(57)【要約】【課題】  電極内部のガス拡散経路を分断することなく、電解質材料に好適な湿潤環境を保ち、触媒層の特性を引き出すことができる電極構造を提供する。【解決手段】  繊維状炭素材料を主成分するガス拡散繊維層の片面にカーボンブラックを主成分とするマイクロポア層を有する２層構造の燃料電池用ガス拡散層であって、該マイクロポア層のカーボンブラックの２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が、１００ｍＬ／ｇ以下であることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層、又は、ガス拡散電極、及びこれらを使用した燃料電池である。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状炭素材料を主成分するガス拡散繊維層の片面にカーボンブラックを主成分とするマイクロポア層を有する２層構造の燃料電池用ガス拡散層であって、該マイクロポア層のカーボンブラックの２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が、１００ｍＬ／ｇ以下であることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層。
【請求項２】
前記マイクロポア層の主成分であるカーボンブラックのＤＢＰ吸油量Ｘ（ｍＬ／１００ｇ）と窒素吸着比表面積Ｙ（ｍ2／ｇ）の比Ｘ／Ｙが、１以上であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用ガス拡散層。
【請求項３】
触媒成分と、炭素材料と、電解質材料を主成分とする触媒層が、請求項１又は２に記載の燃料電池用ガス拡散層の前記マイクロポア層に接して配置されていることを特徴とする３層構造の燃料電池用ガス拡散電極。
【請求項４】
前記触媒層の炭素材料が、触媒成分を担持した触媒担体炭素材料と触媒成分を担持していないガス拡散炭素材料からなり、該ガス拡散炭素材料の２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が、１００ｍＬ／ｇ以下であることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用ガス拡散電極。
【請求項５】
プロトン伝導性電解質膜を挟んだ一対の電極を含む燃料電池であって、少なくとも一方の電極が、請求項３又は４に記載の燃料電池用ガス拡散電極であることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
プロトン伝導性電解質膜を挟んだ一対の電極を含む燃料電池であって、少なくとも一方の電極内に、請求項１又は２に記載の燃料電池用ガス拡散層を含有す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、燃料電池に関するものであり、特に触媒層中で水が凝集し易い条件下で作動する燃料電池、例えば、固体高分子形燃料電池等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明が関わる燃料電池の基本構造は、一般的な固体高分子形燃料電池の構造を例に取ると、プロトン伝導性電解質膜を挟んでアノードとカソードとなる触媒層が配置され、これを挟んで、さらに外側にガス拡散層が配置され、さらに、その外側にセパレーターが配置され、単位セルを構成する。通常、これを必要な出力に合わせてスタックし、燃料電池として用いる。
【０００３】
このような基本構造の燃料電池から電流を取り出すためには、両極に配されたセパレーターのガス流路から、カソード側に酸素あるいは空気等の酸化性ガスを、アノード側には水素等の還元性ガスを、ガス拡散層を介して触媒層までそれぞれ供給する。
【０００４】
例えば、水素ガスと酸素ガスを利用する場合、アノードの触媒上で起こる  Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-（Ｅ0＝０Ｖ）の化学反応と、カソードの触媒上で起こる  Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏ（Ｅ0＝１．２３Ｖ）の化学反応のエネルギー差を利用して、電流を取り出すこととなる。
【０００５】
したがって、セパレーターのガス流路から触媒層内部の触媒まで酸素ガスあるいは水素ガスが移動できるガス拡散経路や、アノード触媒上で発生したプロトンをプロトン伝導性電解質膜を通じてカソードの触媒まで伝達できるプロトン伝導経路、さらには、アノード触媒上で発生した電子がガス拡散層、セパレーター、外部回路を通じてカソード触媒まで伝達できる電子伝達経路が、それぞれ分断されることなく連なっていないと、効率良く電流を取り出すことができない。
【０００６】
触媒層内部では、一般に、ガス拡散経路として材料の間隙に形成される気孔、プロトン伝導経路として電解質材料、及び、電子伝導経路として炭素材料や金属材料等の導電性材料が、それぞれのネットワークを形成している。
【０００７】
特に、プロトン伝導経路には、高分子電解質材料としてパーフルオロスルホン酸ポリマーに代表されるイオン交換樹脂が用いられている。これら一般に用いられるイオン交換樹脂は、湿潤環境下で初めて高いプロトン伝導性を発現し、乾燥環境下ではプロトン導電性が低下してしまう。これは、プロトンの移動に水分子の介在や随伴が必須であるためと考えられている。
【０００８】
したがって、効率良く燃料電池を作動させるためには、常に電解質材料が湿潤状態であることが必須であり、両極に供給するガスと共に、常に水蒸気を供給する必要がある。
【０００９】
一般には、電解質材料へ水を供給する目的で、セルに供給するガスを加湿し、露点近傍の温度でセルを作動する方法が採用されている。この方法によると、セル内に供給された水蒸気は一部凝集し、凝集水の液滴を形成する。一方、上述したカソード反応により、電流を取り出すとカソード触媒上では、水が生成する。セルの運転条件にもよるが、生成した水は、触媒層内の水蒸気が過飽和になった時点で凝集し、凝集水の液滴となる。
