(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用電極であって、
流路を持つセパレーターに接する気体拡散層と、及び前記気体拡散層と電解質膜との間に介在される触媒層とを備えてなるものであり、
前記触媒層が、親水性の相異なる２つの部分を備えてなり、前記触媒層において、前記流路に対向する部分が前記流路に対向しない部分より親水性が高いものであり、
前記触媒層で前記流路に対向する部分が、金属触媒または炭素系支持体に担持された金属触媒；ポリマーイオノマー；及び親水性向上剤を含んでなり、
重量比で、前記金属触媒：前記親水性向上剤が１：０．０５〜１であり、
前記親水性向上剤が、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ゼオライト、ジルコニア、セリア、酸処理されたセラミック粒子またはカーボン、親水性高分子、及びＡｌ２Ｏ３からなる群より選択される一種又は二種以上の混合物であり、
前記触媒層における前記流路に対向しない部分が、金属触媒または炭素系支持体に担持された金属触媒、及びポリマーイオノマーを含んでなることを特徴とする、燃料電池用電極。
【請求項２】
前記触媒層における親水性が相異なる部分が、水接触角の差が２゜〜２０゜であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用電極。
【請求項３】
前記燃料電池が、相対湿度が０〜７０％である低加湿条件で運転されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料電池用電極。
【請求項４】
燃料電池用電極の製造方法であって、
（Ｓ１）（ａ）金属触媒または炭素系支持体に担持された金属触媒、ポリマーイオノマー、及び溶媒を含んでなる第１触媒層形成用インクと、及び（ｂ）金属触媒または炭素系支持体に担持された金属触媒、ポリマーイオノマー、親水性向上剤、及び溶媒を含んでなる第２触媒層形成用インクをそれぞれ製造する段階と、
（Ｓ２）前記第１触媒層形成用インクが流路に対向しない部分に噴射され、前記第２触媒層形成用インクが流路に対向する部分に噴射されるように、前記第１触媒層形成用インク及び第２触媒層形成用インクをそれぞれインクジェット方式で電解質膜または気体拡散層に噴射して触媒層を形成する段階とを含んでなり、
（Ｓ１）において、重量比で、前記金属触媒：前記親水性向上剤が１：０．０５〜１であり、
前記第２触媒層形成用インクの親水性向上剤が、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ゼオライト、ジルコニア、セリア、酸処里されたセラミック粒子またはカーボン、親水性高分子、及びＡｌ２Ｏ３からなる群より選択される何れかの一種又は二種以上の混合物であることを特徴とする、燃料電池用電極の製造方法。
【請求項５】
前記燃料電池用電極が、前記触媒層の前記流路に対向する部分と前記流路に対向しない部分との水接触角の差が２゜〜２０゜であることを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池用電極の製造方法。
【請求項６】
前記燃料電池が、相対湿度が０〜７０％である低加湿条件で運転されることを特徴とする、請求項４又は５に記載の燃料電池用電極の製造方法。
【請求項７】
燃料電池用膜電極接合体であって、
電解質膜と、アノード電極と、及びカソード電極とを備えてなり、
前記アノード電極及び前記カソード電極が、前記電解質膜を介在して形成されてなり、それぞれ触媒層及び気体拡散層を備えてなるものであり、
前記電極が、請求項１〜３の何れか一項に記載の燃料電池用電極であることを特徴とする、燃料電池用膜電極接合体。
【請求項８】
請求項７に記載の少なくとも一つの膜電極接合体及び前記膜電極接合体の間に介在されるセパレーターを含むスタックと、
燃料を前記スタックに供給する燃料供給部と、並びに
酸化剤を前記スタックに供給する酸化剤供給部とを備えてなることを特徴とする、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種の親水性を持つ燃料電池用電極及びその製造方法、並びにそれを含む膜電極接合体（assembly：アッセンブリ）及び燃料電池に関し、より詳しくは、電極の触媒層内の水分を効率的に調節可能な燃料電池用電極及びその製造方法、並びにそれを含む膜電極接合体及び燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油や石炭のような従来のエネルギー資源の枯渇が予測されるにつれて、それらに代替可能なエネルギーに対する関心が高くなっている。このような代替エネルギーの１つとして、高効率であってＮＯｘ及びＳＯｘなどの公害物質を排出せず、使用される燃料が豊富であるなどの長所から燃料電池が特に注目されている。
