(57)【要約】【課題】高加湿環境下でもガス拡散性の低下を抑制しつつ、カソード触媒層のプロトン抵抗を低くくし、高い発電効率を得られる燃料電池用触媒層を提供する。【解決手段】カソード触媒層１０は、担体１１にＰｔ触媒微粒子１２を担持した触媒１３と触媒１３を被覆する第１のアイオノマー１４とからなる触媒部材１５と、触媒微粒子を担持していない導電性微粒子１６と導電性微粒子１６を被覆する第２のアイオノマー１７とからなるプロトン伝導部材１８とが混在していて、第１のアイオノマー１４および第２のアイオノマー１７はパーフルオロスルフォン酸であり、第１のアイオノマー１４は側鎖の炭素の数が４以上であり、第２のアイオノマー１７の側鎖の炭素の数は３以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
担体に触媒微粒子を担持した触媒と前記触媒を被覆する第１のアイオノマーとからなる触媒部材と、触媒微粒子を担持していない導電性微粒子と前記導電性微粒子を被覆する第２のアイオノマーとからなるプロトン伝導部材とが混在していて、
前記第１のアイオノマーおよび前記第２のアイオノマーはパーフルオロスルフォン酸であり、
前記第１のアイオノマーは側鎖の炭素の数が４以上であり、前記第２のアイオノマーは側鎖の炭素の数が３以下である、ことを特徴とする、燃料電池用触媒層。
【請求項２】
前記第２のアイオノマーのＥＷは、前期第１のアイオノマーのＥＷより小さい、ことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用触媒層。
【請求項３】
前記第１のアイオノマーと前記担体の重量比が、前記第２のアイオノマーと前記導電性微粒子の重量比以下である、ことを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料電池用触媒層。
【請求項４】
前記導電性微粒子はカーボン微粒子からなり、前記カーボン微粒子のＢＥＴ比表面積が９００ｍ２／ｇ以下である、ことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池用触媒層。
【請求項５】
前記担体がカーボン担体からなり、前記カーボン担体のＢＥＴ比表面積が７００ｍ２／ｇ以上である、ことを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池用触媒層。
【請求項６】
プロトン伝導性を有する電解質膜と、前記電解質膜の両主面に配置される触媒層と、を有する電解質膜−電極接合体であって、前記電解質膜の少なくとも一方の主面に配置される前記触媒層が、請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池用触媒層である、電解質膜−電極接合体。
【請求項７】
請求項６に記載の電解質膜−電極接合体を備える、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に電極として形成される触媒層と、この触媒層を電極として電解質膜両面に接合した電解質膜−電極接合体と、この電解質膜−電極接合体を用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料と酸化剤、例えば、水素と酸素の電気化学反応によって発電する。この燃料電池では、プロトン伝導性を有する電解質膜（例えば、固体高分子膜）の両膜面に形成したアノードとカソードの両電極に、ガス拡散層を経て燃料ガスと酸化ガス、例えば水素ガスと空気を供給する。
【０００３】
これら電極は、カーボン粒子等の導電性の担体に触媒を担持させた担体粒子を用いて触媒層から形成されており、この触媒を介して電気化学反応を起こしている。
【０００４】
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−                ・・・式（１）
１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ  ・・・式（２）
式（１）はアノードでの水素酸化反応であり、式（２）はカソードでの酸素還元反応である。アノードで生成したプロトン（Ｈ＋）は電解質膜からカソードの電解質を移動し触媒に到達し、カソード触媒上で式（２）の反応が起こる。
【０００５】
式（２）の反応効率を高くするためには触媒層のプロトン抵抗を低くすることが重要である。
【０００６】