【００１０】
これら加湿するために供給された水蒸気がガス拡散層内や触媒層内で凝集したり、反応によって生成した水が凝集してできた液滴は、ガス拡散経路を遮断する。この現象は、フラッディングと呼ばれ、大電流放電時に水が大量に生成するカソードで顕著であり、ガスの供給不足を招き、極度の電圧低下を引き起こす。
【００１１】
したがって、安定して燃料電池を作動させるためには、触媒層内を十分に加湿しつつ、凝集水は速やかに系外に排出するという相反する要求を満たす必要がある。
【００１２】
このために、本発明者らは、これまでに、特許文献１により燃料電池の触媒層中の物質移動経路を分断することなく、好適な湿潤環境を保ち、極めて効率的な電池性能を発現できる触媒層を提案してきた。
【００１３】
一方、両極の触媒層の外側に配置するガス拡散層には、セパレーターに形成されたガス流路から触媒層までガスを均一に拡散させる機能と、触媒層とセパレーター間に電子を伝導する機能が求められ、効率的に燃料電池を作動させるために、様々な技術が従来から提案されている。
【００１４】
その中でも、ガス拡散層を２層構造に分ける技術は、一定の性能を発現することに成功している。通常、セパレーター側にはガスの拡散性を重視した比較的大きな孔径を持った１層目を有しており、触媒層側の２層目は、構造の荒い１層目とミクロ構造をもった触媒層との電子伝導性や均一性を確保するための中間層として機能させる技術となっている。
【００１５】
例えば、特許文献２では、炭素粒子又は繊維とフッ素樹脂を主成分とする撥水性ガス拡散層が提案されており、好ましい形態として、気孔率や気孔径が異なる２層構造が提案されている。また、特許文献３では、ガス拡散層の構造としてカーボン繊維織布の表面にフッ素樹脂とカーボンブラックが主成分の層が形成されている２層構造が提案されている。
【００１６】
さらに、特許文献４では、電極基材と触媒層の間に少なくとも２つの気孔径分布中心を持つ中間層が提案されており、好ましい実施形態として、異なる粒子径分布を持つ２種類以上の炭素粒子を主成分とすることが提案されている。
【００１７】
【特許文献１】特開２００３−１０９６４３号公報
【特許文献２】米国特許第５６２０８０７号明細書
【特許文献３】特開平１０−２６１４２１号公報
【特許文献４】特開平２００１−５７２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
特許文献２では、気孔率や気孔径の好ましい範囲が規定されているものの、用いる炭素粒子又は繊維に係る規定が無く、特に触媒層に接する微細孔層の細孔径制御方法が、主成分の一つである高分子材料の量や分子量に依存しており、細孔径制御が難しく、一般的ではない。
【００１９】
また、特許文献３では、２層構造のガス拡散層の積層構造に関して提案されているが、特許文献２と同様に、好ましいカーボンブラックの種類あるいは構造に関する規定が無く、触媒層の性能を全て引き出すには、提案されている内容だけでは難しい。特に、これら特許文献２あるいは特許文献３は、両者とも水によるガス拡散経路を確保する手段が、撥水性の高分子材料に依存しており、ガスの拡散性を高めるためには絶縁性の高分子材料の含有率を高める必要があり、導電性を損ない易い。
【００２０】
さらに、特許文献４では、触媒層に接するガス拡散層の主成分として大径炭素粒子と小径炭素粒子を混合して使用することが提案されており、用いる炭素材料そのものの構造に言及しているが、粒子径の組み合わせによっては、却ってガス拡散経路を遮断してしまうケースがあることと、大径炭素粒子と小径炭素粒子の異種粒子間隙に形成される孔をガス拡散経路として使用する場合、セルの締結圧力によって粒子が動いて孔が閉塞する場合や、長時間の使用によって粒子の配置が変わり、孔径が最適な状態から変化する場合があり、十分な提案とは言えなかった。
【００２１】
したがって、従来提案されている内容だけでは、特に、特許文献１で提案されているような高い性能を持った触媒層が接続されている場合、ある程度の性能は発現するものの、触媒層が持つ最大の性能を引き出すためには困難を伴った。
【００２２】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、触媒層内を十分に加湿しつつ、凝集水は速やかに系外に排出し、大電流放電時でもフラッディングを起こさず、安定した電池性能を発現する燃料電池用ガス拡散層、ガス拡散電極、及び、これを用いた燃料電池を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
以上の課題を解決するため、ガス拡散層に関して検討を重ねた結果、特許文献１で提案されているような高性能触媒層の性能を十分に引き出すためには、触媒層に隣接するマイクロポア層に水に対する表面特性が適当なカーボンブラックを主成分に用いること、及び、ガスの移動経路あるいは水の移動経路を確保するために、材料そのものが適当な大きさの孔を形成できる構造を有していること、が有効であることを見出した。
【００２４】
さらに、これらの特性を持った材料を的確に選定するために、定量的な指標を見出した。つまり、適当な水蒸気吸着量を持ったカーボンブラックを主成分とするマイクロポア層を触媒層に隣接して配置すること、及び、ＤＢＰ吸油量と窒素吸着で求めた比表面積を利用して適当なストラクチャーを持ったカーボンブラックを選定し、マイクロポア層に使用すること、が有効であることを見出した。
【００２５】
また、このようなガス拡散層は、一般的な触媒層にも有用であることを見出し、本発明に至った。
【００２６】
即ち、本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
【００２７】
（１）  繊維状炭素材料を主成分するガス拡散繊維層の片面にカーボンブラックを主成分とするマイクロポア層を有する２層構造の燃料電池用ガス拡散層であって、該マイクロポア層のカーボンブラックの２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が、１００ｍＬ／ｇ以下であることを特徴とする燃料電池用ガス拡散層。
【００２８】
