(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス拡散性とプロトン輸送性が高められた触媒層を有する膜電極接合体の提供。【解決手段】膜電極接合体は電解質膜１１０及び一対の電極層を含み、一対の電極層は、電解質膜を挟むように配置された一対の触媒層１２０と、触媒層のそれぞれの電解質膜とは反対側に配置されたガス拡散層とを備える。少なくとも一方の触媒層は、２以上のアスペクト比を有する第１の導電体１２１と触媒粒子１４２と２未満のアスペクト比を有する第２の導電体１４１とプロトン伝導性樹脂とを含み、第１の導電体からの距離が２００ｎｍ以下である第１領域と第１の導電体からの距離が２００ｎｍより大きい第２領域とを備え、第１領域および第２領域には空孔が存在しており、第１領域における空孔径の最頻値Ｍ１と第２領域における空孔径の最頻値Ｍ２とはＭ１＜Ｍ２を充足する。触媒粒子は、コア部とシェル部とを備え、シェル部はコア部を覆うとともにコア部と異なる成分を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜および前記電解質膜を挟むように配置された一対の電極層を含み、
前記一対の電極層は、前記電解質膜を挟むように配置された一対の触媒層と、前記一対の触媒層のそれぞれの前記電解質膜とは反対側に配置された一対のガス拡散層と、を備え、
前記一対の触媒層のうち少なくとも一方の触媒層は、２以上のアスペクト比を有する第１の導電体と、触媒粒子と、２未満のアスペクト比を有する第２の導電体と、プロトン伝導性樹脂と、を含み、
前記少なくとも一方の触媒層は、前記第１の導電体からの距離が２００ｎｍ以下である第１領域と、前記第１の導電体からの距離が２００ｎｍより大きい第２領域と、を備え、
前記第１領域および前記第２領域には、空孔が存在しており、
前記第１領域における空孔径の最頻値Ｍ１と、前記第２領域における空孔径の最頻値Ｍ２とは、Ｍ１＜Ｍ２を充足し、
前記触媒粒子は、コア部と、シェル部と、を備える第１粒子を含み、
前記シェル部は、前記コア部を覆うとともに前記コア部と異なる成分を含む、膜電極接合体。
【請求項２】
前記少なくとも一方の触媒層は、前記電解質膜側の領域Ａと、前記ガス拡散層側の領域Ｂと、を有し、
前記領域Ａにおける前記第１の導電体の含有率Ｃａと、前記領域Ｂにおける前記第１の導電体の含有率Ｃｂとは、Ｃａ＜Ｃｂを充足する、請求項１に記載の膜電極接合体。
【請求項３】
前記領域Ａにおける前記プロトン伝導性樹脂の前記第２の導電体に対する質量比Ｒａと、前記領域Ｂにおける前記プロトン伝導性樹脂の前記第２の導電体に対する質量比Ｒｂとは、Ｒａ＞Ｒｂを充足する、請求項２に記載の膜電極接合体。
【請求項４】
前記第２の導電体の比表面積は、８００ｍ２／ｇ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の膜電極接合体。
【請求項５】
前記触媒粒子は、前記第１の導電体および前記第２の導電体に担持されており、
前記第２の導電体における前記触媒粒子の担持率Ｓｐと、前記第１の導電体における前記触媒粒子の担持率Ｓｆとは、Ｓｐ＞Ｓｆを充足する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の膜電極接合体。
【請求項６】
前記一方の触媒層は、カソード側の触媒層である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の膜電極接合体。
【請求項７】
前記少なくとも一方の触媒層において、前記第１の導電体は、前記触媒層の厚み方向に沿って配向する起立導電体を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の膜電極接合体。
【請求項８】
前記第１粒子の平均粒径は、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の膜電極接合体。
【請求項９】
前記触媒粒子は、さらに、前記コア部と同じ成分を含む第２粒子を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の膜電極接合体。
【請求項１０】
前記第１領域において、前記第１粒子の存在割合Ｒ１と、前記第２粒子の存在割合Ｒ２とは、Ｒ１＞Ｒ２を充足する、請求項９に記載の膜電極接合体。
【請求項１１】
前記触媒粒子は、さらに、前記シェル部と同じ成分を含む第３粒子を含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の膜電極接合体。
【請求項１２】
前記第１領域において、前記第１粒子の存在割合Ｒ１と、前記第３粒子の存在割合Ｒ３とは、Ｒ１＞Ｒ３を充足する、請求項１１に記載の膜電極接合体。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の膜電極接合体と、
前記一対のガス拡散層のそれぞれを介して前記膜電極接合体を挟むように配置された一対のセパレータと、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、膜電極接合体（ＭＥＡ）およびそれを用いた燃料電池に関し、詳細には、高アスペクト比の導電体を含む触媒層を備えるＭＥＡに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料と酸化剤（以下、それぞれを、単にガスと称す）との電気化学反応により発電し、水を生成する、高効率でクリーンな発電装置である。燃料電池は、例えば、電解質膜と、電解質膜を挟むように配置された一対の触媒層と、各触媒層をそれぞれ介して、電解質膜を挟むように配置された一対のガス拡散層と、各ガス拡散層をそれぞれ介して、電解質膜を挟むように配置された一対のセパレータと、を備える。セパレータからガス拡散層に供給されたガスは、拡散層内を拡散し、触媒層で酸化あるいは還元される。触媒層におけるガス拡散性を高めると、この電気化学反応の効率が向上する。
【０００３】
触媒層のガス拡散性を高めるために、特許文献１は、板状の炭素部材を触媒層に添加して、空隙を形成することを教示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１５７７４６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
