(57)【要約】【課題】触媒層が微細気孔を持って触媒層表面で水素及び酸化剤の濃度を高く維持して高出力を示すことができる燃料電池用膜-電極接合体及び前記膜-電極接合体を含む燃料電池システムを提供する。【解決手段】本発明は燃料電池用膜-電極接合体及びこれを含む燃料電池システムに関し、前記膜-電極接合体は互いに対向して位置したアノード及びカソードと、前記アノードとカソードとの間に位置した高分子電解質膜とを含み、前記アノードとカソードのうちの少なくともある一つは金属触媒及び微細多孔性イオノマ層を含む触媒層及び電極基材を含む。【選択図】図３
2006147560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して配置されたアノード及びカソード、及び前記アノードと前記カソードとの間に位置した高分子電解質膜を含み、
前記アノードとカソードのうちの少なくとも一つは金属触媒及び微細多孔性イオノマ層を含む触媒層と、電極基材と、
を含むことを特徴とする燃料電池用膜／電極接合体。
【請求項２】
前記微細多孔性イオノマ層は、４０〜８０体積％の気孔度を有することを特徴とする請求項１に記載された燃料電池用膜／電極接合体。
【請求項３】
前記微細多孔性イオノマ層は、気孔の大きさが１０〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載された燃料電池用膜／電極接合体。
【請求項４】
前記微細多孔性イオノマ層は、前記金属触媒の表面に存在することを特徴とする請求項１に記載された燃料電池用膜／電極接合体。
【請求項５】
前記微細多孔性イオノマ層は、
前記金属触媒、イオノマ及び可塑剤を含む触媒層形成用組成物を電極基材に塗布して電極を製造し、前記可塑剤を抽出して得られたものであることを特徴とする請求項１に記載された燃料電池用膜／電極接合体。
【請求項６】
前記可塑剤はＣ１乃至C１０のポリアルキレングリコール;C１乃至C１０のポリアルキレンオキシド;C１乃至C１０のポリ（アルキル）アクリル酸;スルホン酸基を有する芳香族又はフッ素高分子;セルロース系高分子単独及び少なくともこれらの２種以上の共重合体からなる群より選択された１種以上の親水性高分子であることを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池用膜-電極接合体。
【請求項７】
前記可塑剤の抽出は前記電極を抽出溶媒に浸漬して行われる、請求項５に記載の燃料電池用膜-電極接合体。
【請求項８】
前記可塑剤の抽出溶媒はアルコール系溶媒、エーテル系溶媒、テトラヒドロフラン及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項７に記載の燃料電池用膜-電極接合体。
【請求項９】
前記可塑剤とイオノマは２０乃至７０:３０乃至８０の重量比で使用される、請求項５に記載の燃料電池用膜-電極接合体。
【請求項１０】
前記金属触媒は担体に担持された貴金属触媒を含む、請求項１に記載の燃料電池用膜-電極接合体。
【請求項１１】
前記電極基材は導電性基材からなり、撥水処理された炭素紙又は炭素布である、請求項１に記載の燃料電池用膜-電極接合体。
【請求項１２】
前記高分子電解質膜はペルフルオロ系高分子、ベンズイミダゾール系高分子、ポリエーテル系高分子、ポリイミド系高分子、ポリエーテルイミド系高分子、ポリアミド系高分子、ポリフェニレンスルフィド系高分子、ポリスルホン系高分子、ポリエーテルスルホン系高分子、ポリエーテルケトン系高分子、ポリエーテル-エーテルケトン系高分子、ポリフェニルキノキサリン系高分子及びこれらの混合物の中で選択される水素イオン伝導性高分子を含むものである、請求項１に記載の燃料電池用膜-電極接合体。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項による膜-電極接合体と;
セパレータを含み、水素と酸素の電気化学的反応を通じて電気を生成させる少なくとも一つの電気発生部と;
水素を前記電気発生部に供給する燃料供給部と;
酸素を前記電気発生部に供給する酸素供給部とを含む燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池用膜／電極接合体及びこれを含む燃料電池システムに関し、より詳しくは高出力の燃料電池用膜／電極接合体を製造することができる燃料電池用膜／電極接合体及びこれを含む燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素又はメタノール、エタノール、天然気体のような炭化水素系の物質と、酸化剤と、の電気化学的酸化／還元反応を通じて電気エネルギーを生成させる発電システムである。