（２）  前記マイクロポア層の主成分であるカーボンブラックのＤＢＰ吸油量Ｘ（ｍＬ／１００ｇ）と窒素吸着比表面積Ｙ（ｍ2／ｇ）の比Ｘ／Ｙが、１以上であることを特徴とする前記（１）に記載の燃料電池用ガス拡散層。
【００２９】
（３）  触媒成分と、炭素材料と、電解質材料を主成分とする触媒層が、前記（１）又は（２）に記載の燃料電池用ガス拡散層の前記マイクロポア層に接して配置されていることを特徴とする３層構造の燃料電池用ガス拡散電極。
【００３０】
（４）  前記触媒層の炭素材料が、触媒成分を担持した触媒担体炭素材料と触媒成分を担持していないガス拡散炭素材料からなり、該ガス拡散炭素材料の２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が、１００ｍＬ／ｇ以下であることを特徴とする前記（３）に記載の燃料電池用ガス拡散電極。
【００３１】
（５）  プロトン伝導性電解質膜を挟んだ一対の電極を含む燃料電池であって、少なくとも一方の電極が、前記（３）又は（４）に記載の燃料電池用ガス拡散電極であることを特徴とする燃料電池。
【００３２】
（６）  プロトン伝導性電解質膜を挟んだ一対の電極を含む燃料電池であって、少なくとも一方の電極内に、前記（１）又は（２）に記載の燃料電池用ガス拡散層を含有することを特徴とする燃料電池。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の燃料電池用ガス拡散層、燃料電池用ガス拡散電極、ならびに、これらを用いた燃料電池は、ガス拡散層に使用するカーボンブラックの特性が適切であるため、触媒層内を十分に加湿しつつ、発生した水滴等によってガスの拡散経路が閉塞し難く、より効率的な電池性能を発現させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明のガス拡散層は、２層構造であり、セパレーター側の層は繊維状炭素材料を主成分とするガス拡散繊維層と、触媒層側の層にはカーボンブラックを主成分とするマイクロポア層から構成される。
【００３５】
セパレーター側に繊維状炭素材料を主成分としたガス拡散繊維層を選択した理由は、ガス透過性と電子伝導性の両立を狙ったためである。ガスが拡散し易い大きな孔径を形成しつつ、良好な電子伝導性を具備できる材料として、繊維状炭素材料は適当な材料である。特に限定するものではないが、好ましい例を示すならば、炭素繊維で構成されたカーボンクロスやカーボンペーパーを挙げることができる。
【００３６】
本発明では、繊維状炭素材料はガス拡散繊維層の主成分であって、機械的強度を増す目的で、高分子材料等のバインダーで補強したり、さらに、これを炭化して用いたりする等、第二、第三の成分を複合しても構わない。
【００３７】
さらには、繊維状炭素材料を、フッ素樹脂あるいは界面活性剤、シランカップリング剤等を用いて、繊維状炭素材料の表面をコーティングすることによって、撥水性を上げて用いることもできる。あるいは、繊維状炭素材料を不活性雰囲気下で熱処理して撥水性を高めることもできる。
【００３８】
コーティングの手法としては、フッ素樹脂エマルジョンや粉砕したフッ素樹脂を分散した液、あるいは、シランカップリング剤を含む液等を、ガス拡散繊維層に塗布、浸漬、スプレー等により接触させ、乾燥する方法等が挙げられる。フッ素樹脂のような場合、乾燥後に融点以上まで昇温し、溶融あるいは軟化させることによって、コーティングを均一化することもできる。
【００３９】
本発明のガス拡散繊維層は、大きな孔径を持つため構造が粗いので、直接ミクロな構造をもつ触媒層と接触するような構造では、セルを組んだときに、ガス拡散繊維層と触媒層の間の接触部位が少なかったり、触媒層に加わる面圧に粗い分布ができてしまう。これらは、例えば、触媒層内の電子伝導抵抗やガス拡散性、さらには、反応性等の分布につながり、結果として、十分に電池としての性能が発揮されなくなってしまう。
【００４０】
このような問題を防ぐために、マイクロポア層を、ガス拡散繊維層と触媒層の間に設ける。よりミクロな構造、好ましくは触媒層と同じ構造スケールを持ちつつ、ガス拡散性と電子伝導性を損なわない材料でガス拡散繊維層の構造の粗さを打ち消して触媒層と接続することができれば、触媒層中の反応分布を抑制することができ、十分に電池性能を発揮させることができる。
【００４１】
本発明のマイクロポア層には、カーボンブラックが主成分として用いられる。カーボンブラックが用いられる第一の理由は、触媒層と同じ構造スケールを持ち、優れた電子伝導性を持ち、種類によっては適切な表面特性を具備しているため、水によるガス拡散経路の閉塞を効果的に防ぐことができるためである。
【００４２】
このようなカーボンブラックは、水蒸気吸着量を指標に選択することができる。具体的には、カーボンブラックの２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が１００ｍＬ／ｇ以下であれば、例えば、カソード側で大電流放電時に生成する水によるガス拡散経路の閉塞を抑制でき、安定した電圧で電流を取り出すことができる。１００ｍＬ／ｇ超であると、電流放電時にマイクロポア層中に凝集水が滞り、ガス拡散経路が遮断され、電圧挙動が不安定になる。
【００４３】
さらに高い効果を得るためには、２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が１ｍＬ／ｇ以上５０ｍＬ／ｇ以下であるカーボンブラックを選択することである。
【００４４】
上記水蒸気吸着量が上記範囲内であると、カソードの内部で生成する水が少ない小電流放電時においても、カソード中の電解質材料の乾燥を防ぎ、好適な湿潤状態を維持でき、かつ、大電流放電時にも、触媒層内部で生成する水を効率良く電極外へ排出し、ガスの拡散経路を確保できるため、低負荷から高負荷まで負荷条件によらず、全域にわたって効率の良い電池を得ることができる。
【００４５】