触媒層に板状や繊維状の導電体を添加しても、空隙がランダムに形成されるため、ガスの経路に偏りが起こる。よって、触媒層全体にガスを拡散させることが難しく、反応を効率よく行なうことが困難である。
【０００６】
また、触媒層に含まれる触媒粒子は、発電時に移動して凝集する場合がある。複数の触媒粒子同士が凝集すると、触媒粒子が粗大化し得る。触媒粒子の粗大化に伴い、触媒粒子サイズのばらつきが増大すると、触媒層内のガス拡散性が低下して局所的に電流が集中し、それに伴う発熱により電解質膜が劣化することがある。また、触媒粒子が粗大化すると、触媒粒子表面のプロトン伝導性樹脂による被覆状態が変化し、プロトン伝導抵抗が増大することもある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面は、電解質膜および前記電解質膜を挟むように配置された一対の電極層を含み、前記一対の電極層は、前記電解質膜を挟むように配置された一対の触媒層と、前記一対の触媒層のそれぞれの前記電解質膜とは反対側に配置された一対のガス拡散層と、を備え、前記一対の触媒層のうち少なくとも一方の触媒層は、２以上のアスペクト比を有する第１の導電体と、触媒粒子と、２未満のアスペクト比を有する第２の導電体と、プロトン伝導性樹脂と、を含み、前記少なくとも一方の触媒層は、前記第１の導電体からの距離が２００ｎｍ以下である第１領域と、前記第１の導電体からの距離が２００ｎｍより大きい第２領域と、を備え、前記第１領域および前記第２領域には、空孔が存在しており、前記第１領域における空孔径の最頻値Ｍ１と、前記第２領域における空孔径の最頻値Ｍ２とは、Ｍ１＜Ｍ２を充足し、前記触媒粒子は、コア部と、シェル部と、を備える第１粒子を含み、前記シェル部は、前記コア部を覆うとともに前記コア部と異なる成分を含む、膜電極接合体に関する。
【０００８】
本発明の他の局面は、上記の膜電極接合体と、前記一対のガス拡散層のそれぞれを介して前記膜電極接合体を挟むように配置された一対のセパレータと、を備える、燃料電池に関する。
【発明の効果】
【０００９】
ＭＥＡの触媒層において、ガス拡散性とともにプロトン輸送性を高める一方で、触媒粒子の粗大化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るＭＥＡの構造を模式的に示す縦断面図である。
【図２】ＭＥＡにおける触媒層の状態を模式的に示す断面図である。
【図３】触媒層の第１領域を模式的に示す断面図である。
【図４】触媒層の厚み方向に沿った断面において、第１の導電体の配向角度θの算出法を説明するための模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る燃料電池に配置される単セルの構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（ＭＥＡ）
本発明の一実施形態に係るＭＥＡは、電解質膜および電解質膜を挟むように配置された一対の電極層を含み、一対の電極層は、電解質膜を挟むように配置された一対の触媒層と、一対の触媒層のそれぞれの電解質膜とは反対側に配置された一対のガス拡散層と、を備える。一対の触媒層のうち少なくとも一方の触媒層は、２以上のアスペクト比を有する第１の導電体と、触媒粒子と、２未満のアスペクト比を有する第２の導電体と、プロトン伝導性樹脂と、を含む。少なくとも一方の触媒層は、第１の導電体からの距離が２００ｎｍ以下である第１領域と、第１の導電体からの距離が２００ｎｍより大きい第２領域と、を備える。第１領域および第２領域には、空孔が存在しており、第１領域における空孔径の最頻値Ｍ１と、第２領域における空孔径の最頻値Ｍ２とは、Ｍ１＜Ｍ２を充足する。触媒粒子は、コア部とシェル部とを備える第１粒子を含む。シェル部は、コア部を覆うとともにコア部と異なる成分を含む。
【００１２】
触媒層に、アスペクト比の高い導電体を添加すると、比較的にアスペクト比の低い導電体が密に充填されることが抑制され、触媒層内に空隙を確保することができる。しかし、空隙はランダムに形成されるため、ガスの経路に偏りが生じ、触媒層におけるガスの拡散性を向上することが難しい。
【００１３】
本実施形態では、アスペクト比の高い導電体（第１の導電体）からの距離が２００ｎｍ以下である第１領域における空孔径の最頻値Ｍ１と、第１の導電体からの距離が２００ｎｍより大きい第２領域における空孔径の最頻値Ｍ２とが、Ｍ１＜Ｍ２となるように触媒層を形成する。つまり、第１領域に比べて、第２領域に大きな空孔が存在するように触媒層を形成する。これにより、第２領域にガスの拡散経路が形成されるため、触媒層全体にガスを効率よく拡散でき、高いガス拡散性を確保できる。また、必然的に、第１の導電体の近傍では、触媒粒子、アスペクト比の低い導電体（第２の導電体）およびプロトン伝導性樹脂の存在確率が増加する。プロトンは、第１の導電体および第２の導電体に付着したプロトン伝導性樹脂を伝って触媒粒子の近傍にスムーズに輸送される。よって、ガス拡散性およびプロトン輸送性が向上することにより、触媒層での酸化または還元反応を効率よく行うことができる。
【００１４】
一方、ガス拡散性が向上することにより、発電時に触媒粒子が移動し易くなり、触媒粒子の粗大化が進む場合がある。そこで、本実施形態では、触媒粒子としてコア部とシェル部とを備える第１粒子（以下、コアシェル粒子と称する場合がある。）を用いることにより、触媒粒子の粗大化を抑制する。コアシェル粒子の場合、コア部同士およびシェル部同士がそれぞれ別々に凝集するため、触媒層のガス拡散性が大きく向上する場合でも、触媒粒子の粗大化を顕著に抑制し得る。このように、触媒層において良好なガス拡散性が得られる一方で、触媒粒子の粗大化が抑制されることにより、燃料電池の発電性能（出力特性等）が向上する。
【００１５】
以下、ＭＥＡの構成についてより具体的に説明する。
（触媒層）