【０００３】
燃料電池は、燃料と酸化剤との化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換する発電システムであって、燃料としては水素と、メタノール、ブタンなどのような炭化水素が、酸化剤としては酸素が代表的に使用される。
【０００４】
燃料電池において、電気を発生させる最も基本的な単位は膜電極接合体（ＭＥＡ）であって、これは電解質膜と、電解質膜の両面に形成されるアノード及びカソード電極とで構成される。燃料電池の電気発生原理を示した図１及び化学式１（水素を燃料として使用した場合の燃料電池の反応式）を参照すれば、アノード電極では燃料の酸化反応が起きて水素イオン及び電子が発生し、水素イオンは電解質膜を通じてカソード電極に移動し、カソード電極では酸素（酸化剤）と電解質膜を通じて伝達された水素イオンと電子とが反応して水が生成される。このような反応を通じて外部回路に電子が移動する。
【０００５】
［化学式１］
アノード電極：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード電極：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
全体反応式：Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ
【０００６】
図２は、燃料電池用膜電極接合体の一般的な構成を示した図である。図２を参照すれば、燃料電池の膜電極接合体は、電解質膜２０１と、電解質膜２０１を介在して対向するアノード電極及びカソード電極とで構成され、アノード電極及びカソード電極は触媒層２０３、２０５及び気体拡散層２０８で構成される。気体拡散層は、電極基材２０９ａ、２０９ｂ及びその上に形成された微細気孔層２０７ａ、２０７ｂで構成される。
【０００７】
燃料電池の電極における水分の量は電極の性能を左右する要素である。電極内に入り込む水分や電極で生成される水分は、適切に維持されなければならない。
【０００８】
具体的に、燃料電池の電極における反応の結果物でもある水分はイオン伝導に助力する。しかし、反応の結果で生成される水分の量は、燃料電池のイオン伝導性を確保できるほど十分ではないため、一般には加湿条件で燃料電池が運転される。
【０００９】
しかし、水分が過量で存在する場合は、触媒層や気体拡散層の微細な気孔を塞ぐ恐れがあるため、必要な程度の水分のみが触媒層に存在するようになるべく低加湿状態で運転することが望ましい。
【００１０】
しかし、必要以上の低加湿状態の運転は水分不足によるイオン伝導性の低下をもたらし、結果的に燃料電池の効率を減少させるため、好適な水準の低加湿運転は非常に難しい問題である。
【００１１】
従来は、燃料電池用膜電極接合体の触媒層が触媒及びイオノマーを含む１種のインクでコーティングされて製造されるため、全体的に同じ触媒層が形成される。従って、触媒層内で水分を調節し難いという問題点がある。
【００１２】
これに対し、特許文献１は触媒粒子を相異なる親水性を持つ化合物で表面改質し、触媒層内で親水性が異なる電極を製造する方法を開示している。
【００１３】
しかし、燃料電池の電極内の触媒層において低加湿状態の運転条件でも水分を適切に維持できるより効率的な技術の開発が至急に求められる実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−２８６３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、触媒層内で領域によって親水性を調節して電極内の水分を適切に維持可能な燃料電池用電極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】
【００１６】
上記の課題を解決するため、本発明の燃料電池用電極は、流路（channel：溝、導管、管）を持つセパレーターに接する気体拡散層、及び前記気体拡散層と電解質膜との間に介在される触媒層を含む燃料電池用電極において、前記触媒層は親水性の相異なる２つの部分を含み、前記触媒層で流路に対向する部分が流路に対向しない部分より親水性が高いことを特徴とする。
【００１７】