また、２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が１ｍＬ／ｇ以上５０ｍＬ／ｇ以下である炭素材料であれば、２種類以上の炭素材料を混合して、ガス拡散炭素材料として使用することもできる。２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が１ｍＬ／ｇ未満であると、セル外部から加湿する効果が得られ難くなり、特に、起動時等で電解質材料が好適な湿潤状態を維持し辛くなり、プロトン伝導性が低下する恐れがある。
【００４６】
２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が５０ｍＬ／ｇ超になると、大電流を継続的に取り出した時等に触媒層内部で生成する水の排出が追いつかず、ガス拡散経路を遮断してしまう恐れがある。
【００４７】
ここで、本発明で指標となる２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量は、２５℃の環境に置かれた炭素材料１ｇ当りに吸着した水蒸気量を標準状態の水蒸気体積に換算して示した。２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量の測定は、市販の水蒸気吸着量測定装置を用いて測定することができる。あるいは、２５℃、相対湿度９０％の恒温恒湿槽に既知の質量の乾燥したカーボンブラックを十分な時間静置し、質量変化から測定することもできる。
【００４８】
本発明のマイクロポア層に用いるカーボンブラックは、一般に存在するカーボンブラック中から水蒸気吸着量を指標に選択することができる。あるいは、好適な範囲を外れた水蒸気吸着量を有するカーボンブラックであっても、処理を施すことによって好適な範囲に調整することが可能である。
【００４９】
例えば、水蒸気吸着量が多過ぎる場合、一般には、フッ素樹脂等の配合量を増加させ、撥水性を付与することがあるが、電子伝導性や、さらには、ガス拡散性等を満足させるような制御が難しく、好ましくない。不活性雰囲気下でカーボンブラックを焼成し、水蒸気吸着量を好適な範囲にまで低下させる方法が好ましい。例えば、アルゴン、窒素、ヘリウム、真空等の雰囲気下で加熱処理することによって、水蒸気吸着量を低下させることができる。
【００５０】
また、水蒸気吸着量が少な過ぎる場合には、炭素材料を酸や塩基等で炭素材料表面を処理したり、酸化雰囲気環境に曝したりすることによって、水蒸気吸着量を好適な範囲にまで増加させることができる。限定するものでは無いが、例えば、加温した濃硝酸中で処理したり、過酸化水素水溶液中に浸漬したり、アンモニア気流中で熱処理したり、加温した水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬したり、希薄酸素や希薄ＮＯあるいはＮＯ2中で加熱処理したりすることによって、水蒸気吸着量を増加させることができる。
【００５１】
本発明のマイクロポア層にカーボンブラックが用いられる第二の理由は、カーボンブラックの立体構造にある。カーボンブラックは、一次粒子が複数個融着し、ストラクチャーと呼ばれる二次構造を形成している。種類によっては、このストラクチャーが発達しており、一次粒子のネットワークが空間を抱え込んだ構造になっている。マイクロポア層では、このような空間をつなぎ合わせることによって、一次粒子のネットワークに囲まれたガスの拡散経路を形成させることができる。
【００５２】
このように形成されたガス拡散経路は、セルを強く締結したときでも壊れ難く、マイクロポア層形成時の孔径を長期間にわたって保持し易い。また、ストラクチャーを指標にカーボンブラックの種類さえ決定すれば、マイクロポア層に形成されるガス拡散経路の孔径は決まってくるため、制御がし易いと言う利点もある。
【００５３】
本発明のマイクロポア層には、主成分として、より高ストラクチャーなカーボンブラックが用いられることが好ましい。低ストラクチャーであると、ストラクチャーによるガス拡散経路の形成が期待できなくなるためである。ストラクチャーの程度は、電子顕微鏡で観察して決定する方法もあるが、ＤＢＰ吸油量と比表面積の関係で判断できる。
【００５４】
ＤＢＰ吸油量とは、単位質量のカーボンブラックにフタル酸ジブチルを接触させたときに、カーボンブラックに吸収されるフタル酸ジブチルの量のことであり、主に、一次粒子の間隙に吸収されるので、ストラクチャーが発達しているとＤＢＰ吸油量は大きくなり、ストラクチャーがあまり発達していないと、ＤＢＰ吸油量は小さくなる傾向にある。
【００５５】
ただし、ＤＢＰは、一次粒子の間隙以外に一次粒子内部に形成された微細孔にも吸収されるので、ＤＢＰ吸油量がそのままストラクチャーの程度を表すとは限らない。なぜなら、窒素吸着量で測定されるような比表面積が大きくなると、微細孔に吸収されるＤＢＰが多くなり、全体のＤＢＰ吸油量も大きくなるからである。
【００５６】
したがって、高ストラクチャーカーボンブラックでは、窒素吸着量の割にはＤＢＰ吸油量が大きくなり、逆に、低ストラクチャーカーボンブラックでは、窒素吸着量の割にＤＢＰ吸油量が小さくなる。
【００５７】
好ましくは、ＤＢＰ吸油量Ｘ（ｍＬ／１００ｇ）と窒素吸着比表面積Ｙ（ｍ2／ｇ）の比Ｘ／Ｙが１以上であるカーボンブラックを用いると、好ましいガス拡散経路を具備したマイクロポア層が形成できる。Ｘ／Ｙの比が１以上であると、ストラクチャーが大きく、ストラクチャーによるガス拡散経路の形成が期待できるためである。
【００５８】
Ｘ／Ｙの比が１未満であると、ストラクチャーによるガス拡散経路形成は期待できず、カーボンブラックの二次粒子間の間隙が、主に、ガス拡散経路を形成することになるので、十分な孔径を確保できなく、また、セル締結時に孔が壊れ易いため、制御し難く、安定して触媒層の性能を引き出すことが難しい。
【００５９】
より好ましくは、Ｘ／Ｙの比が１．５以上である。１．５以上であると、ストラクチャーによるガス拡散経路のネットワークが十分に発達し、高電流を取り出したときもフラッディングし難くなる。このようなストラクチャーであれば、ガスが拡散し易く、水によるガス拡散経路の閉塞が起こり辛いので、触媒層が有する本来の性能が引き出され易い。
【００６０】
