(57)【要約】【課題】高温での焼成処理を施すことなく、均一かつ撥水性に優れ、且つ、燃料電池に使用した際にセル抵抗を抑え、セル電位の低下を抑制することができる固体高分子形燃料電池用ガス拡散層を提供する。【解決手段】ガス拡散層の表面が疎水性官能基を有する分子鎖により表面修飾され、該分子鎖がグラフト処理により形成されている、固体高分子形燃料電池用ガス拡散層。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス拡散層の表面が疎水性官能基を有する分子鎖により表面修飾され、
該分子鎖がグラフト処理により形成されている、
固体高分子形燃料電池用ガス拡散層。
【請求項２】
グラフト処理が、ビニルモノマーを用いたグラフト重合法である、請求項１に記載の固体高分子形燃料電池用ガス拡散層。
【請求項３】
グラフト処理が、放射線グラフト重合法又はラジカルグラフト重合法である請求項１又は２に記載の固体高分子形燃料電池用ガス拡散層。
【請求項４】
ビニルモノマーが、式（１）：
ＣＸ１Ｘ２＝ＣＸ３Ｘ４
（式中、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３は同じか又は異なり、いずれもＨ又はＦ；Ｘ４は炭素数が０〜１２であり、水素原子の一部又は全部がフッ素で置換されていてもよい炭化水素である）
で示される、請求項２又は３に記載の固体高分子形燃料電池用ガス拡散層。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池用ガス拡散層を備える、電解質膜−電極接合体。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池用ガス拡散層を備える、固体高分子形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な固体高分子形燃料電池用ガス拡散層に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質膜の両面に電極が配置され、水素と酸素の電気化学反応により発電する電気化学システムであり、発電時に発生するのは水のみである。このように従来の内燃機関と異なり、燃料電池は、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないため、次世代のクリーンエネルギーシステムとして普及が見込まれている。その中でも特に固体高分子形燃料電池は、作動温度が低く、電解質の抵抗が少ないことに加え、活性の高い触媒を用いるので、小型でも高出力を得ることができ、家庭用コージェネレーションシステム等として早期の実用化が見込まれている。
【０００３】
この固体高分子形燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用い、この電解質膜の両面に触媒層が配置され、さらにその外側にガス拡散層が配置された構造をしている。そして、この触媒層及びガス拡散層からなる電極の周囲を囲むようにガスケットを配置し、さらにこれをセパレータで挟んだ構造を有している。
【０００４】
通常、固体高分子形燃料電池で用いる固体高分子電解質膜は、プロトン伝導性を高く保つように、乾燥を防ぐために燃料もしくは酸化剤を加湿して供給される。その一方で、過剰な水分が供給されると触媒層やガス拡散層において水が凝縮して細孔内を閉塞するフラッディングという現象が起こる。その結果、燃料や酸化剤の電極内の移動が阻害され発電に不具合が生じる恐れがある。そこで、フラッディングを防止するために、ガス拡散層や触媒層に撥水性を持たせることが重要である。
【０００５】
一般に、ガス拡散層には、カーボンペーパーやカーボンクロス等の導電性多孔質基材が用いられ、これに撥水性を持たせるために、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等で表面処理が施される。例えば、特許文献１の実施例に記載されるように、ＰＴＦＥの分散液に導電性多孔質基材を浸漬させた後、分散媒や分散剤を除去するために３５０℃程度の高温で焼成することで、撥水処理が行われる。
【０００６】