例えば、特許文献１には、燃料電池用触媒層であって、高分子電解質が通過可能な細孔を有するカーボン担体に触媒微粒子を担持した触媒と高分子電解質とが混合した電極反応部材と、カーボン担体と、電極反応部材の高分子電解質と同一の材料である高分子電解質とが混合されたプロトン伝導部材とが混合されており、プロトン伝導部材の高分子電解質の存在割合が、電極反応部材の高分子電解質の存在割合よりも大きいという構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−８１９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１で提案された燃料電池用触媒層は、電極反応部材とプロトン伝導部材の高分子電解質が同一の材料で、プロトン伝導部材の高分子電解質の存在割合が電極反応部材の高分子電解質の存在割合よりも大きいので、高い効率を得るために高加湿環境下で運転すると、プロトン伝導部材の高分子電解質が膨潤して、空隙を閉塞するなどして触媒層のガス拡散性が低下し、高い電池性能が得られないという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、上述した従来の課題を解決するもので、高加湿環境下でも触媒層のプロトン抵抗を低下させつつ、ガス拡散性の低下を抑制することを実現した燃料電池用触媒層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】
【００１０】
上述した従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池用触媒層は、担体に触媒微粒子を担持した触媒と触媒を被覆する第１のアイオノマーとからなる触媒部材と、触媒微粒子を担持していない導電性微粒子と導電性微粒子を被覆する第２のアイオノマーとからなるプロトン伝導部材とが混在している燃料電池用触媒層であって、第１のアイオノマーおよび第２のアイオノマーはパーフルオロスルフォン酸であり、第１のアイオノマーは側鎖の炭素の数が４以上であり、第２のアイオノマーは側鎖の炭素の数が３以下である、ことを特徴とする。
【００１１】
ここで、側鎖の炭素の数が３以下の第２のアイオノマーは、非晶質な傾向のある側鎖の炭素の数が４以上の第１のアイオノマーよりも結晶性が高いため、燃料電池用触媒層の含水率を低くでき、燃料電池用触媒層の空隙の閉塞が抑制できる。
【００１２】
これによって、燃料電池用触媒層のプロトン抵抗を低くしつつ、ガス拡散性の低下を抑制できるため、発電効率が高くなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池用触媒層は、高い触媒活性を有し、高加湿環境下でも良好なガス拡散性を確保しつつ、触媒層のプロトン抵抗を低下できるので、本発明の燃料電池用触媒層を電解質膜の少なくとも一方の主面に配置した電解質膜−電極接合体を用いて燃料電池を構成すると、高効率な運転ができる良好な電池特性を得ることができる。さらに、この燃料電池を用いることで、高性能な発電デバイスや発電システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１および実施の形態２におけるカソード触媒層の拡大模式図
【図２】本発明の実施の形態２における電解質膜−電極接合体の拡大模式図
【図３】本発明の実施の形態２における燃料電池単セルの断面模式図
【図４】本発明の実施の形態２におけるカソード触媒層の製造方法の主要な製造工程を示すフローチャート
【図５】本発明の実施の形態２における電解質膜−電極接合体の製造方法の主要な製造工程を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明は、担体に触媒微粒子を担持した触媒と触媒を被覆する第１のアイオノマーとからなる触媒部材と、触媒微粒子を担持していない導電性微粒子と導電性微粒子を被覆する第２のアイオノマーとからなるプロトン伝導部材とが混在していて、第１のアイオノマーおよび第２のアイオノマーはパーフルオロスルフォン酸であり、第１のアイオノマーは側鎖の炭素の数が４以上であり、第２のアイオノマーは側鎖の炭素の数が３以下である燃料電池用触媒層である。
【００１６】
これにより、高加湿環境下において第２のアイオノマーの膨潤が抑制され、プロトン伝導部材の空隙を閉塞することが抑制されるので、ガス拡散性を保ちつつ、低いプロトン抵抗の触媒層を実現することができる。
【００１７】
第２の発明は、特に、第１の発明において、第２のアイオノマーのＥＷを第１のアイオノマーのＥＷよりも小さくしたものである。
【００１８】
これにより、プロトン伝導部材のプロトン伝導性がさらに高くなるので、触媒層のプロトン抵抗をより低下させることができる。ここで、ＥＷとは、イオン交換基等量のことであり、イオン交換基１モル当たりのアイオノマーの質量である。
