(57)【要約】【課題】  無加湿高分子電解質膜を用いた燃料電池の開回路電圧およびセル抵抗を長時間に渡って安定化させることにある。【解決手段】  ＭＥＡ５０は、PBIおよびリン酸を含む固体高分子電解質膜２０の一方の面にカーボン層２２を介してアノード３０を接合し、他方の面にカソード４０を接合して構成される。カーボン層２２は、カーボン粉末および第１の結着材で構成される。カーボン粉末は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等を用いることができる。カーボン層２２の層厚は、固体高分子電解質膜２０の層厚より厚いことが望ましい。【選択図】図１
2006032275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、前記電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを含む膜電極接合体であって、
前記電解質膜が、塩基性ポリマーおよび強酸を含み、
前記電解質膜と前記アノードおよび／または前記カソードとの間に、カーボン粉末および第１の結着材を含むカーボン層が設けられたことを特徴とする膜電極接合体。
【請求項２】
前記電解質膜が第２の結着材をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の膜電極接合体。
【請求項３】
前記塩基性ポリマーが粉体であることを特徴とする請求項２に記載の膜電極接合体。
【請求項４】
前記粉体の体積平均粒径が、10〜100μmであることを特徴とする請求項３に記載の膜電極接合体。
【請求項５】
前記塩基性ポリマーが、ポリベンズイミダゾール類、ポリ（ピリジン類）、ポリ（ピリミジン類）、ポリイミダゾール類、ポリベンゾチアゾール類、ポリベンゾオキサゾール類、ポリオキサジアゾール類、ポリキノリン類、ポリキノキサリン類、ポリチアジアゾール類、ポリ（テトラザピレン類）、ポリオキサゾール類、ポリチアゾール類、ポリビニルピリジン類およびポリビニルイミダゾール類からなる群より選ばれることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の膜電極接合体。
【請求項６】
前記強酸がリン酸または硫酸であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の膜電極接合体。
【請求項７】
前記第１の結着材および／または前記第２の結着材がフッ素系樹脂であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の膜電極接合体。
【請求項８】
3〜60重量%の前記第２の結着材を含有すること特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の膜電極接合体。
【請求項９】
前記カーボン層の厚さが前記電解質膜の厚さより大きいことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の膜電極接合体。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の膜電極接合体と、前記膜電極接合体のアノードに対向して燃料流路を設けたアノード側プレートと、前記膜電極接合体のカソードに対向して酸化剤流路を設けたカソード側プレートとで構成されるセルを複数積層したことを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項１１】
炭化水素系燃料を改質して水素ガスを生成する改質装置と、前記改質装置から供給される水素ガスと、酸化剤とを用いて電力を発生する請求項１０に記載の燃料電池スタックと、を含むことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１２】
カーボン粉末と、結着材とを湿式混合して混合物を作製する工程と、
前記混合物を圧延機を用いて圧延してカーボン層を作製する工程と、
前記カーボン層を乾燥させる工程とを、
乾燥した前記シートを、塩基性ポリマーおよび強酸を含む電解質膜と、アノードおよび／またはカソードとの間に、前記カーボン層を設ける工程と、
を含むことを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
【請求項１３】
