(57)【要約】【課題】燃料電池の過渡出力特性の向上を図る。【解決手段】燃料電池用触媒電極層は、触媒が担持されたカーボンと高分子電解質とを含む触媒電極材料で形成されており、触媒が担持されたカーボンの少なくとも一部を被覆する高分子電解質の厚さは、４０％の相対湿度の状態において２．４ｎｍ〜２．９ｎｍであり、かつ、２００％の相対湿度の状態において３．５ｎｍ〜４．２ｎｍである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池用触媒電極層であって、
触媒が担持されたカーボンと高分子電解質とを含む触媒電極材料で形成されており、
前記触媒が担持されたカーボンの少なくとも一部を被覆する前記高分子電解質の厚さは、４０％の相対湿度の状態において２．４ｎｍ〜２．９ｎｍであり、かつ、２００％の相対湿度の状態において３．５ｎｍ〜４．２ｎｍである
燃料電池用触媒電極層。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用触媒電極層であって、
前記高分子電解質の厚さは、さらに、前記４０％の相対湿度の状態において２．６ｎｍ〜２．８ｎｍであり、かつ、前記２００％の相対湿度の状態において３．８ｎｍ〜４．０ｎｍである
燃料電池用触媒電極層。
【請求項３】
電解質膜と、前記電解質膜上に設けられた一対の触媒電極層と、を備える膜電極接合体であって、
前記一対の触媒電極層のうちの少なくとも一方の触媒電極層は、請求項１または請求項２に記載の触媒電極層であることを特徴とする
膜電極接合体。
【請求項４】
電解質膜上に一対の触媒電極層が形成された膜電極接合体と、各々の前記触媒電極層上に反応ガスの流路が形成される燃料電池であって、
前記膜電極接合体は、請求項３に記載の膜電極接合体であることを特徴とする
燃料電池。
【請求項５】
燃料電池用触媒電極層を製造する方法であって、
（ａ）触媒が担持されたカーボンと高分子電解質とを含む触媒電極材料を用意する工程と、
（ｂ）前記触媒電極材料を基材シート上に塗工して前記燃料電池用触媒電極層を形成する工程と、
を備え、
前記工程（ａ）は、
前記高分子電解質のイオン交換基の等価質量、および、前記高分子電解質の質量と前記カーボンの質量との比、を調整することによって、形成された前記燃料電池用触媒電極層における、第１の湿度状態での前記高分子電解質の厚さ、および、前記第１の湿度状態よりも高い第２の湿度状態での前記高分子電解質の厚さを制御する工程を含む
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用触媒電極層、膜電極接合体および燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池は、プロトン伝導性を有する高分子電解質膜上に、触媒電極層であるアノードおよびカソードが形成された膜電極接合体を備える。触媒電極層は、一般に、触媒金属を備える触媒粒子と、プロトン伝導性を有する高分子電解質と、を備える。このような燃料電池の性能向上のために、従来、種々の検討がなされてきた。
【０００３】
高分子電解質は、一般に、適切な湿度環境下（適切な湿潤状態）において良好なプロトン伝導性を有するため、湿度が低い環境下（いわゆる乾燥状態）においては良好な出力特性を得られない。これに対して、特許文献１では、湿度が低い状態においても良好な出力特性を得るために、特定の構造のポリマーにおける、特定の物理的性質を有する高分子電解質膜に、特定の触媒電極層を有する膜電極接合体が提案されている。また、特許文献２では、アイオノマーにおける水分濃度を十分に高くする（湿潤状態を高める）ことにより発電反応を促進するために、触媒電極層の触媒を被覆するアイオノマー（高分子電解質）の厚みが１３ｎｍ以下に規定された膜電極接合体が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６６０４９号公報