本発明のマイクロポアに使用できるカーボンブラックは、例えば、市販のカーボンブラックを水蒸気吸着量、及び、ＤＢＰ吸油量と窒素吸着比表面積の比を調べることによって選定できる。あるいは、ＤＢＰ吸油量と窒素吸着比表面積の比は好適範囲を満足しているが、水蒸気吸着量は好適範囲から外れている場合は、前述の方法で水蒸気吸着量を人為的に変化させ、最適化して用いることができる。
【００６１】
カーボンブラックの種類は、一般的に存在する電子伝導性を有するものであれば、特に限定するものではないが、本来求められる反応以外の化学反応を起したり、凝集水との接触によって炭素材料を構成する物質が溶出するような材料は好ましくなく、化学的に安定なものが好ましい。
【００６２】
マイクロポア層には、主成分として以上のようなカーボンブラックが使用できるが、機能を高める副成分として他の材料を複合することも可能である。例えば、マイクロポア層のカーボンブラックの表面特性や構造を損なわず機械的強度を増す目的で、少量のフッ素樹脂等の高分子材料でカーボンブラックを固定しても構わない。
【００６３】
このような高分子材料の配合量は、マイクロポア層の総質量に対して４０質量％以下が好ましい。４０質量％超であると、ガス拡散経路となる孔が高分子材料で埋められたり、高分子材料とカーボンブラックの凝集によって形成される孔が大多数になり、カーボンブラックのストラクチャーだけに孔径を依存させることが難しくなる。
【００６４】
より好ましくは、２０質量％以下である。２０％以下であれば、高分子材料による影響が小さく、ストラクチャーが形成する孔をマイクロポア層に生かすことができるため、制御し易く、長期間にわたって変化し難いガス拡散経路をマイクロポア層に形成させることができる。
【００６５】
本発明に使用される触媒層は、触媒成分と、炭素材料と、電解質材料を含む混合物で構成されていれば、特に限定しない。ガス拡散層が優れているため、触媒層の持つ性能を十分に引き出すことができる。
【００６６】
本発明の触媒層に使用される炭素材料の種類は、一般的に存在する電子伝導性を有する炭素材料であれば、特に限定するものではないが、本来求められる反応以外の化学反応を起したり、凝集水との接触によって炭素材料を構成する物質が溶出するような材料は好ましくなく、化学的に安定な炭素材料が好ましい。
【００６７】
また、炭素材料の一次粒子径は１μｍ以下が好ましく、これより大きな炭素材料は粉砕して用いることができる。一次粒子径が１μｍ超であると、ガス拡散経路やプロトン伝導経路を分断する恐れが高くなる他、触媒層中の炭素材料の分布が不均一になり易く、好ましくない。
【００６８】
好ましい炭素材料としては、カーボンブラックが最も一般的であるが、その他にも、黒鉛、炭素繊維、活性炭等やこれらの粉砕物、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等の炭素化合物等が使用できる。また、これらの２種類以上を混合して使用することもできる。
【００６９】
本発明の触媒層に含有する炭素材料は、触媒担体炭素材料とガス拡散炭素材料に分けて構成させるとより好ましい。
【００７０】
触媒成分が担持されていない炭素材料、即ち、ガス拡散炭素材料を触媒層中に含ませることによって、触媒層中にガスが拡散できる経路を発達させることができ、アノードであれば、水素あるいは水素を主体とした混合ガス、カソードであれば、酸素あるいは空気等が、触媒層中に拡散し易くなり、多くの触媒表面と接触できる。そのため、効率的に触媒層での反応を進行させ、高い電池性能が得られる。
【００７１】
本発明の触媒層に使用される触媒担体炭素材料は、供給されるガスの種類に対して効果的な触媒成分が担持できて、電子伝導性が良好な炭素材料であれば、触媒成分や炭素材料の種類を限定するものではない。触媒成分の例としては、白金、パラジウム、ルテニウム、金、ロジウム、オスミウム、イリジウム等の貴金属、これらの貴金属を２種類以上複合化した貴金属の複合体や合金、貴金属と有機化合物や無機化合物との錯体、遷移金属、遷移金属と有機化合物や無機化合物との錯体、金属酸化物等を挙げることができる。また、これらの２種類以上を複合したもの等も用いることもできる。
【００７２】
触媒担体炭素材料の例としては、カーボンブラックが最も一般的であるが、その他にも、黒鉛、炭素繊維、活性炭等やこれらの粉砕物、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等の炭素化合物等が使用できる。また、これらの２種類以上を混合して使用することもできる。
【００７３】
触媒担体炭素材料の触媒層中における好ましい含有率は、触媒担体炭素材料やガス拡散炭素材料の種類や含有率、触媒成分の種類や担持率によって影響を受けるので、特定することはできない。５質量％以上８０質量％以下の範囲であれば、少なくとも、燃料電池が機能し、本発明の効果を得ることができる。
【００７４】
より好ましい範囲を例示するならば、１０質量％以上６０質量％以下である。この範囲外であると、他の主成分とのバランスが悪くなり、効率の良い燃料電池にならない。例えば、５質量％未満であると、触媒担体炭素材料に担持される触媒成分の量が少なくなり過ぎる。また、例えば、８０質量％超であると、電解質材料の量が少なくなり過ぎて、プロトンの伝達経路が貧弱になるため、やはり効率の良い電池にはならない。
【００７５】
さらに、触媒担体炭素材料が、２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が５０ｍＬ／ｇ以上のものであると、触媒成分近傍にある電解質が適当な湿潤状態を保ち、プロトン伝導性の低下を防ぐことができるので、カソードの触媒成分上で水があまり生成しない低電流放電時にも、プロトン伝導抵抗が上昇せず、燃料電池として好ましい状態を維持できる。
【００７６】
また、このような触媒担持炭素材料上では、一般的に担持される触媒成分が微細化され易く、少ない触媒成分量であっても、反応表面積が大きくできるため、好ましい。
【００７７】
したがって、触媒担持炭素材料は、水に対して濡れ易いほど良く、２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量の好ましい範囲の上限値を限定することはできない。
【００７８】