前記カーボン層に強酸を真空および／または加熱下で含浸させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の膜電極接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に、無加湿状態で動作可能な燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質に固体高分子膜を使用した固体高分子形燃料電池が知られている。固体高分子形燃料電池は、電解質としてプロトン伝導性高分子電解質膜を使用し、一般的に、アノード（燃料電極）、カソード（酸化剤電極）、およびアノードとカソードとの間に配された高分子電解質膜を含む。固体高分子形燃料電池のアノードには、燃料の酸化を促進させるための触媒層が設けられ、固体高分子形燃料電池のカソードには、酸化剤の還元を促進させるための触媒層が設けられる。
【０００３】
固体高分子形燃料電池のアノードに供給される燃料としては、一般的に、水素、水素含有ガス、メタノールと水との混合蒸気、メタノール水溶液などが用いられる。固体高分子形燃料電池のカソードに供給される酸化剤としては、一般的に、酸素、酸素含有ガスまたは空気が用いられる。
【０００４】
高分子電解質膜の材料としては、一般的に、フッ素化アルキレンで構成された主鎖と末端にスルホン酸基を有するフッ素化ビニルエーテルで構成された側鎖とを有するスルホネート高フッ素化ポリマーが用いられる。この種の高分子電解質膜は、適度な水を含浸することにより、発電に十分なイオン伝導性を発揮する。
【０００５】
このため、従来の固体高分子形燃料電池では、高分子電解質膜の水分管理が必要とされ、燃料電池システムの複雑化や、大型化を招いていた。
【０００６】
高分子電解質膜の水分管理に起因する問題を回避するために、従来の高分子電解質膜を代替する手段として、無加湿状態でプロトン伝導が可能な無加湿電解質膜が開発されている。
【０００７】
たとえば、特許文献１は、無加湿高分子電解質膜として、リン酸がドープされたポリベンズイミダゾールなどの材料を開示する。
【特許文献１】特開平１１−５０３２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これまで知られた無加湿高分子電解質膜では、動作時間が長くなるにつれてリン酸などの強酸が流出し、開回路電圧が低下するとともに、セル抵抗が増大し、燃料電池の安定動作に支障が生じるという課題があった。
【０００９】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、無加湿高分子電解質膜を用いた燃料電池の開回路電圧およびセル抵抗を長時間に渡って安定化させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の膜電極接合体は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを含む膜電極接合体であって、電解質膜が、塩基性ポリマーおよび強酸を含み、電解質膜とアノードおよび／またはカソードとの間に、カーボン粉末および第１の結着材を含むカーボン層が設けられたことを特徴とする。
【００１１】
上記構成の膜電極接合体を用いることにより、カーボン層による電解質保持機能と、反応ガスの透過防止機能により、無加湿高分子電解質膜を用いた燃料電池の開回路電圧及びセル抵抗を安定的に推移させることができる。なお、上記電解質膜が第２の結着材をさらに含んでもよい。上記塩基性ポリマーが粉体であることが好ましい。上記粉体の体積平均粒径が、10〜100μmであることが好ましい。
【００１２】
上記塩基性ポリマーが、ポリベンズイミダゾール類、ポリ（ピリジン類）、ポリ（ピリミジン類）、ポリイミダゾール類、ポリベンゾチアゾール類、ポリベンゾオキサゾール類、ポリオキサジアゾール類、ポリキノリン類、ポリキノキサリン類、ポリチアジアゾール類、ポリ（テトラザピレン類）、ポリオキサゾール類、ポリチアゾール類、ポリビニルピリジン類およびポリビニルイミダゾール類からなる群より選ばれることが好ましい。
【００１３】
上記強酸がリン酸または硫酸であることが好ましい。
【００１４】
第１の結着材および／または第２の結着材がフッ素系樹脂であることが好ましい。
【００１５】
上記膜電極接合体は、3〜60重量%の第２の結着材を含有することが好ましい。
【００１６】
上記カーボン層の厚さが前記電解質膜の厚さより大きいことが好ましい。
【００１７】
