(57)【要約】【課題】本発明は、燃料電池における触媒層の劣化を抑制することができる技術を提供することを目的とする。【解決手段】燃料電池１０は、電解質膜４１０におけるカソード側に積層された第１のカソード触媒層４２２と、電解質膜４１０との間に第１のカソード触媒層４２２を挟んでカソード側に積層された第２のカソード触媒層４２４とを備え、アイオノマ樹脂（Ｉ）／炭素担体（Ｃ）の質量比は、第１のカソード触媒層４２２においてＩ／Ｃ＝０．８から１．１であり、第２のカソード触媒層４２４においてＩ／Ｃ＝０．４から０．７５である。【選択図】図２
2010021056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスを用いて電気化学的に発電する燃料電池であって、
アノードとカソードとの間に挟持された電解質膜と、
前記電解質膜のカソード側に積層され、前記反応ガスの電気化学反応を促進させる触媒を担持した炭素担体をアイオノマ樹脂で結着して形成された第１および第２のカソード触媒層と
を備え、
前記第１のカソード触媒層は、前記電解質膜と前記第２のカソード触媒層との間に位置し、
前記第１のカソード触媒層におけるアイオノマ樹脂（Ｉ）／炭素担体（Ｃ）の質量比は、Ｉ／Ｃ＝０．８から１．１であり、
前記第２のカソード触媒層におけるアイオノマ樹脂（Ｉ）／炭素担体（Ｃ）の質量比は、Ｉ／Ｃ＝０．４から０．７５である、燃料電池。
【請求項２】
更に、前記第１のカソード触媒層と前記第２のカソード触媒層との間に積層され、プロトン伝導性を有し複数の細孔が形成された中間層を備える請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記中間層は、前記反応ガスの電気化学反応を促進させる触媒が未担持の炭素担体をアイオノマ樹脂で結着して形成された層である請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記中間層は、親水性を有する親水性材料を混合して形成された層である請求項２または請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記中間層に混合された親水性材料は、無機材料である請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記中間層に混合された親水性材料は、二酸化ケイ素，二酸化チタン，アルミノケイ酸塩の少なくとも一つの微粉体を含む請求項４または請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池であって、
更に、前記第２のカソード触媒層に接して積層され、前記反応ガスを前記カソード側に拡散させるカソード拡散層を備え、
前記第２のカソード触媒層は、前記カソード拡散層に予め形成された状態で、前記電解質膜に予め形成された第１のカソード触媒層に重ね合わせて積層された層である燃料電池。
【請求項８】
反応ガスを用いて電気化学的に発電する燃料電池を製造する製造方法であって、
前記反応ガスの電気化学反応を促進させる触媒を担持した炭素担体をアイオノマ樹脂で結着して形成された第１の触媒層を、プロトン伝導性を有する電解質膜に接合し、
前記反応ガスの電気化学反応を促進させる触媒を担持した炭素担体をアイオノマ樹脂で結着して形成された第２の触媒層を、前記電解質膜に前記反応ガスを拡散させる拡散層に接合し、
前記電解質膜に接合された第１の触媒層と、前記拡散層に接合された第２の触媒層とを接合する、製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜を備える燃料電池に関し、特に、燃料電池における電解質膜に積層された触媒層に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質膜を備える燃料電池は、燃料ガスおよび酸化ガス（本明細書では、これらのガスを「反応ガス」と総称する）を用いて電気化学的に発電を行う。燃料電池において、燃料ガスは、電解質膜のアノード側に供給され、酸化ガスは、電解質膜のカソード側に供給される。電解質膜のアノード側およびカソード側には、反応ガスの電気化学反応を促進させるために触媒層が積層されている。触媒層は、反応ガスの電気化学反応を促進させる触媒を担持した炭素担体を、プロトン伝導性を有するアイオノマ樹脂で結着して形成される。
【０００３】
燃料電池における触媒層は、カーボン腐食や触媒脱落などによって劣化する。触媒層のカーボン腐食は、反応ガスの拡散や反応生成水の排出を阻害し、触媒層の触媒脱落は、反応ガスの反応効率を低下させる。そのため、触媒層の劣化は、燃料電池の発電性能を低下させてしまう。特に、カソード側の触媒層では、電解質膜との界面付近において、反応ガスの酸化還元反応によるカーボン腐食や触媒脱落が生じやすい。
【０００４】
従来、カソード側の触媒層の耐久性を向上させるために、電解質膜とカソード触媒層との間に、カソード触媒層よりもアイオノマ樹脂の含有比率が高い緩衝層を形成した燃料電池が提案されていた。次の特許文献１には、アイオノマ樹脂（Ｉ）／炭素担体（Ｃ）の質量比が、緩衝層（第１の触媒層）では１．０から４．０であり、カソード触媒層（第２の触媒層）では０．７から０．９５である燃料電池が開示されている。電解質膜に接する緩衝層（第１の触媒層）では、カソード触媒層（第２の触媒層）と比較してアイオノマ樹脂の含有比率が高いため、酸化還元反応が穏やかに進行する。その結果、電解質膜とカソード側の触媒層との界面付近で発生しやすいカーボン腐食や触媒脱落が抑制される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２３６６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の燃料電池では、カソード側の触媒層における劣化を抑制することができるものの、カソード側の触媒層において反応生成水が凍結してしまう低温（氷点下）時における発電性能への影響に関して十分に考慮されていなかった。
【０００７】
低温時における発電性能を確保するためには、次の二つの現象を同時に解決する必要がある。