【０００３】
燃料電池は、使用される電解質の種類によって、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、高分子電解質型又はアルカリ型燃料電池などに分類される。これら各々の燃料電池は根本的に同じ原理によって作動するが、使用される燃料の種類、運転温度、触媒、電解質などが互いに異なる。
【０００４】
これらのうち、近年開発されている高分子電解質型燃料電池（PEMFC）は他の燃料電池に比べて出力特性が非常に高くて作動温度が低く、同時に速い始動及び応答特性を有し、自動車のような移動用電源を始めて、住宅、公共建物のような分散用電源及び電子機器用のような小型電源など、その応用範囲が広いという長所を有する。
【０００５】
このような高分子電解質型燃料電池は基本的にシステムを構成するために、スタック、改質装置、燃料タンク及び燃料ポンプなどを備える。スタックは燃料電池の本体を形成し、燃料ポンプは燃料タンク内の燃料を改質装置に供給する。改質装置は燃料を改質して水素気体を発生させ、その水素気体をスタックに供給する。したがって、高分子電解質型燃料電池は燃料ポンプの作動で燃料タンク内の燃料を改質装置に供給し、この改質装置で燃料を改質して水素気体を発生させ、スタックでこの水素の酸化反応と酸化剤の還元反応を通じて電気エネルギーを発生させる。
【０００６】
一方、燃料電池は液状の燃料を直接スタックに供給できる直接酸化型燃料電池（DOFC）方式を採用することもできる。このような直接酸化型燃料方式の燃料電池は高分子電解質型燃料電池とは異なって、改質装置が不要である。
【０００７】
このような燃料電池システムにおいて、電気を実質的に発生させるスタックは膜／電極接合体（MEA）とセパレータ（二極式プレートとも言う）からなる単位セルが数個乃至数十個積層された構造を有する。前記膜／電極接合体は高分子電解質膜を間に置いてアノード（燃料極又は酸化電極とも言う）とカソード（空気極又は還元電極とも言う）が付着された構造を有する。
【０００８】
この時、前記膜／電極接合体は高分子電解質膜と炭素担持触媒電極層で構成される。前記高分子電解質膜としてはナフィオン（Nafion；デュポン社製造の商品名）、フレミオン（Flemion；旭硝子社製造の商品名）、アシプレックス（Asiplex；旭化成社製造の商品名）及びダウXUS（Dow XUS；ダウ化工株式会社製造の商品名）電解質膜のようなペルフルオロスルホン酸塩イオノマ膜が多く使用されている。炭素担持触媒電極層は多孔性の炭素紙又は炭素布等の電極支持体に白金（Ｐｔ）又はルテニウム（Ｒｕ）などの微細な触媒粒子を担持させた炭素粉末を撥水性結合剤で結合して使用している。
【０００９】
燃料電池で優れた性能を示すためには、触媒層において電気化学反応のための触媒の表面積が広くなければならず、触媒表面における反応物の濃度が高い状態に持続されなければならない。このためには触媒層にイオノマが位置して水素イオンの伝達を増加させることが好ましい。しかし、イオノマの含量が触媒層内で高まる場合、イオノマは触媒層を囲んで水素及び酸化剤のような反応物が触媒層表面まで伝達されるのに抵抗として作用する問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、このような従来技術の問題点を解決するために、本発明の目的は、触媒層が微細気孔を持って触媒層表面で水素及び酸化剤の濃度を高く維持して高出力を示すことができる燃料電池用膜-電極接合体を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、前記膜-電極接合体を含む燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の燃料電池用膜／電極接合体は互いに対向して位置したアノード及びカソードと、前記アノードとカソードとの間に位置した高分子電解質膜とを含む。前記アノードとカソードのうちの少なくともある一つは前記高分子電解質膜に接する触媒層と、前記触媒層の他の一面に接する電極基材を含む。前記触媒層は金属触媒及び微細多孔性イオノマ層を含む。
【００１３】
また、本発明は、前記燃料電池用膜／電極接合体及びセパレータを含み、燃料の酸化反応及び酸化剤の還元反応を通じて電気を生成させる少なくとも一つの電気発生部、水素又は酸素を前記電気発生部に供給する燃料供給部及び酸化剤を前記電気発生部に供給する酸化剤供給部を含む燃料電池システムを提供する。
【００１４】
前記微細多孔性イオノマ層は４０〜８０体積％の気孔度を有することが好ましい。