本発明者等は、特許文献１に親水度が相異なる領域を持つ触媒層が開示されているものの、触媒層内の水分調節と流路の位置との相関関係を見逃したため、その効果が十分ではないことに着目した。そこで、図５に示されたように、本発明の燃料電池用電極は、セパレーター２１０の流路に対向する部分２１、すなわち、相対的に湿度が低い気体と直接接触する気体拡散層２０８に対応する触媒層２０３、２０５の親水性を高めることで、気体に奪われる水分の量を減らし、水分をある程度奪われても十分な水分を維持することができる。これにより、電池内の水分を適切に維持して電池の性能を向上させることができる。本発明の電極において、前記流路に対向する部分と対向しない部分との親水性の差は、例えば、水接触角（ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ）の差で２゜〜２０゜であり得るが、これに限定されることはない。
【００１８】
本発明による燃料電池用電極は、低加湿状態で運転される燃料電池により望ましく、例えば、燃料電池に供給される気体の相対湿度が０〜７０％、望ましくは２０〜７０％、より望ましくは３０〜６０％である低加湿運転条件でも燃料電池の運転に必要な水分を適切に維持することができる。
【００１９】
本発明の電極内の触媒層で流路に対向する部分は、従来の触媒層に親水性を向上させるために親水性向上剤をさらに含み得る。例えば、金属触媒または炭素系支持体に担持された金属触媒；ポリマーイオノマー；及びＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ゼオライト、ジルコニア、セリア、酸処里されたセラミック粒子またはカーボン、親水性高分子、及びＡｌ２Ｏ３からなる群より選択されるいずれか１種または２種以上の混合物である親水性向上剤を含み得る。前記親水性向上剤の含量は、必要に応じて金属触媒：親水性向上剤を重量比で１：０．０５〜１にすることができるが、これに限定されることはない。
【００２０】
本発明の電極内の触媒層で流路に対向しない部分は、当分野で一般に使用する触媒層であり得、例えば、金属触媒または炭素系支持体に担持された金属触媒及びポリマーイオノマーを含み得る。
【００２１】
また、本発明は、（Ｓ１）（ａ）金属触媒または炭素系支持体に担持された金属触媒、ポリマーイオノマー、及び溶媒を含む第１触媒層形成用インク及び（ｂ）金属触媒または炭素系支持体に担持された金属触媒、ポリマーイオノマー、親水性向上剤、及び溶媒を含む第２触媒層形成用インクをそれぞれ製造する段階；及び（Ｓ２）前記第１触媒層形成用インクは流路に対向しない部分に噴射され、前記第２触媒層形成用インクは流路に対向する部分に噴射されるように、前記第１触媒層形成用インク及び第２触媒層形成用インクをそれぞれインクジェット方式で電解質膜または気体拡散層に噴射して触媒層を形成する段階を含む燃料電池用電極の製造方法を提供する。
【００２２】
これに関し、本発明者等は、特許文献１には触媒粒子を表面改質して触媒層の親水性を調節することが開示されているものの、触媒粒子を表面改質する追加的な段階が必要となるため煩雑であるという問題点があることに着目した。そこで、本発明者等が想到した本発明の製造方法は、触媒層形成用インクを製造するときに触媒層の親水性を向上できる親水性向上剤を添加して混合するため、別の段階を必要としない簡単な方法である。
【００２３】
上記のような本発明の電極は、膜電極接合体及び燃料電池に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】燃料電池の電気発生原理を説明するための概略図である。
【図２】一般的な燃料電池用膜電極接合体の構造を示した概略図である。
【図３】本発明による第１触媒層形成用インク及び第２触媒層形成用インクをそれぞれ噴射する様子を示した概略図である。
【図４】本発明によって形成された触媒層を概略的に示した平面図である。
【図５】本発明によって形成された電極を概略的に示した分離断面図である。
【図６】本発明による燃料電池の一例を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の燃料電池用電極をその製造方法に従って詳しく説明する。本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
【００２６】
まず、（ａ）金属触媒または炭素系支持体に担持された金属触媒、ポリマーイオノマー、及び溶媒を含む第１触媒層形成用インク、及び（ｂ）金属触媒または炭素系支持体に担持された金属触媒、ポリマーイオノマー、親水性向上剤、及び溶媒を含む第２触媒層形成用インクをそれぞれ製造する（Ｓ１）。
【００２７】