【００１９】
第３の発明は、特に、第１の発明または第２の発明において、第１のアイオノマーと担体の重量比を、第２のアイオノマーと導電性微粒子の重量比以下としたものである。
【００２０】
これにより、触媒部材よりもプロトン伝導部材の方がアイオノマーの存在割合が高くなるので、触媒部材は触媒反応に最適な第１のアイオノマーの割合とすることで高い触媒活性を得られ、プロトン伝導部材のプロトン伝導性はより高くなるので、プロトン抵抗が低く、高活性の触媒層を実現することができる。
【００２１】
第４の発明は、特に、第１の発明から第３の発明のいずれか１つの発明において、導電性微粒子はカーボン微粒子からなり、カーボン微粒子のＢＥＴ比表面積を９００ｍ２／ｇ以下とするものである。
【００２２】
これにより、第２のアイオノマーが導電性微粒子を被覆しやすくなり、プロトン伝導部材のプロトン伝導性が向上する。そのため、実質的に第２のアイオノマーの存在割合を下げても十分なプロトン伝導性を得ることができ、それによってプロトン伝導部材の含水率が抑えられるので、ガス拡散性と低いプロトン抵抗のバランスの優れた触媒層を実現することができる。
【００２３】
第５の発明は、特に、第１の発明から第４の発明のいずれか１つの発明において、担体がカーボン担体からなり、カーボン担体のＢＥＴ比表面積を７００ｍ２／ｇ以上とするものである。
【００２４】
これにより、触媒の比表面積が大きくなり、高い触媒活性を得ることができる。
【００２５】
第６の発明は、特に第１の発明から第５の発明のいずれか１つの発明の触媒層を、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に配置される触媒層の少なくとも一方の主面に配置した電解質膜−電極接合体である。
【００２６】
これにより、低いプロトン抵抗の触媒層を有する電解質膜−電極接合体を実現できる。
【００２７】
第７の発明は、特に第６の発明の電解質膜−電極接合体を備える燃料電池である。
【００２８】
これにより、特に高い効率を得るために高加湿環境下で運転すると、フラッディングを抑制しつつ、低いプロトン抵抗の触媒層により、高い電池性能を得ることができる。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるカソード触媒層の拡大模式図である。
【００３１】
図１に示すように、実施の形態１のカソード触媒層１０は、担体１１にＰｔ触媒微粒子１２を担持した触媒１３と触媒１３を被覆する第１のアイオノマー１４とからなる触媒部材１５と、触媒微粒子を担持していない導電性微粒子１６と導電性微粒子１６を被覆する第２のアイオノマー１７とからなるプロトン伝導部材１８と、が混在している。
【００３２】
第１のアイオノマー１４および第２のアイオノマー１７は、パーフルオロスルフォン酸であり、第１のアイオノマー１４は、側鎖の炭素の数が４以上であり、第２のアイオノマー１７は、側鎖の炭素の数が３以下となっている。
【００３３】
以上のように構成された本実施の形態のカソード触媒層１０について、以下その動作、作用を説明する。
【００３４】
まず、第１のアイオノマー１４として、（化１）に示す構造式のＮａｆｉｏｎ（登録商標、Ｃｈｅｍｏｕｒｓ、ＥＷ１１００）を用いる。
【００３５】
【化１】
2019040705.tif 000003
Ｎａｆｉｏｎは、ポリテトラフルオロエチレンの骨格を持ち、末端にスルフォン酸を持つパーフルオロエーテルペンダント側鎖からなる。
【００３６】
（化１）が示すとおり、側鎖は枝分かれしており、側鎖全体の炭素の数は５であり、側鎖の主となる骨格の炭素の数は４である。このように側鎖の炭素の数が４以上のアイオノマーを長側鎖アイオノマーという。
【００３７】
次に、第２のアイオノマー１７として、（化２）に示す構造式のＡｑｕｉｖｉｏｎ（登録商標、Ｓｏｌｖａｙ、ＥＷ８３０）を用いる。
【００３８】
【化２】
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Ａｑｕｉｖｉｏｎは、フルオロエーテル基を持たないペンダント側鎖からなり、側鎖の炭素の数は２である。このように側鎖の炭素の数が３以下の構造のアイオノマーを短側鎖アイオノマーという。
【００３９】
ここで、短側鎖アイオノマーは、長側鎖アイオノマーに比べて結晶性が高く、ＥＷに対して含水率が低くなることが知られている。よって、低いＥＷの短側鎖アイオノマーは、同程度のＥＷの長側鎖アイオノマーよりも含水率が低いため、高加湿環境下でも、アイオノマーの膨潤を抑制しつつ、高いプロトン伝導度を実現できるので、プロトン伝導部材１８を構成する第２のアイオノマー１７として好適である。