また、上述のようにガス拡散層には導電性多孔質基材が用いられるが、導電性多孔質基材上と触媒層の両者の間に中間層が設けられることがある。これは、下地層やＭＰＬ（ｍｉｃｒｏ  ｐｏｒｏｕｓ  ｌａｙｅｒ）等と呼ばれ、ガス拡散層上に均一な厚さの触媒層を形成したり、触媒層へのガス供給を均一化したりする等の役割を持つ機能層となっている。この中間層には、ガス拡散層と同様に、フラッディングを防止するために撥水性を持たせることが望ましく、例えば、カーボン粒子とＰＴＦＥから構成されている。なお、上記中間層が設けられる場合には、導電性多孔質基材はガス拡散基材と呼ばれ、ガス拡散基材と中間層をあわせたものがガス拡散層と呼ばれる。
【０００７】
ところで、ガス拡散層及びガス拡散基材、中間層に撥水性を持たせるためには、上述のようにＰＴＦＥで表面処理を行うことが一般的である。３５０℃程度の高温で焼成することにより、多孔質基材やカーボン粒子がＰＴＦＥでコーティングされて撥水性が発揮されるようになる。しかし、特許文献１に記載の実施例のように、多孔質基材と中間層それぞれの撥水処理のために３５０℃程度の高温での焼成を２回も行うことは、効率が悪く、コスト面でも好ましくない。一方で、特許文献２では、ガス拡散層に撥水処理を施した後は焼成せず、中間層を形成した後に１度だけ焼成を行っている。その結果、作業効率の向上が期待されるが、ガス拡散層上で融解したＰＴＦＥの一部が隣接する中間層側にしみこむことでコーティングが不完全となり、ガス拡散層が均一かつ充分な撥水性を持たない恐れがある。
【０００８】
一方で、ＰＴＦＥは絶縁材であるため、上述のように撥水処理を目的にＰＴＦＥでコーティングを行うことは、セル抵抗の増加に繋がることが知られている。セル抵抗の増加に伴う発電性能の低下を抑制するためには、過度のＰＴＦＥコーティングを避ける必要があるが、撥水性と導電性はトレードオフの関係にあるため両者をバランスよく獲得することは難しい。
【特許文献１】特開２００５−１９２９８号公報
【特許文献２】特開２００２−５６８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、高温での焼成処理を施すことなく、均一かつ撥水性に優れ、且つ、燃料電池に使用した際にセル抵抗を抑え、セル電位の低下を抑制することができる固体高分子形燃料電池用ガス拡散層を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、ガス拡散層の表面に、グラフト処理により、疎水性官能基を有する分子鎖で表面修飾することで、上記課題を解決した所望のガス拡散層が得られることを見出した。本発明は、このような知見に基づき完成されたものである。
【００１１】
すなわち、本発明は、以下の固体高分子形燃料電池用ガス拡散層、電解質膜−電極接合体及び固体高分子形燃料電池にかかる。
【００１２】
項１．ガス拡散層の表面が疎水性官能基を有する分子鎖により表面修飾され、
該分子鎖がグラフト処理により形成されている、
固体高分子形燃料電池用ガス拡散層。
【００１３】
項２．グラフト処理が、ビニルモノマーを用いたグラフト重合法である、項１に記載の固体高分子形燃料電池用ガス拡散層。
【００１４】
項３．グラフト処理が、放射線グラフト重合法又はラジカルグラフト重合法である、項１又は２に記載の固体高分子形燃料電池用ガス拡散層。
【００１５】
項４．ビニルモノマーが、式（１）：
ＣＸ１Ｘ２＝ＣＸ３Ｘ４
（式中、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３は同じか又は異なり、いずれもＨ又はＦ；Ｘ４は炭素数が０〜１２であり、水素原子の一部又は全部がフッ素で置換されていてもよい炭化水素である）
で示される、項２又は３に記載の固体高分子形燃料電池用ガス拡散層。
【００１６】
項５．項１〜４のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池用ガス拡散層を備える、電解質膜−電極接合体。
【００１７】
項６．項１〜４のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池用ガス拡散層を備える、固体高分子形燃料電池。
【００１８】
１．ガス拡散層
本発明の固体高分子形燃料電池用ガス拡散層は、表面が疎水性官能基を有する分子鎖により表面修飾され、該分子鎖がグラフト処理により形成されているものである。
【００１９】
＜導電性多孔質基材＞