本発明による第１触媒層形成用インクは、当分野で使用する触媒層形成用インクを制限なく使用することができる。例えば、前記触媒層形成用インクは、金属触媒または炭素系支持体に担持された金属触媒；ポリマーイオノマー；及び溶媒を含んでなり得る。
【００２８】
前記金属触媒としては、代表的に白金、ルテニウム、オスミウム、白金‐ルテニウム合金、白金‐オスミウム合金、白金‐パラジウム合金、白金‐モリブデン合金、白金‐ロジウム合金、及び白金‐遷移金属合金からなる群より選択されるいずれか１種または２種以上の混合物を使用することができるが、これに限定されることはない。
【００２９】
前記炭素系支持体は炭素系物質であり得るが、黒鉛（グラファイト）、カーボンブラック、アセチレンブラック、デンカブラック（ｄｅｎｋａ ｂｌａｃｋ）、ケッチェンブラック（ｋｅｔｊｅｎ ｂｌａｃｋ)、活性カーボン、メソポーラスカーボン（ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ）、炭素ナノチューブ、炭素ナノ繊維、炭素ナノホーン（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ ｈｏｒｎ）、炭素ナノリング（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ ｒｉｎｇ）、炭素ナノワイヤ、フラーレン（Ｃ６０）、及びスーパーＰ（登録商標）からなる群より選択されるいずれか１種または２種以上の混合物であることが望ましい。
【００３０】
前記ポリマーイオノマーとしては、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ、登録商標）イオノマーまたはスルホン化ポリトリフルオロスチレンのようなスルホン化されたポリマーを代表的に使用することができる。
【００３１】
第１触媒層形成用インク内の前記ポリマーイオノマーの含量は、適用する燃料電池の種類及び用途に応じて適切に調節でき、例えば後述する触媒１００重量部対比１５〜４５重量部であり得る。上記のような範囲であれば、イオノマーが触媒層を過度に覆わず、触媒と燃料との反応を容易にすると共に触媒層内におけるイオンの伝達通路が十分形成され、イオンの移動が最も円滑になり得る。
【００３２】
前記溶媒としては、水、ブタノール、イソプロパノール、メタノール、エタノール、ｎ‐プロパノール、ｎ‐ブチルアセテート、及びエチレングリコールからなる群より選択されるいずれか１種または２種以上の混合物を使用することが望ましい。
【００３３】
第１触媒層形成用インク内の溶媒の含量は、燃料電池の種類、製造環境及び使用環境に応じて適切に調節することができる。例えば、触媒１００重量部に対して１００〜５０００重量部であり得るが、これに限定されることはない。溶媒の含量が上記のような範囲であれば、触媒層形成用インクの粘度が最も適切に維持され、コーティング時の触媒粒子の分散性に優れ均一な触媒層を形成できるだけでなく、最小限の回数でコーティング作業が可能であって生産性も優れる。
【００３４】
本発明の第２触媒層形成用インクは、親水性向上剤が添加されたことを除き、前記第１触媒層形成用インクと同じ方法で製造することができる。例えば、前記第２触媒層形成用インクは、金属触媒または炭素系支持体に担持された金属触媒；ポリマーイオノマー；親水性向上剤；及び溶媒を含み得る。また、前記親水性向上剤はＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ゼオライト、ジルコニア、セリア、酸処里されたセラミック粒子またはカーボン、親水性高分子、及びＡｌ２Ｏ３からなる群より選択されるいずれか１種または２種以上の混合物であり得るが、これに限定されることはない。
【００３５】
前記第２触媒層形成用インクに添加される親水性向上剤は、燃料電池の種類及び用途に応じて当業者が十分実験を繰り返して適正量を添加することができる。例えば、重量比で金属触媒：親水性向上剤＝１：０．０５〜１であり得る。親水性向上剤が上記のような範囲であれば、物質伝達を妨害せず、且つ、電極の触媒層が非常に優れたイオン伝導性を示せる。具体的に、親水性向上剤は物質によって親水性の程度が異なるが、親水性向上剤の含量が上記の範囲未満であれば、本発明が目的とする親水性効果が十分奏されない。一方、上記の範囲を超過すれば、触媒の量に比べて親水性向上剤の含量が多過ぎて触媒層内に過量の水を引き込むようになるため、物質伝達に否定的な影響を及ぼし、電子の伝達を阻害するようになって、全体的な電極の効率が低下し得る。
【００３６】