現象１：触媒層の細孔において反応生成水が凍結することによる触媒の氷覆および反応ガスの拡散阻害
現象２：アイオノマ樹脂の温度特性によるプロトン供給量の低下
【０００８】
現象１を解決するには、触媒層におけるアイオノマ樹脂の含有率を下げて細孔を増加させれば良い。しかしながら、アイオノマ樹脂を過剰に減少させると、プロトン供給量を確保するためのアイオノマ樹脂が不足して現象２が発生してしまうことになる。
【０００９】
また、現象２を解決するには、触媒層におけるアイオノマ樹脂の含有率を増加させれば良い。しかしながら、アイオノマ樹脂を過剰に増加させると、低温時に氷覆を免れる十分な量の触媒や反応ガスの拡散流路を確保するための細孔が不足して現象１が発生してしまうことになる。
【００１０】
本発明は、上記した課題を踏まえ、燃料電池における触媒層の劣化を抑制することができる技術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】
【００１１】
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。
【００１２】
［適用例１］  適用例１の燃料電池は、反応ガスを用いて電気化学的に発電する燃料電池であって、アノードとカソードとの間に挟持された電解質膜と、前記電解質膜のカソード側に積層され、前記反応ガスの電気化学反応を促進させる触媒を担持した炭素担体をアイオノマ樹脂で結着して形成された第１および第２のカソード触媒層とを備え、前記第１のカソード触媒層は、前記電解質膜と前記第２のカソード触媒層との間に位置し、前記第１のカソード触媒層におけるアイオノマ樹脂（Ｉ）／炭素担体（Ｃ）の質量比は、Ｉ／Ｃ＝０．８から１．１であり、前記第２のカソード触媒層におけるアイオノマ樹脂（Ｉ）／炭素担体（Ｃ）の質量比は、Ｉ／Ｃ＝０．４から０．７５であることを特徴とする。適用例１の燃料電池によれば、第１のカソード触媒層におけるアイオノマ樹脂の含有比率が第２のカソード触媒層よりも高いため、カソード側における触媒層の劣化を抑制することができると共に、第１および第２のカソード触媒層におけるアイオノマ樹脂と炭素担体との質量比を低温時の発電に好適な割合としたことから、低温時における発電性能を向上させることができる。
【００１３】
［適用例２］  適用例１の燃料電池において、更に、前記第１のカソード触媒層と前記第２のカソード触媒層との間に積層され、プロトン伝導性を有し複数の細孔が形成された中間層を備えるとしても良い。適用例２の燃料電池によれば、カソード側の触媒層で発生した反応生成水を中間層で吸収し、第１および第２のカソード触媒層に滞留して凍結してしまう反応生成水を減少させることができる。その結果、低温時、特に低温起動時における発電性能を更に向上させることができる。
【００１４】
［適用例３］  適用例２の燃料電池において、前記中間層は、前記反応ガスの電気化学反応を促進させる触媒が未担持の炭素担体をアイオノマ樹脂で結着して形成された層であっても良い。適用例３の燃料電池によれば、触媒の使用量を増加させることなく、中間層において炭素担体の割合を増やして細孔を増加させることができる。また、適用例３の燃料電池によれば、カソード側の触媒層において触媒密度が高い第１および第２のカソード触媒層に発電反応熱を局在化させることによって、第１および第２のカソード触媒層における反応生成水の凍結を抑制することができる。
【００１５】
［適用例４］  適用例２または適用例３の燃料電池において、前記中間層は、親水性を有する親水性材料を混合して形成された層であっても良い。適用例４の燃料電池によれば、親水性材料によって中間層が水に馴染み易くなるため、第１および第２のカソード触媒層から中間層への反応生成水の吸収速度を向上させることができる。
【００１６】
［適用例５］  適用例４の燃料電池において、前記中間層に混合された親水性材料は、無機材料であっても良い。適用例５の燃料電池によれば、無機材料は、有機材料と比較して熱的および電気化学的に安定しているため、親水性材料から分解した成分が電解質膜や触媒層を劣化させてしまうのを抑制することができる。
【００１７】
［適用例６］  適用例４または適用例５の燃料電池において、前記中間層に混合された親水性材料は、二酸化ケイ素（シリカ），二酸化チタン（チタニア），アルミノケイ酸塩（ゼオライト，イモゴライト）の少なくとも一つの微粉体を含むとしても良い。
【００１８】
［適用例７］  適用例１ないし適用例６のいずれかの燃料電池において、前記燃料電池は、更に、前記第２のカソード触媒層に接して積層され、前記反応ガスを前記カソード側に拡散させるカソード拡散層を備え、前記第２のカソード触媒層は、前記カソード拡散層に予め形成された状態で、前記電解質膜に予め形成された第１のカソード触媒層に重ね合わせて積層された層であるとしても良い。適用例７の燃料電池によれば、第２のカソード触媒層がカソード拡散層の表面上に構成されているため、氷点下に繰り返し曝露されることによってカソード拡散層における表面の微細構造が第２のカソード触媒層に入り込むのを抑制することができる。その結果、カソード側における触媒層の劣化を更に抑制することができる。なお、カソード拡散層とカソード触媒層とを別々に形成し重ね合わせた燃料電池では、反応生成水が凍結してしまう低温（氷点下）に繰り返し曝露されると、カソード拡散層おける表面の微細構造が徐々にカソード触媒層に入り込み発電性能が低下してしまう場合がある。
【００１９】
［適用例８］  適用例８の製造方法は、反応ガスを用いて電気化学的に発電する燃料電池を製造する製造方法であって、前記反応ガスの電気化学反応を促進させる触媒を担持した炭素担体をアイオノマ樹脂で結着して形成された第１の触媒層を、プロトン伝導性を有する電解質膜に接合し、前記反応ガスの電気化学反応を促進させる触媒を担持した炭素担体をアイオノマ樹脂で結着して形成された第２の触媒層を、前記電解質膜に前記反応ガスを拡散させる拡散層に接合し、前記電解質膜に接合された第１の触媒層と、前記拡散層に接合された第２の触媒層とを接合することを特徴とする。適用例８の製造方法によれば、第２の触媒層を拡散層の表面上に接合して形成することによって、氷点下に繰り返し曝露されたとしても拡散層の繊維が第２の触媒層に入り込み難い燃料電池を得ることができる。