触媒層は、２以上のアスペクト比を有する第１の導電体と、触媒粒子と、２未満のアスペクト比を有する第２の導電体と、プロトン伝導性樹脂と、を備える。触媒層には、空孔が存在しており、第１の導電体の近傍よりも、それ以外の領域の方が、空孔径の最頻値が大きい。言い換えれば、第１の導電体からの距離が２００ｎｍより大きい第２領域では、第１領域に比べて比較的大きな空孔が形成される。その一方で、第１領域では、必然的に、触媒粒子、第２の導電体およびプロトン伝導性樹脂が多く分布することとなる。そのため、第２領域によりガスがスムーズに触媒層内に拡散するとともに、第１領域により触媒反応を効率よく行なうことができる。なお、第１領域および第２領域は、触媒層内の領域である。電解質膜内における第１の導電体からの距離が２００ｎｍ以下である領域、および、電解質膜内における第１の導電体からの距離が２００ｎｍより大きい領域は、第１領域および第２領域には含まない。
【００１６】
第１領域における空孔径の最頻値Ｍ１の、第２領域における空孔径の最頻値Ｍ２に対する比（＝Ｍ１／Ｍ２）は、例えば、０．９０以下であり、０．８以下であることが好ましく、０．６以下であってもよい。Ｍ１／Ｍ２比の下限は、例えば、０．０３以上である。Ｍ１／Ｍ２比がこのような範囲である場合、触媒層におけるガス拡散性およびプロトン輸送性をさらに高めることができる。
【００１７】
第２領域における空孔径の最頻値Ｍ２は、例えば、５０〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましく、６０〜４００ｎｍの範囲内であることがさらに好ましい。Ｍ２がこのような範囲内であることで、排水性、及び高いガス拡散性を確保し易くなるとともに、第１の導電体の近傍に、触媒粒子、第２の導電体、プロトン伝導性樹脂を分布させ易い。
【００１８】
触媒層における空孔径は、例えば、触媒層の断面の電子顕微鏡写真の所定面積（例えば、縦３μｍ×横３μｍ）の領域について、二値化処理を行い、空孔（空隙）と空孔以外の領域とに分け、空孔のサイズを計測することにより求めることができる。断面写真における空孔と同じ面積を有する円（相当円）の直径を、空孔径（空孔のサイズ）とするものとする。第１領域における空孔径の最頻値Ｍ１は、断面写真の所定面積の領域について、第１の導電体からの距離が２００ｎｍ以内の第１領域において計測した空孔径から求められる。第２領域における空孔径の最頻値Ｍ２は、第１の導電体からの距離が２００ｎｍより大きい領域を対象とする以外は、第１領域の場合と同様にして求めることができる。
【００１９】
なお、第１領域は、各第１の導電体に着目したときに、第１の導電体の表面からの距離が２００ｎｍである点を結んだ円筒状（またはそれに類似の形状）の空間と、第１の導電体の両端からの距離が２００ｎｍである点を結んだ半球状（またはそれに類似の形状）の空間とを連結した空間を意味する。第１の導電体の長手方向に垂直な断面の中心から、第１の導電体の繊維径の半分に２００ｎｍを加えた長さを直径とする円（またはそれに類似の形状）をつないだ形状の空間と、当該中心を通る直線と第１の導電体の２つの端部との交点をそれぞれ中心とする半球状の空間と、を連結した空間であるとも言える。
【００２０】
図３は、触媒層の第１領域を模式的に示す断面図である。図３では、便宜上、第２の導電体と触媒粒子を省略している。また、図３では、第１領域と第２領域との境界を破線で示すとともに、第１領域にハッチングを付している。第１領域Ｓ１は、第１の導電体１２１からの距離がＷの領域であり、第２領域Ｓ２は、第１の導電体１２１からの距離がＷより大きい領域である。Ｗは２００ｎｍ以下である。
【００２１】
触媒層は、電解質膜側の領域Ａと、ガス拡散層側の領域Ｂとで、第１の導電体の含有率が同じであってもよく、異なっていてもよい。ガス拡散性をさらに高める観点からは、領域Ａにおける第１の導電体の含有率Ｃａと、領域Ｂにおける第１の導電体の含有率Ｃｂとは、Ｃａ＜Ｃｂを充足することが好ましい。ここで言う含有率Ｃａ，Ｃｂとは、各領域において第２の導電体と第１の導電体の合計体積に占める第１の導電体の体積比率（体積％）のことである。
【００２２】
各導電体の含有率は、例えば、触媒層の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真から求めることができる。具体的には、断面写真において、空隙と導電体の区別ができるように画像処理（２値化）を行い、次に、任意の所定面積の領域について、導電体を第１の導電体と第２の導電体に区別し、それぞれの面積を算出する。各導電体の面積の合計に対する第１の導電体の面積の比率（％）を求め、この面積比率を上記の体積比率に相当するものとして、導電体の含有率とすることができる。面積比率は、断面写真の領域ＡまたはＢにおいて、複数の所定面積の領域について求め、平均化した平均値であってもよい。
【００２３】
Ｃａ＜Ｃｂを充足する触媒層は、例えば、第１の導電体の含有率が異なる二種類の触媒層用の分散液を用いて、電解質膜上に、領域Ａとなる層、その後、領域Ｂとなる層を順次形成することで得ることができる。
なお、触媒層の厚みをＴとするとき、触媒層の電解質膜との界面から０．５Ｔまでの領域を領域Ａとし、残りのガス拡散層側の領域を領域Ｂとするものとする。
【００２４】
含有率Ｃａの含有率Ｃｂに対する比（＝Ｃａ／Ｃｂ）は、例えば、０．９５以下であることが好ましく、０．９以下または０．８以下であることがさらに好ましい。Ｃａ／Ｃｂ比の下限は特に制限されないが、例えば、０．１以上である。Ｃａ／Ｃｂ比がこのような範囲である場合、ガス拡散性およびプロトン伝導性をさらに高め易くなる。
【００２５】
含有率Ｃａは、例えば、４〜４０体積％であり、８〜３０体積％であることが好ましい。含有率Ｃａがこのような範囲である場合、より高いガス拡散性を確保することができる。また、高いプロトン伝導性が得られ易くなる。
【００２６】
領域Ａと領域Ｂとにおいて、プロトン伝導性樹脂の第２の導電体に対する質量比は同じであってもよく、異なっていてもよい。電解質膜側の領域Ａにおけるプロトン輸送パスを増加させ、プロトン輸送性をさらに高める観点から、領域Ａにおけるプロトン伝導性樹脂の第２の導電体に対する質量比Ｒａと、領域Ｂにおけるプロトン伝導性樹脂の第２の導電体に対する質量比Ｒｂとは、Ｒａ＞Ｒｂを充足することが好ましい。
【００２７】
