(57)【要約】      （修正有）【課題】ＭＥＡの構成の複雑化に伴って生じるセルやスタックの体積増加、及び発電性能の低下を最小限に抑制しうる電解質膜−電極接合体を提供する。【解決手段】高分子電解質膜の一方の面に形成されたカソード触媒層と、他方の面に形成されたアノード触媒層と、前記カソード触媒層の端部の少なくとも一部に形成された第一のガスケット層と、を有し、少なくとも前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層との重複部位の電解質膜−電極接合体の厚みが、前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層とが重複しない前記第一のガスケット層の存在部位の電解質膜−電極接合体の厚みと略等しくなるように、前記高分子電解質膜、前記カソード触媒層、前記アノード触媒層、および前記第一のガスケット層からなる群から選択される１種または２種以上の厚みが、前記重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されてなる、電解質膜−電極接合体。【選択図】図５
2006338939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜の一方の面に形成された、カソード触媒層と、
前記高分子電解質膜の他方の面に形成された、アノード触媒層と、
前記カソード触媒層の端部の少なくとも一部に形成された第一のガスケット層と、
を有し、少なくとも前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層との重複部位の電解質膜−電極接合体の厚みが、前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層とが重複しない前記第一のガスケット層の存在部位の電解質膜−電極接合体の厚みと略等しくなるように、前記高分子電解質膜、前記カソード触媒層、前記アノード触媒層、および前記第一のガスケット層からなる群から選択される１種または２種以上の厚みが、前記重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されてなる、電解質膜−電極接合体。
【請求項２】
高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜の一方の面に形成された、カソード触媒層と、
前記高分子電解質膜の他方の面に形成された、アノード触媒層と、
前記カソード触媒層の端部の少なくとも一部に形成された第一のガスケット層と、
前記アノード触媒層の端部の少なくとも一部に形成された第二のガスケット層と、
を有し、少なくとも前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層との重複部位の電解質膜−電極接合体の厚みが、前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層とが重複しない前記第一のガスケット層の存在部位の電解質膜−電極接合体の厚みと略等しくなるように、かつ、前記アノード触媒層と前記第二のガスケット層との重複部位の電解質膜−電極接合体の厚みが、前記アノード触媒層と前記第二のガスケット層とが重複しない前記第二のガスケット層の存在部位の電解質膜−電極接合体の厚みと略等しくなるように、前記高分子電解質膜、前記カソード触媒層、前記アノード触媒層、前記第一のガスケット層、および前記第二のガスケット層からなる群から選択される１種または２種以上の厚みが、前記重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されてなる、電解質膜−電極接合体。
【請求項３】
高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜の一方の面に形成された、カソード触媒層と、
前記高分子電解質膜の他方の面に形成された、アノード触媒層と、
前記カソード触媒層の端部の少なくとも一部に形成された第一のガスケット層と、
前記カソード触媒層および前記第一のガスケット層に隣接するように配置される第一のガス拡散層と、
を有し、少なくとも前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層との重複部位の電解質膜−電極接合体の厚みが、前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層とが重複しない前記第一のガスケット層の存在部位の電解質膜−電極接合体の厚みと略等しくなるように、前記第一のガス拡散層の厚みが、前記重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されてなる、電解質膜−電極接合体。
【請求項４】
前記第一のガス拡散層が、ガス拡散性の異なる複数のガス拡散層からなり、前記複数のガス拡散層のうちガス透過性のより小さいガス拡散層の厚みが、少なくとも前記重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されてなる、請求項３に記載の電解質膜−電極接合体。
【請求項５】
高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜の一方の面に形成された、カソード触媒層と、
前記高分子電解質膜の他方の面に形成された、アノード触媒層と、
前記カソード触媒層の端部の少なくとも一部に形成された第一のガスケット層と、
前記カソード触媒層および前記第一のガスケット層に隣接するように配置される第一のガス拡散層と、
前記アノード触媒層および前記第二のガスケット層に隣接するように配置される第二のガス拡散層と、
を有し、少なくとも前記アノード触媒層と前記第二のガスケット層との重複部位の電解質膜−電極接合体の厚みが、前記アノード触媒層と前記第二のガスケット層とが重複しない前記第二のガスケット層の存在部位の電解質膜−電極接合体の厚みと略等しくなるように、前記第二のガス拡散層の厚みが、前記重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されてなる、電解質膜−電極接合体。
【請求項６】
前記第二のガス拡散層が、ガス拡散性の異なる複数のガス拡散層からなり、前記第二のガス拡散層を構成する複数のガス拡散層のうちガス透過性のより小さいガス拡散層の厚みが、前記重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されてなる、請求項５に記載の電解質膜−電極接合体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電解質膜−電極接合体において、前記第一のガスケット層が第一のガス不透過層と第一の接着剤層とからなり、前記第一のガス不透過層の厚みが、前記カソード触媒層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されている、または、請求項２〜６のいずれか１項に記載の電解質膜−電極接合体において、前記第二のガスケット層が第二のガス不透過層と第二の接着剤層とからなり、前記第二のガス不透過層の厚みが、前記アノード触媒層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されている、電解質膜−電極接合体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電解質膜−電極接合体において、前記第一のガスケット層が第一のガス不透過層と第一の接着剤層とからなり、前記第一の接着剤層の厚みが、前記カソード触媒層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されている、または、請求項２〜７のいずれか１項に記載の電解質膜−電極接合体において、前記第二のガスケット層が第二のガス不透過層と第二の接着剤層とからなり、前記第二の接着剤層の厚みが、前記アノード触媒層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されている、電解質膜−電極接合体。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電解質膜−電極接合体において、前記カソード触媒層の厚みが、前記第一のガスケット層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されている、または、請求項２〜８のいずれか１項に記載の電解質膜−電極接合体において、前記アノード触媒層の厚みが、前記第二のガスケット層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されている、電解質膜−電極接合体。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の電解質膜−電極接合体において、前記高分子電解質膜の厚みが、前記第一のガスケット層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されている、または、請求項２〜９のいずれか１項に記載の電解質膜−電極接合体において、前記高分子電解質膜の厚みが、前記第二のガスケット層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されている、電解質膜−電極接合体。
【請求項１１】
前記カソード触媒層および前記アノード触媒層が、有効アノード触媒層の面積が有効カソード触媒層の面積よりも大きくなるように形成されてなる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電解質膜−電極接合体。
【請求項１２】
前記カソード触媒層の端部が、前記第一のガスケット層により被覆されてなる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電解質膜−電極接合体。
【請求項１３】