ガス拡散層又はガス拡散基材に使用される導電性多孔質基材としては、燃料又は酸化剤を透過させることができる多孔質基材であり、かつ電子伝導性を有する基材が使用される。具体的には、炭素繊維からなるカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルト、カーボン不織布等が用いられる。なお、水酸基やカルボン酸基等グラフト処理に関与する表面官能基密度を増すために、水蒸気処理や酸処理等の表面処理を行ってもよい。ここで、水蒸気処理とは、水蒸気雰囲気下（酸素又は空気を含んでもよい）でカーボンを高温焼成することで、表面に含酸素、含水素官能基を付与することをいい、酸処理とは、硫酸、塩酸、硝酸、ホウ酸等の酸を用いて、カーボンを浸漬した後に高温焼成することで、表面に所望の官能基を付与することをいう。
【００２０】
＜撥水化処理＞
本発明では、上記ガス拡散層に撥水化処理を施すことにより、疎水性官能基を有する分子鎖により表面修飾されたガス拡散層を作製する。この撥水化処理は、グラフト重合法を用いて、上記ガス拡散基材に疎水性官能基を有する分子鎖を表面修飾することにより行う。
【００２１】
グラフト重合法としては、ガンマ線や電子線等の放射線照射を伴う重合法（放射線グラフト重合）、プラズマ照射を伴う重合法（プラズマグラフト重合）や、開始剤を用いてラジカルを形成させる重合法（ラジカルグラフト重合）等が挙げられるが、比較的簡便で自由度の高い操作により均一なグラフト鎖が得られる点から、放射線グラフト重合又はラジカルグラフト重合が好ましい。また、一般に導電性材料はプラズマの発生を妨げるため、プラズマグラフト重合法は適用が難しい点も挙げられる。これらの重合法は、単独の重合法を用いてもよいし、複数の重合法を組み合わせて用いてもよい。
【００２２】
以下、それぞれの重合法について説明する。
【００２３】
（放射線グラフト重合）
放射線グラフト重合は、例えば、
工程１−１：導電性多孔質基材を容器に入れ、真空排気
工程１−２：放射線を照射
工程１−３：モノマーを導入
工程１−４：グラフト重合反応を進行（温度制御）
工程１−５：停止剤を投入（重合反応を停止）
工程１−６：洗浄（未反応物及び非グラフト性ポリマーの除去）、乾燥
により、行われる。
【００２４】
工程１−１では、導電性多孔質基材を容器に入れ、真空排気する。具体的には、処理対象となるガス拡散基材を所望の寸法に切り出し、真空排気装置を接続した容器に入れる。そして、真空排気装置により真空引きした後に、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気に容器内を満たす。
【００２５】
工程１−２では、放射線を照射する。使用できる放射線としては、γ線、電子線、紫外線等が挙げられる。例えば、γ線を照射する場合には、コバルト６０線源等を使用することができる。
【００２６】
照射線量は、使用するガス拡散基材の種類にもよるが、１ｋＧｙ〜１００ｋＧｙ程度とするのが好ましい。
【００２７】
工程１−３では、容器内にモノマーを導入する。
【００２８】
この際使用するモノマーとしては、グラフト重合反応を制御しやすい点から、ビニルモノマーが好ましく、式（１）：
ＣＸ１Ｘ２＝ＣＸ３Ｘ４
（式中、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３は同じか又は異なり、いずれもＨ又はＦ；Ｘ４は炭素数が０〜１２であり、水素原子の一部又は全部がフッ素で置換されていてもよい炭化水素である）
で示されるものがより好ましい。なお、Ｘ４の炭素数は、０〜１２が好ましく、０〜１０がより好ましい。
【００２９】
このビニルモノマーとしては、具体的には、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン等の直鎖型のものや、スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、ビニルナフタレン、１−フェニル−２−ブテン等のベンゼン環を有するもの等が挙げられる。なお、１，３−ブタジエン、１，４−ペンタジエン、１，５−ヘキサジエン、１，６−ヘプタジエン、１，７−オクタジエン、１−フェニル−１，３−ブタジエン等のビニル基を複数有するものを用いてもよい。また、テトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン等のフッ素原子を有するものを用いてもよい。これらのなかでも、取扱いが比較的容易で重合性に優れる点から、スチレン、テトラフルオロエチレン、α−メチルスチレン、が好ましく、スチレン、テトラフルオロエチレンがより好ましい。