Ｒａ＞Ｒｂを充足する触媒層は、例えば、プロトン伝導性樹脂の第２の導電体に対する質量比が異なる二種類の触媒層用の分散液を用いて二層に形成してもよい。また、触媒層用の分散液の塗膜を乾燥させる際に、触媒層表面側から熱風を与えるなど、ガス拡散層側に比べて、電解質膜側がゆっくりと乾燥するように、塗膜を乾燥させて、プロトン伝導性樹脂を電解質膜側にマイグレーションさせてもよい。
【００２８】
ＲｂのＲａに対する比（＝Ｒｂ／Ｒａ）は、例えば、０．９５以下であり、０．８５以下であることが好ましく、０．７５以下であることがさらに好ましい。Ｒｂ／Ｒａ比の下限は特に制限されないが、例えば、０．３以上であることが好ましい。Ｒｂ／Ｒａ比がこのような範囲である場合、高いガス拡散性を確保しながら、プロトン輸送性の向上効果をさらに高めることができる。
【００２９】
質量比Ｒａは、例えば、０．５〜２．０であり、０．６〜１．８であることが好ましく、０．８〜１．５であることがさらに好ましい。Ｒａがこのような範囲である場合、領域Ａにおいて、高いプロトン輸送性を確保でき、触媒反応をより効率よく行なうことができる。
【００３０】
領域Ａと領域Ｂとで、第１の導電体の含有率やプロトン伝導性樹脂の第２の導電体に対する質量比が異なる触媒層は、例えば、第１の導電体の含有率やプロトン伝導性樹脂の第２の導電体に対する質量比が異なる触媒層用分散液を用いて作製することができる。
【００３１】
電池反応を効率よく進行させる観点から、触媒層において、触媒粒子は、少なくとも第２の導電体に担持されていることが好ましい。触媒粒子は、第１の導電体および第２の導電体の双方に担持されていてもよい。ガス拡散経路が形成される第２領域は、第１の導電体に比べると第２の導電体の近くに存在し易い。そのため、ガス拡散経路に近い位置で触媒反応を効率よく行う観点から、第２の導電体における触媒粒子の担持率Ｓｐと、第１の導電体における触媒粒子の担持率Ｓｆとは、Ｓｐ＞Ｓｆを充足することが好ましい。
【００３２】
Ｓｐ＞Ｓｆを充足する触媒層は、例えば、触媒層を形成する際に、第１の導電体と、第１の導電体よりも触媒粒子の担持量が多い第２の導電体とを用いることにより形成できる。このとき、第１の導電体として、触媒粒子が担持されていないものを用いてもよい。
【００３３】
第１の導電体における触媒粒子の担持率Ｓｆの、第２の導電体における触媒粒子の担持率Ｓｐに対する比（＝Ｓｆ／Ｓｐ）は、例えば、０．８以下であることが好ましく、０．６以下であることが好ましく、０．４以下であることがさらに好ましい。Ｓｆ／Ｓｐ比は、好ましくは０以上である。Ｓｆ／Ｓｐ比がこのような範囲である場合、触媒反応をさらに効率よく行うことができる。
【００３４】
ここで、担持率Ｓｆ、Ｓｐは、それぞれ各導電体とそれに担持された触媒粒子との合計体積に占める触媒粒子の体積の比率である。担持率Ｓｆ、Ｓｐは、それぞれ、触媒層の断面の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の画像に基づいて求めることができる。例えば、触媒層の断面の一部を切り出してＴＥＭ画像を撮影し、この画像において触媒粒子を担持する第１の導電体を任意に複数個（例えば、５個以上）選択し、各第１の導電体について、第１の導電体の面積、および第１の導電体に担持された全ての触媒粒子の面積を求め、これらの合計に対する担持された触媒粒子の面積（担持された全ての触媒粒子の合計面積）の比率（％）を求め、平均化する。この面積比率の平均値を、上記の体積比率に相当するものとして、担持率Ｓｆとすることができる。触媒粒子を担持する第２の導電体についても、同様にして、担持率Ｓｐを求めることができる。なお、担持率ＳｆおよびＳｐとしては、それぞれ、触媒層の任意の複数箇所（例えば、５箇所以上）の所定面積の領域について求めた平均値を用いてもよい。
【００３５】
触媒層において、第１の導電体は、触媒層の厚み方向に沿って配向する起立導電体および／または触媒層の面方向に沿って配向する倒伏導電体を含んでいてもよい。好ましい実施形態では、第１の導電体が、起立導電体を含んでいる。この場合、第２領域内の空孔が厚み方向に沿って連通し易く、ガス拡散経路を確保し易くなるため、触媒層のガス拡散性をさらに向上することができる。
【００３６】
なお、第１の導電体が触媒層の厚み方向に沿って配向するとは、第１の導電体が、触媒層のガス拡散層側の主面（第１主面）に対して４５°以上、９０°以下の配向角度θで配向していることをいう。また、第１の導電体が第１主面に沿って配向するとは、第１の導電体が、第１主面に対して０°以上４５°未満の配向角度θで配向していることをいう。第１主面が凹凸を有する場合、触媒層の厚み方向に垂直な面、あるいは、電解質膜と触媒層との界面（触媒層の電解質膜側の主面（第２主面））を、配向角度θを決定する際の基準としてもよい（以下、同じ）。
【００３７】
第１の導電体の配向角度θは、図４を参照して以下のように求められる。図４は、触媒層の厚み方向に沿った断面において、第１の導電体の配向角度θの算出法を説明するための模式図である。図４には、一部の第１の導電体のみを示している。
【００３８】
まず、触媒層１２０の厚み方向に沿った断面を、走査型電子顕微鏡で撮影する。得られたＳＥＭ画像から、例えば２０本以上の第１の導電体１２１が確認できる領域であって、触媒層１２０の厚みＴを一辺とする正方形の領域（以下、指定領域Ｒ）を決める。指定領域Ｒは、以下のようにして決定できる。まず、触媒層１２０の厚み方向に沿った直線を引く。この直線と第２主面１２０Ｙとの交点を、指定領域Ｒを示す正方形の頂点の一つとする。
【００３９】
次に、指定領域Ｒ内の確認可能な第１の導電体１２１の全てに対して、そのＲ内での長さの中間地点Ｃにおける接線Ｌを引く。この接線Ｌと第１主面１２０Ｘとが成す角度（ただし、９０°以下）を、その第１の導電体１２１の配向角度θとする。なお、図４では、触媒層１２０の厚み方向に垂直な面を基準にして、配向角度θを決定している。
【００４０】
このようにして求められた配向角度θが０°以上４５°未満である場合、その第１の導電体１２１は倒伏導電体であるとする。一方、配向角度θが４５°以上、９０°以下である場合、その第１の導電体１２１は起立導電体とする。指定領域Ｒ内に確認できるすべての第１の導電体１２１に対して同様に接線Ｌを引いて、それぞれの配向角度θを求める。ＳＥＭ画像を二値化処理するなどして、第１の導電体１２１を特定してもよい。
