材１１０の第２シート１１３に記録された情報部１７ｂを読み取り、制御部６０へ送信する。制御部６０は、情報読取部７３ｃから送信された情報部１７ｂを情報記録部７１ｃに送信する。そして、情報記録部７１ｃは、情報部１７ｃを、サブガスケット基材１５１に記録する。情報部１７ｃが表す情報は、情報部１７ｂが表す識別情報を含む。

【0075】

情報記録部７１ｃは、情報部１７ｂに対応する触媒層１３ｂに接合されるトップシート１５３の近傍に、情報部１７ｃを記録する。図７に示す例では、情報記録部７１ｃは、情報部１７ｃを、トップシート１５３と幅方向に隣接する位置に記録する。情報部１７ｃは、その情報部１７ｃと同じ識別情報を表す情報部１７ｂが付与されていた膜電極接合体１に接合されるトップシート１５３に隣接する位置に記録される。

【0076】

制御部６０は、情報読取部７３ｂが情報部１７ｃを記録した場合に、情報部１７ｃが記録されたサブガスケット１５の情報を、情報部１７ｃが表す識別情報に対応づけて管理部６２に記憶させてもよい。これにより、管理部６２において、個々の膜電極接合体１について、サブガスケット１５の情報を管理できる。

【0077】

＜第２接合部＞
第２接合部５０は、膜電極接合体ウエブ１Ｗの他方の面（触媒層１３ａ側の面）に、サブガスケット基材１５１を接合する。第２接合部５０が膜電極接合体ウエブ１Ｗに接合するサブガスケット基材１５１は、第２供給部３０が供給するサブガスケット基材１５１と同様の構造を有する。なお、第２接合部５０にサブガスケット基材１５１を供給するため、膜電極接合体製造装置１００は、第２供給部３０と同様の構造の供給部（不図示）を備えていてもよい。第２接合部５０は、サブガスケット基材１５１のトップシート１５３が、膜電極接合体ウエブ１Ｗの触媒層１３ａに接合されるように、膜電極接合体ウエブ１Ｗにサブガスケット基材１５１を接合させる。

【0078】

図８は、膜電極接合体ウエブ１Ｗの各状態を示す断面図である。図８中の上段は、第１接合部４０によって片面にサブガスケット基材１５１が接合された状態の膜電極接合体ウエブ１Ｗを示す図である。図８中の中段は、第２接合部５０によって両面にサブガスケット基材１５１が接合された状態の膜電極接合体ウエブ１Ｗを示す図である。また、図８中の下段は、両側のバックシート１５５，１５５が剥離された状態の膜電極接合体ウエブ１Ｗを示す図である。

【0079】

膜電極接合体ウエブ１Ｗからバックシート１５５を剥離すると、バックシート１５５とともに、切断部１５７よりも内側にある、サブガスケット１５の部分およびトップシート１５３の部分も、膜電極接合体ウエブ１Ｗから剥離される。これにより、図８中の下段に示すように、開口１５Ｐを有するサブガスケット１５が両面に取り付けられた膜電極接合体ウエブ１Ｗが取得される。また、図８中の下段に示す膜電極接合体ウエブ１Ｗが、電解質膜１１を１つずつ含むように幅方向に切断されることによって、サブガスケット１５を有する膜電極接合体１が取得される。さらに、その分割された膜電極接合体１の両面にガス拡散層１９が取り付けられることによって、図１および図２に示すガス拡散層１９を有する膜電極接合体１が取得される。

【0080】

以上のように、膜電極接合体製造装置１００によれば、膜電極接合体１に固有の情報（ここでは、識別情報）を表す情報部１７ｃが設けられた膜電極接合体１が製造される。これにより、情報部１７ｃに基づいて、個々の膜電極接合体１の情報を容易に管理することが可能となる。また、膜電極接合体製造装置１００によれば、製造途中の各基材に情報部１７ａ，１７ｂが記録される。これにより、製造途中の膜電極接合体についても、情報部１７ａ，１７ｂに基づいて管理することができる。

【0081】

＜２．変形例＞
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

【0082】

上記実施形態では、情報部１７，１７ａ～１７ｃが識別情報を表すものとしているが、識別情報以外の情報を表すようにしてもよい。例えば、情報部１７，１７ａ～１７ｃが表す情報が、膜電極接合体１を構成する各要素の情報を含むようにしてもよい。具体的には、情報部１７ａが表す情報が、触媒層１３ａの情報（製造関連情報、検査関連情報など）を含むようにしてもよい。また、情報部１７ａが表す情報が、電解質膜１１の情報を含むようにしてもよい。また、情報部１７ｂが表す情報が、触媒層１３ｂの情報を含むようにしてもよい。さらに、情報部１７ｃが表す情報が、サブガスケット１５に関する情報を含むようにしてもよい。

【0083】

この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。

【符号の説明】

【0084】

１ 膜電極接合体
１１ 電解質膜
１３ａ，１３ｂ 触媒層
１５ サブガスケット
１７，１７ａ 情報部
１７ｂ，１７ｃ 情報部
２３ａ，２３ｂ 塗工部
４０ 第１接合部
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ 情報記録部
１００ 膜電極接合体製造装置
１１０ 電解質膜基材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】