(57)【要約】  低加湿条件下および高加湿条件下で発電性能が大きく改善された電極触媒層、その電極触媒層を含む膜−電極接合体およびその電極触媒層の製造方法を提供する。本実施形態の電極触媒層は、触媒として白金粒子を有し、更にカーボン粒子、繊維状物質および高分子電解質を含み、かつ単層であり、電極触媒層の厚みＤと電極触媒層の白金担持量Ｗとの比をＤ／Ｗとし、電極触媒層の質量に対するカーボン粒子の質量比をＣとし、電極触媒層の質量に対する繊維状物質の質量比をＦとした場合、下記（１）式を満たす。  ６．０  ＞  （Ｃ＋Ｆ）・（Ｄ／Ｗ）  ≧  １．０  ［ｃｍ３／ｇ］      ・・・（１）
2019088027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒粒子、導電性担体、繊維状物質および高分子電解質を含む固体高分子形燃料電池用の電極触媒層であって、
上記電極触媒層は、単層であり、
上記電極触媒層の厚みＤと触媒担持量Ｗとの比をＤ／Ｗとし、上記電極触媒層の質量に対する上記導電性担体の質量比をＣとし、上記電極触媒層の質量に対する上記繊維状物質の質量比をＦとした場合、下記（１）式を満たすことを特徴とする電極触媒層。
６．０  ＞  （Ｃ＋Ｆ）・（Ｄ／Ｗ）  ≧  １．０  ［ｃｍ３／ｇ］      ・・・（１）
【請求項２】
上記導電性担体の質量比Ｃおよび上記繊維状物質の質量比Ｆと、上記高分子電解質の質量Ｉとの比をＩ／（Ｃ＋Ｆ）とした場合、Ｉ／（Ｃ＋Ｆ）が０．２以上１．５以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の電極触媒層。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電極触媒層を高分子電解質膜の一方の面に設けたことを特徴とする膜−電極接合体。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の電極触媒層を高分子電解質膜の両方の面にそれぞれ設けたことを特徴とする膜−電極接合体。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の電極触媒層の製造方法であって、
上記電極触媒層の厚みＤと触媒担持量Ｗとの比をＤ／Ｗとし、上記電極触媒層の質量に対する上記導電性担体の質量比をＣとし、上記電極触媒層の質量に対する上記繊維状物質の質量比をＦとした場合、下記（１）式を満たすように上記触媒粒子、上記導電性担体、上記繊維状物質および上記高分子電解質の各添加量を調整することを特徴とする電極触媒層の製造方法。
６．０  ＞  （Ｃ＋Ｆ）・（Ｄ／Ｗ）  ≧  １．０  ［ｃｍ３／ｇ］      ・・・（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形燃料電池用の電極触媒層、その電極触媒層を含む膜−電極接合体およびその電極触媒層の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化などの環境問題を解決するために、ＣＯ２削減に向けた新規動力源の開発が求められている。その動力源として、ＣＯ２を排出しない燃料電池が注目されている。燃料電池では、燃料（例：水素）を、酸化剤（例：酸素）を用いて酸化して無害な水を生成する。燃料電池は、水を生成することで得られた化学エネルギーを電気エネルギーに変換して、動力源または電源として使用する。
燃料電池は、電解質の種類によって分類されることから作動温度に強く依存し、搭載物が作動する温度領域によってそれぞれ適した燃料電池が使用される。燃料電池のうち、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）は、低温作動、高出力密度であり、小型化および軽量化が可能であることから、家庭用電源、車載用動力源として開発が行われている。【０００３】
固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）は、高分子電解質膜を燃料極（アノード）と空気極（カソード）で挟んだ構造体（膜−電極接合体）を持ち、燃料極側に燃料ガスとして水素を供給し、空気極側に酸素を含む空気ガスを供給することで、下記の電気化学反応により発電する。
アノード：Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−  ・・・（反応１）
カソード：１／２Ｏ２  ＋  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−  →  Ｈ２Ｏ  ・・・（反応２）