【００４１】
なお、触媒層１２０は、触媒層１２０の厚みをＴとするとき、触媒層１２０の電解質膜側の主面（第２主面）１２０Ｙから厚みが０．５Ｔまでの領域Ａ１２０２と、残りのガス拡散層側（第１主面１２０Ｘ側）の領域Ｂ１２０１とを有する。
【００４２】
触媒層の電解質膜側の領域Ａにおける起立導電体の数は、ガス拡散層側の領域Ｂにおける起立導電体の数よりも少ない方が好ましい。領域Ｂが起立導電体を多く備えることにより、ガス拡散層近傍の垂直方向へのガス拡散性が向上することで、触媒層全体へガスが拡散しやすくなる。
【００４３】
本実施形態では、一対の触媒層（アノード側の触媒層およびカソード側の触媒層）のうち少なくとも一方が上記のような構成を有していればよい。一方の触媒層のみがこのような構成を有する場合には、他方の触媒層は、公知の構成としてもよい。例えば、他方の触媒層は、プロトン伝導性樹脂および触媒粒子、場合によって触媒粒子を担持する第２の導電体および／または第１の導電体を含んでもよい。燃料電池のアノード側では、水素ガスが供給され、カソード側では、酸素ガスが供給されるが、酸素ガスは、水素ガスに比べて拡散し難いため、特に、少なくともカソード側の触媒層を上記のような構成とすることが好ましい。
【００４４】
（第１の導電体）
第１の導電体のアスペクト比は２以上であれば特に限定されず、例えば、２以上７００以下であってもよく、３０以上、３００以下であってもよい。
【００４５】
第１の導電体としては、例えば、金属繊維、繊維状炭素材料などの繊維状導電体、および、グラフェンなどの板状導電体などが挙げられる。なかでも、繊維状導電体が好ましい。繊維状炭素材料としては、例えば、気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどが挙げられる。繊維状導電体の長さは、特に限定されない。なかでも、起立導電体が配置され易い点で、繊維状導電体の平均繊維長は０．１５〜５μｍが好ましく、０．２〜２μｍがより好ましい。繊維状導電体の直径は、特に限定されない。なかでも、ガスの通り道が確保され易い点で、繊維状導電体の平均直径は５〜２００ｎｍが好ましく、１０〜１５０ｎｍがより好ましい。
【００４６】
なお、繊維状導電体の平均繊維長および平均直径は、触媒層の断面ＳＥＭ像、ＴＥＭ像において、任意に選択した複数（例えば、３０本）の繊維状導電体の繊維長および直径を求め、それぞれ平均化することにより求めることができる。
【００４７】
ＭＥＡにおいて、第１の導電体の一部は、触媒層内に留まらず、触媒層とガス拡散層との間に跨って存在させてよい。触媒層とガス拡散層との密着性が高まって、界面剥離が抑制され易くなるためである。
【００４８】
（触媒粒子）
触媒粒子は、コア部とシェル部とを備える第１粒子を含む。
第１粒子のコア部とシェル部とは互いに異なる成分を含む。なお、コア部とシェル部とが互いに異なる成分を含むとは、コア部で存在割合が最も高い金属元素と、シェル部で存在割合が最も高い金属元素とが、互いに異なることを意味する。発電時に第１粒子が繊維状導電部材の表面を移動すると、金属の凝集が進行する。ただし、凝集は同種の金属間で進行しやすいため、コア部同士およびシェル部同士がそれぞれ別々に凝集しやすい。これにより、複数の触媒粒子の全体が一体化するような凝集が抑制され、触媒粒子の粗大化が抑制される。よって、粒子サイズのばらつきが増大しにくく、触媒層内の局所的な電流集中およびそれに伴う発熱が生じにくくなり、電解質膜の劣化が抑制される。
【００４９】
通常、触媒粒子の表面は、プロトン伝導性樹脂で被覆されている。触媒粒子の粗大化が抑制される場合、触媒粒子の表面のプロトン伝導性樹脂による被覆状態が変化しにくくなるため、プロトン伝導抵抗の増大も抑制される。
【００５０】
第１粒子の平均粒径は、例えば、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。第１粒子の平均粒径が上記範囲であると、十分な触媒活性を確保しながら、触媒粒子の単位質量当たりの電気化学的に有効な表面積を大きくすることができる。特に、第１粒子の平均粒径が３ｎｍ以上８ｎｍ以下であると、上記に加えて、第１粒子の移動に伴って形成され得る、後述の第２粒子および第３粒子のサイズを十分に小さくすることができる。第１粒子の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の画像から、第１粒子を任意に１つ選出し、当該粒子を球状と見なしてその粒径を算出する。同様にして、同じＴＥＭ画像で観察される２００〜３００個の粒子のそれぞれの粒径を算出し、これらの粒子の平均を平均粒径とする。第２粒子および第３粒子についても同様である。なお、各粒径を算出する前に、予めエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）にて組成分析を行って、触媒粒子が第１粒子、第２粒子あるいは第３粒子のうちのどれであるかを特定しておく。
【００５１】
シェル部に含まれる成分は、触媒活性を有する限り特に限定されない。なかでも、高い触媒活性を有する点で、シェル部は、白金および白金合金の少なくとも一方を含むことが好ましい。白金合金は、主成分として白金を含む。主成分として白金を含むとは、白金合金中の白金の含有量が、９０質量％以上１００質量％未満であることをいう。白金合金中の白金の含有量が９０質量％以上であると、長期間使用する場合にも十分な触媒活性を維持することができる。白金合金としては、例えば、白金以外に、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、ニッケル、金、コバルト、パラジウム、銀、鉄、銅などが挙げられる。これらは、単独で、あるいは、２種以上を組み合わせて用いられる。
【００５２】
コア部は、例えば、白金以外の遷移金属から選択された少なくとも１種を含む。白金以外の遷移金属としては、例えば、パラジウム、銅、鉄、ニッケル、コバルト、ルテニウム、ロジウム、銀および金などが挙げられる。これらは、単独で、あるいは、２種以上を組み合わせて用いられる。２種以上を組み合わせて用いる場合、合金であってもよい。なかでも、銅、鉄およびニッケルは、コスト面で有利である。一方、これらは溶出し易いため、使用環境に応じて適宜選択することが望ましい。