【００４０】
また、式（２）の反応は、第１のアイオノマー１４を酸素が透過してＰｔ触媒微粒子１２に到達することにより進行するが、長側鎖アイオノマーは非晶質な傾向であり、短側鎖
アイオノマーより酸素の透過性が高いので、第１のアイオノマー１４としては、側鎖の炭素の数が４以上のアイオノマーである長側鎖アイオノマーが好適である。
【００４１】
つまり、第１のアイオノマー１４には側鎖の炭素の数が４以上の長側鎖アイオノマーを適用し、第２のアイオノマー１７には側鎖の炭素の数が３以下の短側鎖アイオノマーを適用することから、第２のアイオノマー１７の方がＥＷは低く、含水率は同じＥＷの長側鎖アイオノマーの場合よりも低くなる。それによって、プロトン伝導部材１８が形成する空隙を第２のアイオノマー１７の膨潤によって閉塞することが抑制される。
【００４２】
以上のように、本実施の形態においては、カソード触媒層１０の構成を、触媒部材１５とプロトン伝導部材１８とが混在していて、触媒部材１５の触媒１３を被覆する第１のアイオノマー１４の側鎖の炭素の数を４以上とし、プロトン伝導部材１８の導電性微粒子１６を被覆する第２のアイオノマー１７の側鎖の炭素の数を３以下とすることにより、カソード触媒層１０のプロトン抵抗が低くなり、良好なガス拡散性を有するため、高い発電効率を実現することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態のＰｔ触媒以外にもＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎなど種々金属とのＰｔ合金触媒を用いることができる。
【００４４】
なお、本実施の形態の第１のアイオノマーは、パーフルオロスルフォン酸であり、側鎖の炭素の数が４以上であればよく、特に限定されるものではない。
【００４５】
なお、本実施の形態の第２のアイオノマーは、パーフルオロスルフォン酸であり、側鎖の炭素の数が３以下であればよく、特に限定されるものではない。
【００４６】
また、本実施の形態では、第２のアイオノマー１７のＥＷは８３０のものを用いたが、これ以外に７００以上１０００以下が好適であり、さらには７００以上９００以下がより好適である。第１のアイオノマー１４よりＥＷが５０以上小さいとさらに好適である。この範囲にすることで、第２のアイオノマーの過剰な膨潤によるガス拡散性の低下が抑制され、カソード触媒層１０のプロトン抵抗を低くすることができる。
【００４７】
また、本実施の形態では、第１のアイオノマー１４として、ＥＷが１１００のものを用いたが、これ以外に８００以上１２００以下が好適であり、さらにはＥＷが８７０以上１１００以下だとより好適である。この範囲のＥＷであるとプロトン伝導度が十分高く、含水率が高すぎないので、カソード触媒層１０のガス拡散性の低下を抑制できる。
【００４８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２のカソード触媒層の拡大模式図は、図１に示す実施の形態１のカソード触媒層の拡大模式図と同じである。
【００４９】
図２は、本発明の実施の形態２における電解質膜−電極接合体の拡大模式図である。
【００５０】
図３は、本発明の実施の形態２における燃料電池単セルの断面模式図である。
【００５１】
図４は、本発明の実施の形態２におけるカソード触媒層の製造方法の主要な製造工程を示すフローチャートである。
【００５２】
図５は、本発明の実施の形態２における電解質膜−電極接合体の製造方法の主要な製造工程を示すフローチャートである。
【００５３】
図２に示すように、実施の形態２の電解質膜−電極接合体２０は、電解質膜２１の両主面にカソード触媒層１０とアノード触媒層２２とが形成されたものである。アノード触媒層２２は、図示しないが、Ｐｔ触媒微粒子を担持した触媒担持カーボンとアイオノマーとからなる。
【００５４】
図３に示すように、実施の形態２の燃料電池単セル２３は、電解質膜２１と、電解質膜２１の両主面に形成されたアノード触媒層２２およびカソード触媒層１０と、アノード触媒層２２およびカソード触媒層１０を形成した電解質膜２１を両側から挟持するアノードガス拡散層２４およびカソードガス拡散層２５と、アノードガス拡散層２４およびカソードガス拡散層２５のさらに外側に配設されたアノードガスセパレータ２６およびカソードガスセパレータ２７とを備えている。
【００５５】
アノードガス拡散層２４およびカソードガス拡散層２５は、ガス透過性を有する導電性部材であるカーボンペーパーによって形成されている。このようなアノードガス拡散層２４およびカソードガス拡散層２５は、電気化学反応に供されるガスをアノード触媒層２２およびカソード触媒層１０に導くと共に、集電を行う。