【特許文献２】特開２００８−１９２４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記従来技術は、定常的な出力特性の向上を目的としてなされたものであり、低出力状態から高出力状態（例えば、最大出力状態）へ変化させる際の出力応答特性（以下、「過渡出力特性」とも呼ぶ）については、検討がなされていない。しかしながら、例えば、燃料電池を搭載した車両のように、低出力状態と高出力状態との間の過渡的な変化を繰り返す場合には、燃料電池の過渡出力特性が重要である。従って、燃料電池の過渡出力性能を向上させる技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の形態として実現することが可能である。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池用触媒電極層が提供される。この触媒電極層は、触媒が担持されたカーボンと高分子電解質とを含む触媒電極材料で形成されており；前記触媒が担持されたカーボンの少なくとも一部を被覆する前記高分子電解質の厚さは、４０％の相対湿度の状態において２．４ｎｍ〜２．９ｎｍであり、かつ、２００％の相対湿度の状態において３．５ｎｍ〜４．２ｎｍである。この形態の燃料電池用触媒電極層によれば、少なくとも一方の触媒電極層として用いて作製した膜電極接合体を利用して燃料電池を作製することにより、触媒電極層において、相対湿度が４０％の乾燥状態に対応する低出力状態から相対湿度が２００％の湿潤状態に対応する高出力状態へ変化させた場合における過渡出力性能を向上させることができる。
【０００８】
（２）上記形態の燃料電池用触媒電極層において、前記高分子電解質の厚さは、さらに、前記４０％の相対湿度の状態において２．６ｎｍ〜２．８ｎｍであり、かつ、前記２００％の相対湿度の状態において３．８ｎｍ〜４．０ｎｍであることが好ましい。この形態の燃料電池用触媒電極層によれば、相対湿度が４０％の乾燥状態に対応する低出力状態から相対湿度が２００％の湿潤状態に対応する高出力状態へ変化させた場合における過渡出力性能をより向上させることができる。
【０００９】
（３）本発明の他の形態によれば、燃料電池用触媒電極層を製造する方法が提供される。この方法は、（ａ）触媒が担持されたカーボンと高分子電解質とを含む触媒電極材料を用意する工程と；（ｂ）前記触媒電極材料を基材シート上に塗工して前記燃料電池用触媒電極層を形成する工程と；を備える。前記工程（ａ）は、前記高分子電解質のイオン交換基の等価質量、および、前記高分子電解質の質量と前記カーボンの質量との比、を調整することによって、形成された前記燃料電池用触媒電極層における、第１の湿度状態での前記高分子電解質の厚さ、および、前記第１の湿度状態よりも高い第２の湿度状態での前記高分子電解質の厚さを制御する工程を含む。この形態の燃料電池用触媒電極層を製造する方法によれば、第１の湿潤状態における高分子電解質の厚さおよび第２の湿潤状態における高分子電解質の厚さが制御された燃料電池用触媒電極層を形成することができる。
【００１０】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、膜電極接合体あるいは燃料電池などの形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態としての燃料電池の概略構成を表わす断面模式図である。
【図２】電解質膜上に形成されるカソードの構成を拡大して示す模式図である。
【図３】交流インピーダンス測定例を示すグラフである。
【図４】低酸素濃度環境下におけるＩＶ特性の例を示すグラフである。
【図５】各サンプルのパラメーターと評価結果を示す表である。
【図６】図５の表に示した各サンプルの４０％ＲＨにおけるアイオノマー厚みと過渡出力との関係を示したグラフである。
【図７】図５の表に示した各サンプルの２００％ＲＨにおけるアイオノマー厚みと過渡出力との関係を示したグラフである。
【図８】図５の表に示した各サンプルの４０％ＲＨにおけるアイオノマー厚みとプロトン抵抗との関係を示したグラフである。