前記第一のガスケット層の端部が、前記カソード触媒層により被覆されてなる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電解質膜−電極接合体。
【請求項１４】
前記アノード触媒層の端部が、前記第二のガスケット層により被覆されてなる、請求項２〜１３のいずれか１項に記載の電解質膜−電極接合体。
【請求項１５】
前記第二のガスケット層の端部が、前記アノード触媒層により被覆されてなる、請求項２〜１３のいずれか１項に記載の電解質膜−電極接合体。
【請求項１６】
前記カソード触媒層の端部と前記アノード触媒層の端部とが、電解質膜−電極接合体の厚み方向に対してほぼ同位置で終結する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の電解質膜−電極接合体。
【請求項１７】
前記カソード触媒層の端部と前記アノード触媒層の端部とが、電解質膜−電極接合体の厚み方向に対して異なる位置で終結する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の電解質膜−電極接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）、特に燃料電池用電解質膜−電極接合体に関するものである。特に、本発明は、アイドル停止運転を想定したＯＣＶ(Open Circuit Voltage)保持時の電解質膜の分解が抑制され、好ましくは起動停止／連続運転におけるカソード触媒の腐食も抑制される電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー・環境問題を背景とした社会的要求や動向と呼応して、常温でも作動して高出力密度が得られる燃料電池が電気自動車用電源、定置型電源として注目されている。燃料電池は、電極反応による生成物が原理的に水であり、地球環境への悪影響がほとんどないクリーンな発電システムである。特に、固体高分子型燃料電池は、比較的低温で作動することから、電気自動車用電源として期待されている。固体高分子型燃料電池の構成は、一般的には、電解質膜−電極接合体を、ガス拡散層さらにはセパレータで挟持した構造となっている。電解質膜−電極接合体は、高分子電解質膜が一対の電極触媒層により挟持されてなるものである。
【０００３】
上記したようなＭＥＡを有する固体高分子型燃料電池では、以下のような電気化学的反応が進行する。まず、アノード側に供給された燃料ガスに含まれる水素は、触媒成分により酸化され、プロトンおよび電子となる（２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ−）。次に、生成したプロトンは、電極触媒層に含まれる固体高分子電解質、さらに電極触媒層と接触している高分子電解質膜を通り、カソード側電極触媒層に達する。また、アノード側電極触媒層で生成した電子は、電極触媒層を構成している導電性担体、さらに電極触媒層の高分子電解質膜と異なる側に接触しているガス拡散層、セパレータおよび外部回路を通してカソード側電極触媒層に達する。そして、カソード側電極触媒層に達したプロトンおよび電子はカソード側に供給されている酸化剤ガスに含まれる酸素と反応し水を生成する（Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ）。燃料電池では、上述した電気化学的反応を通して、電気を外部に取り出すことが可能となる。
【０００４】
このような固体高分子型燃料電池では、従来様々な問題があった。例えば、アイドル停止（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）状態における電解質膜の劣化の問題がある。この劣化メカニズムを図１を参照しながら説明する。すなわち、電解質膜は完全にガスを遮断（不透過状態）するものではないため、酸素や水素ガスの濃度勾配（分圧）によっては、アノード側からカソード側に向かって水素が、カソード側からアノード側に向かって酸素や窒素が、僅かながら透過（溶解拡散）している（このような現象を「クロスリーク」とも称する）。特にＯＣＶ時は、カソードと電解質膜の界面における酸素濃度は、発電時に比べて高いため、電解質膜を介してカソード側からアノード側へ溶解拡散する酸素量も、発電時に比べて多くなる。このため、クロスリークにより酸素がカソード側からアノード側へ移行して、酸素がアノード側で水素と直接反応して、Ｈ２＋Ｏ２→Ｈ２Ｏ２の反応が起こって、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が生成し、また、水素がアノード側からカソード側へ移行して、水素がカソード側で酸素と直接反応して、同様にして過酸化水素が生成する。この過酸化水素は、電解質膜またはアノード若しくはカソードに含まれる電解質成分（アイオノマー）を分解して、電解質膜を化学的に劣化させることが知られている。ここで、アノード触媒層とカソード触媒層の電位と過酸化水素の分解反応との関係を考慮すると、電解質電位に対して電位が比較的高い（０．６〜１Ｖ程度）カソード側では、カソード近傍の酸素と、アノード触媒層よりクロスリークしてきた水素が直接反応するため、生成する過酸化水素は、Ｈ２Ｏ２→Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−の反応によって、比較的速やかに酸素とプロトンとに分解する。これに対して、アノード側では、電位が低いために上記したような過酸化水素の分解反応は生じにくい。このため、アノード側で多く発生する過酸化水素が、濃度拡散により電解質膜中に移動して、電解質膜を酸化劣化させたり、あるいは電解質膜中のカチオン（例えば、Ｆｅ２＋、Ｃｕ２＋）の存在により加速的に電解質膜成分を劣化させる。
【０００５】
ところで、ＭＥＡのエッジ領域をシールすることが、特許文献１および２に記載されている。特許文献１には、固体高分子電解質膜外縁部の機械的強度を高めて固体高分子電解質膜の破損を防止する目的で、固体高分子電解質膜の電極周縁部と電極の配置されない固体高分子電解質膜の外縁部とを補強膜で被覆し、さらにガスシール部を固体高分子電解質膜の外縁部に配置することが記載されている。また、特許文献２には、固体高分子電解質膜に加わる反応ガスの差圧や機械的ストレスによる固体高分子電解質膜の破損を防止する目的で、額縁状の保護膜を、ガスシール材及び電極周縁部双方を被覆するように固体高分子電解質膜の周縁部分に形成することが記載されている。
【特許文献１】特開平５−２４２８９７号公報
【特許文献２】特開平５−２１０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１および２では、固体高分子電解質膜外縁部の機械的強度の向上を目的としており、これらの特許文献に記載されるような構造では、上記したような電解質膜の分解の抑制については考慮に入れていないため、受ける機械的応力の比較的大きい電解質膜の部位が比較的短時間で分解劣化し、耐久性が低下するという問題は充分に解消できない。また、特に特許文献１に開示されるＭＥＡでは、均一な厚さの補強層が触媒層と重複するように形成されている。しかしながら、かような重複部分はＭＥＡの厚みを増加させる原因となって燃料電池セル及びスタックの体積増加を招くばかりか、触媒層やガス拡散層の平滑性を低下させて発電性能を低下させるおそれもある。
【０００７】
さらに、上記問題は、比較的最近提起されたものであり、現在、解決手段が強く望まれているものの、有効な解決手段が見出されていない。
【０００８】
したがって、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、ＭＥＡの構成の複雑化に伴って生じるセルやスタックの体積増加、及び発電性能の低下を最小限に抑制しうる電解質膜−電極接合体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】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行なった結果、カソード触媒層の端部、好ましくはカソード触媒層及びアノード触媒層の端部にガスケット層を形成することによって、アノード触媒層及びカソード触媒層の大きさを容易に制御できると共に各触媒層の位置合わせが容易であることを見出した。また特に、上記構成をとることによって、高分子電解質膜を介して対向するカソード触媒層が存在せず、アノード触媒層のみが存在する周囲部をガス不透過性のガスケット層でシールして、特にカソード触媒層端部で顕著に起こっていたカソードからアノードへの酸素のクロスリークを抑制して、当該領域でのアノード側での過酸化水素の生成を有意に抑えることができ、これにより電解質膜の劣化を効果的に防止／抑制することができることを見出した。この際、アノード触媒層のサイズをカソード触媒層より大きくすることによって、カソード触媒層のカーボンの腐食を効果的に防止／抑制することができることをも見出した。さらに、上記のような構成のＭＥＡを製造する際に、ＭＥＡの各構成要素について、他の層と重複する部位の厚みを制御することによって、上記のような構成とすることにより新たに生じるセルやスタックの体積増加や発電性能の低下といった問題の発生を最小限に抑制しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、上記目的は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の一方の面に形成された、カソード触媒層と、前記高分子電解質膜の他方の面に形成された、アノード触媒層と、前記カソード触媒層の端部の少なくとも一部に形成された第一のガスケット層と、を有し、前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層との重複部位の電解質膜−電極接合体の厚みが、前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層とが重複しない前記第一のガスケット層の存在部位の電解質膜−電極接合体の厚みと略等しくなるように、前記高分子電解質膜、前記カソード触媒層、前記アノード触媒層、および前記第一のガスケット層からなる群から選択される１種または２種以上の厚みが、前記重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されてなる、電解質膜−電極接合体によって達成される。