【００２０】
また、本発明の形態は、燃料電池や燃料電池の製造方法に限るものではなく、例えば、燃料電池の電力を利用して走行する車両、燃料電池の電力を供給する発電システムなどの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以上説明した本発明の構成および作用を一層明らかにするために、以下本発明を適用した燃料電池について説明する。
【００２２】
Ａ．第１の実施例：
Ａ−１．燃料電池の全体構成：
図１は、燃料電池１０の全体構成を示す説明図である。燃料電池１０は、タンクや改質器などのガス供給部（図示しない）から供給される反応ガスの電気化学反応によって発電する。本実施例では、燃料電池１０は、固体高分子型の燃料電池である。本実施例では、燃料電池１０に用いられる反応ガスは、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとを含む。燃料電池１０に用いられる燃料ガスは、水素タンクや水素吸蔵合金に貯蔵した水素ガスであっても良いし、炭化水素系燃料を改質して得られる水素ガスであっても良い。燃料電池１０で用いられる酸化ガスは、例えば、外気から取り込んだ空気を用いることができる。
【００２３】
本実施例では、燃料電池１０は、燃料ガスを循環して再利用する循環方式の燃料電池である。燃料電池１０に供給された燃料ガスは、電気化学反応の進行に伴って水素濃度が低下し、アノードオフガスとして燃料電池１０の外部に排出される。本実施例では、アノードオフガスは、燃料ガスとして再利用される。燃料電池１０に供給された酸化ガスは、電気化学反応の進行に伴って、酸素濃度が低下し、カソードオフガスとして燃料電池１０の外部に排出される。
【００２４】
図１に示すように、燃料電池１０は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly、以下、「ＭＥＡ」と呼ぶ）３２０を有するＭＥＡプレート３００と、ＭＥＡプレート３００に反応ガスを供給するセパレータ２００とを交互に複数積層することによって、ＭＥＡプレート３００を二つのセパレータ２００で挟み込んだスタック構造を有する。燃料電池１０は、交互に複数積層されたセパレータ２００およびＭＥＡプレート３００を両側から挟持するエンドプレート１００，４００を備える。本実施例では、エンドプレート１００，４００、セパレータ２００、ＭＥＡプレート３００は、略同一の長方形に成形された板状部材であり、燃料電池１０は、その長方形を断面とする直方体となる。
【００２５】
燃料電池１０を構成するエンドプレート１００、セパレータ２００、ＭＥＡプレート３００の各部材は、隣接する部材間で相互に連通する複数の貫通孔を有し、これら複数の貫通孔が連通し合うことによって複数の流路が燃料電池１０の内部に形成される。本実施例では、燃料電池１０の内部に形成される流路のうち、燃料ガスに関する流路には、燃料電池１０に供給された燃料ガスが流れる流路（図１の矢印Ｈ＿ＩＮ）と、燃料電池１０から排出されるアノードオフガスが流れる流路（図１の矢印Ｈ＿ＯＵＴ）とが含まれる。本実施例では、燃料電池１０の内部に形成される流路のうち、酸化ガスに関する流路には、燃料電池１０に供給された酸化ガスが流れる流路（図１の矢印Ａ＿ＩＮ）と、燃料電池１０から排出されるカソードオフガスが流れる流路（図１の矢印Ａ＿ＯＵＴ）とが含まれる。本実施例では、燃料電池１０の内部に形成される流路のうち、冷却水に関する流路には、燃料電池１０に供給された冷却水が流れる流路（図１の矢印Ｗ＿ＩＮ）と、燃料電池１０から排出される冷却水が流れる流路（図１の矢印Ｗ＿ＯＵＴ）とが含まれる。本実施例では、エンドプレート１００に設けられた複数の貫通孔を介して、燃料ガスの供給、アノードオフガスの排出、酸化ガスの供給、カソードオフガスの排出、冷却水の供給、冷却水の排出が、燃料電池１０に対して行われる。
【００２６】
燃料電池１０のセパレータ２００は、反応ガスをＭＥＡプレート３００に供給する機能、ＭＥＡプレート３００で生じた電気を集電する機能、ＭＥＡプレート３００での反応熱を除去する冷却水を流す機能を備える。セパレータ２００は、発電された電気を集電するのに十分な導電性を有すると共に、反応ガスおよび冷却水を流す上で十分な耐久性，耐熱性，ガス不透過性を有する材料から成る。本実施例では、セパレータ２００の材料として、ステンレスが用いられるが、チタン，チタン合金などの金属の他、カーボン樹脂，導電性セラミックスであっても良い。本実施例では、セパレータ２００は、三枚の平坦な薄板を積層して構成される三層積層型のセパレータであり、セパレータ２００は、三枚の薄板として、カソードプレート２１０と、アノードプレート２３０と、中間プレート２２０とを備える。
【００２７】
燃料電池１０のＭＥＡプレート３００は、ＭＥＡ３２０にシールガスケット３４０を射出成形したシール一体型膜電極接合体（以下、「シール一体型ＭＥＡ」という）３５０と、ＭＥＡ３２０のアノード側の面に燃料ガスを拡散させるアノードガス拡散プレート３１０と、ＭＥＡ３２０のカソード側の面に酸化ガスを拡散させるカソードガス拡散プレート３３０とを備える。本実施例では、ＭＥＡプレート３００は、アノードガス拡散プレート３１０およびカソードガス拡散プレート３３０をシール一体型ＭＥＡ３５０に嵌め込むことによって構成される。
【００２８】
ＭＥＡプレート３００のアノードガス拡散プレート３１０およびカソードガス拡散プレート３３０は、ＭＥＡ３２０とセパレータ２００との間を導電するのに十分な導電性を有すると共に、反応ガスを透過するのに十分な連続した複数の気孔を形成する多孔体から成る。本実施例では、アノードガス拡散プレート３１０およびカソードガス拡散プレート３３０は、発泡金属から成るが、他の実施形態として、金属メッシュであっても良い。アノードガス拡散プレート３１０およびカソードガス拡散プレート３３０は、本実施例では、ＭＥＡ３２０と略同一の長方形に成形された板状部材である。
【００２９】