【図９】図５の表に示した各サンプルの２００％ＲＨにおけるアイオノマー厚みとガス拡散抵抗との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池の概略構成を表わす断面模式図である。本実施形態の燃料電池は、反応ガス（水素を含有する燃料ガスおよび酸素を含有する酸化ガス）の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池は、複数の単セル１０が積層されたスタック構造を有しており、図１では、単セル１０の構造を示している。
【００１３】
単セル１０は、ＭＥＡ（膜電極接合体、Membrane Electrode Assembly）２７と、ガス拡散層２３，２４と、ガスセパレータ２５，２６と、を備えている。ＭＥＡ２７は、電解質膜２０と、電解質膜２０の各々の面に形成された触媒電極層であるアノード２１およびカソード２２と、によって構成される。ＭＥＡ２７は、ガス拡散層２３，２４によって挟持されており、ＭＥＡ２７およびガス拡散層２３，２４から成るサンドイッチ構造は、さらに両側からガスセパレータ２５，２６によって挟持されている。
【００１４】
電解質膜２０は、高分子電解質材料、例えばフッ素樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。
【００１５】
カソード２２およびアノード２１は、電気化学反応を進行する触媒金属を担持するカーボン粒子と、プロトン伝導性を有する高分子電解質（「アイオノマー」と呼ばれる）と、を備えている。触媒金属としては、例えば、白金や、白金とルテニウムなどの他の金属とから成る白金合金を用いることができる。高分子電解質は、電解質膜２０を形成する材料と同様の高分子電解質を用いることができる。触媒電極層が備える高分子電解質は、電解質膜２０を構成する高分子電解質と同種のポリマーであっても良く、異種のポリマーであっても良い。
【００１６】
ガス拡散層２３，２４は、ガス透過性および電子伝導性を有する部材によって構成されており、例えば、発泡金属や金属メッシュなどの金属製部材や、カーボンクロスやカーボンペーパなどのカーボン製部材により形成することができる。
【００１７】
ガスセパレータ２５，２６は、ガス不透過な導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン等のカーボン製部材や、プレス成形したステンレス鋼などの金属製部材により形成されている。ガスセパレータ２５，２６において、触媒電極層と対向する表面には、反応ガスが流れる流路溝２８，２９が形成されている。なお、ガスセパレータ２５，２６とガス拡散層２３，２４との間に、セル内ガス流路を形成するための多孔質体を配置しても良く、この場合には、流路溝２８，２９を省略しても良い。
【００１８】
燃料電池の内部には、さらに、セル間冷媒流路が形成されている（図示せず）。このような冷媒流路は、例えば、積層されたすべての単セル間に形成しても良く、あるいは、単セルを所定数積層する毎に形成しても良い。
【００１９】
さらに、燃料電池には、燃料電池を、その積層方向に貫通する複数の流路が形成されている。具体的には、各セルとの間で反応ガスを供給・排出するためのガスマニホールドや、既述した冷媒流路との間で冷媒を供給・排出するための冷媒マニホールドが形成されている。さらに、燃料電池には、ＭＥＡ２７の外周あるいはガスセパレータ２５，２６間の所定の位置に、シール部材（図示せず）が配置されている。このようなシール部材によって、流体の漏洩が防止されると共に、各ガスセパレータ２５，２６間の短絡が防止されている。
【００２０】
図２は、電解質膜２０上に形成されるカソード２２の構成を拡大して示す模式図である。カソード２２は、触媒金属３１を担持するカーボン粒子（触媒担持カーボン３０）と、触媒担持カーボン３０の表面の少なくとも一部を覆う高分子電解質（アイオノマー）３２と、を備えている。なお、図示は省略するが、アノード２３もカソード２２と同様に構成されている。
【００２１】