【００１１】
また、上記目的は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の一方の面に形成された、カソード触媒層と、前記高分子電解質膜の他方の面に形成された、アノード触媒層と、前記カソード触媒層の端部の少なくとも一部に形成された第一のガスケット層と、前記アノード触媒層の端部の少なくとも一部に形成された第二のガスケット層と、を有し、前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層との重複部位の電解質膜−電極接合体の厚みが、前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層とが重複しない前記第一のガスケット層の存在部位の電解質膜−電極接合体の厚みと略等しくなるように、かつ、前記アノード触媒層と前記第二のガスケット層との重複部位の電解質膜−電極接合体の厚みが、前記アノード触媒層と前記第二のガスケット層とが重複しない前記第二のガスケット層の存在部位の電解質膜−電極接合体の厚みと略等しくなるように、前記高分子電解質膜、前記カソード触媒層、前記アノード触媒層、前記第一のガスケット層、および前記第二のガスケット層からなる群から選択される１種または２種以上の厚みが、前記重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されてなる、電解質膜−電極接合体によっても達成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、構成の複雑化に起因する体積増加や発電性能の低下といった問題の発生を最小限に抑制しつつ、ＯＣＶ保持時の電解質膜の分解を有効に防止／抑制しうる電解質膜−電極接合体が提供されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第一は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の一方の面に形成された、カソード触媒層と、前記高分子電解質膜の他方の面に形成された、アノード触媒層と、前記カソード触媒層の端部の少なくとも一部に形成された第一のガスケット層と、を有し、前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層との重複部位の電解質膜−電極接合体の厚みが、前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層とが重複しない前記第一のガスケット層の存在部位の電解質膜−電極接合体の厚みと略等しくなるように、前記高分子電解質膜、前記カソード触媒層、前記アノード触媒層、および前記第一のガスケット層からなる群から選択される１種または２種以上の厚みが、前記重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されてなる、電解質膜−電極接合体である。
【００１４】
まず、本発明の電解質膜−電極接合体（以下、単に「ＭＥＡ」とも記載する。）は、従来のＭＥＡと同様に、高分子電解質膜と、当該膜の一方の面に形成されたカソード触媒層と、他方の面に形成されたアノード触媒層とを有するが、当該カソード触媒層の端部の少なくとも一部に、第一のガスケット層が形成されている点に特徴を有する。かようなガスケット層の存在により、カソード側からの酸素のクロスリークが特に顕著に起こるカソード触媒層が存在しないあるいはこのようなカソード触媒層領域を有意に低減できる。したがって、本発明のＭＥＡは、カソード触媒層のみが存在する周囲部がほとんどまたは全く存在せず、カソード触媒層端部でのカソードからアノードへの酸素のクロスリークがほとんどまたは全く起こらない構造をとることができる。したがって、従来重大な問題となっていた電解質膜の劣化が効果的に防止／抑制されうる。したがって、本発明の電解質膜−電極接合体を用いた燃料電池は、ＯＣＶ時の性能を長期間維持でき、また、燃費も向上できる。なお、本明細書では、このカソード触媒層の端部に形成されるガスケット層を、単に「第一のガスケット層」と称する。ここで、「触媒層の端部にガスケット層を形成する」とは、当該触媒層と当該ガスケット層とが接合体の厚み方向に対して重複することを意味する。
【００１５】
また、本発明のＭＥＡは、カソード触媒層と第一のガスケット層との重複部位の電解質膜−電極接合体の厚みが、カソード触媒層と第一のガスケット層とが重複しない第一のガスケット層の存在部位の電解質膜−電極接合体の厚みと略等しくなるように、高分子電解質膜、カソード触媒層、アノード触媒層、および第一のガスケット層からなる群から選択される１種または２種以上の厚みが、前記重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成される点にも特徴を有する。かような形態によれば、ＭＥＡの面方向の厚みの均一化が図られ、ガスケット層の配置などのような構成の複雑化に起因する体積増加が抑制されうる。また、ＭＥＡの触媒層などの平滑性の低下が抑制され、これに伴う発電性能の低下もまた、最小限に抑制されうる。なお、かような形態を実現するための具体的な構成については、後述する。
【００１６】
なお、本発明のＭＥＡにおいては、図５以降に示すように、アノード触媒層側の端部の少なくとも一部にもガスケット層をさらに形成することが好ましい。このように、アノード触媒層側の端部にもガスケット層を形成することで、ＭＥＡにおけるクロスリークガスをより確実に低減させることができ、過酸化水素の生成を抑制することが可能となる。これにより、過酸化水素による高分子電解質膜および触媒層に含まれる電解質成分の劣化をより高く防止／抑制することができ、かようなＭＥＡを用いた燃料電池は、起動停止／連続運転時及びＯＣＶ時の性能をより長期間維持でき耐久性に優れ、燃費もより向上させることができる。なお、本明細書では、このアノード触媒層の端部に形成されるガスケット層を、単に「第二のガスケット層」と称する。ただし、かような第二のガスケット層がアノード触媒層の端部に形成される形態のみに本発明の技術的範囲が限定されることはなく、場合によっては、ＭＥＡの厚み方向に対してアノード触媒層と重複しないように（アノード触媒層の周囲部に）第二のガスケット層が形成される形態もまた、採用されうる。
【００１７】
上記のようにアノード触媒層の端部に第二のガスケット層が配置される場合には、第一のガスケット層について上述したのと同様の思想から、アノード触媒層と第二のガスケット層との重複部位の電解質膜−電極接合体の厚みが、アノード触媒層と第二のガスケット層とが重複しない第二のガスケット層の存在部位の電解質膜−電極接合体の厚みと略等しくなるように、高分子電解質膜、カソード触媒層、アノード触媒層、第一のガスケット層、および前記第二のガスケット層からなる群から選択される１種または２種以上の厚みが、前記重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されるとよい。すなわち、本発明の第二は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の一方の面に形成された、カソード触媒層と、前記高分子電解質膜の他方の面に形成された、アノード触媒層と、前記カソード触媒層の端部の少なくとも一部に形成された第一のガスケット層と、前記アノード触媒層の端部の少なくとも一部に形成された第二のガスケット層と、を有し、前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層との重複部位の電解質膜−電極接合体の厚みが、前記カソード触媒層と前記第一のガスケット層とが重複しない前記第一のガスケット層の存在部位の電解質膜−電極接合体の厚みと略等しくなるように、かつ、前記アノード触媒層と前記第二のガスケット層との重複部位の電解質膜−電極接合体の厚みが、前記アノード触媒層と前記第二のガスケット層とが重複しない前記第二のガスケット層の存在部位の電解質膜−電極接合体の厚みと略等しくなるように、前記高分子電解質膜、前記カソード触媒層、前記アノード触媒層、前記第一のガスケット層、および前記第二のガスケット層からなる群から選択される１種または２種以上の厚みが、前記重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されてなる、電解質膜−電極接合体である。かような形態によれば、上記と同様にＭＥＡの面方向の厚みの均一化が図られ、ガスケット層の配置などのような構成の複雑化に起因する体積増加が抑制されうる。また、ＭＥＡの触媒層などの平滑性の低下が抑制され、これに伴う発電性能の低下もまた、最小限に抑制されうる。なお、かような形態を実現するための具体的な構成についても、後述する。
【００１８】
本発明のＭＥＡに用いられる高分子電解質膜としては、特に限定されず、後述する電極触媒層に用いるものと同様の固体高分子電解質からなる膜が挙げられる。また、デュポン社製の各種のＮａｆｉｏｎ（デュポン社登録商標）やフレミオンに代表されるパーフルオロスルホン酸膜、ダウケミカル社製のイオン交換樹脂、エチレン−四フッ化エチレン共重合体樹脂膜、トリフルオロスチレンをベースポリマーとする樹脂膜などのフッ素系高分子電解質や、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂系膜など、一般的に市販されている固体高分子型電解質膜が用いられうる。また、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などから形成された多孔質状の薄膜に、リン酸やイオン性液体等の電解質成分を含浸したものを使用してもよい。前記高分子電解質膜に用いられる固体高分子電解質と、各電極触媒層に用いられる固体高分子電解質とは、同じであっても異なっていてもよいが、各電極触媒層と高分子電解質膜との密着性を向上させる観点から、同じものを用いるのが好ましい。
【００１９】