上記のようにしてインクを製造した後は、前記第１触媒層形成用インクは流路に対向しない部分に噴射され、前記第２触媒層形成用インクは流路に対向する部分に噴射されるように、前記第１触媒層形成用インク及び第２触媒層形成用インクをそれぞれインクジェット方式で電解質膜または気体拡散層に噴射して触媒層を形成する（Ｓ２）。
【００３７】
図３に示されたように、前記第１触媒層形成用インク１１及び第２触媒層形成用インク１２を電解質膜２０１または気体拡散層２０８にそれぞれ噴射する。インクジェット噴射方式では、関連したソフトウェアを用いてインク滴の噴射位置を非常に精度良く調整できるため、電解質膜２０１または気体拡散層２０８上の予め指定された位置に第１触媒層形成用インク１１及び第２触媒層形成用インク１２をインク滴単位で噴射することができる。よって、図４に示されたように、流路に対向する部分２１には第２触媒層形成用インクを噴射し、流路に対向しない部分２２には第１触媒層形成用インクを噴射することができる。
【００３８】
このような方法で、燃料電池が多様な流路形態を持っていても、本発明による第１触媒層形成用インク及び第２触媒層形成用インクが位置を調整することでそれぞれ流路に対向しない部分及び流路に対向する部分に噴射されるため、触媒層内で親水性が相異なる部分を調節することができる。
【００３９】
図５に示されたように、触媒層中の流路に対向する部分２１、及び電解質膜と気体拡散層中の流路に対向する部分は、流路を通る気体が相対的に低い湿度を持って移動しているため、水分を奪われる。したがって、その部分に対応する触媒層２０３、２０５の水分濃度は他の部分の水分濃度に比べて低くなる。したがって、本発明による触媒層２０３、２０５は、流路に対向する部分２１を流路に対向しない部分２２より親水性を高くすることで、気体から多量の水分を奪われないようにすることができる。また、気体から水分が奪われても親水性が高いため、より容易に水分を補充することができ、触媒層全体からみて水分の均衡を維持することができる。
【００４０】
前記流路に対向する部分と対向しない部分との親水性の差は、多様な方法で測定することができる。例えば、水接触角で表すことができる。そして、本発明において、前記流路に対向する部分と対向しない部分との親水性の差は、水接触角の差が２゜以上、望ましくは５゜以上、さらに望ましくは１０゜以上であり得るが、これに本発明が限定されることはない。但し、親水性の差が大き過ぎると、触媒層内の反応性が低下する恐れがあるため、触媒層内の２つの部分の親水性の差は水接触角の差で２゜〜２０゜であることが適切である。
【００４１】
上記のようにして電解質膜または気体拡散層上に第１及び第２触媒層形成用インク滴を定められた位置に相互隣接するように噴射すれば、触媒層が形成される。形成された触媒層上に第１及び第２触媒層形成用インク滴を前述した方法で繰り返して噴射すれば、所望の厚さの触媒層が得られる。
【００４２】
インク噴射が終了した後、触媒層を乾燥するための乾燥段階をさらに行うことができる。この場合、噴射されたインク滴の乾燥を促すため、熱処理状態でインクを噴射することもできる。
【００４３】
熱処理条件は、製造環境や生産性などを考慮して適切に選択することができる。例えば、２０〜９０℃、望ましくは２５〜３０℃で熱処理できるが、これに限定されることはない。
【００４４】
本発明において、流路の位置に応じて親水性が相異なる触媒層を持つことで触媒層の水分濃度を調節し、電極内の水分量を適切に調節できることは、前述したように別の実験がなくても当業者であれば十分予測することができる。
【００４５】
本発明の燃料電池用電極は、電極内の必要な部分で親水性が高いため、特に低加湿状態で運転される燃料電池に適用する場合に一層効果的である。例えば、燃料電池に供給される気体の相対湿度が０〜７０％、望ましくは２０〜７０％、より望ましくは３０〜６０％である低加湿運転条件でも、燃料電池の運転に必要な水分を適切に維持し、燃料電池の優れた性能を維持することができる。
【００４６】
本発明の燃料電池用電極は、電解質膜または気体拡散層上に形成され、本発明の燃料電池用膜電極接合体の製造に使用することができる。
【００４７】
図２に示されたように、本発明の燃料電池用膜電極接合体は、電解質膜２０１と、前記電解質膜２０１を介在して相互対向するアノード電極及びカソード電極とを含む。前記アノード電極及びカソード電極は、それぞれ気体拡散層２０８及び触媒層２０３、２０５を含む。本発明の燃料電池用気体拡散層２０８は、基材２０９ａ、２０９ｂ及び基材の一面に形成される微細気孔層２０７ａ、２０７ｂを含み得る。
【００４８】