アイオノマー３２は、その厚みＴｉが、第１の湿度状態（４０％ＲＨ）においてｔ１〜ｔ２の範囲となり、かつ、第２の湿度状態（２００％ＲＨ）においてｔ３（＞ｔ２）〜ｔ４の範囲となるように形成されている。これらの４つの値ｔ１〜ｔ４は、例えば、ｔ１＝２．４ｎｍ，ｔ２＝２．９ｎｍ，ｔ３＝３．５ｎｍ，ｔ４＝４．２ｎｍとしてもよい。なお、「％ＲＨ」は相対湿度の単位であり、４０％ＲＨは相対湿度が４０％であり、２００％ＲＨは相対湿度が２００％であることを示している。アイオノマーの厚みは、アイオノマーの質量（あるいは重量）Ｉとカーボンの質量（あるいは重量）Ｃとの比（Ｉ／Ｃ）、および、イオン交換基の量を示す等価質量（ＥＷ）により制御可能である。
【００２２】
ここで、燃料電池の定常的な低出力状態は低湿度状態（いわゆる乾燥状態）に対応し、定常的な高出力状態は高湿度状態（いわゆる湿潤状態）に対応する。このため、低出力状態から高出力状態へ変化させた場合には、低湿度状態（乾燥状態）から高湿度状態（湿潤状態）への環境変化となる。低出力状態から高出力状態へ変化する際の過渡出力特性は、乾燥状態から湿潤状態へ回復する性能および湿潤状態を超えて過湿潤状態となることを抑制する性能の影響を受けるものと推定される。
【００２３】
実施形態のＭＥＡ２７では、上記したように、カソード２２およびアノード２３のアイオノマー３２の厚みＴｉが、第１の湿度状態（低湿度状態）および第２の湿度状態（高湿度状態）の各々で規定された範囲内となるように制御されている。これにより、ＭＥＡ２７を用いた単セル１０による燃料電池では、低出力状態から高出力状態（最大出力状態）へ変化する過渡出力特性を、定常的な高出力状態（最大出力状態）と同等の性能まで向上させることが可能である。
【実施例】
【００２４】
Ａ．サンプルの作製：
図５は、上記実施形態の効果を確認するために作成した１４種類のサンプルのパラメーターと評価結果を示す表である。
【００２５】
（１）サンプル１
以下に示すように、触媒を作製し、触媒を用いて触媒インクを作製し、触媒インクを用いて触媒電極層を作製し、触媒電極層を用いて膜電極接合体（ＭＥＡ）を作製した。
【００２６】
＜触媒の作製＞
触媒担体用カーボンとして、表面積が８５０ｍ2／ｇ、１次粒径が１２ｎｍ、かさ密度が０．０２ｇ／ｍＬ、結晶径（Ｌａ）が２０ｎｍ、ヨウ素吸着量が８７０ｍｇ／ｇ、ＤＢＰ給油量が２８０ｍＬ／ｇのアセチレンブラック系カーボンを用いた。アセチレンブラック系カーボン５．０ｇを純水１．２Ｌに加えて分散させた。得られた分散液に、白金５．０ｇを含むヘキサヒドロキソ白金硝酸溶液を滴下し、十分に撹拌した。撹拌後の分散液に０．１Ｎのアンモニアを約１００ｍＬ添加してｐＨを約１０とし、それぞれ水酸化物を形成させてカーボン上に析出させ、さらにエタノールを添加し、９０℃で還元させた。還元後の分散液をろ過し、得られた粉末を１００℃で１０時間真空乾燥させた。これにより触媒の粉末を作製した。得られた触媒粉末の白金担持密度は、ろ過後の廃液を分析することにより求められ、５０ｗｔ％であった。また、ＸＲＤ解析により求められる白金の結晶子径は約２ｎｍであった。
【００２７】
＜触媒インクの作製＞
得られた触媒１ｇに対して１０ｍＬの超純水を添加し撹拌した後に、５ｍＬのエタノールを添加し、撹拌棒を使って十分に撹拌して懸濁させた。得られた懸濁液にイオン伝導体として、ＥＷが９１０のアイオノマー溶液を、アイオノマー溶液の固形部の質量と触媒中のカーボンの質量との比（Ｉ／Ｃ）が０．９２になるまでゆっくり滴下し、超音波分散器で３０分間分散させて均一なスラリーとし、触媒電極材料としての触媒インクを作製した。
【００２８】
＜触媒電極層の作製＞
得られた触媒インクを、触媒中の白金の単位面積当たりの重量が０．２ｍｇ／ｃｍ2になるように、基材シート上に均一に塗工した。触媒インクが塗工された基材シートを８０℃で３時間の乾燥を行い、触媒電極層を作製した。なお、基材シートとしては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）シート、例えば、テフロン（登録商標）を用いることとした。
【００２９】
＜膜電極接合体の作製＞
固体高分子電解質膜としてデュポン社製のＮａｆｉｏｎ（登録商標）１１７を用い、得られた触媒電極層をアノードおよびカソードの両極として用いることとした。アノードおよびカソードの間に固体高分子電解質膜を挟んだ状態で、１７０℃で３００秒間ホットプレスを行い、膜電極接合体（ＭＥＡ）を作製した。