前記高分子電解質膜の厚みとしては、得られるＭＥＡの特性を考慮して適宜決定すればよいが、好ましくは５〜３００μｍ、より好ましくは１０〜２００μｍ、特に好ましくは１５〜１００μｍである。製膜時の強度やＭＥＡ作動時の耐久性の観点から５μｍ以上であることが好ましく、ＭＥＡ作動時の出力特性の観点から３００μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
ここで、高分子電解質膜のそれぞれの側に形成される各触媒層の面積についても特に制限はない。ただし、従来の固体高分子型燃料電池では、運転を停止して数時間以上放置すると、触媒層には空気が混入する。かような状態で起動すると、図２の前段から後段への変化で示されるように、アノードの上流（水素供給側）から下流（空気雰囲気）にかけて局部電池が形成される。そして、アノード触媒層とカソード触媒層との形成部位（電解質膜−電極接合体の厚み方向に対する）が完全に一致せずに位置ずれが生じている状態でかような局部電池が形成されると、アノードが対向しないカソード領域で特にカソード電位と電解質電位との差が大きくなり、アノードが存在する領域（中央部）に比べて、導電性担体であるカーボンの腐食（Ｃ＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−）が起こり、触媒活性の低下が顕著に現れてしまう（図３を参照）。
【００２１】
本発明のＭＥＡにおいて各触媒層は、有効アノード触媒層の面積が有効カソード触媒層の面積よりも大きくなるように形成されることが好ましい。かような形態によれば、アノード下流の空気存在部に対向するカソード触媒層領域の面積を低減できる、即ち、カソード電位と電解質電位との差が大きい部分を有意に低減できるため、カソード触媒層のカーボンの腐食を効果的に防止／抑制できるという利点をも得ることができる。
【００２２】
この際、有効アノード有効触媒層と有効カソード触媒層の位置関係は、特に制限されないが、図４（ａ）のように、ＭＥＡの厚み方向に対して、有効アノード触媒層内に有効カソード触媒層が完全に含まれる場合；図４（ｂ）のように、ＭＥＡの厚み方向に対して、有効カソード触媒層が部分的に有効アノード触媒層内に含まれる場合のいずれであってもよいが、前者の場合がより好ましい。同様にして、各触媒層の位置関係に関しても、特に制限されないが、図４（ａ）のように、ＭＥＡの厚み方向に対して、アノード触媒層内にカソード触媒層が完全に含まれる場合；図４（ｂ）のように、ＭＥＡの厚み方向に対して、カソード触媒層が部分的にアノード触媒層内に含まれる場合；図４（ｃ）のように、ＭＥＡの厚み方向に対して、カソード触媒層がアノード触媒層と同位置に配置される場合のいずれであってもよいが、カソード触媒層がアノード触媒層と同位置に配置される場合及びアノード触媒層内にカソード触媒層が完全に含まれる場合がより好ましく、アノード触媒層内にカソード触媒層が完全に含まれる場合が特に好ましい。なお、本明細書では、面積とは幾何学的な面積を意味し、触媒等の表面積を意味するわけではない。
【００２３】
本明細書において、「有効アノード触媒層」とは、アノード触媒層のうち、運転（発電）時に２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ−の反応が起こる領域を意味し、具体的には、ガスケット層と重複しないアノード触媒層領域であり、単に「アノード触媒層」と称する場合には、高分子電解質膜上に形成されたすべてのアノード触媒層を意味し、即ち、上記有効アノード触媒層に加えて、第二のガスケット層との重複部分をも含む。
【００２４】
また、本明細書において、「有効カソード触媒層」とは、カソード触媒層のうち、運転（発電）時にＯ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏの反応が起こる領域を意味し、具体的には、ガスケット層と重複しないカソード触媒層領域であり、単に「カソード触媒層」と称する場合には、高分子電解質膜上に形成されたすべてのカソード触媒層を意味し、上記有効カソード触媒層に加えて、第一のガスケット層との重複部分をも含む。従って、アノード触媒層の端部と第二のガスケット層とが重複しない場合には、「アノード触媒層の面積」と「有効アノード触媒層の面積」とは等しい。
【００２５】
本発明において、カソード触媒層の端部と第一のガスケット層との位置関係は、カソード触媒層の端部でのガスの透過を十分抑制できるような関係であれば特に制限されない。例えばカソード触媒層の端部が第一のガスケット層により被覆されてもよいし（図５に示す形態）、第一のガスケット層の端部がカソード触媒層により被覆されてもよい（図６に示す形態）。図５に示す形態によれば、より簡便にＭＥＡが製造されうる。ただし、触媒層の端部が高分子電解質膜へ食い込むことによる短絡の発生をより確実に防止するという観点からは、さらに好ましくは、図６に示すように、第一のガスケット層がカソード触媒層の端部によって被覆されるように、第一のガスケット層が形成される。なお、本発明において、第一のガスケット層は、電解質膜の周辺部の少なくとも一部を被覆するよう形成されるが、アノード触媒層の端部での水素のクロスリーク抑制に伴う燃費向上の観点から、周辺部のガスシール性が保たれていることが好ましく、従って、第一のガスケット層は、電解質膜の全周辺部にわたって額縁状に形成されることが好ましい。
【００２６】
本発明では、第一のガスケット層をカソード触媒層の端部に形成することを必須の構成要件とするが、アノード触媒層側の端部にもガスケット層をさらに形成することが好ましいことは上述した通りである。このように、アノード触媒層側の端部にもガスケット層を形成することで、有効カソード触媒層と有効アノード触媒層との位置合わせが正確にかつ容易に行なえ、起動停止／連続運転中のカソード触媒のカーボン担体の腐食やＯＣＶ保持時の電解質膜の分解が有効に防止／抑制できるからである。なお、本明細書では、このアノード触媒層の端部に形成されるガスケット層を、単に「第二のガスケット層」と称する。
【００２７】
アノード触媒層の端部と第二のガスケット層との位置関係についても、アノード触媒層の端部でのガスの透過を十分抑制できるような関係であれば特に制限されない。例えばアノード触媒層の端部が第二のガスケット層により被覆されてもよいし（図５に示す形態）、第二のガスケット層の端部がアノード触媒層により被覆されてもよい（図６に示す形態）。図５に示す形態によれば、より簡便にＭＥＡが製造されうる。ただし、触媒層の端部が高分子電解質膜へ食い込むことによる短絡の発生をより確実に防止するという観点からは、さらに好ましくは、図６に示すように、第二のガスケット層がアノード触媒層の端部によって被覆されるように、第二のガスケット層が形成される。なお、本発明において、第二のガスケット層は、電解質膜の周辺部の少なくとも一部を被覆するよう形成されるが、アノード触媒層の端部での水素のクロスリーク抑制に伴う燃費向上の観点から、周辺部のガスシール性が保たれていることが好ましく、従って、第二のガスケット層は、電解質膜の全周辺部にわたって額縁状に形成されることが好ましい。
【００２８】
本発明のＭＥＡは、上述したように、カソード触媒層と第一のガスケット層との重複部位の電解質膜−電極接合体の厚みが、カソード触媒層と第一のガスケット層とが重複しない第一のガスケット層の存在部位の電解質膜−電極接合体の厚みと略等しくなるように、高分子電解質膜、カソード触媒層、アノード触媒層、および第一のガスケット層からなる群から選択される１種または２種以上の厚みが、前記重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成される点に特徴を有する。また、より好ましい形態においては、アノード触媒層と第二のガスケット層との重複部位に関しても同様の工夫が施されている。以下、図面を参照しながら、第一のガスケット層に加えて第二のガスケット層が配置される形態を例に挙げて本発明の特徴的な構成を説明するが、第二のガスケット層が配置されるＭＥＡのみに本発明の技術的範囲が限定されるわけではないことは勿論である。なお、以下の図面では、説明の簡略化のために各構成要素が分離した形で図示されているが、完成したＭＥＡにおいては各構成要素がＭＥＡの厚み方向に接合していることは言うまでもない。
【００２９】
本発明のＭＥＡの好ましい形態としては、図５に示す形態がある。図５に示す形態のＭＥＡにおいては、第一のガスケット層が第一のガス不透過層と第一の接着剤層とからなっており、前記第一のガス不透過層の厚みが、前記カソード触媒層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されており、かつ、第二のガスケット層が第二のガス不透過層と第二の接着剤層とからなっており、前記第二のガス不透過層の厚みが、前記アノード触媒層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されている。これにより、ＭＥＡにおいて、カソード触媒層と第一のガスケット層との重複部位の厚み、及びアノード触媒層と第二のガスケット層との重複部位の厚みが、非重複部位の厚みと略等しくなっている。
【００３０】
なお、図５に示す形態においては、カソード触媒層の端部が第一のガスケット層により被覆されており、かつアノード触媒層の端部が第二のガスケット層により被覆されているが、図６に示すように、第一のガスケット層の端部がカソード触媒層により被覆され、かつ第二のガスケット層の端部がアノード触媒層により被覆されてもよいことは上述した通りである。このことは、後述する他の好ましい形態についても同様である。
【００３１】
本発明のＭＥＡの他の好ましい形態としては、図７に示す形態がある。図７に示す形態のＭＥＡにおいては、第一のガスケット層が第一のガス不透過層と第一の接着剤層とからなっており、前記第一のガス不透過層の厚みが、カソード触媒層との非重複部位から重複部位へ向かって連続的に減少するように形成されており、かつ、第二のガスケット層が第二のガス不透過層と第二の接着剤層とからなっており、前記第二のガス不透過層の厚みが、アノード触媒層との非重複部位から重複部位へ向かって連続的に減少するように形成されている。これにより、ＭＥＡにおいて、カソード触媒層及び第一のガスケット層の重複部位の厚み、並びにアノード触媒層及び第二のガスケット層の重複部位の厚みと、非重複部位の厚みとの差が低減されている。