【００５６】
アノードガスセパレータ２６およびカソードガスセパレータ２７は、ガス透過性のない導電性部材である圧縮カーボンによって形成される。アノードガスセパレータ２６およびカソードガスセパレータ２７は、それぞれ所定の凹凸形状を有している。この凹凸形状によって、アノードガスセパレータ２６とアノードガス拡散層２４との間には、水素を含有する燃料ガスが流れる燃料ガス流路２８が形成される。
【００５７】
また、上記凹凸形状によって、カソードガスセパレータ２７とカソードガス拡散層２５との間には、酸素を含有する酸化ガスが流れる酸化ガス流路２９が形成される。
【００５８】
次に、カソード触媒層１０の製造方法を、図４を用いて説明する。
【００５９】
図４に示すように、まず、担体１１（ＢＥＴ比表面積が８００ｍ２／ｇのカーボンブラック）にＰｔ触媒微粒子１２を担持した触媒１３（ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ、田中貴金属工業株式会社）をアルコール水溶液に分散させ、第１のアイオノマー１４（Ｎａｆｉｏｎ  分散液、ＥＷ１１００、和光純薬株式会社）を混合し第１インクを得る（ステップＳ１０１）。
【００６０】
このとき、第１インクの固形分濃度は８重量％となるようにし、第１のアイオノマー１４の固形分重量と担体１１の重量比が０．７になるように調製する。ここで、ＢＥＴ比表面積は窒素吸着法により測定される値である。
【００６１】
次に、導電性微粒子１６（ＢＥＴ比表面積が８００ｍ２／ｇのカーボンブラック）をアルコール水溶液に分散させ、第２のアイオノマー１７（Ａｑｕｉｖｉｏｎ分散液、ＥＷ８３０、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を混合して、第２インクを得る（ステップＳ１０２）。
【００６２】
このとき、第２インクの固形分濃度は５重量％になるようにし、第２のアイオノマー１７の固形分重量と導電性微粒子１６の重量比が１になるように調製する。
【００６３】
次に、ステップＳ１０１で作製した第１インクと、ステップＳ１０２で作製した第２インクとを混合してカソードインクを得る（ステップＳ１０３）。このとき、導電性微粒子１６の重量と、導電性微粒子１６と担体１１の重量の和の比が０．３となるように調製する。
【００６４】
次に、ステップＳ１０３で作製したカソードインクを基材（電解質膜２１）に塗布し（ステップＳ１０４）、乾燥させる（ステップＳ１０５）ことによってカソード触媒層１０が完成する。
【００６５】
次に、電解質膜−電極接合体２０の製造方法を、図５を用いて説明する。
【００６６】
図５に示すように、まず、アノードインクの作製として、触媒担持カーボンをアルコール水溶液に分散させ、アイオノマーを混合する（ステップＳ１０６）。このとき、アノードインクの固形分濃度が８重量％になるように調製する。
【００６７】
次いで、ステップＳ１０５を経て得たカソード触媒層１０を形成した電解質膜２１のカソード触媒層１０とは逆の面に、アノードインクを塗布する（ステップＳ１０７）。そして乾燥し（ステップＳ１０８）、電解質膜−電極接合体２０が完成する。
【００６８】
以上のように構成された本実施の形態のカソード触媒層１０を含む、電解質膜−電極接合体２０および燃料電池単セル２３について、以下その動作、作用について説明する。
【００６９】
まず、カソード触媒層１０を含む電解質膜−電極接合体２０を燃料電池単セル２３に組み、水素ガスを燃料ガス流路２８に供給し、空気を酸化ガス流路２９に供給する。
【００７０】
その際、燃料電池単セル２３を高効率で運転するために、水素ガスおよび空気を相対湿度８０％以上になるように加湿する。好ましくは相対湿度９０％以上とし、より好ましくは相対湿度９５％以上に加湿する。
【００７１】
以下、相対湿度８０％以上に加湿することを、高加湿と定義する。水素ガス及び空気を高加湿にすることによって、電解質膜２１およびアノード触媒層２２およびカソード触媒層１０のアイオノマーが十分含水するので、プロトンが移動しやすくなり、式（１）と式（２）の反応が円滑に進み、高効率の運転ができる。
【００７２】
また、カソード触媒層１０は、触媒部材１５と、プロトン伝導部材１８とが混在していて、第１のアイオノマー１４は側鎖の炭素の数が４以上の長側鎖アイオノマーであり、第２のアイオノマー１７は側鎖の炭素の数が３以下の短側鎖アイオノマーという構成にしていて、触媒部材１５を構成する第１のアイオノマー１４と触媒１３の組成比は高加湿環境下で発電効率が高くなるように調整されている。