【００３０】
（２）サンプル２〜１４
サンプル２〜１４も、サンプル１と同じ要領で作製した。ただし、触媒インクを作製する際のアイオノマー溶液のＥＷと、アイオノマー溶液の滴下量を規定するＩ／Ｃとを、図５に示す値に変更した。
【００３１】
Ｂ．評価
作製した各サンプルについて、それぞれ、以下に示す方法によって、触媒電極層中のアイオノマーの厚み、ガス拡散層抵抗、プロトン抵抗（Ｈ+抵抗）、および、過渡出力を求めた。
【００３２】
＜アイオノマーの厚み＞
各サンプルについて、それぞれ、日立製の集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置ＦＢ２２００を用いて、作製したＭＥＡの断面を切り出した。切り出したＭＥＡの断面を日立製の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）Ｈ−９５００を用いて観察し、カソードのアイオノマーの厚みを１００点測定して平均アイオノマー厚みＴ１（図２参照）を算出した。
【００３３】
次に、各サンプルについて、それぞれ、触媒を含まないアイオノマー層を作製した。具体的には、まず、各サンプルにおいて、触媒インクを作製するのと同じ要領で、触媒を入れないアイオノマー溶液を作製した。得られたアイオノマー溶液を、スキージを用いてＰＴＦＥシート上に塗布した。アイオノマー溶液が塗布されたＰＴＦＥシートを８０℃で３時間の乾燥を行った後、１７０℃で３００秒間ホットプレスを行ってアイオノマー層を作製した。そして、ＦＩＢ装置で切り出した各サンプルに対応するアイオノマー層の断面をＴＥＭで観察し、各サンプルに対応するアイオノマー層の厚み（以下、「アイオノマー層基準厚み」とも呼ぶ）Ｔ２を求めた。
【００３４】
次に、各サンプルに対応するアイオノマー層について、恒温槽中で８０℃および４０％ＲＨの条件下において、アイオノマー層の厚み（以下、「アイオノマー層４０％ＲＨ厚み」とも呼ぶ）Ｔ３を求めた。また、恒温槽中で８０℃および２００％ＲＨの条件下において、アイオノマー層の厚み（以下、「アイオノマー層２００％ＲＨ厚み」とも呼ぶ）Ｔ４を求めた。そして、各サンプルについて、平均アイオノマー厚みＴ１と、アイオノマー層基準厚みＴ２と、アイオノマー層４０％ＲＨ厚みＴ３と、アイオノマー層２００％ＲＨ厚みＴ４と、を用いて下式（１），（２）に基づいて、４０％ＲＨにおけるカソードのアイオノマー厚みＴｉ（４０％ＲＨ）および２００％ＲＨにおけるカソードのアイオノマー厚みＴｉ（２００％ＲＨ）を求めた。
Ｔｉ（４０％ＲＨ）＝Ｔ１・（Ｔ３／Ｔ２）  …（１）
Ｔｉ（２００％ＲＨ）＝Ｔ１・（Ｔ４／Ｔ２）  …（２）
【００３５】
＜プロトン抵抗＞
各サンプルについて、９０℃および４０％ＲＨにおいて、交流インピーダンス法によるインピーダンス測定を行った。
図３は、交流インピーダンス測定例を示すグラフである。各サンプルについて、それぞれ、得られたインピーダンス測定結果から、図３に示すように、プロトン抵抗を求めた。すなわち、複素平面上に交流インピーダンスをプロットし、そのプロットを２つの直線Ｌ１，Ｌ２で近似した。そして、それらの直線の交点Ｃｐと、第１の直線Ｌ１が実部軸Ｚ’と公差する点Ｃ０との間の実部軸Ｚ’上の距離をプロトン抵抗とした。
【００３６】
＜ガス拡散抵抗＞
各サンプルについて、６０℃および２００％ＲＨで、反応ガス供給環境を低酸素濃度環境（水素濃度１００％，酸素濃度数％）として、電流対電圧特性（ＩＶ特性）を測定した。
図４は、低酸素濃度環境下におけるＩＶ特性の例を示すグラフである。各サンプルについて、それぞれ、得られたＩＶ特性から限界電流密度を求めた。すなわち、ＩＶ特性上において、電圧が低下しても電流が増加しない部分における電流（限界電流）の値を、触媒電極層の表面積で除算することによって、限界電流密度を算出した。得られた限界電流密度と、温度および湿度と、酸素濃度と、に基づいて、酸素１分子が１ｍ移動するのに要する時間を算出することにより、ガス拡散抵抗（単位：ｓｅｃ／ｍ）を求めた。