ただし、炭素材料を触媒担体に使用する限り、水蒸気を吸着できる量には限界が存在するはずなので、仮に、２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量の実質的な上限値を例示するならば、高比表面積の活性炭で得られる１５００ｍＬ／ｇ程度を挙げることができる。
【００７９】
相対湿度９０％における水蒸気吸着量が５０ｍＬ／ｇより低いと、触媒成分近傍にある電解質が乾き易くなり、プロトン伝導性が低下し易くなるため、好ましくない。また、担持される触媒成分の粒子径も一般的に大きくなりがちで、十分な電池性能を発揮させるためには大量の触媒成分量を必要とするため、好ましくない。
【００８０】
本発明の触媒層に使用されるガス拡散炭素材料の触媒層中における含有率は、５質量％以上５０質量％以下の範囲内にあると、より好ましい。５質量％未満では、ガス拡散経路を十分拡大することができず、ガス拡散炭素材料を含ませる効果が不明確になる。５０質量％超では、プロトン伝導経路が貧弱になり、ＩＲドロップが大きくなるため、電池性能が低下する。
【００８１】
使用する炭素材料の種類や形態にもよるが、１０質量％以上３５質量％以下がもっとも好ましい。この範囲にあると、プロトン伝導経路と電子伝導経路を損なうことなく、ガス拡散経路を発達させることができる。
【００８２】
特に、ガス拡散炭素材料の２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が１００ｍＬ／ｇ以下であると、この効果は顕著である。
【００８３】
ガス拡散炭素材料の２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が１００ｍＬ／ｇ以下であれば、大電流放電時に生成する水によるガス拡散経路の閉塞をさらに抑制でき、安定した電圧で電流を取り出すことができる。１００ｍＬ／ｇ超であると、電流放電時に触媒層中に凝集水が滞り、ガス拡散経路が遮断され易くなり、電圧挙動が不安定になり易くなる。
【００８４】
さらに高い効果を得るためには、水に対する表面特性が適当な範囲にあるガス拡散炭素材料を用いる。具体的には、２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が１ｍＬ／ｇ以上５０ｍＬ／ｇ以下である炭素材料を、ガス拡散炭素材料として選択することである。
【００８５】
この範囲内であると、カソードの内部で生成する水が少ない小電流放電時においても、カソード中の電解質材料の乾燥を防ぎ、好適な湿潤状態を維持でき、かつ、大電流放電時にも、触媒層内部で生成する水を効率良く触媒層外へ排出し、ガスの拡散経路を確保できるため、低負荷から高負荷まで負荷条件によらず、全域にわたって効率の良い電池を得ることができる。
【００８６】
また、２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が１ｍＬ／ｇ以上５０ｍＬ／ｇ以下である炭素材料であれば、２種類以上の炭素材料を混合して、ガス拡散炭素材料として使用することもできる。
【００８７】
２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が１ｍＬ／ｇ未満であると、特に、低電流放電時に、触媒層中に共存する電解質材料が好適な湿潤状態を維持し難くなり、プロトン伝導性が低下する恐れがあるため、ガス拡散炭素材料を添加する効果が低くなることがある。
【００８８】
２５℃、相対湿度９０％における水蒸気吸着量が５０ｍＬ／ｇ超になると、大電流を継続的に取り出したとき等に、触媒層内部で生成する水の排出が追いつかず、ガス拡散経路を遮断してしまう恐れがあるため、ガス拡散炭素材料を添加する効果が低くなることがある。
【００８９】
本発明のガス拡散炭素材料や触媒担体炭素材料水和性の制御は、一般に存在する炭素材料中から水蒸気吸着量を指標に選択することによって達成できる。あるいは、好適な範囲より少ない水蒸気吸着量を持つ炭素材料である場合においても、炭素材料を酸や塩基等で炭素材料表面を処理したり、酸化雰囲気環境に曝したりすることによって、水蒸気吸着量を好適な範囲にまで増加させることができる。
【００９０】
限定するものでは無いが、例えば、加温した濃硝酸中で処理したり、過酸化水素水溶液中に浸漬したり、アンモニア気流中で熱処理したり、加温した水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬したり、希薄酸素や希薄ＮＯあるいはＮＯ2中で加熱処理したりすることによって、水蒸気吸着量を増加させることができる。
【００９１】
逆に、水蒸気吸着量が多過ぎる場合、不活性雰囲気下で焼成することによって、水蒸気吸着量を好適な範囲にまで低下させることもできる。限定するものではないが、アルゴン、窒素、ヘリウム、真空等の雰囲気下で加熱処理することによって、水蒸気吸着量を低下させることができる。
【００９２】
本発明に使用される触媒層は、使用される電解質膜、電解質材料の種類や形態によらず効果を発揮するものであって、これらに特に限定されるものではない。
【００９３】
本発明の燃料電池に含まれる触媒層が最も効果を発揮する燃料電池は、触媒層中で水が凝集し易い条件下で作動する燃料電池、例えば、固体高分子形燃料電池等に使用されることが好ましいが、電解質の種類や形態、作動温度等に本発明の触媒層の効果が依存されるものではない。
【００９４】
本発明に使用される電解質膜や触媒層中に使用される電解質材料は、リン酸基、スルホン酸基等を導入した高分子、例えば、パーフルオロスルホン酸ポリマーやベンゼンスルホン酸が導入されたポリマー等を挙げることができるが、高分子に限定するものではなく、無機系、無機−有機ハイブリッド系等の電解質膜を使用した燃料電池に使用しても差し支えない。特に好適な作動温度範囲を例示するならば、常温〜１５０℃の範囲内で作動する燃料電池が好ましい。
【００９５】
また、触媒担体炭素材料と電解質材料の触媒層中での質量比は、１／５〜５／１が好ましい。１／５より触媒担体炭素材料が少ないと、過度に触媒表面が電解質材料に覆われてしまい、反応ガスが触媒成分と接触できる面積が小さくなるため好ましくなく、５／１より過剰に触媒担体炭素材料が含有すると、電解質材料のネットワークが貧弱になり、プロトン伝導性が低くなるため好ましくない。