【００５３】
触媒粒子の粗大化抑制、シェル部の安定性の観点から、コア部は、パラジウムおよびパラジウム合金の少なくとも一方を含むことが好ましい。パラジウム合金は、主成分としてパラジウムを含む。主成分としてパラジウムを含むとは、パラジウム合金中のパラジウムの含有量が、８０質量％以上１００質量％未満であることをいう。パラジウム合金中のパラジウムの含有量が８０質量％以上であれば、触媒粒子の粗大化が更に抑制される。また、パラジウム合金と白金の原子サイズとの差が小さくなるため、均一な白金シェルが得られないからである。パラジウム合金は、例えば、パラジウム以外に、イリジウム、銅、鉄、ニッケル、コバルト、ルテニウム、ロジウム、および銀よりなる群から選択される少なくとも１種を含む。
【００５４】
高い触媒活性の確保および触媒粒子の粗大化抑制の観点から、第１粒子に占めるシェル部の質量割合は、コア部の１００質量部に対して３０質量部以上４００質量部以下が好ましく、４０質量部以上２００質量部以下がより好ましい。シェル部の厚みは、１原子以上４原子以下が好ましい。
【００５５】
高い触媒活性の確保の観点から、コア部の表面の７０％以上がシェル部で覆われていることが好ましく、コア部の表面の８０％以上がシェル部で覆われていることがより好ましい。被覆率がこの範囲であれば、十分に高い触媒活性が得られる。
【００５６】
触媒粒子は、さらに、コア部と同じ成分を含む第２粒子を含んでもよい。このような第２粒子は、例えば、発電時の複数の第１粒子の移動に伴うコア部同士の凝集により形成され得る。第２粒子の形成により、複数の触媒粒子が全体として凝集する場合よりも、凝集粒子のサイズを小さくすることができる。なお、第２粒子とコア部とが、互いに同じ成分を含むとは、第２粒子で存在割合が最も高い金属元素と、コア部で存在割合が最も高い金属元素とが、互いに同じであることを意味する。
【００５７】
触媒粒子は、さらに、シェル部と同じ成分を含む第３粒子を含んでもよい。このような第３粒子も、例えば、発電時の複数の第１粒子の移動に伴うシェル部同士の凝集により形成され得る。第３粒子の形成により、複数の触媒粒子が全体として凝集する場合よりも、凝集粒子のサイズを小さくすることができる。なお、第３粒子とシェル部とが、互いに同じ成分を含むとは、第３粒子で存在割合が最も高い金属元素と、シェル部で存在割合が最も高い金属元素とが、互いに同じであることを意味する。
【００５８】
第２粒子および第３粒子は、第１粒子に由来し得る。一方、第２粒子および第３粒子は、少なくともコアシェル構造を有さない点で第１粒子と区別し得る。
【００５９】
第１領域において、第１粒子の存在割合Ｒ１と、第２粒子の存在割合Ｒ２とは、Ｒ１＞Ｒ２を充足し得る。また、第１領域において、第１粒子の存在割合Ｒ１と、第３粒子の存在割合Ｒ３とは、Ｒ１＞Ｒ３を充足し得る。これにより、十分な触媒活性が確保されるとともに、第１粒子、第２粒子および第３粒子を含む触媒粒子の単位質量当たりの電気化学的に有効な表面積が大きくなる。また、第１粒子が第２粒子および第３粒子より多いため、ガスは第１粒子に接触し易くなって、電気化学反応の効率が向上する。第１領域は、空孔径の最頻値が第２領域より小さいため、第１粒子をより多く存在させて電気化学反応の効率を高めることは有意である。
【００６０】
第１粒子、第２粒子および第３粒子の有無、あるいはこれらの第１領域における存在割合は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）を用いて求めることができる。例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により、触媒層から取り出してきたサンプルの所定面積（例えば、縦１００ｎｍ×横１００ｎｍ）を観察する。そして、ＥＤＸを用いて上記所定面積の元素分析を行うことで、確認することができる。なお、同様の分析を５回以上行い、平均値を算出することが望ましい。ＥＤＸに替えて、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）や、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）等を用いてもよい。
【００６１】
触媒粒子の少なくとも一部は、第２の導電体に担持されていることが好ましい。第２の導電体に担持されている触媒粒子は、第１粒子を含み、さらに、第２粒子および第３粒子を含んでもよい。触媒粒子は、第２の導電体に加えて、第１の導電体にも担持されていることが好ましい。触媒粒子がガスに接触し易くなって、ガスの酸化反応あるいは還元反応の効率が高まるためである。第１の導電体に担持されている触媒粒子は、第１粒子を含み、さらに、第２粒子および第３粒子を含んでもよい。
【００６２】
（第２の導電体）
第２の導電体のアスペクト比は２未満であれば特に限定されず、例えば、１以上２未満であってもよく、１以上１．５以下であってもよい。このような第２の導電体は、例えば、粒子状の導電体である。
【００６３】
粒子状導電体としては特に限定されないが、金属粒子、導電性の金属化合物の粒子、粒子状炭素材料などが挙げられる。なかでも、粒子状炭素材料が好ましい。粒子状炭素材料のうち、導電性に優れる点で、カーボンブラックが好ましい。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラックなどが挙げられる。その粒径（あるいは、複数の連結した一次粒子で構成されたストラクチャーの長さ）は特に限定されず、従来、燃料電池の触媒層に用いられるものを使用することができる。
【００６４】
粒子状導電体の比表面積は、８００ｍ２／ｇ以上であることが好ましく、１０００ｍ２／ｇ以上であることが好ましい。比表面積がこのような範囲である場合、多くの触媒粒子を担持し易くなるため、触媒活性を向上することができる。
【００６５】
粒子状導電体の平均一次粒子径は、例えば、０．０１〜１μｍであり、０．０２〜０．１μｍであることが好ましい。粒子状導電体の平均一次粒子径は、触媒層の断面ＳＥＭ像、またはＴＥＭ像から測定することができる。
【００６６】
（プロトン伝導性樹脂）