【００３７】
＜過渡出力＞
各サンプルについて、アノードに１００％水素を十分に供給するとともにカソードに空気を十分に供給する反応ガス供給環境として、低出力（出力電圧０．９Ｖ）を３０分維持した後、最大出力（出力電圧０．５Ｖ）を指示（いわゆるステップ状の出力変化を指示）してから１０秒後の電流値および電圧値から過渡出力を算出した。
【００３８】
図６は、図５の表に示した各サンプルの４０％ＲＨにおけるアイオノマー厚みと過渡出力との関係を示したグラフである。図７は、図５の表に示した各サンプルの２００％ＲＨにおけるアイオノマー厚みと過渡出力との関係を示したグラフである。図６，７に示すように、４０％ＲＨにおけるアイオノマー厚み（以下、「アイオノマー厚み（＠４０％ＲＨ）」とも呼ぶ）が２．４ｎｍ〜２．９ｎｍの範囲にあり、かつ、２００％ＲＨにおけるアイオノマー厚み（以下、「アイオノマー厚み（＠２００％ＲＨ）」とも呼ぶ）が３．５ｎｍ〜４．２ｎｍにあるサンプル１〜７では、過渡出力が９９ｋＷ〜１０２ｋＷであった。これに対して、アイオノマー厚み（＠４０％ＲＨ）とアイオノマー厚み（＠２００％ＲＨ）のいずれか一方が、上記範囲にない他のサンプル８〜１４では、過渡出力が９６ｋＷ〜８６ｋＷと低くなった。過渡出力の測定誤差は±１ｋＷ以下であるので、９７ｋＷを境界値として、境界値よりも高い過渡出力を有するサンプル１〜７と、境界値よりも低い過渡出力を有するサンプル８〜１４とを比較して、過渡出力性能が優れていると判断した。
【００３９】
図８は、図５の表に示した各サンプルの４０％ＲＨにおけるアイオノマー厚みとプロトン抵抗との関係を示したグラフである。図８に示すように、アイオノマー厚み（＠４０％ＲＨ）が低下すると、プロトン抵抗が増加することがわかる。一般に、プロトン抵抗が高いと、過渡的な出力の上昇速度は低い傾向にある。従って、アイオノマー厚み（＠４０％ＲＨ）が低下すると、過渡出力性能は全体的に低下する傾向にあると推察される。
【００４０】
図９は、図５の表に示した各サンプルの２００％ＲＨにおけるアイオノマー厚みとガス拡散抵抗との関係を示したグラフである。図９に示すように、アイオノマー厚み（＠２００％ＲＨ）が増加すると、ガス拡散抵抗が増加することがわかる。一般的に、ガス拡散抵抗が高いと、過渡的な出力の上昇速度は低い傾向にある。従って、アイオノマー厚み（＠２００％ＲＨ）が増加すると、過渡出力性能は全体的には低下する傾向にあると推定される。
【００４１】
以上のことから、適切なプロトン抵抗およびガス拡散抵抗となるように、アイオノマー厚み（４０％ＲＨ）およびアイオノマー厚み（２００％ＲＨ）の両方がそれぞれ規定の範囲内に制御されることによって、優れた過渡出力性能を得ることができると考えらえる。具体的には、サンプル１〜７の結果から理解できるように、アイオノマー厚み（４０％ＲＨ）が２．４ｎｍ〜２．９ｎｍの範囲で、かつ、アイオノマー厚み（２００％ＲＨ）が３．５ｎｍ〜４．２ｎｍの範囲内に制御されることが好ましい。また、アイオノマー厚み（４０％ＲＨ）が２．６ｎｍ〜２．８ｎｍの範囲で、かつ、アイオノマー厚み（２００％ＲＨ）が３．８ｎｍ〜４．０ｎｍの範囲内に制御されることがさらに好ましい。さらに、アイオノマー厚み（４０％ＲＨ）が２．８ｎｍで、かつ、アイオノマー厚み（２００％ＲＨ）が４．０ｎｍに制御されることが最も好ましい。
【００４２】
上記実施形態および実施例では、カソードおよびアノードの両方のアイオノマー厚みを制御する場合を例に説明したが、いずれか一方のみでも良い。
【００４３】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…単セル
２０…電解質膜
２１…アノード
２２…カソード
２３，２４…ガス拡散層
２５，２６…ガスセパレータ
２７…ＭＥＡ
２８，２９…流路溝
３０…触媒担持カーボン
３１…触媒
３２…高分子電解質
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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