アノードガス拡散プレート３１０は、ＭＥＡ３２０のアノード側に接して積層されると共に、ＭＥＡプレート３００がセパレータ２００に挟持された状態で、セパレータ２００のアノードプレート２３０に当接して、アノードプレート２３０のアノード供給口２３７から供給された燃料ガスを、ＭＥＡ３２０のアノード側に拡散させる。アノードガス拡散プレート３１０によって拡散された燃料ガスは、アノードオフガスとして、アノードプレート２３０のアノード排出口２３８を介してアノードガス拡散プレート３１０から排出される。
【００３０】
カソードガス拡散プレート３３０は、ＭＥＡ３２０のカソード側に接して積層されると共に、ＭＥＡプレート３００がセパレータ２００に挟持された状態で、セパレータ２００のカソードプレート２１０に当接して、カソードプレート２１０のカソード供給口２１７から供給された酸化ガスを、ＭＥＡ３２０のカソード側に拡散させる。カソードガス拡散プレート３３０によって拡散された酸化ガスは、カソードオフガスとして、カソードプレート２１０のカソード排出口２１８を介してカソードガス拡散プレート３３０から排出される。
【００３１】
シール一体型ＭＥＡ３５０のシールガスケット３４０は、ＭＥＡ３２０を中央部に取り囲む状態でセパレータ２００と略同一の長方形に成形されている。本実施例では、シールガスケット３４０は、シリコンゴム，ブチルゴム，フッ素ゴムなど、弾性を有するゴム製の絶縁性樹脂材料から成る。ＭＥＡプレート３００がセパレータ２００に挟持された状態で、シールガスケット３４０は、ＭＥＡプレート３００を挟む二つのセパレータ２００の間にＭＥＡ３２０，アノードガス拡散プレート３１０，カソードガス拡散プレート３３０を密封し、反応ガスや冷却水が燃料電池１０の外部に漏れるのを防止する。
【００３２】
Ａ−２．ＭＥＡの詳細構成：
図２は、第１の実施例におけるＭＥＡ３２０の積層構造を模式的に示す断面図である。シール一体型ＭＥＡ３５０のＭＥＡ３２０は、カソード拡散層４４０と、カソード触媒層４２０と、電解質膜４１０と、アノード触媒層４３０と、アノード拡散層４５０とを備え、この順序で、これらの層は積層されている。カソード触媒層４２０およびカソード拡散層４４０は、電解質膜４１０のカソード側の面に積層され、アノード側のアノード電極層を構成する。アノード触媒層４３０およびアノード拡散層４５０は、電解質膜４１０のアノード側の面に積層され、カソード側のカソード電極層を構成する。
【００３３】
ＭＥＡ３２０の電解質膜４１０は、プロトン伝導性を有するプロトン伝導体から成る。例えば、電解質膜４１０は、アイオノマ樹脂であるパーフルオロスルホン酸イオン交換膜であっても良い。
【００３４】
ＭＥＡ３２０のカソード拡散層４４０およびアノード拡散層４５０は、ガス透過性，導電性，撥水性を有し、例えば、カーボン製の多孔体であるカーボンクロスやカーボンペーパと、撥水性を有する撥水樹脂（例えば、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ））とを混合した材料であっても良い。アノード拡散層４５０は、アノード触媒層４３０に接して積層され、アノード触媒層４３０に燃料ガスを拡散させる。カソード拡散層４４０は、カソード触媒層４２０に接して積層され、カソード触媒層４２０に燃料ガスを拡散させる。
【００３５】
ＭＥＡ３２０のカソード触媒層４２０およびアノード触媒層４３０は、電解質膜４１０を介して行われる反応ガスの電気化学反応を促進させる触媒機能に加え、ガス透過性，導電性，撥水性を有する。カソード触媒層４２０およびアノード触媒層４３０は、触媒金属を担持した炭素担体と、プロトン伝導体であるアイオノマ樹脂とを混合した材料から成り、更に、撥水性を有する撥水樹脂（例えば、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ））を加えても良い。本実施例では、カソード触媒層４２０およびアノード触媒層４３０における炭素担体は、アモルファス炭素担体であるカーボンブラック担体であるが、結晶構造を有する炭素担体であるグラファイト担体であっても良い。カソード触媒層４２０およびアノード触媒層４３０における触媒金属は、白金または白金合金を含む白金系触媒である。
【００３６】
ＭＥＡ３２０のカソード触媒層４２０は、本実施例では、第１のカソード触媒層４２２と、第２のカソード触媒層４２４との二つの層から成り、第１のカソード触媒層４２２は、電解質膜４１０に接する側に位置し、第２のカソード触媒層４２４は、カソード拡散層４４０に接する側に位置する。第１のカソード触媒層４２２における炭素担体（Ｃ）に対するアイオノマ樹脂（Ｉ）の質量比（すなわち、アイオノマ樹脂（Ｉ）／炭素担体（Ｃ）の質量比、以下、「Ｉ／Ｃ」と表記する）は、「Ｉ／Ｃ＝０．８〜１．１」である。第２のカソード触媒層４２４におけるＩ／Ｃは、「Ｉ／Ｃ＝０．４〜０．７５」である。
【００３７】
Ａ−３．第１のカソード触媒層におけるＩ／Ｃ値の根拠：
図３は、第１のカソード触媒層（電解質膜側）のＩ／Ｃ値を変化させた場合における発電性能を示す説明図である。図３では、横軸にＩ／Ｃ値をとり、縦軸に発電継続時間をとって、実験値Ｅａ１〜Ｅａ９が示されている。
【００３８】
＜図３の実験における第１のカソード触媒層の作製＞
電解質膜４１０側に位置する第１のカソード触媒層４２２を構成する触媒担持担体として、４５重量パーセントで白金（Ｐｔ）を担持した白金担持カーボン（Ketjen Black International Company社製ケッチェン（登録商標））を用意した。第１のカソード触媒層４２２を構成するプロトン伝導体と結着材とを兼ねて、２０重量パーセントのナフィオン溶液（Nafion［ナフィオン］は登録商標、Dupont社製）を用意した。これらの白金担持カーボンおよびナフィオン溶液にアルコールおよび水を加え、乾燥後の白金担持カーボンとナフィオンとの質量比が１対０．２〜１．５（すなわち、Ｉ／Ｃ＝０．２〜１．５）となる１０種類のスラリＡａ０〜Ａａ９を調製した。これらのスラリＡａ０〜Ａａ９を、電解質膜４１０（Dupont社製「Nafion112」）の両面にそれぞれ塗布し乾燥させ、電解質膜４１０に第１のカソード触媒層４２２およびアノード触媒層４３０を接合した。なお、乾燥後の白金担持カーボンとナフィオンとの質量比が１対０．２（すなわち、Ｉ／Ｃ＝０．２）となるスラリＡａ０では、電解質膜４１０上に触媒層が維持されなかった。