プロトン伝導性樹脂としては特に限定されないが、パーフルオロカーボンスルホン酸系高分子、炭化水素系高分子等が例示される。なかでも、耐熱性と化学的安定性に優れる点で、パーフルオロカーボンスルホン酸系高分子等が好ましい。例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）が挙げられる。
【００６７】
触媒層において、第１の導電体は、触媒粒子、第２の導電体およびプロトン伝導性樹脂の合計１００質量部に対して２〜３０質量部含まれることが好ましく、４〜１５質量部がより好ましい。第１の導電体の量がこのような範囲である場合、第１の導電体の近傍に触媒粒子、第２の導電体およびプロトン伝導性樹脂が存在し易くなり、第２領域にガス拡散経路が形成され易くなる。よって、ガス拡散性および電気化学反応の効率が高まり易い。
【００６８】
触媒層の厚み（厚みＴ）は、燃料電池の小型化を考慮すると、薄いことが望ましい一方で、強度の観点から、過度に薄くないことが好ましい。触媒層の厚みは、例えば１μｍ〜５０μｍである。触媒層の厚みとは、任意の１０箇所における、一方の主面から他方の主面までの距離の平均値である。例えば、触媒層の厚みは、触媒層の厚み方向に沿う断面（幅１００μｍ）のＳＥＭ画像における任意の１０箇所について、ガス拡散層側の主面から電解質膜との界面まで、触媒層の厚み方向に沿った直線を引いたときの距離を平均化することにより算出される。
【００６９】
図１は、ＭＥＡの構造を模式的に示す縦断面図である。
ＭＥＡ１００は、電解質膜１１０と、電解質膜１１０を挟むように配置された一対の触媒層１２０と、触媒層１２０の電解質膜１１０とは反対側に配置された一対のガス拡散層１３０とを備える。一対の触媒層１２０は、第１触媒層１２０Ａおよび第２触媒層１２０Ｂからなる。一対のガス拡散層１３０は、第１ガス拡散層１３０Ａおよび第２ガス拡散層１３０Ｂからなる。第１触媒層１２０Ａは、第１主面１２０Ｘ側の第１ガス拡散層１３０Ａと、第２主面１２０Ｙ側の電解質膜１１０とに挟まれた状態となっている。
【００７０】
図２は、ＭＥＡにおける触媒層の状態を模式的に示す断面図である。
図２では、電解質膜１１０と触媒層１２０との界面近傍における触媒層１２０の状態を示す。触媒層１２０は、第１の導電体１２１と、第２の導電体１４１と、触媒粒子１４２と、プロトン伝導性樹脂（図示せず）とを含む。触媒層１２０では、第１の導電体１２１の近傍（第１領域）に、第２の導電体１４１と触媒粒子１４２と図示しないプロトン伝導性樹脂とが存在している。そのため、第１の導電体１２１の近傍に存在する空孔は径が小さくなる。その一方で、第１の導電体１２１から離れた位置（第２領域）では、第２の導電体１４１と触媒粒子１４２と図示しないプロトン伝導性樹脂との存在確率が低くなっており、これにより比較的大きな空孔が存在する。この比較的大きな空孔の存在により、触媒層１２０においてガス拡散経路が形成され、高いガス拡散性が得られる。また、第１の導電体１２１に付着したプロトン伝導性樹脂により、第１の導電体１２１を伝ってプロトンがスムーズに輸送される。触媒粒子１４２の多くは、第２の導電体１４１に担持された状態となっており、ガス拡散経路から拡散されるガスと第１の導電体１２１を伝って輸送されたプロトンを利用して触媒反応を効率よく行なうことができる。
【００７１】
（電解質膜）
電解質膜は、例えば、含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成される。電解質膜の材料のうち、含フッ素重合体としては、例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ホスホン酸基および／またはカルボキシ基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例としては、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）等が挙げられる。非フッ素重合体としては、ポリサルホン樹脂等が挙げられる。電解質膜の厚さは、例えば、３μｍ以上、１００μｍ以下である。
【００７２】
（ガス拡散層）
ガス拡散層としては、導電性多孔質基材を用いることができる。導電性多孔質基材は、カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維などの炭素質材料から形成することが好ましい。具体的には、カーボンペーパー、カーボンクロス、炭素材料と結着剤とを含む組成物をシートに成形した多孔質導電性カーボンシート等が挙げられる。
【００７３】
ＭＥＡは、例えば、以下のようにして作製される。
まず、電解質膜および一対のガス拡散層を準備する。別途、触媒粒子および第２の導電体を、分散媒（例えば、水、エタノール、プロパノール等）中で混合して分散液を得る。得られた分散液を撹拌しながら、プロトン伝導性樹脂および第１の導電体を順次添加して、触媒分散液を得る。プロトン伝導性樹脂は、複数回に分けて添加してもよい。この場合、プロトン伝導性樹脂の複数回目の添加は、繊維状炭素材料と共に行ってもよい。
【００７４】
続いて、得られた触媒分散液を、電解質膜に塗布して触媒層を形成し、触媒層のそれぞれの主面にガス拡散層を積層することにより、ＭＥＡを得ることができる。もしくは、触媒分散液を、適当な２枚の転写用基材シートのそれぞれの表面に均一な厚さで塗布し、触媒層を２枚形成する。得られた２枚の触媒層を、電解質膜の主面にそれぞれ転写し、触媒層のそれぞれ主面にガス拡散層を積層することにより、ＭＥＡを得ることができる。転写用基材シートの表面に塗布した触媒分散液の塗膜を乾燥させると、分散媒の対流により、第１の導電体の少なくとも一部が起立して、起立導電体とすることができる。
【００７５】
第１の導電体に予め第２の導電体を付着させた複合材料を形成し、この複合材料を用いて調製した触媒分散液を用いて触媒層を形成することにより、第１の導電体近傍の第１領域に比べて、第２領域における空孔径を大きくすることができる。また、触媒分散液を調製する際に、造孔材料を添加し、触媒層を完成させる際または完成後に、造孔材料を除去することで、第２領域における空孔径を第１領域よりも大きくすることができる。触媒分散液の塗膜を乾燥させる際の温度および／または時間を調節することで、第２領域における空孔径を第１領域よりも大きくしてもよい。