本発明の電解質膜としては、当分野で使用する電解質膜を制限なく使用することができる。例えば、ペルフルオロスルホン酸ポリマー、炭化水素系ポリマー、ポリイミド、ポリビニリデンフルオライド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキサイド、ポリホスファゼン、ポリエチレンナフタレート、ポリエステル、ドープされたポリベンズイミダゾール、ポリエーテルケトン、ポリスルホン、これらの酸及び塩基からなる群より選択される高分子を使用することができるが、これに限定されることはない。
【００４９】
本発明の気体拡散層は、セパレーターと触媒層との間で電流伝導体の役割を果たし、反応物であるガス及び生成物である水の通路になる。したがって、気体拡散層はガスが通過し易いように多孔性（２０〜９０％）構造になっている。
【００５０】
気体拡散層としては、当分野で使用する気体拡散層を制限なく使用することができる。代表的に、カーボン紙、炭素布、及び炭素フェルトからなる群より選択される導電性基材を含んでなり得る。前記気体拡散層は前記導電性基材の一面に形成される微細気孔層をさらに含み得、微細気孔層は炭素系物質及びフッ素系樹脂を含んで形成され得る。
【００５１】
前記炭素系物質としては、黒鉛（グラファイト）、カーボンブラック、アセチレンブラック、デンカブラック、ケッチェンブラック、活性カーボン、メソポーラスカーボン、炭素ナノチューブ、炭素ナノ繊維、炭素ナノホーン、炭素ナノリング、炭素ナノワイヤ、フラーレン（Ｃ６０）、及びスーパーＰからなる群より選択されるいずれか１種または２種以上の混合物を使用することができるが、これに限定されることはない。
【００５２】
前記フッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）、ポリビニールアルコール、セルロースアセテート、ポリビニリデンフルオライド‐ヘキサフルオロプロピレンのコポリマー（ＰＶｄＦ‐ＨＦＰ）またはスチレン‐ブタジエンゴム（ＳＢＲ）からなる群より選択されるいずれか１種または２種以上の混合物を使用することができるが、これに限定されることはない。
【００５３】
前記気体拡散層の厚さは、必要に応じて適切に採択することができる。例えば、１００〜４００μｍであり得るが、これに限定されることはない。厚さが薄過ぎれば、触媒層とセパレーターとの間で電気接触抵抗が大きくなり、また十分な耐圧縮力を持つことができない一方、厚過ぎれば、反応物であるガスの移動が難しくなるため、適正な厚さを維持しなければならない。
【００５４】
このとき、触媒層は前記気体拡散層の微細気孔層上に形成される。
【００５５】
また、本発明は前述した膜電極接合体を含む燃料電池を提供する。図６は、本発明の一実施例による燃料電池を示した概略図である。図６を参照すれば、本発明の燃料電池はスタック２００、燃料供給部４００、及び酸化剤供給部３００を含んでなる。
【００５６】
前記スタック２００は、本発明の膜電極接合体を少なくとも１つ含み、膜電極接合体が２つ以上含まれる場合は、これらの間にセパレーターが介在される。前記セパレーターは、膜電極接合体が電気的に連結されることを防止し、外部から供給された燃料及び酸化剤を膜電極接合体に伝達する。
【００５７】
前記燃料供給部４００は、燃料を前記スタックに供給し、燃料を貯蔵する燃料タンク４１０、及び燃料タンク４１０に貯蔵された燃料をスタック２００に供給するポンプ４２０で構成され得る。燃料としては、気体状または液体状の水素または炭化水素燃料を使用でき、炭化水素燃料の例としてはメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールまたは天然ガスが挙げられる。
【００５８】
前記酸化剤供給部３００は酸化剤を前記スタックに供給する。前記酸化剤としては酸素を代表的に使用し、酸素または空気をポンプ３００で注入して使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の燃料電池用電極は、触媒層の親水性を位置によって相異なるように調節することで電極内の水分量を適切に維持でき、流路部分の水分不足を抑制して電池の性能を向上させることができる。
【００６０】
特に、本発明の燃料電池用電極は、低加湿状態で運転される燃料電池により好適である。
【図１】
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【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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