【００１５】
前記微細多孔性イオノマ層の気孔の大きさは、１０〜１０００ｎｍであることが好ましい。
【００１６】
前記微細多孔性イオノマ層は、触媒の表面に存在しても良い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池用電極は、微細気孔分布を有する微細多孔性イオノマ層を含んで微細気孔を通じて反応物が触媒表面に伝達されるのに容易であり、電極基材と触媒表面との距離が減少して反応物の伝達速度が速くなって電極表面で反応物の濃度を高く維持することができるので高出力の燃料電池用膜／電極接合体及び燃料電池システムを製造することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に係る燃料電池用膜／電極接合体、及びこれを含む燃料電池システムについて詳細に説明する。
【００１９】
燃料電池用膜／電極接合体は、カソード、アノード及びこのカソードとアノードとの間に位置する高分子電解質膜で構成され、燃料をアノードに供給し、酸化剤をカソードに供給して燃料がアノードで酸化して水素イオンと電子が発生し、この水素イオンが高分子電解質膜を通じてカソードに移動して、電子は外部回路を通じて前記カソードに移動する。移動した水素イオン、電子が酸化剤と反応して水を生成しながらエネルギーを発生させる。
【００２０】
この時、従来燃料電池用電極ではイオノマの含量が電極内で高まる場合、このようなイオノマが物質伝達の抵抗として作用することがある。本発明では触媒層内イオン伝導度を担当するイオノマを含む高分子層を微細多孔性に製造して、酸素及び水素がより容易にイオノマ層を通過することができる。したがって、触媒層表面に燃料及び酸化剤の濃度を高く維持して、より高出力の燃料電池用膜／電極接合体を製造することができる。
【００２１】
本発明でイオン伝導性高分子に微細気孔が形成された場合、気孔内に反応物が通過して触媒表面に伝達されることができ、電極基材と触媒表面との距離が減少してより迅速に反応物の伝達が可能になり、その結果物質伝達限界による性能限界を克服することができる。
【００２２】
本発明でイオノマに気孔を形成する方法は、図１に簡略に示した通りである。図１に示したように、金属触媒６、イオン伝導性高分子であるイオノマ４の混合物に可塑剤２を添加して製造された触媒層形成用組成物を電極基材にコーティングしてイオノマ／可塑剤の混合層を含む触媒層を形成する。前記触媒層が形成された電極基材を前記可塑剤２を溶解することができる特定溶媒に浸漬して可塑剤を抽出することによってイオノマ層に微細気孔８を形成する。
【００２３】
本発明による燃料電池用電極におけるイオノマ層の気孔度は４０〜８０体積％であるのが好ましい。前記気孔度が４０％未満であれば、空気及び燃料拡散に問題があり、８０％を超えればイオン伝達抵抗が増加して好ましくない。
【００２４】
また、気孔の大きさは、１０〜１０００ｎｍであるのが好ましい。気孔の大きさが１０ｎｍ未満であれば、空気及び燃料拡散に問題があり、１０００ｎｍを超えればイオン伝達経路が気孔によって遮断される問題が発生して好ましくない。
【００２５】
このような本発明の燃料電池用電極は電極基材及び触媒層を含み、前記触媒層は微細気孔を有する微細多孔性イオノマ高分子層を含む。
【００２６】
前記燃料電池用電極は触媒層形成用組成物を製造し、これを電極基材の一面に塗布した後、乾燥して触媒層を形成して製造される。その後、可塑剤を溶解することができる溶媒に触媒層が形成された電極基材を浸漬して可塑剤を抽出することによってイオノマ高分子層に微細気孔を形成する。
【００２７】
触媒層形成用組成物は、バインダー樹脂としてイオノマ高分子、金属触媒、可塑剤及び分散媒を含む。
【００２８】
イオノマ高分子は、イオン伝導性高分子で、水素イオンを伝達する役割を果たし、本発明で使用されるイオノマは当量重量（ＥＷ）が５００〜２０００であるのが好ましい。
【００２９】
イオノマは、微細気孔内部で３次元的に連結されてイオン伝達経路を形成する。イオノマとしては側鎖にスルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基、ホスホン酸基及び、これらの誘導体からなる群より選択される陽イオン交換基を有する水素イオン伝導性高分子は全て使用することができる。水素イオン伝導性高分子の好ましい例としては、ペルフルオロ系高分子、ベンズイミダゾール系高分子、ポリエーテル系高分子、ポリイミド系高分子、ポリエーテルイミド系高分子、ポリアミド系高分子、ポリフェニレンスルフィド系高分子、ポリスルホン系高分子、ポリエーテルスルホン系高分子、ポリエーテルケトン系高分子、ポリエーテル-エーテルケトン系高分子及びポリフェニルキノキサリン系高分子からなる群より選択される１種以上を使用することができる。水素イオン伝導性高分子の具体的な例としては、ポリ（ペルフルオロスルホン酸）、ポリ（ペルフルオロカルボン酸）、スルホン酸基を含むテトラフルオロエチレンとフルオロビニルエーテル共重合体、脱フッ素化された硫化ポリエーテルケトン、アリールケトン、ポリ（２，２’-（m-フェニレン）-５，５’-ビベンズイミダゾール）、ポリ（２，５-ベンズイミダゾール）などを使用することができるが、これらに限られるわけではない。