【００９６】
本発明のガス拡散層及びガス拡散電極、並びに燃料電池の機能は、作製方法によって限定されるものではない。
【００９７】
一般的に可能な方法を例示するならば、以下の通りである。例えば、カーボンペーパーあるいはカーボンクロスを必要に応じてテフロン分散液に浸漬し、乾燥・焼成を行い撥水化した後、カーボンブラックと必要に応じてテフロンエマルジョンを混合して分散液を作成し、これをスプレーでコーティングし、乾燥・熱処理を行い、マイクロポア層を形成し、本発明のガス拡散層を得る。
【００９８】
その後、触媒層を形成させるためのインクをマイクロポア層側にスプレーで塗布・乾燥し、本発明のガス拡散電極を得る。電池として使用する場合は、作製した本発明のガス拡散電極２枚で、電解質膜を挟み、ホットプレスにて圧着し、セパレーターに組み込み電池にする。
【００９９】
以上の工程の中で、例えば、ガス拡散層の機械的強度を増す目的で、ガス拡散層ができた段階でホットプレスを行い、その後、触媒層をコーティングしても構わない。また、マイクロポア層や触媒層のコーティングにおいて、コーティングの方法は、ガス拡散繊維層の上にマイクロポア層、あるいはマイクロポア層の上に触媒層が形成できれば、粉体塗装や電気泳動等を利用しても構わない。あるいは、マイクロポア層や触媒層を各々独立にフィルム状に形成し、これを積層し、ホットプレスで圧着する等の手法も取ることができる。
【実施例】
【０１００】
＜カーボンブラックの物性測定＞
本発明のガス拡散層、又は、ガス拡散電極、並びに燃料電池の実施例を示すに当たり、９種のカーボンブラックＡ〜Ｉを準備した。表１に、各種カーボンブラックの水蒸気吸着量、ＤＢＰ吸油量Ｘ（ｍＬ／１００ｇ）、窒素吸着比表面積Ｙ（ｍ2／ｇ）、Ｘ／Ｙを示した。
【０１０１】
【表１】
2006120335.tif 000002
【０１０２】
なお、水蒸気吸着量は、定容量式水蒸気吸着装置（日本ベル製、ＢＥＬＳＯＲＰ１８）を用いて測定し、１２０℃、１Ｐａ以下で２時間脱気前処理を行った試料を、２５℃の恒温中に保持し、真空状態から、２５℃における水蒸気の飽和蒸気圧までの間、徐々に水蒸気を供給して、段階的に相対湿度を変化させ、水蒸気吸着量を測定した。
【０１０３】
得られた測定結果から吸着等温線を描き、図から相対湿度９０％のときの水蒸気吸着量を読み取った。表１では、読み取った水蒸気量を試料１ｇ当たりに吸着した標準状態の水蒸気体積に換算して示した。
【０１０４】
窒素吸着比表面積は、１２０℃で真空乾燥したサンプルを自動比表面積測定装置（日本ベル製、ＢＥＬＳＯＲＰ３６）を用いて、窒素ガスにて測定し、ＢＥＴ法に基づく１点法にて比表面積を決定した。
【０１０５】
ＤＢＰ吸油量は、アブソープトメーター（Ｂｒａｂｅｎｄｅｒ社製）を用いて、最大トルクの７０％の時のＤＢＰ添加量を試料１００ｇ当たりのＤＢＰ吸油量に換算して決定した。
【０１０６】
＜ガス拡散層の作製＞
市販のカーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−０６０）とカーボンクロス（ＥｌｅｃｔｒｏＣｈｅｍ社製ＥＣ−ＣＣ１−０６０）を準備し、これらを５％に希釈したテフロン分散液中に浸漬した後、乾燥し、さらにアルゴン気流中で３４０℃に昇温して、ガス拡散繊維層を作製した。また、カーボンブラックＡ〜Ｉをそれぞれ１ｇにエタノール９９ｇを加え、ボールミルでカーボンブラックを粉砕し、一次分散液を作った。
【０１０７】
その後、一次分散液を攪拌しながら、３０％テフロン分散液０．８３３ｇを少しずつ滴下し、マイクロポア層スラリーを作製した。このスラリーを先に作製したガス拡散繊維層の片面にスプレーを用いて塗布し、アルゴン気流中で８０℃で乾燥した後に、３４０℃に昇温して、ガス拡散繊維層とマイクロポア層が積層したガス拡散層を作製した。
【０１０８】
比較として、マイクロポア層を塗布しないカーボンペーパーとカーボンクロスのガス拡散層２種も用意した。表２に、作製した計２０種のガス拡散層の種類を、使用した材料と共に、まとめた。
【０１０９】
【表２】
2006120335.tif 000003
【０１１０】
（実施例１）
市販の白金触媒（ＥｌｅｃｔｒｏＣｈｅｍ社製ＥＣ−２０−ＰＴＣ、白金担時率２０ｗｔ％）を容器に取り、アルゴン気流中で、５％ナフィオン溶液（アルドリッチ製）を白金触媒の質量に対してナフィオン固形分の質量が０．５倍になるように加え、軽く撹拌後、超音波で触媒を粉砕し、Ｐｔ触媒とナフィオンを合わせた固形分濃度が６質量％となるように撹拌しながら、エタノールを加えて、触媒層インクを調製した。
【０１１１】
この触媒層インクを表２に示したガス拡散層２０種のマイクロポア層側の表面にスプレーで塗布し、８０℃のアルゴン気流中で１時間乾燥し、ガス拡散電極２０種を得た。なお、それぞれの電極は、白金使用量が０．１０ｍｇ／ｃｍ2となるようにスプレー等の条件を設定した。白金使用量は、スプレー塗布前後の電極の乾燥質量を測定し、その差から計算して求めた。
【０１１２】
さらに、得られたガス拡散電極から２．５ｃｍ角の大きさで２枚ずつ切り取り、同じ種類の電極２枚で電解質膜（ナフィオン１１２）を挟み、１３０℃、総加重０．６２５ｔで３分間ホットプレスを行い、ＭＥＡ２０種を作製した。
【０１１３】
得られたＭＥＡ２０種は、それぞれ燃料電池測定装置に組み込み、電池性能測定を行った。電池性能測定は、セル端子間電圧を開放電圧（通常０．９〜１．０Ｖ程度）から０．２Ｖまで段階的に変化させ、セル端子間電圧が０．８Ｖと０．５Ｖのときに流れる電流密度をそれぞれ測定した。
【０１１４】
ガスは、カソードに空気、アノードに純水素を、電流密度が１Ａ／ｃｍ2のときに利用率がそれぞれ３０％と５０％となるように、一定流速で供給し、それぞれのガス圧は、セル下流に設けられた背圧弁で０．１ＭＰａに圧力調整した。セル温度は８０℃に設定し、供給する空気と純水素は、それぞれ８０℃と９０℃に保温された蒸留水中でバブリングを行い、加湿した。
【０１１５】