アノードおよびカソードは、それぞれ電極触媒層とガス拡散層の積層構造からなる。固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）は、アノード側電極触媒層に供給された水素から、電極触媒によりプロトンと電子を生成する（反応１）。プロトンは、アノード側電極触媒層内の高分子電解質、高分子電解質膜を通過して、カソードに移動する。電子は、外部回路を通り、カソードに移動する。カソード側電極触媒層では、プロトン、電子および外部から供給された空気中に含まれる酸素が反応して水を生成する（反応２）。【０００４】
燃料電池の低コスト化に向けて、高出力特性を示す燃料電池の開発に注力されている。しかしながら、高出力運転によって水が過剰に生成され、電極触媒層やガス拡散層へのガス供給を妨害する現象（フラッディング）が生じることで発電性能を低下させる問題がある。
上記課題を解決するために、特許文献１、２では、白金担持カーボンだけでなく、カーボン繊維も含んだ電極触媒層が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２４１７０３号公報
【特許文献２】特許第５５３７１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２では、カーボン繊維を電極触媒層に含ませることで、電極触媒層中に空隙が生じて、排水性の向上に繋げたと推定されている。しかしながら、カーボン繊維の構造や含有量に関しては明記されているが、高発電性能を示す電極触媒層の構造については明らかにされていない。
本発明は、上記のような実情を鑑みて成されたものであり、低加湿条件下および高加湿条件下で発電性能が大きく改善された電極触媒層、その電極触媒層を含む膜−電極接合体およびその電極触媒層の製造方法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】
【０００７】
課題を解決するために、本発明の一態様は、触媒粒子、導電性担体、繊維状物質および高分子電解質を含む固体高分子形燃料電池用の電極触媒層であって、上記電極触媒層は、単層であり、上記電極触媒層の厚みＤと触媒担持量Ｗとの比をＤ／Ｗとし、上記電極触媒層の質量に対する上記導電性担体の質量比をＣとし、上記電極触媒層の質量に対する上記繊維状物質の質量比をＦとした場合、下記（１）式を満たすことを特徴とする電極触媒層である。
６．０  ＞  （Ｃ＋Ｆ）・（Ｄ／Ｗ）  ≧  １．０  ［ｃｍ３／ｇ］      ・・・（１）
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、排水性やガス拡散性が向上し、高い発電性能を示す固体高分子形燃料電池を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る固体高分子形燃料電池用の電極触媒層の構成を説明する模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る膜−電極接合体の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、本発明は、以下に記載する実施の形態に限定されうるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更などの変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の実施形態の範囲に含まれるものである。
【００１１】
本実施形態の固体高分子形燃料電池の電極触媒層は、図１に示すように、触媒粒子１、導電性担体２、繊維状物質４および高分子電解質３を備える。そして、この電極触媒層は、単層であって、例えば、固体高分子形燃料電池のアノードおよびカソードの両方に用いられるものである。また、電極触媒層の厚みＤと触媒担持量Ｗとの比をＤ／Ｗとし、電極触媒層の質量に対する導電性担体２の質量比をＣとし、電極触媒層の質量に対する繊維状物質４の質量比をＦとした場合、下記（１）式を満たすものである。
６．０  ＞  （Ｃ＋Ｆ）・（Ｄ／Ｗ）  ≧  １．０  ［ｃｍ３／ｇ］      ・・・（１）
また、本実施形態の膜−電極接合体は、図２に示すように、高分子電解質膜５、カソード用電極触媒層６、アノード用電極触媒層７、ガスケット材８およびガス拡散層９で構成される。
【００１２】
＜電極触媒層＞
次に、本実施形態の電極触媒層の構成について、図１を参照して説明する。