【００３０】
本発明で使用される可塑剤は親水性及び／又は疏水性を有する化合物を使用することができ、数平均分子量が２００〜５００００範囲であるのが好ましい。この時、可塑剤の分子量が２００未満であれば、可塑剤が電極コーティング時に揮発して残留した可塑剤の量が少ないため可塑剤抽出による気孔形成が不可能になる。５００００を超えれば、鎖間の絡み合い（entangle）が激しくて抽出時に可塑剤が容易に溶解しない問題がある。
【００３１】
可塑剤としては、ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールのようなC１乃至C１０のポリアルキレングリコール;ポリエチレンオキシド及びポリプロピレンオキシドのようなC１乃至C１０のポリアルキレンオキシド;ポリアクリル酸及びポリメタクリル酸のようなC１乃至C１０のポリ（アルキル）アクリル酸;ポリスチレンスルホン酸及びポリフルオロスルホン酸のようなスルホン酸基を有する芳香族又はフルオロ系高分子;及びセルロース系高分子からなる群より選択された１種以上の高分子を使用することができる。
【００３２】
本発明で可塑剤とイオノマは２０〜７０:８０〜３０の重量比で混合して使用することが好ましく、４０〜６０:６０〜４０の重量比で混合して使用することがさらに好ましい。前記可塑剤の含量が２０重量％未満であれば、気孔形成が十分でない問題があり、７０重量％を超えれば、気孔がイオン伝達経路を遮断してイオン伝達抵抗が増加する問題がある。
【００３３】
分散媒は、イソプロパノール、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン及びこれらの混合物からなる群より選択することが好ましい。また、分散媒としてアルコール系溶媒を使用する場合、水と混合して使用することができる。
【００３４】
可塑剤の抽出溶媒は、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系、ジメチルエーテル、ジエチルエーテルなどのエーテル系、テトラヒドロフラン及びこれらの混合物からなる群より選択することが好ましい。
【００３５】
触媒層形成用組成物でイオノマ高分子は、溶解された状態に存在せず、分散状態に存在する。コーティング工程はコーティング組成物の粘性に応じてスクリーンプリンティング法、スプレーコーティング法又はドクターブレードを利用したコーティング法等を使用することができ、これに限られるわけではない。
【００３６】
微細気孔を有するイオノマ層を含む触媒層は、バインダー樹脂としてイオノマ高分子、金属触媒、ヒュームドシリカ及び分散媒を含む触媒層形成用組成物を利用して製造することもできる。
【００３７】
触媒層形成用組成物でイオノマ高分子、金属触媒及び分散媒は、上述した通りである。前記ヒュームドシリカは比表面積が１００乃至１２００ｍ２／ｇで、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの粒子の大きさを有するのが好ましい。
【００３８】
本発明でヒュームドシリカとイオノマは１０〜９０:５０の重量比で混合して使用することが好ましく、３０〜７０:４０〜６０の重量比で混合して使用することがさらに好ましい。前記ヒュームドシリカの含量が１０重量％未満であれば、気孔形成が十分でないため反応物拡散が阻害する問題があり、５０重量％を超えれば気孔がイオン伝達経路を遮断してイオン伝達抵抗が増加する問題がある。
【００３９】
触媒層形成用組成物を電極基材にコーティングした後、焼成して触媒層を形成する。前記コーティング工程はコーティング組成物の粘性に応じてスクリーンプリンティング法、スプレーコーティング法又はドクターブレードを利用したコーティング法などを使用することができ、これらに限られるわけではない。前記焼成は６０〜１３０℃の温度で実施することが好ましい。
【００４０】