【００７３】
さらに、プロトン伝導部材１８を構成する第２のアイオノマー１７は側鎖の炭素の数が３以下の短側鎖アイオノマーであるので、長側鎖アイオノマーよりもＥＷを低くでき、かつ含水率を低く抑えることができるので、高加湿環境下でも第２のアイオノマー１７が過剰に膨潤することを抑制することができる。
【００７４】
また、触媒部材１５よりもプロトン伝導部材１８の方が、アイオノマーの存在割合を高くしており、さらに、第２のアイオノマー１７のＥＷが低いので、プロトン伝導部材１８が高いプロトン伝導度を有する。
【００７５】
それによって、カソード触媒層１０のプロトン抵抗は低下するので、低いプロトン抵抗の電解質膜−電極接合体２０および燃料電池単セル２３となる。
【００７６】
以上のように、本実施の形態においては、燃料電池単セル２３を構成する電解質膜−電極接合体２０のカソード触媒層１０を、触媒部材１５と、プロトン伝導部材１８とが混在
していて、触媒部材１５の触媒１３を被覆する第１のアイオノマー１４は側鎖の炭素の数が４以上の長側鎖アイオノマーとし、プロトン伝導部材１８の導電性微粒子１６を被覆する第２のアイオノマー１７の側鎖の炭素の数は３以下の短側鎖アイオノマーとして、第１のアイオノマー１４と触媒１３の組成は高加湿環境下で発電効率が高くなるように調整されており、触媒部材１５よりプロトン伝導部材１８のアイオノマーの存在割合を高くしている。
【００７７】
こうすることにより、高加湿環境下でもカソード触媒層１０の空隙の閉塞を抑制し、カソード触媒層１０のガス拡散性の低下を抑えつつ、カソード触媒層１０のプロトン抵抗が低くなる。よって、電解質膜−電極接合体２０のプロトン抵抗も低下するので、燃料電池単セル２３は高効率の運転ができる。
【００７８】
なお、本実施の形態の第１のアイオノマー１４と担体１１の重量比は、０．５以上１．５以下が好適であるが、高効率で運転できる組成であれば、これに限定されるものではない。
【００７９】
なお、本実施の形態の第２のアイオノマー１７と導電性微粒子１６の重量比は、０．５以上２．０以下が好適であるが、高効率で運転できる組成であれば、これに限定されるものではない。
【００８０】
なお、本実施の形態の、アノード触媒としてＰｔ以外にもＰｔＲｕなどのＰｔ合金を用いることができる。また、カソード触媒としてはＰｔ以外にもＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎなど種々金属とのＰｔ合金触媒を用いることができる。
【００８１】
なお、本実施の形態の、導電性微粒子１６の重量と、導電性微粒子１６と担体１１の重量の和の比は、０．０１以上０．７以下が好適であり、触媒層の抵抗が低くなれば、これに限定されるものではない。
【００８２】
なお、本実施の形態の燃料電池単セル２３は低加湿環境下においてもカソード触媒層１０の組成を最適になるように調整すればよく、高効率の運転をすることができるので、高加湿環境下に限定されるものではない。
【００８３】
なお、本実施の形態の電解質膜−電極接合体２０の製造方法は、従来公知の方法で製造することも可能で、限定されるものではない。
【００８４】
なお、本実施の形態の燃料電池単セル２３は複数セルを積層したスタック構造とすることもできる。
【００８５】
なお、本実施の形態の燃料電池単セルは燃料電池の一実施の形態であり、限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上のように、本発明にかかる燃料電池用触媒層、電解質膜−電極接合体および燃料電池は、ガス拡散性の低下を抑制しつつ、発電効率の高い触媒層を得ることが可能となるので、固体高分子形電解質を用いた燃料電池および水電解の電極等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００８７】
１０  カソード触媒層
１１  担体
１２  Ｐｔ触媒微粒子
１３  触媒
１４  第１のアイオノマー
１５  触媒部材
１６  導電性微粒子
１７  第２のアイオノマー
１８  プロトン伝導部材
２０  電解質膜−電極接合体
２１  電解質膜
２２  アノード触媒層
２３  燃料電池単セル
２４  アノードガス拡散層
２５  カソードガス拡散層
２６  アノードガスセパレータ
２７  カソードガスセパレータ
２８  燃料ガス流路
２９  酸化ガス流路
【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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