本実施形態で用いる触媒粒子１としては、例えば白金族元素、金属、若しくはこれらの合金、酸化物、複酸化物等が使用できる。白金族元素としては、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、オスミウムが挙げられる、金属としては、鉄、鉛、銅、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウムなどが挙げられる。
【００１３】
触媒粒子１の粒径は、例えば、０．１ｎｍ以上１μｍ以下の範囲内であり、好ましくは０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内、更に好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内である。
これらの触媒粒子１を担持する導電性担体２としては、例えば、カーボン粒子が使用される。カーボン粒子の種類は、微粒子状で導電性を有し、触媒粒子１におかされないものであればどのようなものでも構わないが、例えば、カーボンブラック、グラファイト、黒鉛、活性炭、フラーレン等が使用できる。
【００１４】
以下では、上述の触媒粒子１を担持した状態のカーボン粒子（導電性担体２）を合わせて触媒担持カーボンとも呼ぶ。触媒担持カーボンに対する触媒粒子１の質量比は、２０％以上７０％以下の範囲内であるとよい。触媒担持カーボンに対する触媒粒子１の質量比が２０％未満のとき、電極触媒層の反応性が低下し、発電性能を著しく損なう場合がある。また、触媒担持カーボンに対する触媒粒子１の質量比が７０％を越えるとき、調液の際に導電性担体２同士の凝集性が高まるだけでなく、導電性担体２と高分子電解質３との接触面積が減少することにより、発電性能を損なう可能性がある。
【００１５】
本実施形態で用いる高分子電解質３としては、プロトン伝導性を有するものであれば良く、高分子電解質膜５と同様の素材を用いることができ、例えば、フッ素系高分子電解質、炭化水素系高分子電解質等を用いることができる。なお、フッ素系高分子電解質としては、例えば、デュポン社製のＮａｆｉｏｎ（登録商標）系材料等を用いることができる。
電極触媒層の質量に対する導電性担体２の質量比をＣとし、電極触媒層の質量に対する繊維状物質４の質量比をＦとすると、高分子電解質３の質量Ｉとの比（Ｉ／（Ｃ＋Ｆ））は、０．２以上１．５以下の範囲内であるとよい。
【００１６】
Ｉ／（Ｃ＋Ｆ）が０．２未満の場合には、プロトンパスが乏しく、発電性能を著しく損なうことがある。また、Ｉ／（Ｃ＋Ｆ）が１．５を超える場合には、電極触媒層の排水性が低下して、燃料電池の発電性能を著しく損なうことがある。
なお、電極触媒層の質量とは、高分子電解質膜５の一方の面に形成された電極触媒層に含まれる触媒粒子１、導電性担体２、繊維状物質４および高分子電解質３の各質量の合計値を指す。
【００１７】
本実施形態で用いる繊維状物質４としては、導電性繊維を用いることができる。導電性繊維としては、例えば、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブなどを用いることができる。繊維状物質４としては、導電性や分散性の点で好ましくは、例えば、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブが挙げられる。具体的には、繊維状物質４として、昭和電工社製のＶＧＣＦ（登録商標）などの材料を用いることができる。このように、繊維状物質４は、導電性担体２として用いられるカーボン粒子と同様に、炭素を含んだものであってもよい。繊維状物質４が炭素を含むものであれば、カーボン粒子（導電性担体２）と同様に導電性を備える。その結果、導電性に関し、繊維状物質４とカーボン粒子（導電性担体２）とは同等の作用効果を奏すると考えられる。
【００１８】
また、繊維状物質４は、高分子電解質を繊維状に加工した電解質繊維でもよい。電解質繊維を用いることでプロトン伝導性を向上することができる。更に、これらの繊維状物質は、１種のみを単独で使用してもよいが、２種以上を併用してもよく、導電性繊維と電解質繊維をあわせて用いてもよい。
繊維状物質４の繊維径としては、例えば、０．５ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内が好ましく、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲内がより好ましい。上記範囲にすることにより、電極触媒層内の空隙を増加させることができ、高い発電性能を示す。繊維状物質４の繊維長は、例えば、１μｍ以上２００μｍ以下の範囲内が好ましく、１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内がより好ましい。上記範囲にすることにより、電極触媒層の強度を高めることができ、形成時にクラックが生じることを抑制できる。また、電極触媒層内の空隙を増加させることができ、高い発電性能を示す。