【００３０】
工程１−３では、モノマーが気体である場合には、容器内を一旦真空引きした上で、モノマーを容器内に所定の圧力で充填する。この際の好ましい圧力は、モノマーにもよるが、０．１ｈＰａ〜１００ｈＰａ程度である。なお、このときモノマーは、窒素やアルゴン等の酸素を含まない不活性ガスにより希釈されていてもよい。
【００３１】
また、モノマーが液体である場合や溶液として使用する場合には、容器内にモノマー液又はモノマー溶液を導入し、放射線照射を施されたガス拡散基材を浸漬する。上記溶液に用いる溶媒は、モノマーが溶解し、基材を充分に濡らすことができることが好ましく、具体的には、メタノール、エタノール、アセトン、ヘキサン、トルエン、酢酸エチル、クロロホルム、四塩化炭素、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等が挙げられる。なお、グラフト反応に影響しない範囲内であれば、必要に応じてジアルキルスルホサクシネート金属塩、ポリカルボン酸金属塩等のような陰イオン界面活性剤；エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの共重合物やアセチレンアルコールなどのノニオン系界面活性剤；アルキルトリメチルアンモニウム塩、アルキルピリジウム塩などの陽イオン界面活性剤等の分散剤を入れてもよい。
【００３２】
工程１−４では、グラフト重合反応を進行させる。この際、重合反応に適した温度に保持する。好ましい保持温度は、目的とするグラフト反応により変わるが、通常室温（２５℃）〜１００℃程度である。また、保持時間は、特に制限されるわけではないが、６０〜８０℃程度である。
【００３３】
この工程により、ガス拡散基材の表面を、疎水性官能基を有する分子鎖で表面修飾することができる。なお、このときの疎水性官能基を有する分子鎖としては、アルキル基、アリル基、フェニル基、芳香環等を有する炭化水素系ビニルモノマーから形成されるものである。具体的には、ポリキシレンやポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。なお、これらのうち、水素末端（Ｃ−Ｈ）の一部又は全部がフッ素原子に置換（Ｃ−Ｆ）されていてもよい。
【００３４】
工程１−５では、所定の保持時間経過後、反応停止処理を行う。この際使用する停止剤としては、特に制限されないが、ヒドロキノン、ヒドロキシアミン、フェノチアジン、酸素等を使用することができる。
【００３５】
最後に、工程１−６で、洗浄、乾燥を行う。
【００３６】
洗浄することにより、未反応のモノマーや非グラフト性のポリマーを除去する。この際使用する溶剤は、特に制限されないが、メタノール、エタノール、ヘキサン、アセトン、トルエン、クロロホルム等が使用できる。
【００３７】
最後に、乾燥することにより、本発明のガス拡散層を得る。この際の乾燥温度は制限されないが、通常６０〜１２０℃程度である。
【００３８】
（ラジカルグラフト重合）
ラジカルグラフト重合は、例えば、
工程２−１：ガス拡散基材を反応容器に入れる
工程２−２：モノマーを投入
工程２−３：反応開始剤を投入
工程２−４：停止剤を投入（重合反応を停止）
工程２−５：洗浄（未反応物、非グラフト性ポリマーの除去）、乾燥
により、行われる。
【００３９】
工程２−１では、ガス拡散基材を反応容器に入れる。
【００４０】
工程２−２では、モノマーを投入する。ここで、モノマーとしては、放射線グラフト重合におけるモノマーと同様のものを使用することができ、モノマー液又はモノマー溶液として投入する。
【００４１】
工程２−３では、反応開始剤を投入し、グラフト重合を開始する。使用する開始剤は、モノマーの種類によっても変わるが、例えば、過酸化ベンゾイル、アゾビスイソブチロニトリル、２，２−アゾビス（２−アミジノプロパン）等を使用することができる。
【００４２】
工程２−４〜２−５は、工程１−５〜１−６と同様である。
【００４３】
２．電解質膜−電極接合体