【００３２】
本発明のＭＥＡのさらに他の好ましい形態としては、図８に示す形態がある。図８に示す形態のＭＥＡにおいては、第一のガスケット層が第一のガス不透過層と第一の接着剤層とからなっており、前記第一の接着剤層の厚みが、前記カソード触媒層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されており、かつ、第二のガスケット層が第二のガス不透過層と第二の接着剤層とからなっており、前記第二の接着剤層の厚みが、前記アノード触媒層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されている。これにより、ＭＥＡにおいて、カソード触媒層と第一のガスケット層との重複部位の厚み、及びアノード触媒層と第二のガスケット層との重複部位の厚みが、非重複部位の厚みと略等しくなっている。
【００３３】
本発明のＭＥＡのさらに他の好ましい形態としては、図９に示す形態がある。図９に示す形態のＭＥＡにおいては、カソード触媒層の厚みが、第一のガスケット層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されており、かつ、アノード触媒層の厚みが、第二のガスケット層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されている。これにより、ＭＥＡにおいて、カソード触媒層と第一のガスケット層との重複部位の厚み、及びアノード触媒層と第二のガスケット層との重複部位の厚みが、非重複部位の厚みと略等しくなっている。
【００３４】
本発明のＭＥＡのさらに他の好ましい形態としては、図１０に示す形態がある。図１０に示す形態のＭＥＡにおいては、高分子電解質膜の厚みが、第一のガスケット層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されており、かつ、高分子電解質膜の厚みが、第二のガスケット層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されている。これにより、ＭＥＡにおいて、カソード触媒層と第一のガスケット層との重複部位の厚み、及びアノード触媒層と第二のガスケット層との重複部位の厚みが、非重複部位の厚みと略等しくなっている。
【００３５】
なお、上記第一及び第二のガスケット層の形成の組み合わせは、特に制限されず、いずれの組み合わせであってもよい。好ましくは、（１）第一のガスケット層がカソード触媒層の端部で被覆されるようにカソード触媒層と高分子電解質膜との間に形成され、かつ第二のガスケット層がアノード触媒層の端部で被覆されるようにアノード触媒層と高分子電解質膜との間に形成される；（２）第一のガスケット層がカソード触媒層の端部を被覆するように形成され、かつ第二のガスケット層がアノード触媒層の端部を被覆するように形成される；または（３）第一のガスケット層がカソード触媒層の端部で被覆されるようにカソード触媒層と高分子電解質膜との間に形成され、かつ第二のガスケット層がアノード触媒層の端部を被覆するように形成される、の組み合わせが好ましい。上記組み合わせのうち、短絡（アノード／カソード両触媒層の接触）を有効に防止できる及びカーボンの腐食が起こり難いという意味では、アノード触媒層および／またはカソード触媒層と電解質膜との間に、第一または第二のガスケット層の少なくとも一方が挿入されていることが好ましい。この点では、（１）及び（３）の組み合わせが好ましい。また、カーボンの腐食の抑制効果はやや劣るものの、製造は容易であるという点では、上記（２）の組み合わせが好ましく使用される。
【００３６】
また、本発明では、カソード触媒層の端部に第一のガスケット層、及び好ましくはアノード触媒層の端部に第二のガスケット層を形成することによって有効アノード触媒層及び有効カソード触媒層を容易にかつ正確に調節できる。このため、各触媒層の端部が電解質膜−電極接合体の厚み方向に対して同位置で終結するように、各触媒層を予め正確に位置合わせしなければいけない必要がないため、工業的な大量生産を考慮すると非常に望ましい。即ち、カソード触媒層の端部とアノード触媒層の端部とは、電解質膜−電極接合体の厚み方向に対して、ほぼ同位置で終結していてもよいが、カソード触媒層の端部とアノード触媒層の端部の位置が異なっていてもよい。このような場合であっても、ガスケット層を、各触媒層が所望の大きさ及び位置関係にあるように、触媒層端部に適宜形成すればよいからである。この際、アノード触媒層の端部は、電解質膜−電極接合体の厚み方向に対して、カソード触媒層の端部を超えて終結することが好ましい。上述したように、本発明では、有効アノード触媒層の面積が有効カソード触媒層の面積よりも大きいことが必須であるため、このようにカソード触媒層を予めアノード触媒層の大きさより小さくしておくことにより、使用する触媒や電解質の量を少なく抑えられ、また、ガスケット層部分との重複も少なくできるため、経済的に好ましい。
【００３７】
以上、図面を参照しながら本発明のＭＥＡの好ましい形態を説明したが、本発明を実施するにあたっては、各図面により示される具体的な特徴を組み合わせて用いてもよいことは勿論である。その際の組み合わせの具体例についても特に制限はなく、本発明の作用効果を失わない限り、任意の組み合わせが採用されうる。
【００３８】
本発明の電解質膜−電極接合体は、公知の方法と同様にしてあるいは適宜修飾した方法を使用することにより製造できる。具体的には、高分子電解質膜上に、カソード触媒層、アノード触媒層及び第一のガスケット層、ならびに必要であれば第二のガスケット層を、適当な配列、例えば、上記したような配列で順次形成する方法が使用できる。この際、必要に応じて所望の構成要素を所望の厚みとなるように加工し、ＭＥＡの作製に用いればよい。各構成要素の一部を薄くする加工技術については特に制限はなく、従来公知の知見が適宜参照されうる。かような加工技術の一例としては、例えば、電解質膜やガスケット層などの高分子材料については、熱間プレス、冷間プレスという手法や、キャスト法という手法が挙げられるが、その他の手法が用いられても、勿論よい。また、触媒層に関しては、ダイコータ法やスプレー塗布法、転写法などの手法により、薄く加工する部分については他の部分より、塗布量を減少させる等の方法で所望の厚みを得る。
【００３９】
したがって、本発明のＭＥＡは、所望のサイズに加工された構成要素（例えば、高分子電解質膜、触媒層、ガスケット層など）を用いて、例えば、高分子電解質膜の一方の面の端部に、第一のガス不透過層に第一の接着剤層が形成されてなる第一のガスケット層を、前記第一の接着剤層と前記高分子電解質膜とが向かい合うように配置し、前記高分子電解質膜の他方の面の端部に、第二のガス不透過層に第二の接着剤層が形成されてなる第二のガスケット層を、前記第二の接着剤層と前記高分子電解質膜とが向かい合うように配置して、積層体を形成する配置工程；前記積層体をプレスすることにより、前記第一のガスケット層および前記第二のガスケット層と前記高分子電解質膜とを接着させる接着工程；並びに、前記第一のガスケット層の内端部を被覆するようにカソード触媒層を形成し、前記第二のガスケット層の内端部を被覆するようにアノード触媒層を形成する触媒層形成工程、を有し、かつ、前記第一のガスケット層および前記第二のガスケット層は、有効アノード触媒層の面積が有効カソード触媒層の面積よりも大きくなるように接着される、ＭＥＡの製造方法（以下、「第一の製造方法」とも称する）によって製造されうる。
【００４０】
また、本発明のＭＥＡは、カソード触媒層およびアノード触媒層のそれぞれを、高分子電解質膜のそれぞれの面に形成する触媒層形成工程；第一のガス不透過層に第一の接着剤層が形成されてなる第一のガスケット層を、前記第一の接着剤層と前記高分子電解質膜とが向かい合い、かつ前記カソード触媒層の端部が前記第一の接着剤層により被覆されるように配置し、第二のガスケット層本体に第二の接着剤層が形成されてなる第二のガスケット層を、前記第二の接着剤層と前記高分子電解質膜とが向かい合い、かつ前記アノード触媒層の端部が前記第二の接着剤層により被覆され、かつ有効アノード触媒層の面積が有効カソード触媒層の面積よりも大きくなるように配置して、積層体を形成する配置工程；並びに、前記積層体をプレスすることにより、前記第一のガスケット層および前記第二のガスケット層と前記高分子電解質膜とを接着させる接着工程、を有する、ＭＥＡの製造方法（以下、「第二の製造方法」とも称する）によって製造されうる。
【００４１】
さらに、本発明のＭＥＡは、高分子電解質膜の一方の面の端部に、第一のガス不透過層に第一の接着剤層が形成されてなる第一のガスケット層を、前記第一の接着剤層と前記高分子電解質膜とが向かい合うように配置した後、前記第一のガスケット層の内端部を被覆するようにカソード触媒層を形成するカソード触媒層形成工程；前記高分子電解質膜の他方の面にアノード触媒層を形成した後、第二のガス不透過層に第二の接着剤層が形成されてなる第二のガスケット層を、前記第二の接着剤層と前記高分子電解質膜とが向かい合い、かつ前記アノード触媒層の端部が前記第二の接着剤層により被覆され、かつ有効アノード触媒層の面積が有効カソード触媒層の面積よりも大きくなるように配置して、積層体を形成するアノード触媒層形成工程；並びに、前記積層体をプレスすることにより、前記第一のガスケット層および前記第二のガスケット層と前記高分子電解質膜とを接着させる接着工程、を有する、ＭＥＡの製造方法（以下、「第三の製造方法」とも称する）によって製造されうる。
【００４２】
本発明の方法によると、カソード触媒層、第一のガスケット層、アノード触媒層、及び必要であれば第二のガスケット層を、所望の順番で正確にかつ容易に配置できる。また、第一のガスケット層及び第二のガスケット層を、カソード触媒層及びアノード触媒層の端部にそれぞれ配置することによって、有効カソード触媒層及び有効アノード触媒層が所望の面積になるように正確に規定することができる。
【００４３】