【００１９】
＜膜−電極接合体＞
次に、本実施形態の膜−電極接合体の構成について、図２を参照して説明する。
本実施形態の膜−電極接合体に用いられる高分子電解質膜５としては、プロトン伝導性を有するものであればよく、例えば、フッ素系高分子電解質膜、炭化水素系高分子電解質膜等を用いることができる。なお、フッ素系高分子電解質膜としては、例えば、デュポン社製のＮａｆｉｏｎ（登録商標）等を用いることができる。また、炭化水素系高分子電解質膜としては、例えば、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等の電解質膜を用いることができる。中でも、高分子電解質膜５としてフッ素系高分子電解質としてパーフルオロスルホン酸を含む材料を好適に用いることができる。
【００２０】
ガスケット材８および粘着層を有するプラスチックフィルムは、熱加圧時に溶融しない程度の耐熱性を有しているものであればよい。例えば、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド（ナイロン（登録商標））、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアクリレート等の高分子フィルムを用いることができる。また、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリテトラフルオロエチレン等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。ガスケット材８における基材としては、ガスバリヤ性、耐熱性を考慮した場合、ポリエチレンナフタレートであることが特に好ましい。
【００２１】
ガスケット材８および粘着層を有するプラスチックフィルムの粘着層は、例えば、アクリル系、ウレタン系、シリコーン系、ゴム系などの粘着剤であればよく、ガスケット材８と高分子電解質膜５との密着性と、熱加圧時における耐熱性を考慮するとアクリル系であることがより好ましい。ガスケット材８と粘着層を有するプラスチックフィルムの粘着層との密着性は、高分子電解質膜５とガスケット材８との間の密着力が、ガスケット材８と粘着層を有するプラスチックフィルムとの間の密着力より大きければ、膜−電極接合体にガスケット材８を付与することが容易であるため好ましい。
【００２２】
＜製造方法＞
次に、本実施形態の電極触媒層および膜−電極接合体の各製造方法について説明する。
電極触媒層は、例えば、上述の触媒粒子１、導電性担体２、繊維状物質４および高分子電解質３を溶媒に分散して触媒インクを作製し、その触媒インクを基材に塗布・乾燥することで作製される。
触媒インクの分散媒として使用される溶媒は、触媒粒子１を担持した導電性担体２、高分子電解質３および繊維状物質４を浸食することがなく、高分子電解質３を流動性の高い状態で溶解若しくは微細ゲルとして分散できるものあれば特に制限はない。
【００２３】
なお、溶媒としては揮発性の有機溶媒や水が含まれることが望ましく、有機溶媒に関しては、特に限定されるものではないが、例えば、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、イソブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、ペンタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、ペンタノン、メチルイソブチルケトン、へプタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、アセトニルアセトン、ジイソブチルケトンなどのケトン系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、アニソール、メトキシトルエン、ジブチルエーテル等のエーテル系溶剤、その他ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジアセトンアルコール、１−メトキシ−２−プロパノール等の極性溶剤等が使用される。また、これらの溶剤や水のうち二種以上を混合させたものも使用できる。また、溶媒には、分散剤が含まれていてもよい。
【００２４】
触媒インクを作製する際の分散処理は、様々な装置を用いて行うことができる。例えば、分散処理としては、ボールミルやロールミルによる処理、せん断ミルによる処理、湿式ミルによる処理、超音波分散処理などが挙げられる。また、遠心力で攪拌を行うホモジナイザーなどを用いてもよい。