【００３９】
＜図３の実験における第２のカソード触媒層の作製＞
カソード拡散層４４０側に位置する第２のカソード触媒層４２４を構成する触媒担持担体として、４５重量パーセントで白金（Ｐｔ）を担持した白金担持カーボン（Ketjen Black International Company社製ケッチェン（登録商標））を用意した。第２のカソード触媒層４２４を構成するプロトン伝導体と結着材とを兼ねて、５重量パーセントのナフィオン溶液（Nafion［ナフィオン］は登録商標、Dupont社製）を用意した。これらの白金担持カーボンおよびナフィオン溶液にアルコールおよび水を加え、乾燥後の白金担持カーボンとナフィオンとの質量比が１対０．７５（すなわち、Ｉ／Ｃ＝０．７５）となるスラリＢを調製した。スラリＡａ０〜Ａａ９を塗布し乾燥させたカソードに相当する面に、スラリＢを塗布し乾燥させ、第１のカソード触媒層４２２に第２のカソード触媒層４２４を接合した。
【００４０】
＜図３の実験における氷点下発電＞
スラリＡａ０〜Ａａ９およびスラリＢから得られたＭＥＡ３２０を組み込んだ燃料電池に、湿度８０パーセントの燃料ガスおよび酸化ガスを供給し、一時間保持した。その後、この燃料電池を摂氏マイナス３０度の氷点下に維持された恒温槽に一晩放置した。その後、この燃料電池を用いて電流密度０．１アンペア／平方センチメートル（Ａ／ｃｍ2）で発電を行い、セル電圧が０ボルトになるまでの時間を発電継続時間として計測して、図３の結果を得た。
【００４１】
図３における実験値Ｅａ１〜Ｅａ９は、スラリＡａ１〜Ａａ９で第１のカソード触媒層４２２が作製された燃料電池における発電継続時間をそれぞれ示す。図３に示すように、第１のカソード触媒層４２２は、Ｉ／Ｃ＝０．９〜１．０の範囲で発電継続時間が最高値となり、Ｉ／Ｃ＝０．８〜１．１の範囲で発電継続時間が０．３分を超えることが確認された。この結果から、第１のカソード触媒層４２２におけるＩ／Ｃの値は、Ｉ／Ｃ＝０．８〜１．１の範囲であることが好ましく、Ｉ／Ｃ＝０．９〜１．０の範囲であることがより好適であることが分かった。
【００４２】
Ｉ／Ｃ＝０．３以下で構成された第１のカソード触媒層４２２では、結着材としてのアイオノマ樹脂が少なすぎるため、触媒層としての構造を維持できなかった。Ｉ／Ｃ＝０．３〜０．８の範囲で構成された第１のカソード触媒層４２２では、プロトン伝導体としてのアイオノマ樹脂が不足して水素イオン（Ｈ+）の供給量が不十分になり、それに伴って、第２のカソード触媒層４２４への水素イオン（Ｈ+）の供給量も不十分になると考えられる。そのため、Ｉ／Ｃ＝０．３〜０．８の範囲で構成された第１のカソード触媒層４２２では、Ｉ／Ｃの値が減少するのに伴い発電継続時間が短くなったと考えられる。Ｉ／Ｃ＝１．１以上で構成された第１のカソード触媒層４２２では、過剰なアイオノマ樹脂により細孔が減少して反応生成水の凍結による触媒の氷覆および反応ガスの拡散阻害が顕著になるため、Ｉ／Ｃの値が増加するのに伴い発電継続時間が短くなったと考えられる。
【００４３】
Ａ−４．第２のカソード触媒層におけるＩ／Ｃ値の根拠：
図４は、第２のカソード触媒層（拡散層側）のＩ／Ｃ値を変化させた場合における発電性能を示す説明図である。図４では、横軸にＩ／Ｃ値をとり、縦軸に発電継続時間をとって、実験値Ｅｂ１〜Ｅｂ８が示されている。
【００４４】
＜図４の実験における第１のカソード触媒層の作製＞
電解質膜４１０側に位置する第１のカソード触媒層４２２を構成する触媒担持担体として、４５重量パーセントで白金（Ｐｔ）を担持した白金担持カーボン（Ketjen Black International Company社製ケッチェン（登録商標））を用意した。第１のカソード触媒層４２２を構成するプロトン伝導体と結着材とを兼ねて、２０重量パーセントのナフィオン溶液（Nafion［ナフィオン］は登録商標、Dupont社製）を用意した。これらの白金担持カーボンおよびナフィオン溶液にアルコールおよび水を加え、乾燥後の白金担持カーボンとナフィオンとの質量比が１対１（すなわち、Ｉ／Ｃ＝１．０）となるスラリＡを調製した。このＡを、電解質膜４１０（Dupont社製「Nafion112」）の両面にそれぞれ塗布し乾燥させ、電解質膜４１０に第１のカソード触媒層４２２およびアノード触媒層４３０を接合した。
【００４５】
＜図４の実験における第２のカソード触媒層の作製＞
カソード拡散層４４０側に位置する第２のカソード触媒層４２４を構成する触媒担持担体として、４５重量パーセントで白金（Ｐｔ）を担持した白金担持カーボン（Ketjen Black International Company社製ケッチェン（登録商標））を用意した。第２のカソード触媒層４２４を構成するプロトン伝導体と結着材とを兼ねて、５重量パーセントのナフィオン溶液（Nafion［ナフィオン］は登録商標、Dupont社製）を用意した。これらの白金担持カーボンおよびナフィオン溶液にアルコールおよび水を加え、乾燥後の白金担持カーボンとナフィオンとの質量比が１対０．３〜１．５（すなわち、Ｉ／Ｃ＝０．３〜１．５）となる８種類のスラリＢｂ１〜Ｂｂ８を調製した。スラリＡを塗布し乾燥させたカソードに相当する面に、スラリＢｂ１〜Ｂｂ８をそれぞれ塗布し乾燥させ、第１のカソード触媒層４２２に第２のカソード触媒層４２４を接合した。
【００４６】
＜図４の実験における氷点下発電＞
スラリＡおよびスラリＢｂ１〜Ｂｂ８から得られたＭＥＡ３２０を組み込んだ燃料電池に、湿度８０パーセントの燃料ガスおよび酸化ガスを供給し、一時間保持した。その後、この燃料電池を摂氏マイナス３０度の氷点下に維持された恒温槽に一晩放置した。その後、この燃料電池を用いて電流密度０．１アンペア／平方センチメートル（Ａ／ｃｍ2）で発電を行い、セル電圧が０ボルトになるまでの時間を発電継続時間として計測して、図４の結果を得た。
【００４７】