本発明の燃料電池スタックは、上述した膜電極接合体と、膜電極接合体のアノードに対向して燃料流路を設けたアノード側プレートと、膜電極接合体のカソードに対向して酸化剤流路を設けたカソード側プレートとで構成されるセルを複数積層したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の燃料電池システムは、炭化水素系燃料を改質して水素ガスを生成する改質装置と、改質装置から供給される水素ガスと、酸化剤とを用いて電力を発生する上記燃料電池スタックと、を含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明の膜電極接合体の製造方法は、カーボン粉末と、結着材とを湿式混合して混合物を作製する工程と、混合物を圧延機を用いて圧延してカーボン層を作製する工程と、カーボン層を乾燥させる工程とを、乾燥したシートを、塩基性ポリマーおよび強酸を含む電解質膜と、アノードおよび／またはカソードとの間に、カーボン層を設ける工程と、を含むことを特徴とする。上記製造方法によれば、燃料電池の開回路電圧及びセル抵抗を安定的に推移させることができる無加湿高分子電解質膜を含む膜電極接合体を製造することができる。上記製造方法において、カーボン層に強酸を真空および／または加熱下で含浸させる工程をさらに含んでもよい。カーボン層に強酸を含浸させることにより、無加湿高分子電解質膜に強酸を補給することができるので、無加湿高分子電解質膜の寿命を長くすることができる。
【００２０】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の膜電極接合体によれば、無加湿状態でイオン伝導する電解質膜を用いた燃料電池の開回路電圧およびセル抵抗を長時間に渡って安定化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、実施形態に係る固体高分子形燃料電池スタックの概略を示す。固体高分子形燃料電池スタック１０は、膜電極接合体５０（以下、「ＭＥＡ」と表記する）を含むセル６０を複数積層した積層体を有し、この積層体の両側から集電板７０および絶縁板８０を介して、端板９０を添えて締め付けることにより構成される。本実施形態のＭＥＡ５０は、固体高分子電解質膜２０の一方の面にカーボン層２２を介してアノード３０を接合し、他方の面にカソード４０を接合して構成される。
【００２３】
カーボン層２２は、カーボン粉末および第１の結着材で構成される。カーボン粉末は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等を用いることができる。第１の結着材としては、フッ素系樹脂が好ましく、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、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（FEP）、パーフルオロエチレン（PFA）、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)等が例示される。カーボン層２２の層厚は、固体高分子電解質膜２０の層厚より厚く形成するか、電極より微細な孔径（たとえば、0.01〜0.5μm)を有する薄いカーボンシートを用いることができる。なお、カーボン層２２は、ＭＥＡ５０とカソード４０との間に設けられてもよい。
【００２４】
アノード３０およびカソード４０は、白金を担持したカーボンを主成分とし、ガスを拡散可能な拡散経路を有する反応部位を備える。セル６０は、ＭＥＡ５０を、ＭＥＡ５０のアノード３０に対向して燃料流路を設けたアノード側プレート３２と、ＭＥＡ５０のカソード４０に対向して酸化剤流路を設けたカソード側プレート４２とで挟んで構成される。アノード側プレート３２および／またはカソード側プレート４２のＭＥＡ５０とは反対側の面には、必要に応じて冷却水を流通させるための冷却水流路を設けてもよい。このように構成されたセル６０において、アノード側プレート３２の燃料流路を経てアノード３０内に導入された水素ガスは、アノード３０内で酸化してプロトン（Ｈ+）となり、このプロトンは、固体高分子電解質膜２０中を移動してカソード４０へ至り、カソード４０内で、カソード側プレート４２の酸化剤流路を経て導入された空気中の酸素と電気化学反応して還元され、水に変化する。この電気化学反応に伴い、アノード３０とカソード４０間に直流電力が発生する。
【００２５】
実施形態に係る固体高分子電解質膜２０は、塩基性ポリマーと強酸とを含み、さらに好ましくは第２の結着材を含む。
【００２６】
塩基性ポリマーとしては、ポリベンズイミダゾール類、ポリ（ピリジン類）、ポリ（ピリミジン類）、ポリイミダゾール類、ポリベンゾチアゾール類、ポリベンゾオキサゾール類、ポリオキサジアゾール類、ポリキノリン類、ポリキノキサリン類、ポリチアジアゾール類、ポリ（テトラザピレン類）、ポリオキサゾール類、ポリチアゾール類、ポリビニルピリジン類およびポリビニルイミダゾール類が好ましい。このうちポリベンズイミダゾール類がより好ましく用いられる。ポリベンズイミダゾール類は、下記一般式（１）で示される。