上記触媒インクを塗工用基材上に形成する塗工方式として、例えば、ダイコーター方式、ロールコーター方式およびスプレー方式などが挙げられる。中でもダイコーター方式が好ましい。ダイコーター方式は、塗布中間部分の膜厚が安定しており間欠塗工にも対応可能である。
電極触媒層が形成される基材は、例えば高分子電解質膜５および転写基材であるが、本実施形態に関しては特に限定されるものではない。
【００２５】
転写法で膜−電極接合体を作製する場合、転写基材を構成する材料としては、その表面に電極触媒層を形成できるものであり、かつ電極触媒層を高分子電解質膜５に転写できるものであればよい。転写基材としては、例えば、高分子フィルムや、耐熱性フッ素樹脂からなる基材を例示できる。高分子フィルムとしては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアクリレート、ポリエチレンナフタレート等を用いることができる。また、耐熱性フッ素樹脂としては、例えば、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリテトラフルオロエチレン等を用いることができる。
【００２６】
膜−電極接合体を構成する少なくとも一方の電極触媒層を製造する際、電極触媒層の厚みＤと触媒担持量Ｗとの比をＤ／Ｗとし、電極触媒層の質量に対する導電性担体２（例えば、カーボン粒子）の質量比をＣ、電極触媒層の質量に対する繊維状物質４の質量比をＦとした場合、（Ｃ＋Ｆ）・（Ｄ／Ｗ）が１．０ｃｍ３／ｇ以上６．０ｃｍ３／ｇ未満となるように電極触媒層を製造することが望ましい。より好ましくは（Ｃ＋Ｆ）・（Ｄ／Ｗ）が１．０ｃｍ３／ｇ以上５．０ｃｍ３／ｇ以下である。（Ｃ＋Ｆ）・（Ｄ／Ｗ）が１．０ｃｍ３／ｇ未満の場合には、電極触媒層の厚みＤが薄くなることで、電極触媒層の構造が過密状態になり、排水性が低下して発電性能が損なわれるおそれがある。また、（Ｃ＋Ｆ）・（Ｄ／Ｗ）が６．０ｃｍ３／ｇ以上の場合には、電極触媒層の厚みＤが厚くなることで、物質移動抵抗が増加して発電性能が損なわれるおそれがある。
【００２７】
電極触媒層の厚みＤの測定は、例えば、電極触媒層を切り出し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による断面観察にて行う。電極触媒層と高分子電解質膜５の界面から高分子電解質膜５とは反対側の面、つまり電極触媒層の表面までの距離を電極触媒層の厚みとする。ＳＥＭにて得られた断面画像より電極触媒層の厚みを無作為に１０箇所計測し、その平均値を電極触媒層の厚みＤと定義する。
電極触媒層の触媒担持量Ｗは、膜−電極接合体を構成する一方の電極触媒層の体積あたりに含まれる触媒粒子１の含有割合である。触媒担持量Ｗや導電性担体２（カーボン粒子）の質量比Ｃ、繊維状物質の質量比Ｆは、それぞれ一般的な測定方法を用いて算出すればよい。例えば、ＩＣＰ質量分析（ＩＣＰＭＡＳＳ）による元素をイオン化し質量分析を行う方法や、原子吸光による分析等が挙げられる。
【００２８】
本実施形態の一つである膜−電極接合体は、上記構成の電極触媒層をアノードおよびカソードの少なくとも一方、特にカソードに設けることにより、発電性能が優れた膜−電極接合体となる。なお、上記構成の電極触媒層をアノードおよびカソードの両方に用いることが好ましい。また、アノードおよびカソードは、それぞれ単層であってもよい。
上述の膜−電極接合体の製造方法によれば、高分子電解質膜５の両面に電極触媒層が良好な形状で接合された膜−電極接合体を製造することができる。
【００２９】
［実施例］
以下、本発明を実施例について具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【００３０】
（触媒インクの調液）
電極触媒層を形成するための触媒インクは、フッ素系高分子電解質（Ｎａｆｉｏｎ）の分散溶液、白金担持カーボン、繊維状物質（繊維径：１５０ｎｍ、繊維長：６μｍ）、１−プロパノールおよび水で構成されている。これらの材料をボールミルで６０分間分散処理を行うことで、電極触媒層の触媒インクを調液した。白金担持カーボン、繊維状物質、フッ素形高分子電解質の各含有比率については後述する。
（電極触媒層の形成および膜−電極接合体の製造）
調液した触媒インクを基材（高分子電解質膜５）に対してダイ塗工し、１００℃の吸着ステージ上でタックがなくなるまで乾燥させることでカソード用電極触媒層を形成した。アノード用電極触媒層も同様の手順で形成することで、膜−電極接合体を製造した。