本発明の電解質膜−電極接合体は、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に触媒層が配置され、さらにその外側に上述のガス拡散層が配置された構造を有している。その作製の際には、触媒層は、電解質膜上に形成されたものを用いてもよく、ガス拡散層上に形成されたものを用いてもよい。
【００４４】
電解質膜は、水素イオン伝導性のものであれば限定的ではなく、公知又は市販のものを使用できる。電解質膜の具体例としては、例えば、デュポン社製の「Ｎａｆｉｏｎ」膜、旭硝子（株）製の「Ｆｌｅｍｉｏｎ」膜、旭化成（株）製の「Ａｃｉｐｌｅｘ」膜、ゴア（Ｇｏｒｅ）社製の「Ｇｏｒｅ  Ｓｅｌｅｃｔ」膜等が挙げられる。
【００４５】
電解質膜の膜厚は、通常１０〜５００μｍ程度、好ましくは１５〜３００μｍ程度、より好ましくは２０〜１５０μｍ程度とすればよい。
【００４６】
また、触媒層は、固体高分子形燃料電池の触媒層として使用できるものであればよく、一般的には、（１）触媒担持炭素粒子（触媒を担持させた炭素粒子）及び（２）水素イオン伝導性電解質を必須成分とするものが使用される。
【００４７】
触媒担持炭素粒子及び水素イオン伝導性電解質は公知又は市販のものを使用することができる。
【００４８】
触媒としては、燃料電池の電極反応を生じさせるものであればよく、例えば、白金、白金合金、白金化合物等が挙げられる。白金合金の具体例としては、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群より選択される少なくとも１種の金属と白金との合金が挙げられる。
【００４９】
水素イオン伝導性電解質としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂、特に、炭化水素系イオン交換膜のＣ−Ｈ結合をフッ素で置換したパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー（ＰＦＳ系ポリマー）等が挙げられる。このような電解質の具体例としては、デュポン社製の「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「Ｇｏｒｅ  Ｓｅｌｅｃｔ」（登録商標）等が挙げられる。
【００５０】
触媒層の厚みは限定的でなく、固体高分子形燃料電池の触媒層として一般的に採用されている範囲とすればよい。例えば５〜１２０μｍ程度、好ましくは１０〜５０μm程度、より好ましくは１５〜３０μｍ程度とすればよい。
【００５１】
触媒担持炭素粒子と水素イオン伝導性高分子電解質との含有割合は、前者1重量部に対して、後者を０．１〜５重量部程度、好ましくは０．２〜４重量部程度とすればよい。
【００５２】
触媒層は、必要に応じて、炭素繊維、例えば気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の公知の添加剤を含有していてもよい。
【００５３】
３．固体高分子形燃料電池
本発明の固体高分子形燃料電池は、上述の電解質膜−電極接合体の両面に、燃料もしくは酸化剤を供給・排出するための流路を備えたセパレータが配置されることにより得られるものである。
【００５４】
また、導電性多孔質基材としては、特に制限されないが、カーボンペーパーやカーボンクロス等を使用することができる。
【発明の効果】
【００５５】
本発明によれば、高温での焼成処理を施すことなく、均一かつ撥水性に優れ、且つ、燃料電池に使用した際にセル抵抗を抑え、セル電位の低下を抑制することができるガス拡散層を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００５７】
実施例１：ＴＦＥの放射線グラフト
カーボンペーパーをガラス容器内に入れ、真空排気を行った後、窒素ガスで置換し、窒素雰囲気下でコバルト６０線源を用いてγ線を２０ｋＧｙ照射した。
【００５８】
一旦真空排気を行った後に、これに、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）を導入し、７０℃にて５時間保持することで重合反応を行った。
【００５９】
回収したカーボンペーパーをメタノールで洗浄した後、８０℃で１時間乾燥させることにより、実施例１のガス拡散層を得た。
【００６０】