【化１】
2006032275.tif 000003
一般式（１）において、式中、Ｘは-O-,-SO2-,-C(CH3)2-,-C(CF3)2-,-OPhO-、直接結合から選ばれる。また、Ｒは下記置換基のいずれかを含む。
【化２】
2006032275.tif 000004
なお、機械的強度、粘度等の高分子特性の観点から、塩基性ポリマーの重量平均分子量は、1,000〜1000,000の範囲が好ましく、さらに200,000〜500,000の範囲がより好ましい。重量平均分子量が1,000より小さいと、得られる電解質の機械的強度が不十分となり、重量平均分子量が1000,000より大きくなると、溶剤に対する溶解性が低下し、成形が困難となる。塩基性ポリマーの重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィ（GPC）などの公知の任意の手法により測定可能である。
【００２７】
塩基性ポリマーは強酸と複合体を形成できることが好ましく、この複合体は粉体であることが好ましい。塩基性ポリマー−酸複合体粉体の体積平均粒径は、10〜100μmが好ましい。体積平均粒径が100μmより大きいと、耐久性が損なわれるとともに、成形が困難となり、10μmより小さいと、製造コストが増大する。
【００２８】
強酸としては、リン酸、硫酸などの無機酸が挙げられる。なお、強酸としてリン酸を使用する場合には、濃度が約85〜122(H3PO4）であることが好ましい。リン酸の濃度が85(H3PO4）より低いと、イオン伝導度が不十分となり、リン酸の濃度を122(H3PO4）より高くすると液体粘度が高くなり、固相状態となりやすく製造上困難である。
【００２９】
強酸の重量は、塩基性ポリマーと強酸との総重量の5〜99.9%であることが好ましい。強酸の重量が、上記総重量の5%未満だと、イオン伝導性が不十分となり、99.9%以上ではゲル状となるため、固体高分子電解質膜としての機能が発揮されない。
【００３０】
なお、カーボン層２２にも塩基性ポリマーに含浸した強酸と同じ強酸を含浸させることにより、カーボン層２２から固体高分子電解質膜中に強酸を補給することができ、固体高分子電解質膜のイオン伝導度を長時間に渡って維持することができる。
【００３１】
また、カーボン層２２の厚さは、固体高分子電解質膜２０の厚さより大きいことが望ましい。これにより、セル抵抗を上昇させずに安定的に固体高分子電解質膜２０を保持することができる。
【００３２】
図２は、PBI(体積平均粒径：50μm）およびリン酸をポリテトラフルオロエチレンで固めた高分子電解質膜（膜厚：200μm）のリン酸含有量とイオン伝導度との関係を示す。図２から分かるように、リン酸濃度が80(wt%)より高く領域において、イオン伝導度が高いレベルで維持されることがわかる。
【００３３】
強酸の一部は、塩基性ポリマーに化学的に結合し、残りは固体高分子電解質膜中に存在する。たとえば、ポリベンゾイミダゾール（以下、PBIと呼ぶ）にリン酸をドープした固体高分子電解質膜では、リン酸がポリベンゾイミダゾールと化学的に結合し、一般式（３）に示されるような、PBI／リン酸複合体が形成される。
【化３】
2006032275.tif 000005
PBI／リン酸複合体の周囲には、過剰なリン酸が存在する。PBI／リン酸複合体および過剰なリン酸によって、プロトン伝導が可能となる。
【００３４】
本発明のある実施形態に係る固体高分子電解質膜は、粉体状の塩基性ポリマーおよび塩基性ポリマーに含浸されたリン酸が第２の結着材で固められることにより、塩基性ポリマー単体の固体高分子電解質膜に比べて、柔軟性、可撓性が高められている。第２の結着材としては、フッ素系樹脂が好ましく、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、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（FEP）、パーフルオロエチレン（PFA）、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)等が例示される。第２の結着材の重量は、燃料電池用電解質全体の重量の3〜60%であることが好ましい。結着材の重量が燃料電池用電解質全体の重量の3%未満だと、結着性が低下し、固体高分子電解質膜の成形が困難となる。一方、第２の結着材の重量が燃料電池用電解質全体の重量の60%を超えると、抵抗が増大するとともに、イオン伝導性が低下し、固体高分子電解質膜としての性能が不十分となる。