【００３１】
（発電評価）
実施例および比較例で作製した膜−電極接合体を挟持するように、ガス拡散層９としての機能を有するカーボンペーパーを貼りあわせ、発電評価セル内に設置した。燃料電池測定装置を用いて、セル温度８０℃とし、電流電圧測定を行った。燃料ガスとして水素、酸化剤ガスとして空気を用い、利用率一定による流量制御を行った。
（断面ＳＥＭによる厚みの評価）
実施例および比較例で作製した膜−電極接合体のカソード用電極触媒層およびアノード用電極触媒層をそれぞれ切り出して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による断面観察を行い、各厚みを求めた。
【００３２】
［実施例１］
実施例１では、白金担持カーボン（ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ）と繊維状物質（繊維径：１５０ｎｍ、繊維長：６μｍ）を使用し、電極触媒層の質量に対する導電性担体の質量比Ｃと、電極触媒層の質量に対する繊維状物質の質量比Ｆとの合計値（Ｃ＋Ｆ）が０．３８１の組成を持ち、電極触媒層の白金担持量（触媒担持量Ｗ）が０．５ｍｇ／ｃｍ２となるように触媒インクを調整した。基材として高分子電解質膜Ｎａｆｉｏｎ２１２を用いて触媒インクの塗工を行い、膜−電極接合体を作製した。なお、フッ素系高分子電解質の質量Ｉ比と電極触媒層に対する導電性担体と繊維状物質の合計質量比（Ｃ＋Ｆ）との質量比Ｉ／（Ｃ＋Ｆ）は０．５である。このとき、電極触媒層の厚みＤは、１６．０μｍとなった。
【００３３】
［実施例２］
実施例２では、導電性担体の質量比Ｃと繊維状物質の質量比Ｆとの合計値（Ｃ＋Ｆ）が０．４６４であることを除いて、実施例１と同様にして、膜−電極接合体を作製した。このとき、電極触媒層の厚みＤは、１９．１μｍとなった。
［実施例３］
実施例３では、導電性担体の質量比Ｃと繊維状物質の質量比Ｆとの合計値（Ｃ＋Ｆ）が０．５４１であることを除いて、実施例１と同様にして、膜−電極接合体を作製した。このとき、電極触媒層の厚みＤは、２４．６μｍとなった。
【００３４】
［実施例４］
実施例４では、電極触媒層の白金担持量が０．１ｍｇ／ｃｍ２であることを除いて、実施例１と同様にして、膜−電極接合体を作製した。このとき、電極触媒層の厚みＤは、３．１μｍとなった。
［実施例５］
実施例５では、電極触媒層の白金担持量が０．１ｍｇ／ｃｍ２であることを除いて、実施例２と同様にして、膜−電極接合体を作製した。このとき、電極触媒層の厚みＤは、３．５μｍとなった。
［実施例６］
実施例６では、電極触媒層の白金担持量が０．１ｍｇ／ｃｍ２であることを除いて、実施例３と同様にして、膜−電極接合体を作製した。このとき、電極触媒層の厚みＤは、６．７μｍとなった。
【００３５】
［比較例１］
比較例１では、繊維状物質を使用しないこと、導電性担体の質量比Ｃが０．３５６であることを除いて、実施例１と同様にして、膜−電極接合体を作製した。このとき、電極触媒層の厚みＤは、１３．３μｍとなった。
［比較例２］
比較例２では、繊維状物質を使用しないこと、導電性担体の質量比Ｃが０．３５６であることを除いて、実施例４と同様にして、膜−電極接合体を作製した。このとき、電極触媒層の厚みＤは、２．６μｍとなった。
［比較例３］
比較例３では、導電性担体の質量比Ｃと繊維状物質の質量比Ｆとの合計値（Ｃ＋Ｆ）が０．５９８であることを除いて、実施例１と同様にして、膜−電極接合体を作製した。このとき、電極触媒層の厚みＤは、５１．１μｍとなった。
【００３６】
（評価結果）
各実施例および各比較例の結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
2019088027.tif 000003
【００３８】
表１から分かるように、電極触媒層に繊維状物質が含まれ、かつ下記（１）式の条件を満足する電極触媒層を採用することで、膜−電極接合体の発電性能が向上した。これにより、排水性やガス拡散性が向上でき、高出力が可能な固体高分子形燃料電池用電極触媒層を提供することができる。
６．０  ＞  （Ｃ＋Ｆ）・（Ｄ／Ｗ）  ≧  １．０  ［ｃｍ３／ｇ］      ・・・（１）
【符号の説明】
【００３９】
１…触媒粒子
２…導電性担体
３…高分子電解質
４…繊維状物質
５…高分子電解質膜
６…カソード用電極触媒層
７…アノード用電極触媒層
８…ガスケット材
９…ガス拡散層
【図１】
2019088027.tif 000004
【図２】
2019088027.tif 000005
【国際調査報告】
2019088027.tif 000006
2019088027.tif 000007