また、本発明の電極で触媒層は関連反応（水素の酸化及び酸素の還元）を触媒的に助ける、いわゆる金属触媒を含むものとして、白金、ルテニウム、オスミウム、白金−ルテニウム合金、白金−オスミウム合金、白金−パラジウム合金又は白金−Ｍ合金（ＭはＧａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＺｎからなる群より選択される１種以上の遷移金属）の中で選択される１種以上の触媒を含むことが好ましく、白金、ルテニウム、オスミウム、白金−ルテニウム合金、白金−オスミウム合金、白金−パラジウム合金、白金−コバルト合金又は白金−ニッケルの中で選択される１種以上の触媒を含むことがさらに好ましい。
【００４１】
また、本発明の電極で使用される金属触媒は一般に担体に支持されたものが好ましい。担体としては、アセチレンブラック、黒鉛のような炭素を使用しても良く、アルミナ、シリカなどの無機物微粒子を使用しても良い。担体に担持された貴金属を触媒として使用する場合には、商品化された市販のものを使用しても良く、また、担体に貴金属を担持させて製造して使用することもできる。担体に貴金属を担持させる工程は当該分野において広く知られた内容であるので、本明細書で詳細な説明は省略する。
【００４２】
電極基材は、触媒層を支持する役割を果たしながら触媒層に反応物を拡散させて反応物が容易に接近できる役割を果たす。電極基材としては、炭素紙や炭素布を使用することができ、これらに限られるわけではない。
【００４３】
また、電極基材は、炭素紙や炭素布をフッ素系樹脂で撥水処理したものを使用するが、これは燃料電池の駆動時に発生する水によって反応物の拡散効率が低下することを防止できるので好ましい。フッ素系樹脂としては、フッ化ポリビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、フルオロエチレンポリマーなどがある。
【００４４】
また、電極は、電極基材と前記触媒層との間に電極基材の反応物の拡散効果をさらに増進させるために、微細多孔層（MPL）をさらに含むことができる。
【００４５】
微細気孔層は、導電性粉末物質、バインダー及び必要に応じてイオノマーを含む組成物を塗布して形成される。導電性粉末としては、例えば、炭素粉末、カーボンブラック、アセチレンブラック、活性炭素、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノワイヤー、カーボンナノホーン又はカーボンナノ環などのようなナノカーボンなどを使用することができる。
【００４６】
また、本発明は電極を利用した燃料電池用膜／電極接合体を提供することができる。燃料電池用膜／電極接合体は前記で製造された電極をアノード及びカソードのうちのいずれか一つとし、これらが互いに対向位置した間に高分子電解質膜を位置させて焼成した後、熱間圧延する工程によって行われる。
【００４７】
高分子電解質膜は、水素イオン伝導性高分子を含む。水素イオン伝導性高分子としては、水素イオン伝導性を持つものであればいずれも使用できす。高分子は側鎖にスルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基、ホスホン酸基及びこれらの誘導体からなる群より選択される陽イオン交換基を持っているのが好ましい。これらの好ましい例としては、ペルフルオロ系高分子、ベンズイミダゾール系高分子、ポリエーテル系高分子、ポリイミド系高分子、ポリエーテルイミド系高分子、ポリアミド系高分子、ポリフェニレンスルフィド系高分子、ポリスルホン系高分子、ポリエーテルスルホン系高分子、ポリエーテルケトン系高分子、ポリエーテル−エーテルケトン系高分子及びポリフェニルキノキサリン系高分子からなる群より選択される１種以上を使用することができる。水素イオン伝導性高分子の具体的な例としては、ポリ（ペルフルオロスルホン酸）、ポリ（ペルフルオロカルボン酸）、スルホン酸基を含むテトラフルオロエチレンとフルオロビニルエーテル共重合体、脱フッ素化された硫化ポリエーテルケトン、アリールケトン、ポリ２，２’-（m-フェニレン）-５，５’-ビベンズイミダゾール）、ポリ（２，５-ベンズイミダゾール）などを使用することができるが、これらに限られるわけではない。
【００４８】
また、本発明は燃料電池用膜／電極接合体を流路チャンネルと冷却チャンネルが形成されたセパレータ（又は二極式プレート）の間に挿入して製造された少なくとも一つ以上の単位セルを有する電気発生部、燃料を前記電気発生部に供給する燃料供給部及び酸化剤を電気発生部に供給する酸化剤供給部を含む燃料電池システムを提供する。
【００４９】
この電気発生部は、燃料と酸化剤の電気化学的反応を通じて電気を発生させる役割を果たす。本発明で燃料は水素又は水素を含有する炭化水素を意味する。酸化剤としては空気又は酸素がある。燃料供給部は燃料を前記電気発生部に供給する役割を果たし、酸化剤供給部は酸化剤を前記電気発生部に供給する役割を果たす。