本発明の方法において、カソード触媒層の端部に第一のガスケット層、及び好ましくはアノード触媒層の端部に第二のガスケット層を形成するため、各触媒層の位置合わせが正確である必要は必ずしもない。即ち、カソード触媒層の端部とアノード触媒層の端部とが、電解質膜−電極接合体の厚み方向に対して、ほぼ同位置で終結していてもよいが、カソード触媒層の端部とアノード触媒層の端部の位置がずれていてもよい。このような場合であっても、ガスケット層を、各触媒層が所望の大きさ及び位置にあるように、触媒層端部に適宜形成すればよいからである。この際、アノード触媒層の端部が、電解質膜−電極接合体の厚み方向に対して、カソード触媒層の端部を超えて終結することが好ましい。上述したように、本発明では、有効アノード触媒層の面積が有効カソード触媒層の面積よりも大きいことが必須であるため、このようにカソード触媒層を予めアノード触媒層の大きさより小さくしておくことにより、使用する触媒や電解質の量を少なく抑えられ、また、ガスケット層部分との重複も少なくできるため、経済的に好ましい。
【００４４】
本発明において、カソード触媒層に用いられる触媒成分は、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば特に制限はなく公知の触媒が同様にして使用できる。また、アノード触媒層に用いられる触媒成分もまた、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば特に制限はなく公知の触媒が同様にして使用できる。具体的には、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、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、アルミニウム等の金属、及びそれらの合金等などから選択される。これらのうち、触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好ましく用いられる。前記合金の組成は、合金化する金属の種類にもよるが、白金が３０〜９０原子％、合金化する金属が１０〜７０原子％とするのがよい。カソード触媒をして合金を使用する場合の合金の組成は、合金化する金属の種類などによって異なり、当業者が適宜選択できるが、白金が３０〜９０原子％、合金化する他の金属が１０〜７０原子％とすることが好ましい。なお、合金とは、一般に金属元素に１種以上の金属元素または非金属元素を加えたものであって、金属的性質をもっているものの総称である。合金の組織には、成分元素が別個の結晶となるいわば混合物である共晶合金、成分元素が完全に溶け合い固溶体となっているもの、成分元素が金属間化合物または金属と非金属との化合物を形成しているものなどがあり、本願ではいずれであってもよい。この際、カソード触媒層に用いられる触媒成分及びアノード触媒層に用いられる触媒成分は、上記の中から適宜選択できる。以下の説明では、特記しない限り、カソード触媒層及びアノード触媒層用の触媒成分についての説明は、両者について同様の定義であり、一括して、「触媒成分」と称する。しかしながら、カソード触媒層及びアノード触媒層用の触媒成分は同一である必要はなく、上記したような所望の作用を奏するように、適宜選択される。
【００４５】
触媒成分の形状や大きさは、特に制限されず公知の触媒成分と同様の形状及び大きさが使用できるが、触媒成分は、粒状であることが好ましい。この際、触媒インクに用いられる触媒粒子の平均粒子径は、小さいほど電気化学反応が進行する有効電極面積が増加するため酸素還元活性も高くなり好ましいが、実際には平均粒子径が小さすぎると却って酸素還元活性が低下する現象が見られる。従って、触媒インクに含まれる触媒粒子の平均粒子径は、１〜３０ｎｍ、より好ましくは１．５〜２０ｎｍ、さらにより好ましくは２〜１０ｎｍ、特に好ましくは２〜５ｎｍの粒状であることが好ましい。担持の容易さという観点から１ｎｍ以上であることが好ましく、触媒利用率の観点から３０ｎｍ以下であることが好ましい。なお、本発明における「触媒粒子の平均粒径」は、Ｘ線回折における触媒成分の回折ピークの半値幅より求められる結晶子径あるいは透過型電子顕微鏡像より調べられる触媒成分の粒子径の平均値により測定することができる。
【００４６】
本発明において、上述した触媒粒子は導電性担体に担持された電極触媒として触媒インクに含まれる。
【００４７】
前記導電性担体としては、触媒粒子を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、集電体として十分な電子導電性を有しているものであればよく、主成分がカーボンであるのが好ましい。具体的には、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛などからなるカーボン粒子が挙げられる。なお、本発明において「主成分がカーボンである」とは、主成分として炭素原子を含むことをいい、炭素原子のみからなる、実質的に炭素原子からなる、の双方を含む概念である。場合によっては、燃料電池の特性を向上させるために、炭素原子以外の元素が含まれていてもよい。なお、実質的に炭素原子からなるとは、２〜３質量％程度以下の不純物の混入が許容されることを意味する。
【００４８】
前記導電性担体のＢＥＴ比表面積は、触媒成分を高分散担持させるのに十分な比表面積であればよいが、好ましくは２０〜１６００ｍ２／ｇ、より好ましくは８０〜１２００ｍ２／ｇとするのがよい。前記比表面積が、２０ｍ２／ｇ未満であると前記導電性担体への触媒成分および固体高分子電解質の分散性が低下して十分な発電性能が得られない恐れがあり、１６００ｍ２／ｇを超えると触媒成分および固体高分子電解質の有効利用率が却って低下する恐れがある。
【００４９】
また、前記導電性担体の大きさは、特に限定されないが、担持の容易さ、触媒利用率、電極触媒層の厚みを適切な範囲で制御するなどの観点からは、平均粒子径が５〜２００ｎｍ、好ましくは１０〜１００ｎｍ程度とするのがよい。
【００５０】
前記導電性担体に触媒成分が担持された電極触媒において、触媒成分の担持量は、電極触媒の全量に対して、好ましくは１０〜８０質量％、より好ましくは３０〜７０質量％とするのがよい。前記担持量が、８０質量％を超えると、触媒成分の導電性担体上での分散度が下がり、担持量が増加するわりに発電性能の向上が小さく経済上での利点が低下する恐れがある。また、前記担持量が、１０質量％未満であると、単位質量あたりの触媒活性が低下して所望の発電性能を得るために多量の電極触媒が必要となり好ましくない。なお、触媒成分の担持量は、誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰ）によって調べることができる。
【００５１】
本発明のカソード触媒層／アノード触媒層（以下、単に「触媒層」とも称する）には、電極触媒の他に、高分子電解質が含まれる。前記高分子電解質としては、特に限定されず公知のものを用いることができるが、少なくとも高いプロトン伝導性を有する部材であればよい。この際使用できる固体高分子電解質は、ポリマー骨格の全部又は一部にフッ素原子を含むフッ素系電解質と、ポリマー骨格にフッ素原子を含まない炭化水素系電解質とに大別される。
【００５２】
前記フッ素系電解質として、具体的には、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成株式会社製）、フレミオン（登録商標、旭硝子株式会社製）等のパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー、ポリトリフルオロスチレンスルフォン酸系ポリマー、パーフルオロカーボンホスホン酸系ポリマー、トリフルオロスチレンスルホン酸系ポリマー、エチレンテトラフルオロエチレン−ｇ−スチレンスルホン酸系ポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオリド−パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーなどが好適な一例として挙げられる。
【００５３】
前記炭化水素系電解質として、具体的には、ポリスルホンスルホン酸、ポリアリールエーテルケトンスルホン酸、ポリベンズイミダゾールアルキルスルホン酸、ポリベンズイミダゾールアルキルホスホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリエーテルエーテルケトンスルホン酸、ポリフェニルスルホン酸等が好適な一例として挙げられる。
【００５４】
固体高分子電解質は、耐熱性、化学的安定性などに優れることから、フッ素原子を含むのが好ましく、なかでも、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成株式会社製）、フレミオン（登録商標、旭硝子株式会社製）などのフッ素系電解質が好ましく挙げられる。
【００５５】
また、導電性担体への触媒成分の担持は公知の方法で行うことができる。例えば、含浸法、液相還元担持法、蒸発乾固法、コロイド吸着法、噴霧熱分解法、逆ミセル（マイクロエマルジョン法）などの公知の方法が使用できる。または、電極触媒は、市販品を用いてもよい。
【００５６】
本発明の方法では、上記したような電極触媒、固体高分子電解質及び溶剤からなる触媒インクを、高分子電解質膜表面（あるいはガスケット層を部分的に被覆するような状態で高分子電解質膜表面）に塗布することによって、触媒層が形成される。この際、溶剤としては、特に制限されず、触媒層を形成するのに使用される通常の溶剤が同様にして使用できる。具体的には、水、シクロヘキサノールやエタノールや２−プロパノール等の低級アルコールが使用できる。また、溶剤の使用量もまた、特に制限されず公知と同様の量が使用できるが、触媒インクにおいて、電極触媒は、所望の作用、即ち、水素の酸化反応（アノード側）及び酸素の還元反応（カソード側）を触媒する作用を十分発揮できる量であればいずれの量で、使用されてもよい。電極触媒が、触媒インク中、５〜３０質量％、より好ましくは９〜２０質量％となるような量で存在することが好ましい。
【００５７】