図４における実験値Ｅｂ１〜Ｅｂ８は、スラリＢｂ１〜Ｂｂ８で第２のカソード触媒層４２４が作製された燃料電池における発電継続時間をそれぞれ示す。図４に示すように、第２のカソード触媒層４２４は、Ｉ／Ｃ＝０．５〜０．６５の範囲で発電継続時間が最高値となり、Ｉ／Ｃ＝０．４〜０．７５の範囲で発電継続時間が０．３分を超えることが確認された。この結果から、第２のカソード触媒層４２４におけるＩ／Ｃの値は、Ｉ／Ｃ＝０．４〜０．７５の範囲であることが好ましく、Ｉ／Ｃ＝０．５〜０．６５の範囲であることがより好適であることが分かった。
【００４８】
Ｉ／Ｃ＝０．３以下で構成された第２のカソード触媒層４２４では、結着材としてのアイオノマ樹脂が少なすぎるため、触媒層としての構造を維持できなかった。Ｉ／Ｃ＝０．３〜０．４の範囲で構成された第２のカソード触媒層４２４では、プロトン伝導体としてのアイオノマ樹脂が不足して水素イオン（Ｈ+）の供給量が不十分になるため、Ｉ／Ｃの値が減少するのに伴い発電継続時間が短くなると考えられる。Ｉ／Ｃ＝０．７５以上で構成された第２のカソード触媒層４２４では、過剰なアイオノマ樹脂により細孔が減少して反応生成水の凍結による触媒の氷覆および反応ガスの拡散阻害が顕著になり、それに伴って、第１のカソード触媒層４２２への反応ガスの供給量も不十分になると考えられる。そのため、Ｉ／Ｃ＝０．７５以上で構成された第２のカソード触媒層４２４では、Ｉ／Ｃの値が増加するのに伴い発電継続時間が短くなると考えられる。
【００４９】
Ａ−５．効果：
以上説明した第１の実施例における燃料電池１０によれば、第１のカソード触媒層４２２におけるアイオノマ樹脂の含有比率が第２のカソード触媒層４２４よりも高いため、カソード触媒層４２０の劣化を抑制することができると共に、第１のカソード触媒層４２２および第２のカソード触媒層４２４におけるアイオノマ樹脂と炭素担体との質量比を低温時の発電に好適な割合としたことから、低温時における発電性能を向上させることができる。
【００５０】
Ｂ．第２の実施例：
Ｂ−１．燃料電池の構成：
図５は、第２の実施例におけるＭＥＡ３２２の積層構造を模式的に示す断面図である。第２の実施例における燃料電池の構成は、図２のＭＥＡ３２０に代えて、図５のＭＥＡ３２２を備える点を除き、第１の実施例と同様である。第２の実施例におけるＭＥＡ３２２は、第１のカソード触媒層４２２と第２のカソード触媒層４２４との間に積層された中間層４２３を備える点を除き、第１の実施例におけるＭＥＡ３２０と同様である。
【００５１】
ＭＥＡ３２２の中間層４２３は、複数の細孔が形成された多孔体であり、ガス透過性，導電性を有する。本実施例では、中間層４２３は、触媒金属が未担持の炭素担体を、プロトン伝導体であるアイオノマ樹脂で結着して形成されている。
【００５２】
Ｂ−２．実施例と比較例との対比：
図６は、第２の実施例における中間層４２３を備える燃料電池の発電性能を示す説明図である。図６では、横軸に時間をとり、縦軸にセル電圧をとって、実施例２および比較例２の実験値が示されている。
【００５３】
図６に示す実施例２の実験値は、中間層４２３を備える燃料電池の発電性能を示す。図６に示す比較例２の実験値は、中間層４２３を設けずにカソード触媒層を実施例２と同じ層厚に嵩上げした燃料電池の発電性能を示す。カソード触媒層に含まれる白金触媒は、実施例２および比較例２で同量である。すなわち、実施例２のカソード触媒層４２０では、第１のカソード触媒層４２２および第２のカソード触媒層４２４に白金触媒が局在するのに対し、比較例２のカソード触媒層では、カソード触媒層全体に白金触媒が分布する。
【００５４】
実施例２および比較例２の燃料電池に、湿度８０パーセントの燃料ガスおよび酸化ガスを供給し、一時間保持した。その後、この燃料電池を摂氏マイナス３０度の氷点下に維持された恒温槽に一晩放置した。その後、この燃料電池を用いて電流密度０．１アンペア／平方センチメートル（Ａ／ｃｍ2）で発電を行い、セル電圧の時間変化を計測して、図６の結果を得た。
【００５５】
実施例２のセル電圧は、発電開始時に０．２３ボルトで立ち上がった後、徐々に上昇しながら、発電開始から４０秒過ぎに最大値０．３６ボルトになった。その後、実施例２のセル電圧は、徐々に下降しながら、発電開始から６０秒過ぎに０ボルトになった。比較例２のセル電圧は、発電開始時に０．４３ボルトで立ち上がった後、徐々に上昇しながら、発電開始から１０秒過ぎに最大値０．５ボルトになった。その後、比較例２のセル電圧は、徐々に下降しながら、発電開始から３０秒を前に０ボルトになった。この結果から、第１のカソード触媒層４２２と第２のカソード触媒層４２４との間に中間層４２３を設けることによって、燃料電池の発電継続時間が向上することが分かった。
【００５６】
Ｂ−３．効果：
以上説明した第２の実施例における燃料電池によれば、第１の実施例と同様に、カソード触媒層４２０の劣化を抑制することができると共に、低温時における発電性能を向上させることができる。また、第２の実施例における燃料電池によれば、カソード触媒層４２０で発生した反応生成水を中間層４２３で吸収し、第１のカソード触媒層４２２および第２のカソード触媒層４２４に滞留して凍結してしまう反応生成水を減少させることができる。その結果、低温時、特に低温起動時における発電性能を更に向上させることができる。
【００５７】
また、第２の実施例における燃料電池によれば、触媒の使用量を増加させることなく、中間層４２３において炭素担体の割合を増やして細孔を増加させることができる。また、第２３の実施例における燃料電池によれば、カソード触媒層４２０において触媒密度が高い第１のカソード触媒層４２２および第２のカソード触媒層４２４に発電反応熱を局在化させることによって、第１のカソード触媒層４２２および第２のカソード触媒層４２４における反応生成水の凍結を抑制することができる。
【００５８】
Ｃ．第３の実施例：
Ｃ−１．燃料電池の構成：
第３の実施例における燃料電池の構成は、中間層４２３の構成が異なる点を除き、第２の実施例と同様である。第２の実施例における中間層４２３は、触媒金属が未担持の炭素担体と、プロトン伝導体であるアイオノマ樹脂とに加え、親水性を有する親水性材料を混合した材料から形成されている。中間層４２３に混合された親水性材料は、本実施例では無機材料であるが、有機材料であっても良い。本実施例では、中間層４２３に混合された親水性材料は、二酸化ケイ素（シリカ），二酸化チタン（チタニア），アルミノケイ酸塩（ゼオライト，イモゴライト）の少なくとも一つの微粉体を含む。