なお、このガス拡散基材は、カーボンペーパーの表面に、疎水性官能基を有する分子鎖として、ポリテトラフルオロエチレンが形成されていることを、赤外吸収分光法により−ＣＦ２−に由来する吸収ピーク（１２００−１３００ｃｍ−１付近、Ｃ−Ｆ伸縮振動）を検出することにより確認した。
【００６１】
実施例２：スチレンの放射線グラフト
カーボンペーパーをガラス容器内に入れ、真空排気を行った後、窒素ガスで置換し、窒素雰囲気下でコバルト６０線源を用いてγ線を２０ｋＧｙ（１０ｋＧｙ／ｈ×２ｈ）照射した。これにスチレンモノマー：ジビニルベンゼン：キシレン＝９５：５：３０（体積比）の混合溶液を加え、６０℃で２時間重合反応を行った。回収したカーボンペーパーをメタノールで洗浄した後、８０℃で１時間乾燥させることにより、実施例２のガス拡散層を得た。
【００６２】
なお、このガス拡散基材は、カーボンペーパーの表面に、疎水性官能基を有する分子鎖として、ベンゼン環（３０００−３２００ｃｍ−１付近、スチレンのベンゼン環Ｃ−Ｈ伸縮振動）を有することを、赤外吸収分光法により確認した。
【００６３】
実施例３：スチレンのラジカルグラフト
８０℃でスチレンを３０ｗｔ％溶解させたキシレン溶液３００ｇにカーボンペーパーを浸漬し、開始剤として過酸化ベンゾイル０．４ｇを添加し、８０℃で３時間保持することで重合反応を行った。冷却し、回収したカーボンペーパーをメタノールで洗浄した後、８０℃で１時間乾燥させることにより、実施例３のガス拡散層を得た。
【００６４】
なお、このガス拡散基材は、カーボンペーパーの表面に、疎水性官能基を有する分子鎖として、ベンゼン環（３０００−３２００ｃｍ−１付近、スチレンのベンゼン環Ｃ−Ｈ伸縮振動）を有することを、赤外吸収分光法により確認した。
【００６５】
比較例１：未処理
グラフト重合による撥水化処理を行っていないカーボンパーパーを比較例１のガス拡散層とした。
【００６６】
比較例２：ＰＴＦＥ分散液に浸漬後焼成
特許文献１を参考に以下の手順で撥水化処理を行った。水で約５ｗｔ％に希釈したＰＴＦＥ分散液にカーボンペーパーを浸漬した。その後、窒素雰囲気下３５０℃にて１時間焼成することで、ＰＴＦＥを約２．５ｇ／ｍ２付着させた。このようにして比較例２のガス拡散層を得た。
【００６７】
試験例１：接触角
実施例１〜３及び比較例１〜２のガス拡散層について、水に対する静止接触角測定により、撥水性を評価した。
【００６８】
結果を表１に示す。
【００６９】
【表１】
2010073536.tif 000002
【００７０】
撥水化処理を施していないカーボンペーパーでは、静止接触角が１３０度程度であるが、グラフト処理を施すことにより増大し、撥水性が向上することがわかる。
【００７１】
試験例２：ＰＥＦＣ発電性能
電解質膜にはＮａｆｉｏｎ１１２膜（デュポン社製）を、Ｐｔ／Ｃ触媒（田中貴金属工業（株）製ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ、白金担持量４５．９ｗｔ％）及びＮａｆｉｏｎ溶液（デュポン社製、ＤＮ５２０）を用いて形成した触媒層を有する電解質膜−触媒層接合体（ＣＣＭ）を用いた。
【００７２】
触媒ロード量は両極とも０．５ｍｇ−Ｐｔ／ｃｍ２とした。ガス拡散層として、燃料極側には未処理の東レ（株）製カーボンペーパーＴＧＰ−Ｈ−０９０を、空気極側には実施例１〜３及び比較例１〜２のカーボンペーパーを使用した。セル温度８０℃、燃料極露点８０℃、空気極露点７０℃、燃料利用率Ｕｆ／Ｕａ＝７０％／４０％での単セル評価より電流−電圧特性を得た。その結果を図１に示す。図１より、未処理（比較例１）では６００ｍＡ／ｃｍ２付近からセル電位が大きく低下することがわかり、実施例１〜３に比べるとその程度は著しく、フラッディングにより発電性能が低下することが示唆される。ＰＴＦＥ分散液に浸漬後焼成した場合（比較例２）には、未処理のような大きなセル電位の低下は見られないが、実施例１〜３に比べると全体的にセル電位が低く、電流密度が大きくなるにつれ、その差が大きくなることがわかる。撥水性に優れる一方でセル抵抗が増加したために発電性能が低下することが示唆される。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施例１〜３及び比較例１〜２のガス拡散基材を用いて作製した固体高分子形燃料電池の電流−電圧特性を示すグラフである。
【図１】
2010073536.tif 000003