本発明の触媒インクは、増粘剤を含んでもよい。増粘剤の使用は、触媒インクが転写用台紙上にうまく塗布できない場合などに有効である。この際使用できる増粘剤は、特に制限されず、公知の増粘剤が使用できるが、例えば、グリセリン、エチレングリコール（ＥＧ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、プロピレングリコール（ＰＧ）などが挙げられる。増粘剤を使用する際の、増粘剤の添加量は、本発明の上記効果を妨げない程度の量であれば特に制限されないが、触媒インクの全質量に対して、好ましくは５〜２０質量％である。
【００５８】
本発明の触媒インクは、電極触媒、電解質及び溶剤、ならびに必要であれば撥水性高分子および／または増粘剤、が適宜混合されたものであればその調製方法は特に制限されない。例えば、電解質を極性溶媒に添加し、この混合液を加熱・攪拌して、電解質を極性溶媒に溶解した後、これに電極触媒を添加することによって、触媒インクが調製できる。または、電解質を、溶剤中に一旦分散／懸濁された後、上記分散／懸濁液を電極触媒と混合して、触媒インクを調製してもよい。また、電解質が予め上記他の溶媒中に調製されている市販の電解質溶液（例えば、デュポン製のＮａｆｉｏｎ溶液：１−プロパノール中に５ｗｔ％の濃度でＮａｆｉｏｎが分散／懸濁したもの）をそのまま上記方法に使用してもよい。
【００５９】
上記したような触媒インクを、高分子電解質膜上に、あるいはガスケット層の一部を被覆しながら高分子電解質膜上に、塗布して、各触媒層が形成される。この際、高分子電解質膜上へのカソード／アノード触媒層の形成条件は、特に制限されず、公知の方法が同様にしてあるいは適宜修飾を加えて使用できる。例えば、触媒インクを高分子電解質膜上に、乾燥後の厚みが５〜２０μｍになるように、塗布し、真空乾燥機内にてまたは減圧下で、２５〜１５０℃、より好ましくは６０〜１２０℃で、５〜３０分間、より好ましくは１０〜２０分間、乾燥する。なお、上記工程において、触媒層の厚みが十分でない場合には、所望の厚みになるまで、上記塗布・乾燥工程を繰り返す。
【００６０】
また、本発明において、ガスケット層は、気体、特に酸素や水素ガスに対して不透過であればよいが、一般的には、高分子電解質膜やカソード／アノード触媒層の端部との接着を目的とする接着層及びガス不透過材料からなる不透過層から構成される。この際、不透過層を構成する材料は、膜にした際に酸素や水素ガスに対して不透過性を示すものであれば特に制限されない。具体的には、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、（ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが挙げられる。また、接着層に使用できる材料もまた、高分子電解質膜やカソード／アノード触媒層と、ガスケット層を密接に接着できるものであれば特に制限されないが、ポリオレフィン、ポリプロピレン、熱可塑性エラストマー等のホットメルト系接着剤、アクリル系接着剤、ポリエステル、ポリオレフィン等のオレフィン系接着剤などが使用できる。
【００６１】
ガスケット層の形成方法は、特に制限されず、公知の方法が使用できる。例えば、高分子電解質膜上に、あるいは触媒層の端部を被覆しながら高分子電解質膜上に、上記接着剤を、５〜３０μｍの厚みになるように塗布した後、上記したようなガス不透過材料を１０〜２００μｍの厚みになるように塗布し、これを２５〜１５０℃で、１０秒〜１０分間加熱することによって硬化させる方法が使用できる。または、予め、ガス不透過材料をシート状に成形した後に、この不透過膜に接着剤を塗布して、ガスケット層を形成した後、これを高分子電解質膜上に、あるいはガスケット層の一部を被覆しながら高分子電解質膜上に、貼り合わせてもよい。この際、不透過層の厚みは、特に制限されないが、１５〜４０μｍが好ましく、また、接着層もまた、特に制限されないが、１０〜２５μｍが好ましい。
【００６２】
なお、上記では、直接塗布することにより、高分子電解質膜に、直接アノード／カソード触媒層またはガスケット層を形成する方法について述べてきたが、本発明のＭＥＡは、転写法などの他の方法によって製造されてもよい。このような場合の製造方法は、特に制限されず、公知の転写方法が同様にしてあるいは適宜修飾を加えて使用できるが、例えば、以下のような方法が使用できる。すなわち、上記で調製したような触媒インクを転写用台紙上に塗布・乾燥して、電極触媒層を形成する。この際、転写用台紙としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）シート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シート等の、ポリエステルシートなどの公知のシートが使用できる。なお、転写用台紙は、使用する触媒インク（特にインク中のカーボン等の導電性担体）の種類に応じて適宜選択される。また、上記工程において、電極触媒層の厚みは、水素の酸化反応（アノード側）及び酸素の還元反応（カソード側）の触媒作用が十分発揮できる厚みであれば特に制限されず、従来と同様の厚みが使用できる。具体的には、電極触媒層の厚みは、１〜３０μｍ、より好ましくは１〜２０μｍである。また、転写用台紙上への触媒インクの塗布方法は、特に制限されず、スクリーン印刷法、沈積法、あるいはスプレー法などの公知の方法が同様にして適用できる。また、塗布された電極触媒層の乾燥条件もまた、電極触媒層から極性溶媒を完全に除去できる条件であれば特に制限されない。具体的には、触媒インクの塗布層（電極触媒層）を真空乾燥機内にて、室温〜１００℃、より好ましくは５０〜８０℃で、３０〜６０分間、乾燥する。この際、触媒層の厚みが十分でない場合には、所望の厚みになるまで、上記塗布・乾燥工程を繰り返す。次に、このようにして作製された電極触媒層で高分子電解質膜を挟持した後、当該積層についてホットプレスを行なう。この際、ホットプレス条件は、電極触媒層及び高分子電解質膜が十分密接に接合できる条件であれば特に制限されないが、１００〜２００℃、より好ましくは１１０〜１７０℃で、電極面に対して１〜５ＭＰａのプレス圧力で行なうのが好ましい。これにより高分子電解質膜と電極触媒層との接合性を高めることができる。ホットプレスを行なった後、転写用台紙を剥がすことにより、電極触媒層と高分子電解質膜とからなるＭＥＡを得ることができる。
【００６３】
なお、本発明によるＭＥＡは、下記に詳述されるように、一般的にガス拡散層をさらに有してもよく、この際、ガス拡散層は、上記方法において、転写用台紙を剥がし、得られた接合体をさらにガス拡散層で挟持することによって、電極触媒層と高分子電解質膜との接合後にさらに各電極触媒層に接合することが好ましい。または、電極触媒層を予めガス拡散層表面上に形成して電極触媒層−ガス拡散層接合体を製造した後、上記したのと同様にして、この電極触媒層−ガス拡散層接合体で高分子電解質膜をホットプレスにより挟持・接合することもまた好ましい。
【００６４】
この際、ＭＥＡに用いられるガス拡散層としては、特に限定されず公知のものが同様にして使用でき、例えば、炭素製の織物、紙状抄紙体、フェルト、不織布といった導電性及び多孔質性を有するシート状材料を基材とするものなどが挙げられる。前記基材の厚さは、得られるガス拡散層の特性を考慮して適宜決定すればよいが、３０〜５００μｍ程度とすればよい。厚さが、３０μｍ未満であると十分な機械的強度などが得られない恐れがあり、５００μｍを超えるとガスや水などが透過する距離が長くなり望ましくない。
【００６５】
電極触媒層をガス拡散層表面上に形成する方法は、特に制限されず、スクリーン印刷法、沈積法、スプレー法などの公知の方法が同様にして適用できる。また、電極触媒層のガス拡散層表面上への形成条件は、特に制限されず、上記したような具体的な形成方法によって従来と同様の条件が適用できる。
【００６６】
前記ガス拡散層は、撥水性をより高めてフラッディング現象などを防ぐことを目的として、前記基材に撥水剤を含ませることが好ましい。前記撥水剤としては、特に限定されないが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリヘキサフルオロプロピレン、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）などのフッ素系の高分子材料、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。
【００６７】
本発明のＭＥＡがこのようにガス拡散層を有する場合、ガス拡散層の厚みを制御することによっても、上述したのと同様に、ＭＥＡの厚みの均一化が図られる。具体的には、図１１に示す形態が例示される。図１１に示す形態のＭＥＡは、図８に示す形態の電解質膜−電極接合体のカソード触媒層および第一のガスケット層に隣接するようにガス拡散層（以下、「第一のガス拡散層」とも称する）が配置されており、アノード触媒層および第二のガスケット層に隣接するようにガス拡散層（以下、「第二のガス拡散層」とも称する）が配置されている。そして、第一のガス拡散層の厚みが、第一のガスケット層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されており、かつ、第二のガス拡散層の厚みが、第二のガスケット層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されている。これにより、ＭＥＡにおいて、カソード触媒層と第一のガスケット層との重複部位の厚み、及びアノード触媒層と第二のガスケット層との重複部位の厚みが、非重複部位の厚みと略等しくなっている。
【００６８】
しかしながら、ＭＥＡを構成する高分子電解質膜、触媒層、およびガスケット層のいずれの厚みも制御されていない積層体を用い、ガス拡散層の厚みを制御するのみで同様の効果を得ることも可能である。かような形態においては、触媒層とガスケット層との重複部位に対応する部位の厚みが低減されたガス拡散層を採用すればよい。
【００６９】
また、撥水性をより向上させるために、前記ガス拡散層は、前記基材上に撥水剤を含むカーボン粒子の集合体からなるカーボン粒子層を有するものであってもよい。
【００７０】