【００５９】
Ｃ−２．実施例と比較例との対比：
図７は、第３の実施例における中間層４２３を備える燃料電池の発電性能を示す説明図である。図７では、横軸に時間をとり、縦軸にセル電圧をとって、実施例３−１，実施例３−２および比較例３の実験値が示されている。
【００６０】
図７に示す実施例３−１の実験値は、中間層４２３に親水性材料を１０重量パーセントで混合した燃料電池の発電性能を示す。図７に示す実施例３−２の実験値は、中間層４２３に親水性材料を２０重量パーセントで混合した燃料電池の発電性能を示す。図７に示す比較例３の実験値は、中間層４２３に撥水性材料を２０重量パーセントで混合した燃料電池の発電性能を示す。
【００６１】
実施例３−１，実施例３−２および比較例３の燃料電池に、湿度８０パーセントの燃料ガスおよび酸化ガスを供給し、一時間保持した。その後、この燃料電池を摂氏マイナス３０度の氷点下に維持された恒温槽に一晩放置した。その後、この燃料電池を用いて電流密度０．１アンペア／平方センチメートル（Ａ／ｃｍ2）で発電を行い、セル電圧の時間変化を計測して、図７の結果を得た。
【００６２】
実施例３−１のセル電圧は、発電開始時に０．３１ボルトで立ち上がった後、徐々に上昇しながら、発電開始から１５秒過ぎに最大値０．３８ボルトになった。その後、実施例３−１のセル電圧は、徐々に下降しながら、発電開始から７７秒で０ボルトになった。実施例３−２のセル電圧は、発電開始時に０．４４ボルトで立ち上がった後、徐々に上昇しながら、発電開始から１０秒過ぎに最大値０．４９ボルトになった。その後、実施例３−２のセル電圧は、徐々に下降しながら、発電開始から８０秒で０ボルトになった。比較例３のセル電圧は、発電開始時に０．０９ボルトで立ち上がった後、徐々に上昇しながら、発電開始から１０秒過ぎに最大値０．１８ボルトになった。その後、比較例３のセル電圧は、徐々に下降しながら、発電開始から５１秒で０ボルトになった。この結果から、中間層４２３に親水性材料を混合することによって、燃料電池の発電継続時間が向上することが分かった。
【００６３】
Ｃ−３．効果：
以上説明した第３の実施例における燃料電池によれば、第１および第２の実施例と同様に、カソード触媒層４２０の劣化を抑制することができると共に、低温時における発電性能を向上させることができる。また、第３の実施例における燃料電池によれば、第２の実施例と同様に、カソード触媒層４２０で発生した反応生成水を中間層４２３で吸収し、第１のカソード触媒層４２２および第２のカソード触媒層４２４に滞留して凍結してしまう反応生成水を減少させることができる。
【００６４】
また、第３の実施例における燃料電池によれば、親水性材料によって中間層４２３が水に馴染み易くなるため、第１のカソード触媒層４２２および第２のカソード触媒層４２４から中間層４２３への反応生成水の吸収速度を向上させることができる。また、第３の実施例における燃料電池によれば、無機材料は、有機材料と比較して熱的および電気化学的に安定しているため、親水性材料から分解した成分が電解質膜４１０やカソード触媒層４２０を劣化させてしまうのを抑制することができる。
【００６５】
Ｄ．第４の実施例：
Ｄ−１．燃料電池の構成：
第４の実施例では、ＭＥＡ３２０を製造する方法、特に第２のカソード触媒層４２４を形成する方法が第１の実施例と異なる。それに伴って、第４の実施例における燃料電池の構成は、カソード触媒層４２０の接合構成、特にカソード触媒層４２０とカソード拡散層４４０との間の接合構造が異なる点を除き、第１の実施例と同様である。
【００６６】
Ｄ−２．燃料電池の製造方法：
図８は、第４の実施例における燃料電池の製造方法を示すフローチャートである。まず、第１のカソード触媒層４２２を構成する触媒担持担体とアイオノマ樹脂とを含有するスラリを、電解質膜４１０のカソード側となる面に塗布し乾燥させることによって、第１のカソード触媒層４２２を電解質膜４１０に接合する（ステップＳ１１０）。本実施例では、第１のカソード触媒層４２２の接合工程（ステップＳ１１０）において、第１のカソード触媒層４２２と同様に、アノード触媒層４３０を電解質膜４１０のアノード側となる面に接合する。
【００６７】
第１のカソード触媒層４２２の接合工程（ステップＳ１１０）の後、第２のカソード触媒層４２４を構成する触媒担持担体とアイオノマ樹脂とを含有するスラリを、カソード拡散層４４０の一方の面に塗布し乾燥させることによって、第２のカソード触媒層４２４をカソード拡散層４４０に接合する（ステップＳ１２０）。本実施例では、第１のカソード触媒層４２２の接合工程（ステップＳ１１０）の後、第２のカソード触媒層４２４の接合工程（ステップＳ１２０）を行うが、他の実施形態において、第２のカソード触媒層４２４の接合工程（ステップＳ１２０）の後、第１のカソード触媒層４２２の接合工程（ステップＳ１１０）を行っても良いし、これらの工程を同時に行っても良い。
【００６８】
第１のカソード触媒層４２２の接合工程（ステップＳ１１０）、および第２のカソード触媒層４２４の接合工程（ステップＳ１２０）の後、電解質膜４１０に接合された第１のカソード触媒層４２２と、カソード拡散層４４０に接合された第２のカソード触媒層４２４とを重ね合わせて接合してＭＥＡ３２０を構成する（ステップＳ１３０）。本実施例では、第１のカソード触媒層４２２と第２のカソード触媒層４２４とを重ね合わせる工程（ステップＳ１３０）において、アノード触媒層４３０にアノード拡散層４５０を重ね合わせて接合する。
【００６９】
図９は、第１のカソード触媒層４２２と第２のカソード触媒層４２４とを重ね合わせる様子を模式的に示す説明図である。第１のカソード触媒層４２２は、触媒担持担体４２２１をアイオノマ樹脂４２２３で結着して構成され、電解質膜４１０の表面に沿って接合されている。第２のカソード触媒層４２４は、触媒担持担体４２４１をアイオノマ樹脂４２４３で結着して構成され、カソード拡散層４４０の炭素繊維４４０１に入り込んで接合されている。
【００７０】