【００３５】
以上のように構成された固体高分子電解質膜は、100℃以上の高温でも化学的安定性、熱安定性を備えるとともに、無加湿状態で発電に十分なイオン伝導性を備える。このため、固体高分子電解質膜の水分管理が不要となり、水分管理に関する問題が解消される。
【００３６】
また、上記固体高分子電解質膜は可撓性を有するため、ひび割れなどの破損が生じにくくなり、高い耐久性を示す。また、本発明の固体高分子電解質膜は成形が容易であるため、所望の形状への加工や薄膜化に要する労力を削減できる。
【００３７】
本発明では、上記固体高分子電解質膜のいずれかの面に強酸供給が可能で、ガス透過防止機能があるカーボン層を設けることにより、固体高分子電解質膜から強酸が流出することが抑制され、開回路電圧およびセル抵抗を安定に推移させるとともに、イオン伝導度を長時間に渡って維持することができる。また、カーボン層によりガスリークが防止され、セル性能の安定化が図られる。
【００３８】
図３は、上記高分子形燃料電池スタックを用いた固体燃料電池システムの全体構成を示す。固体高分子型燃料電池システム１００は、炭化水素系の燃料ガスを改質して得られる水素ガスと、反応空気とを図１に示した固体高分子形燃料電池スタック１０に供給し、水素と反応空気に含まれる酸素との電気化学反応を利用して直流の電力を発生する。
【００３９】
水素ガスは、燃料ガス系統１４０から供給される炭化水素系の燃料ガスを水蒸気改質法により改質装置１４２で改質することにより得られる。燃料ガス系統１４０から供給される燃料ガスの一部は、改質装置１４２の熱源の燃料として用いられる。改質装置１４２で得られた水素ガスは、固体高分子形燃料電池スタック１０の各セル６０におけるアノード側プレート３２の燃料流路に供給される。
【００４０】
一方、反応空気１５０は、ブロア１５１で取り込まれた後、固体高分子形燃料電池スタック１０の各セル６０におけるカソード側プレート４２の酸化剤流路へ適量が供給される。
【００４１】
固体高分子形燃料電池スタック１０にて反応に供されなかった未使用水素ガスは、改質装置１４２に供給され熱源の燃料として利用される。一方、固体高分子形燃料電池スタック１０にて反応に供されなかった未使用反応空気は、排気ダクト７４に送られる。
【００４２】
固体高分子形燃料電池スタック１０にて発生した直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８２により所定電圧の直流電力に変換された後、ＤＣ／ＡＣインバータ１８１によって交流電力（たとえば100V）に変換される。ＤＣ／ＡＣインバータ１８１で変換された交流電力は出力端１８５へ出力される。また、上記ＤＣ／ＤＣコンバータ１８２で変換された所定電圧の直流電力は、制御装置１９０などの電源として利用される。
【００４３】
制御装置１９０は、固体高分子型燃料電池システム１００の各種制御を実施する。つまり、制御装置１９０は、固体高分子形燃料電池スタック１０、ブロア１５１、ＤＣ／ＡＣインバータ１８１及びＤＣ／ＤＣコンバータ１８２等との間で電気信号を送受信して、これらの各種機器を制御する。
【００４４】
従来の固体高分子形燃料電池システムでは、電解質膜を湿潤状態に保つために、燃料および／または酸化剤を加湿する手段が必要とされていた。しかし、本発明の固体高分子型燃料電池システム１００では、固体高分子電解質膜２０によるイオン伝導が無加湿で可能なため、燃料および／または酸化剤を加湿する手段を必要とせず、システムの簡素化ならびに体積およびコストの低減が可能となる。
【００４５】
従来の固体高分子形燃料電池システムで使用される改質装置は、一般に、燃料ガスが硫黄化合物を除去するための脱硫器、燃料ガスと水を反応させて水素を取り出す水蒸気改質器、CO（一酸化炭素）と水を反応させてCOをCO2（二酸化炭素）および水素に変えるCO変成器、およびCO変成器で残存したCOを選択的に酸化させて除去するCO除去器によって構成される。しかし、本発明の固体高分子型燃料電池システム１００では、COによる被毒の影響がほとんどないため、改質装置はCO除去器を必要としない。このため、改質装置の小型化およびコスト低減が可能となる。
【００４６】
（固体高分子電解質膜の作製）