前記カーボン粒子としては、特に限定されず、カーボンブラック、黒鉛、膨張黒鉛などの従来一般的なものであればよい。なかでも、電子伝導性に優れ、比表面積が大きいことから、オイルファーネスブラック、チャネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックが好ましく挙げられる。前記カーボン粒子の粒径は、１０〜１００ｎｍ程度とするのがよい。これにより、毛細管力による高い排水性が得られるとともに、触媒層との接触性も向上させることが可能となる。
【００７１】
前記カーボン粒子層に用いられる撥水剤としては、前記基材に用いられる上述した撥水剤と同様のものが挙げられる。なかでも、撥水性、電極反応時の耐食性などに優れることから、フッ素系の高分子材料が好ましく用いられる。
【００７２】
前記カーボン粒子層における、カーボン粒子と撥水剤との混合比は、カーボン粒子が多過ぎると期待するほど撥水性が得られない恐れがあり、撥水剤が多過ぎると十分な電子伝導性が得られない恐れがある。これらを考慮して、カーボン粒子層におけるカーボン粒子と撥水剤との混合比は、質量比で、９０：１０〜４０：６０程度とするのがよい。
【００７３】
前記カーボン粒子層の厚さは、得られるガス拡散層の撥水性を考慮して適宜決定すればよい。
【００７４】
ガス拡散層に撥水剤を含有させる場合には、一般的な撥水処理方法を用いて行えばよい。例えば、ガス拡散層に用いられる基材を撥水剤の分散液に浸漬した後、オーブン等で加熱乾燥させる方法などが挙げられる。
【００７５】
ガス拡散層において基材上にカーボン粒子層を形成する場合には、カーボン粒子、撥水剤等を、水、パーフルオロベンゼン、ジクロロペンタフルオロプロパン、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒などの溶媒中に分散させることによりスラリーを調製し、前記スラリーを基材上に塗布し乾燥、もしくは、前記スラリーを一度乾燥させ粉砕することで粉体にし、これを前記ガス拡散層上に塗布する方法などを用いればよい。その後、マッフル炉や焼成炉を用いて２５０〜４００℃程度で熱処理を施すのが好ましい。
【００７６】
なお、ガス拡散層にかようなカーボン層を配置する場合には、当該カーボン層の厚みを制御することによっても、上述したのと同様に、ＭＥＡの厚みの均一化が図られる。具体的には、図１２に示す形態が例示される。図１２に示す形態のＭＥＡは、図８に示す形態の電解質膜−電極接合体のカソード触媒層および第一のガスケット層に隣接するように、カーボン層（第一のカーボン層）を有する第一のガス拡散層が配置されており、アノード触媒層および第二のガスケット層に隣接するように、カーボン層（第二のカーボン層）を有する第二のガス拡散層が配置されている。そして、第一のカーボン層の厚みが、第一のガスケット層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されており、かつ、第二のカーボン層の厚みが、第二のガスケット層との重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成されている。これにより、ＭＥＡにおいて、カソード触媒層と第一のガスケット層との重複部位の厚み、及びアノード触媒層と第二のガスケット層との重複部位の厚みが、非重複部位の厚みと略等しくなっている。
【００７７】
なお、ここでは多孔質性シートにカーボン層が配置されてなる従来のガス拡散層においてカーボン層の厚みを制御する形態を例に挙げて詳細に説明したが、かような形態のみには制限されない。従って、ガス拡散層が、ガス拡散性の異なる複数のガス拡散層からなり、前記複数のガス拡散層のうち少なくとも一層の厚みを、少なくとも前記重複部位において自身の他の部位よりも薄く形成される形態であれば、本発明の技術的範囲に含まれる。この際、ガス拡散層を構成する複数の層のうち、ガス透過性のより小さい層の厚みを薄くすると、製造が簡便であるため好ましい。これは、一般的に、電気化学反応で生成した水分を速やかにセパレータ流路に排出するためには、ガス透過性がより小さい層が触媒層側に配置されることが効果的であり、ガス透過性が相対的に大きいガス拡散層が燃料電池セパレータと接触することが多い。前記ガス透過性が小さいガス拡散層は製造工程において、ガス透過性が大きいガス拡散層を基材として、転写法、ダイコータ法、スプレー塗布法等により、後工程で形成されることが多い。これら工法によれば、厚さの制御が容易であるという理由による。例えば図１２を用いて説明すると、ガス拡散層は、ガス拡散層の主層に加えてカーボン層を有しているが、当該カーボン層はガス拡散層の主層よりもガス透過性が小さく、ガス透過性のより小さいカーボン層の厚みが制御されているのである。
【００７８】
なお、ガス拡散層におけるガス透過性とは、ガス拡散層を透過するガスの流量を意味する。透過するガスの流量が大きい層はガス透過性能が大きく、透過するガスの流量が小さい層はガス透過性能が小さい。また、ガス透過性はガス拡散層における空孔の大きさと相関する。ガス透過性が高い層では一般的に空孔径が大きく、ガス透過性が低い層では一般的に空孔径が小さい。また、ガス拡散層が複数の層から構成される場合、各層のガス透過性は、ガーレ式、ダルシー式等の手法により測定されうる。
【００７９】
本発明の電解質膜−電極接合体によれば、上述した通り、電解質膜−電極接合体に含まれる電解質成分の劣化が抑制され、好ましくは、触媒担体として用いられるカーボン担体の腐食もまた抑制されうる。また、ガスケット層を設けることにより、触媒層の面積および配置を容易に決定することが可能となり、各触媒層を予め正確に位置合わせしなければならない必要がないため、工業的な大量生産を考慮すると非常に望ましい。さらに、触媒層とガスケット層との重複部位において、各構成要素の厚さが制御されている。これにより、ＭＥＡの厚さの均一性の向上が図られ、ＭＥＡの構成の複雑化に伴って生じるセルやスタックの体積増加、及び発電性能の低下を最小限に抑制しうるＭＥＡを提供することが可能となる。従って、かような電解質膜−電極接合体を用いることにより、製造工程が容易であり、小型化が可能で、かつ発電性能にも優れる信頼性の高い高分子電解質型燃料電池を提供することができる。前記燃料電池の種類としては、特に限定されず、上記した説明中では固体高分子型燃料電池を例に挙げて説明したが、この他にも、アルカリ型燃料電池、リン酸型燃料電池に代表される酸型電解質の燃料電池、ダイレクトメタノール燃料電池、マイクロ燃料電池などが挙げられる。なかでも小型かつ高密度・高出力化が可能であるから、固体高分子型燃料電池が好ましく挙げられる。また、前記燃料電池は、搭載スペースが限定される車両などの移動体用電源の他、定置用電源などとして有用であるが、特にシステムの起動／停止や出力変動が頻繁に発生する自動車用途で特に好適に使用できる。
【００８０】
前記燃料電池の構成としては、特に限定されず、従来公知の技術を適宜利用すればよいが、一般的にはＭＥＡをセパレータで挟持した構造を有する。
【００８１】
前記セパレータとしては、緻密カーボングラファイト、炭素板等のカーボン製や、ステンレス等の金属製のものなど、従来公知のものであれば制限なく用いることができる。セパレータは、空気と燃料ガスとを分離する機能を有するものであり、それらの流路を確保するための流路溝が形成されてもよい。セパレータの厚さや大きさ、流路溝の形状などについては、特に限定されず、得られる燃料電池の出力特性などを考慮して適宜決定すればよい。
【００８２】
また、各触媒層に供給されるガスが外部にリークするのを防止するために、ガスケット層上にさらにガスシール部が設けられてもよい。前記ガスシール部を構成する材料としては、フッ素ゴム、シリコンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリイソブチレンゴムなどのゴム材料、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリヘキサフルオロプロピレン、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）などのフッ素系の高分子材料、ポリオレフィンやポリエステルといった熱可塑性樹脂などが挙げられる。また、ガスシール部の厚さとしては、５０μｍ〜２ｍｍ程度、望ましくは１００μｍ〜１ｍｍ程度とすればよい。
【００８３】
さらに、燃料電池が所望する電圧等を得られるように、セパレータを介してＭＥＡを複数積層して直列に繋いだスタックを形成してもよい。燃料電池の形状などは、特に限定されず、所望する電圧などの電池特性が得られるように適宜決定すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）は、小型化が可能であり、かつ発電性能にも優れることから、燃料電池に好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】ＯＣＶ保持時の酸素のクロスリークを示す説明図である。
【図２】長期放置後のアノード／カソードのガス雰囲気、ならびに長期放置後の起動時のアノード／カソードのガス雰囲気と局部電池状態、を示す説明図である。
【図３】局部電池において生じる電気化学反応を示す説明図である。
【図４】本発明のＭＥＡにおける有効カソード触媒層、有効アノード触媒層、カソード触媒層及びアノード触媒層の配置を示す図である。
【図５】本発明の好ましい実施態様によるＭＥＡの構造を示す図である。
【図６】本発明の他の好ましい実施態様によるＭＥＡの構造を示す図である。
【図７】本発明のさらに他の好ましい実施態様によるＭＥＡの構造を示す図である。
【図８】本発明のさらに他の好ましい実施態様によるＭＥＡの構造を示す図である。
【図９】本発明のさらに他の好ましい実施態様によるＭＥＡの構造を示す図である。
【図１０】本発明のさらに他の好ましい実施態様によるＭＥＡの構造を示す図である。
【図１１】本発明のさらに他の好ましい実施態様によるＭＥＡの構造を示す図である。
【図１２】本発明のさらに他の好ましい実施態様によるＭＥＡの構造を示す図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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