表３に、得られたＭＥＡ２０種と電池性能結果を示した。表３に示したとおり、本発明のガス拡散層を使用したＭＥＡ１〜６、９〜１５、１８は、同じ触媒層を用いたにもかかわらず、比較例のＭＥＡ７、８、１６、１７、１９、２０と比べて、同じセル電圧の時の電流密度が高く、良好な性能を発揮した。
【０１１６】
特に、表１のＸ／Ｙの値が１以上のカーボンブラックをマイクロポア層に使用したＭＥＡ１〜５及び１０〜１４は、セル電圧０．８Ｖの時も０．５Ｖの時も電流密度が大きく優れた特性を示した。
【０１１７】
【表３】
2006120335.tif 000004
【０１１８】
（実施例２）
市販の白金触媒（ＥｌｅｃｔｒｏＣｈｅｍ社製ＥＣ−２０−ＰＴＣ  白金担時率２０ｗｔ％）を容器に取り、アルゴン気流中で、５％ナフィオン溶液（アルドリッチ製）を白金触媒の質量に対してナフィオン固形分の質量が２倍になるように加え、軽く撹拌後、超音波で触媒を粉砕し、Ｐｔ触媒とナフィオンを合わせた固形分濃度が、６質量％となるように撹拌しながら、酢酸ブチルを加え、触媒スラリーを作製した。
【０１１９】
別容器に、表１で示したカーボンブラックＢ、Ｄ、Ｅ、Ｇの４種をそれぞれ取り、カーボンブラックが６質量％になるように酢酸ブチルを加えて、超音波でカーボンブラックを粉砕し、カーボンブラックスラリー４種を作製した。先に作製した触媒スラリーと、カーボンブラックスラリーを質量比８：２で混合して、十分攪拌し、触媒層スラリー４種を作製した。
【０１２０】
この触媒層スラリー４種を、それぞれ表２に示したガス拡散層ＣＣ−Ｄのマイクロポア層側の表面にスプレーで塗布し、８０℃のアルゴン気流中で１時間乾燥し、ガス拡散炭素材料としてカーボンブラックＢ、Ｄ、Ｅ、Ｇを触媒層に含有したガス拡散電極４種を得た。なお、それぞれの電極は白金使用量が０．１０ｍｇ／ｃｍ2となるようにスプレー等の条件を設定した。
【０１２１】
さらに、得られたガス拡散電極は、実施例１と同様の条件でホットプレスを行い、ＭＥＡ４種を作製した。
【０１２２】
得られたＭＥＡ４種は、実施例１と同じ条件で電池性能測定を行った。
【０１２３】
表４に、得られたＭＥＡ４種と電池性能結果を示した。表４に示したとおり、本発明のＭＥＡ２１〜２４は、触媒層にガス拡散炭素材料を含まないＭＥＡ１３と比較して、いずれも優れた特性を示した。
【０１２４】
特に、２５℃、相対湿度９０％の水蒸気吸着量が１００ｍＬ／ｇ以下のカーボンブラックをガス拡散炭素材料として触媒層に含有する本発明のＭＥＡ２１〜２３は、同じガス拡散層を用いているにもかかわらず、２５℃、相対湿度９０％の水蒸気吸着量が１００ｍＬ／ｇ超のカーボンブラックをガス拡散炭素材料として触媒層に含有するＭＥＡ２２と比べて、同じセル電圧の時の電流密度が高く、良好な性能を発揮した。
【０１２５】
その中でも、ガス拡散炭素材料の２５℃、相対湿度９０％の水蒸気吸着量が５０ｍＬ／ｇ以下のガス拡散炭素材料を触媒層に含有するＭＥＡ２１、２２は、特に高電流放電時に優れた性能を発揮した。
【０１２６】
【表４】
2006120335.tif 000005
【０１２７】
（実施例３）
塩化白金酸水溶液中に、触媒担体炭素材料として、表１のカーボンブラックＢ、Ｄ、Ｅ、Ｇをそれぞれ分散し、５０℃に保温し、撹拌しながら、過酸化水素水を加え、次いで、Ｎａ2Ｓ2Ｏ4水溶液を添加して、触媒前駆体を得た。この触媒前駆体を濾過、水洗、乾燥した後に１００％Ｈ2気流中、３００℃で３時間、還元処理を行い、触媒担体炭素材料にＰｔが２０質量％担持されたＰｔ触媒４種を調製した。
【０１２８】
これら４種を容器に取り、アルゴン気流中で、５％ナフィオン溶液（アルドリッチ製）を白金触媒の質量に対してナフィオン固形分の質量が２倍になるように加え、軽く撹拌後、超音波で触媒を粉砕し、Ｐｔ触媒とナフィオンを合わせた固形分濃度が６質量％となるように、撹拌しながら酢酸ブチルを加え、触媒スラリー４種を作製した。
【０１２９】
別容器に、表１で示したカーボンブラックＤを取り、カーボンブラックが６質量％になるように酢酸ブチルを加えて、超音波でカーボンブラックを粉砕し、カーボンブラックスラリーを作製した。先に作製したそれぞれの触媒スラリー４種と、カーボンブラックスラリーとを質量比８：２で混合して、十分攪拌し、触媒層スラリー４種を作製した。
【０１３０】
この触媒層スラリー４種をそれぞれ表２に示したガス拡散層ＣＣ−Ｄのマイクロポア層側の表面にスプレーで塗布し、８０℃のアルゴン気流中で１時間乾燥し、触媒担持炭素材料としてカーボンブラックＢ、Ｄ、Ｅ、Ｇを、ガス拡散炭素材料としてカーボンブラックＤを触媒層に含有した本発明のガス拡散電極４種を得た。
【０１３１】
さらに、比較として、マイクロポア層を塗布していないカーボンクロスとカーボンペーパーをガス拡散層として、触媒担持炭素材料としてカーボンブラックＧ、ガス拡散炭素材料としてカーボンブラックＤを触媒層に含有したガス拡散電極２種も比較例として得た。なお、それぞれの電極は、白金使用量が０．１０ｍｇ／ｃｍ2となるようにスプレー等の条件を設定した。
【０１３２】
さらに、得られたガス拡散電極は、実施例１と同様の条件で、ホットプレスを行い、ＭＥＡ６種を作製した。
【０１３３】
得られたＭＥＡ６種は、実施例１と同じ条件で電池性能測定を行った。
【０１３４】
表５に、得られたＭＥＡ６種と電池性能結果を示した。表５に示したとおり、本発明のＭＥＡ２５〜２８の特性は、比較例のＭＥＡ２９、３０と比較して、優れた特性を発揮した。その中でも、２５℃、相対湿度９０％の水蒸気吸着量が５０ｍＬ／ｇ以上のカーボンブラックを触媒担時炭素材料、１００ｍＬ／ｇ以下のカーボンブラックをガス拡散炭素材料として触媒層に含有したＭＥＡ２７、２８は、０．８Ｖの特性が優れている。
【０１３５】
特に、２５℃、相対湿度９０％の水蒸気吸着量が１００ｍＬ／ｇ以上の触媒担時炭素材料を触媒層に含有するＭＥＡ２８は、極めて優れた性能を発揮した。
【０１３６】
【表５】
2006120335.tif 000006
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
前述したように、本発明によれば、より効率的な電池性能を発現する燃料電池を提供することができる。したがって、本発明は、産業上の利用可能性が大きいものである。