図８の説明に戻り、ＭＥＡ３２０を構成した後（ステップＳ１４０）、そのＭＥＡ３２０シールガスケット３４０を射出成形してシール一体型ＭＥＡ３５０を構成する（ステップＳ１４０）。その後、シール一体型ＭＥＡ３５０にアノードガス拡散プレート３１０およびカソードガス拡散プレート３３０を組み合わせてＭＥＡプレート３００を構成する（ステップＳ１５０）。その後、ＭＥＡプレート３００とセパレータ２００とを交互に重ね合わせて燃料電池１０を構成する（ステップＳ１６０）。
【００７１】
Ｄ−３．実施例と比較例との対比：
図１０は、第４の実施例における燃料電池の発電性能を示す説明図である。図１０では、横軸に氷点下曝露サイクルをとり、縦軸に電圧維持率をとって、実施例４および比較例２の実験値が示されている。なお、図１０において、氷点下曝露サイクルは、氷点下で発電を行った回数を示し、電圧維持率は、各サイクルで計測されたセル電圧を、最初の氷点下発電時に計測されたセル電圧と比較した比率を示す。
【００７２】
図１０に示す実施例４の実験値は、図８に示した工程で製造された燃料電池の発電性能を示す。図１０に示す比較例４の実験値は、第１の実施例で説明した燃料電池、すなわち第１のカソード触媒層４２２上に第２のカソード触媒層４２４を直接的に形成した燃料電池の発電性能を示す。
【００７３】
実施例４および比較例４の燃料電池に、湿度８０パーセントの燃料ガスおよび酸化ガスを供給し、一時間保持した。その後、この燃料電池を摂氏マイナス３０度の氷点下に維持された恒温槽に一晩放置した。その後、この燃料電池を用いて電流密度０．１アンペア／平方センチメートル（Ａ／ｃｍ2）で発電を行い、セル電圧を計測した。この一連の発電サイクルを繰り返し実施することによって、図１０の結果を得た。
【００７４】
実施例４の電圧維持率は、２００サイクルで０．９５となるまで徐々に下降した。比較例４の電圧維持率は、１００サイクルで０．９５を下回り、１４０サイクルで０．９になり、１５０サイクルでは０．８となって、実施例４と比較して急激に下降した。この結果から、第１のカソード触媒層４２２と第２のカソード触媒層４２４とを別々に形成した後で重ね合わせることによって、燃料電池の耐久性能が向上することが分かった。
【００７５】
Ｄ−４．効果：
以上説明した第４の実施例における燃料電池によれば、第１の実施例と同様に、カソード触媒層４２０の劣化を抑制することができると共に、低温時における発電性能を向上させることができる。また、第４の実施例における燃料電池によれば、第２のカソード触媒層４２４がカソード拡散層４４０の表面上に構成されているため、氷点下に繰り返し曝露されることによってカソード拡散層４４０の炭素繊維４４０１が第２のカソード触媒層４２４に入り込むのを抑制することができる。その結果、カソード触媒層４２０の劣化を更に抑制することができる。
【００７６】
Ｅ．他の実施形態：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施例では、いわゆる循環方式の燃料電池について説明したが、他の実施形態において、燃料電池に一旦供給された燃料ガスを使い切るいわゆるデッドエンド方式の燃料電池に本発明を適用しても良い。
【００７７】
また、本発明は、カソード触媒層４２０を第１のカソード触媒層４２２と第２のカソード触媒層４２４との二つの層で構成した燃料電池に限定するものではなく、カソード触媒層４２０を三つ以上の層で構成しても良い。カソード触媒層４２０が三つ以上の層で構成される場合、電解質膜４１０と第１のカソード触媒層４２２と間に他のカソード触媒層が介在しても良いし、カソード拡散層４４０と第２のカソード触媒層４２４との間に他のカソード触媒層が介在しても良い。
【００７８】
また、中間層４２３を備える燃料電池においても、第４の実施例と同様に、第１のカソード触媒層４２２と第２のカソード触媒層４２４とを別々に形成した後で重ね合わせて製造しても良い。また、アノード触媒層４３０が二つ以上の層で構成される場合、第４の実施例と同様に、燃料電池のアノード側電極を、電解質膜４１０に形成された第１のアノード触媒層と、アノード拡散層４５０に形成された第２のアノード触媒層とを重ね合わせて製造しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】燃料電池の全体構成を示す説明図である。
【図２】第１の実施例におけるＭＥＡの積層構造を模式的に示す断面図である。
【図３】第１のカソード触媒層（電解質膜側）のＩ／Ｃ値を変化させた場合における発電性能を示す説明図である。
【図４】第２のカソード触媒層（拡散層側）のＩ／Ｃ値を変化させた場合における発電性能を示す説明図である。
【図５】第２の実施例におけるＭＥＡの積層構造を模式的に示す断面図である。
【図６】第２の実施例における中間層を備える燃料電池の発電性能を示す説明図である。
【図７】第３の実施例における中間層を備える燃料電池の発電性能を示す説明図である。
【図８】第４の実施例における燃料電池の製造方法を示すフローチャートである。
【図９】第１のカソード触媒層と第２のカソード触媒層とを重ね合わせる様子を模式的に示す説明図である。
【図１０】第４の実施例における燃料電池の発電性能を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０…燃料電池
１００…エンドプレート
２００…セパレータ
２１０…カソードプレート
２１７…カソード供給口
２１８…カソード排出口
２２０…中間プレート
２３０…アノードプレート
２３７…アノード供給口
２３８…アノード排出口
３１０…アノードガス拡散プレート
３２０…ＭＥＡ
３３０…カソードガス拡散プレート
３４０…シールガスケット
３５０…シール一体型ＭＥＡ
４１０…電解質膜
４２０…カソード触媒層
４２２…第１のカソード触媒層
４２３…中間層
４２４…第２のカソード触媒層
４３０…アノード触媒層
４４０…カソード拡散層
４５０…アノード拡散層
４２２１…触媒担持担体
４２２３…アイオノマ樹脂
４２４１…触媒担持担体
４２４３…アイオノマ樹脂
４４０１…炭素繊維
【図１】
2010021056.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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