【００７６】
触媒分散液の塗布法としては、慣用の塗布方法、例えば、スプレー法、スクリーン印刷法、および、ブレードコーター、ナイフコーター、グラビアコーターなどの各種コーターを利用するコーティング法等が挙げられる。転写用基材シートとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレンなどの平滑表面を有するシートを用いることが好ましい。
【００７７】
触媒分散液の塗膜を乾燥させる際の温度は、例えば、５０〜９０℃であることが好ましく、６０〜８０℃であることがさらに好ましい。触媒分散液の塗膜を乾燥させる際の時間は、例えば、１〜１０分であり、２〜５分であることが好ましい。
【００７８】
造孔材料を用いる場合、造孔材料の種類によっては、触媒分散液の塗膜を乾燥させると同時に、造孔材料を分解または蒸発させることで孔を形成してもよい。また、塗膜を乾燥させた後に、造孔材料を分解または蒸発させてもよい。その際の温度は、造孔材料およびプロトン伝導性樹脂などの種類に応じて選択でき、例えば、５０〜２００℃であることが好ましく、６０〜１４０℃であることがさらに好ましい。造孔材料を分解または蒸発させる際の時間は、例えば、１〜１０分である。
【００７９】
造孔材料としては、公知のものが使用できる。造孔材料としては、例えば、水溶性の短繊維、金属炭酸塩、金属シュウ酸塩、アルミナウィスカー、シリカウィスカーなどが挙げられる。また、造孔材料として、フマル酸、マロン酸、リンゴ酸等のジカルボン酸、プロトン伝導性樹脂に溶解能を有さない液体材料などを用いてもよい。
【００８０】
（燃料電池）
本実施形態に係る燃料電池は、上記のＭＥＡと、ＭＥＡの一対のガス拡散層のそれぞれを介してＭＥＡを挟むように配置された一対のセパレータと、を備える。
【００８１】
以下、本実施形態に係る燃料電池の構造の一例を、図５を参照しながら説明する。図５は、本発明の実施形態に係る燃料電池に配置される単セルの構造を模式的に示す断面図である。通常、複数の単セルは積層されて、セルスタックとして燃料電池に配置される。図５では、便宜上、１つの単セルを示している。
【００８２】
単セル２００は、電解質膜１１０と、電解質膜１１０を挟むように配置された一対の触媒層（第１触媒層１２０Ａおよび第２触媒層１２０Ｂ）と、第１触媒層１２０Ａおよび第２触媒層１２０Ｂをそれぞれ介して、電解質膜１１０を挟むように配置された一対のガス拡散層（第１ガス拡散層１３０Ａおよび第２ガス拡散層１３０Ｂ）と、第１ガス拡散層１３０Ａおよび第２ガス拡散層１３０Ｂをそれぞれ介して、電解質膜１１０を挟むように配置された一対のセパレータ（第１セパレータ２４０Ａおよび第２セパレータ２４０Ｂ）と、を備える。触媒層とガス拡散層とからなる一対の電極層は、一方の電極層がアノードとして機能し、他方の電極層は、カソードとして機能する。電解質膜１１０は、第１触媒層１２０Ａおよび第２触媒層１２０Ｂより一回り大きいため、電解質膜１１０の周縁部は、第１触媒層１２０Ａおよび第２触媒層１２０Ｂからはみ出している。電解質膜１１０の周縁部は、一対のシール部材２５０Ａ、２５０Ｂで挟持されている。
【００８３】
電解質膜、触媒層、およびガス拡散層についてはＭＥＡの記載を参照できる。以下にその他の構成について説明する。
（セパレータ）
第１セパレータ２４０Ａおよび第２セパレータ２４０Ｂは、気密性、電子伝導性および電気化学的安定性を有すればよく、その材質は特に限定されない。このような材質としては、炭素材料、金属材料などが好ましい。金属材料には、カーボンを被覆してもよい。例えば、金属板を所定形状に打ち抜き、表面処理を施すことにより、第１セパレータ２４０Ａおよび第２セパレータ２４０Ｂが得られる。
【００８４】
本実施形態においては、第１ガス拡散層１３０Ａの第１セパレータ２４０Ａと当接する側の面には、ガス流路２６０Ａが形成されている。一方、第２ガス拡散層１３０Ｂの第２セパレータ２４０Ｂと当接する側の面には、ガス流路２６０Ｂが形成されている。そのため、第１セパレータ２４０Ａおよび第２セパレータ２４０Ｂには、ガス流路が形成されなくてもよい。ガス流路の形状は特に限定されず、パラレル型、サーペンタイン型、ストレート型などに形成すればよい。第１ガス拡散層１３０Ａまたは第２ガス拡散層１３０Ｂがガス流路２６０Ａまたは２６０Ｂを有さない場合、対応するセパレータのガス拡散層に対向する面に、ガス流路を形成する。
【００８５】
（シール部材）
シール部材２５０Ａ、２５０Ｂは、弾性を有する材料であり、ガス流路２６０Ａ、２６０Ｂから燃料および／または酸化剤がリークすることを防止している。シール部材２５０Ａ、２５０Ｂは、例えば、第１触媒層１２０Ａおよび第２触媒層１２０Ｂの周縁部をループ状に取り囲むような枠状の形状を有する。シール部材２５０Ａ、２５０Ｂとしては、それぞれ、公知の材質および公知の構成が採用できる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明に係る燃料電池は、定置型の家庭用コジェネレーションシステム用電源や、車両用電源として、好適に用いることができる。本発明は、高分子電解質型燃料電池への適用に好適であるが、これに限定されるものではなく、燃料電池一般に適用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１００：膜電極接合体
１１０：電解質膜
１２０：一対の触媒層
Ｓ１：第１領域
Ｓ２：第２領域
１２０Ａ：第１触媒層
１２０Ｂ：第２触媒層
１２０Ｘ：第１主面
１２０Ｙ：第２主面
１２０１：領域Ｂ
１２０２：領域Ａ
１２１：第１の導電体
１４１：第２の導電体
１４２：触媒粒子
１３０：一対のガス拡散層
１３０Ａ：第１ガス拡散層
１３０Ｂ：第２ガス拡散層
２００：燃料電池（単セル）
２４０Ａ：第１セパレータ
２４０Ｂ：第２セパレータ
２５０Ａ、２５０Ｂ：シール部材
２６０Ａ、２６０Ｂ：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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