【００５０】
本発明燃料電池システムの概略的な構造を図２に示しており、これを参照してより詳細に説明する。本発明の燃料電池システム１００は燃料の酸化反応と酸化剤の還元反応を通じて電気エネルギーを発生させる少なくとも一つの電気発生部１９を有するスタック７と、前記燃料を供給する燃料供給部１と、酸化剤を電気発生部１９に供給する酸化剤供給部５を含んで構成される。
【００５１】
また、燃料を供給する燃料供給部１は燃料を保存する燃料タンク９と、燃料タンク９に連結設置される燃料ポンプ１１を備える。前記燃料ポンプ１１は所定のポンピング力によって燃料タンク９に保存された燃料を排出する機能をする。
【００５２】
スタック７の電気発生部１９に酸化剤を供給する酸化剤供給部５は所定のポンピング力で酸化剤を吸入する少なくとも一つのポンプ１３を備える。
【００５３】
電気発生部１９は燃料と酸化剤を酸化/還元反応させる膜-電極接合体２１と、この膜-電極接合体の両側に燃料と酸化剤を供給するためのセパレータ２３、２５で構成される。
【００５４】
また、燃料電池の作動状態を簡略に説明すれば、燃料を前記アノードに供給し、酸化剤を前記カソードに供給して、アノードとカソードの電気化学反応によって電気を生成する。この時、アノードで燃料の酸化反応が起こり、カソードで酸化剤の還元反応が起こって、二つの電極間の電圧差を発生させる。
【００５５】
以下、本発明の好ましい実施例及び比較例を記載する。しかし、下記の実施例は本発明の好ましい一実施例に過ぎず、本発明が下記の実施例に限られるわけではない。
【００５６】
（実施例１）
白金が２０ｗｔ％であるＰｔ／Ｃ３g、イオノマ（デュポン社）１g、及び可塑剤としてジブチルフタレート２gをＩＰＡ２０gに溶解して触媒スラリーを製造した。その後、前記触媒スラリーを撥水処理された炭素紙（電極基材）にコーティングして触媒層を形成した。次いで、触媒層を乾燥した後、これを可塑剤が溶解されるメタノールに４０℃で２時間浸漬して可塑剤を抽出し、微細気孔を有するイオノマ層を含む電極を製造した。
【００５７】
このように製造された電極をアノードとカソードとし、ポリ（ペルフルオロスルホン酸）（ナフィオンＴＭ、デュポン社）を電解質膜として、その両面に前記アノードとカソードを積層した後、１３０℃で１分間焼成し、熱間圧延して膜-電極接合体を製造した。
【００５８】
燃料電池用膜／電極接合体を二枚のガスケットの間に挿入した後、一定形状の流路チャンネル及び冷却チャンネルが形成された２つのセパレータ（又は二極式プレート）に挿入し、銅エンドプレートの間でプレスして単位セルを製造した。
【００５９】
（実施例２）
上記実施例１と同様な方法で実施したが、可塑剤として分子量３００のポリエチレングリコールを使用した。
【００６０】
（比較例１）
上記実施例１と同様な方法で実施したが、触媒スラリーに可塑剤を添加しなかった。この時製造された比較例１の電極はイオノマに気孔が形成されなかった。
【００６１】
実施例１、２及び比較例１で製造された燃料電池に対して、正極と負極に５０％加湿された空気と水素を供給し、バック圧力のない状態で６０℃で運転させた。実施例１、２及び比較例１の電圧-電流曲線を側定し、その結果を図３に示した。図３に示したように、実施例１、２の電極のイオノマに気孔が形成された場合が比較例１に比べて低い反応物拡散と電圧を示し、優れた性能を示すことが分かった。
【００６２】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することができ、これもまた本発明の範囲に属することは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の電極で微細気孔イオノマ層を形成する過程を示した簡略図である。
【図２】本発明の燃料電池システムの構成を示した簡略図である。
【図３】実施例１、２及び比較例１の電圧-電流の測定結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６４】
１  燃料供給部
２  可塑剤
４  イオノマ
５  酸化剤供給部
６  金属触媒
７  スタック
８  微細気孔
９  燃料タンク
１１  燃料ポンプ
１３  ポンプ
１９  電気発生部
２１  膜-電極接合体
２３、２５  セパレータ
１００  燃料電池システム
【図１】
2006147560.tif 000003
【図２】
2006147560.tif 000004
【図３】
2006147560.tif 000005