90gのＮ，Ｎ’−ジメチルアセトアミドに10gのPBI（重量平均分子量：約70,000）を加え、10重量%のPBI溶液を作製した。室温にて、200mlビーカー中の115%リン酸90gに10重量%PBI溶液100gを撹拌しながら徐々に添加した。得られた混合物を、170℃の温度で2〜3日乾燥して残存しているＮ，Ｎ’−ジメチルアセトアミドを除去した。続いて、PBIおよびリン酸を含む固形物を、ジェットミルにて粉体状にした。粒径分布測定装置を用いて、得られた粉体の体積平均粒径を測定したところ、50μmであった。なお、PBIおよびリン酸を含む固形物をジェットミルで粉砕した後、風力式分級機で分散することにより、所望の体積平均粒径の粉体を得ることができる。
【００４７】
次に、上記工程によって得られたPBIおよびリン酸を含む粉体15gとPTFE 3gを室温で湿式混合した。得られた混合物を、圧延機を用いて圧延し、厚みが320μm、260μmの２つのシートを作製した。このシートを120℃の温度で2〜3時間乾燥して、残存している溶媒を除去することにより、固体高分子電解質膜を得た。
【００４８】
（カーボン層の作製）
本発明の典型的なカーボン層を以下のようにして製造した。ビーカー中に、カーボン粉末3gと、PTFE1.8gを室温で湿式混合した。得られた混合物を、圧延機を用いて圧延し、厚みが310μm、370μmの２つのカーボン層のシートを作製した。これらのカーボン層のシートを120℃の温度で2〜3時間、200℃の温度で約1時間乾燥して、残存している溶媒を除去した。この後、カーボン層体積の95%以上の細孔がリン酸で満たされるように180℃で、真空中(0.5Torr)で含浸した。
【００４９】
（実施例１）
層厚が260μmの上記高分子電解質膜の一方の面にカソードを接合し、他方の面に層厚が370μmの上記カーボン層を介してアノードを接合することにより、膜電極接合体を作製した。
【００５０】
（比較例１）
層厚が630μmの上記高分子電解質膜の一方の面にカソードを接合し、他方の面にアノードを接合することにより、膜電極接合体を作製した。実施例１と膜性能を比較するために、比較例１の高分子電解質膜の厚みの合計を実施例１と同じに設定した。
【００５１】
（評価）
実施例１、および比較例１の膜電極接合体を図１に示した固体高分子形燃料電池スタックに組み込み、それぞれ開回路電圧（ＯＣＶ）及びセル抵抗を測定した。
【００５２】
図４は、実施例１の膜電極接合体を用いたときの、開回路電圧（ＯＣＶ）及びセル抵抗の測定結果を示す。また、図５は、それぞれ、比較例１の膜電極接合体を用いたときの、開回路電圧（ＯＣＶ）及びセル抵抗の測定結果を示す。
【００５３】
図５から分かるように、比較例１では、時間の経過とともに、ＯＣＶが低下し、セル抵抗が上昇した。これに対し、図４から分かるように、実施例１では、ＯＣＶ、セル抵抗ともに安定に推移した。
【００５４】
これは、カーボン層を含むことにより、以下の効果が得られたためであると推測される。
（１）  カーボン層が芯体の機能を持つため、カーボン層の厚みの分だけ、絶縁層である固体高分子電解質膜の厚みが低減される。カーボン層中のカーボン粉末は電子伝導性を有するので、カーボン層の厚みを大きくしてもセル抵抗の大きさにほとんど影響しない。これにより、セル抵抗を上昇させずに安定的に固体高分子電解質膜が保持される。
（２）カーボン層により、バブルプレッシャーを大きくできるため、反応ガスのクロスリークを抑えることができ、ＯＣＶが安定に推移する。
【００５５】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等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の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】燃料電池スタックの構成を示す図である。
【図２】リン酸含有量とイオン伝導度との関係を示す図である。
【図３】燃料電池システムの構成を示す図である。
【図４】実施例１の膜電極接合体を用いたときの、開回路電圧（ＯＣＶ）及びセル抵抗の測定結果を示す。
【図５】比較例１の膜電極接合体を用いたときの、開回路電圧（ＯＣＶ）及びセル抵抗の測定結果を示す。
【符号の説明】
【００５７】
１０  固体高分子形燃料電池スタック、２０  固体高分子電解質膜、２２  カーボン層、３０  アノード、４０  カソード、５０  膜電極接合体（ＭＥＡ）、６０  セル、１００  固体高分子型燃料電池システム、１４２  改質装置。
【図１】
2006032275.tif 000006
【図２】
2006032275.tif 000007
【図３】
2006032275.tif 000008
【図４】
2006032275.tif 000009
【図５】
2006032275.tif 000010