(57)【要約】【課題】電流密度が高くメタノール耐性を備えた燃料電池用膜電極接合体を提供する。【解決手段】高分子電解質膜１１１と、前記高分子電解質膜の第１主面に設けられたカソード触媒層１１３と、前記高分子電解質膜の第２主面に設けられたアノード触媒層１１２と、を備え、前記カソード触媒層１１３は、白金及びパラジウムを、白金：パラジウム＝１：０．２〜１：３の原子数比で含有する。【選択図】  図１
2015076348.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第１主面に設けられたカソード触媒層と、前記高分子電解質膜の第２主面に設けられたアノード触媒層と、を備え、
前記カソード触媒層は、白金及びパラジウムを、白金：パラジウム＝１：０．２〜１：３の原子数比で含有する燃料電池用膜電極接合体。
【請求項２】
前記白金及びパラジウムは、１．０〜２．５ｍｇ／ｃｍ２以下の量で担体に担持されている請求項１に記載の燃料電池用膜電極接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の膜電極接合体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイレクトメタノール型燃料電池において、膜電極接合体のカソード触媒に用いられるメタノール耐性触媒として、カーボン担体に白金及び鉄を担持させ、鉄をメタノールの反応抑制剤として機能させるものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許公開ＵＳ２００６／００８８７４１  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術のように、カソード触媒に、酸化され易い鉄が含まれると、固体高分子電解質膜をクロスオーバしたメタノールによって酸化され得るので、カソード触媒の耐久性に問題がある。また、一般的な白金などのメタノール耐性触媒は、還元力が弱いので所望の出力電流密度が得られないという問題を有する。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、メタノール環境に耐性があり且つ出力電流密度が高い燃料電池用膜電極接合体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の第１主面に設けられたカソード触媒層と、前記高分子電解質膜の第２主面に設けられたアノード触媒層と、を備え、前記カソード触媒層は、白金及びパラジウムを、白金：パラジウム＝１：０．２〜１：３の原子数比で含有する燃料電池用膜電極接合体によって上記課題を解決する。
【０００７】
上記発明において、前記白金及びパラジウムは、１．０〜２．５ｍｇ／ｃｍ２の量で担体に担持されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、カソード触媒層が白金及びパラジウムを、白金：パラジウム＝１：０．２〜１：３の原子数比で含有するが、パラジウムは、メタノール環境に耐性があるだけでなく、メタノールの酸化活性が低い一方で酸素の還元活性が高い。このため、アノード側から高分子電解質膜を通過してカソード側にクロスオーバしたメタノールの酸化反応を抑制することで出力電流密度の低下を抑制するとともに、カソードにおける酸素還元反応をより活性化する。これにより、白金のみを含有するカソード触媒からなる燃料電池に比べて、メタノール環境に耐性を備え且つ出力電流密度が高い燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る膜電極接合体を適用した燃料電池を示す一部分解断面図である。
【図２】図１の燃料電池を組み立てた状態を示す断面図である。
【図３】図１の膜電極接合体のうち高分子電解質膜の両主面に補強層を積層する工程を説明するための分解断面図である。
【図４】図１の触媒層を形成する際のスクリーン印刷装置にセットされる治具の一例を示す断面図である。
【図５】図１の高分子電解質膜にガス拡散層を積層する工程を説明するための分解断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２に示す本発明の一実施の形態に係る燃料電池１は、メタノールを燃料として発電するダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）であり、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-electrode assembly）１１と、膜電極接合体１１を挟む板状のアノードセパレータ１４およびカソードセパレータ１５と、アノードセパレータ１４の外側の表面に設けられたアノード集電体１２及びカソードセパレータ１５の外側の表面に設けられたカソード集電体１３と、アノードセパレータ１４の内側に設けられたガスケット１８及びカソードセパレータ１５の内側に設けられたガスケット１９と、を備える。なお、図１は、膜電極接合体１１を挟んで組み立てる前の状態のアノードセパレータ１４及びカソードセパレータ１５を示し、この状態からアノードセパレータ１４とカソードセパレータ１５が膜電極接合体１１を挟んだ状態で組み付けられて図２に示す燃料電池１となる。また図１及び図２は単電池の構成を示すが、要求起電力に応じてこの単電池を複数積層した燃料電池を構成してもよい。
【００１１】
本例の膜電極接合体１１は、水素イオン（陽イオン）伝導性を有する高分子電解質膜１１１と、アノード触媒層１１２と、カソード触媒層１１３と、アノードガス拡散層１１４と、カソードガス拡散層１１５とを含んで構成されている。アノード触媒層１１２とアノードガス拡散層１１４がアノード（燃料極）を構成し、カソード触媒層１１３とカソードガス拡散層１１５がカソード（空気極）を構成する。なお以下において、アノード触媒層１１２及びカソード触媒層１１３を総称する場合は単に触媒層１１２，１１３ともいい、アノードガス拡散層１１４及びカソードガス拡散層１１５を総称する場合は単にガス拡散層１１４，１１５ともいう。
【００１２】
高分子電解質膜１１１と、その表面及び裏面にそれぞれ積層されるアノード触媒層１１２及びカソード触媒層１１３と、さらにその表面及び裏面にそれぞれ積層されるアノードガス拡散層１１４及びカソードガス拡散層１１５は、矩形、円形、楕円形、多角形など燃料電池１の外形形状に応じた適宜の形状とされる。特に限定されないが、一般的にはアノード触媒層１１２及びカソード触媒層１１３の外縁は、高分子電解質膜１１１の外縁より小さい外縁を有し、アノードガス拡散層１１４及びカソードガス拡散層１１５の外縁は、それぞれアノード触媒層１１２及びカソード触媒層１１３の各外縁形状とほぼ同じ外縁形状とされる。
【００１３】
高分子電解質膜１１１としては、特に限定されるものではなく、通常の高分子電解質型燃料電池に搭載される、固体高分子電解質膜などの高分子電解質膜を使用することができる。例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸からなる高分子電解質膜、例えば、米国ＤｕＰｏｎｔ社製のＮａｆｉｏｎ（商品名，登録商標）、旭化成（株）製のＡｃｉｐｌｅｘ（商品名，登録商標）、旭硝子（株）社製のＦｌｅｍｉｏｎ（商品名，登録商標）などを使用することができる。高分子電解質膜１１１の厚さは特に限定されないが、通常２５〜２５０μｍである。
【００１４】
アノード触媒層１１２およびカソード触媒層１１３は、例えば白金系の金属触媒などの電極触媒と、当該電極触媒を担持する導電性炭素粒子（カーボン粉末）と、水素イオン伝導性を有する高分子電解質とで構成されている。これらアノード触媒層１１２およびカソード触媒層１１３の厚さは特に限定されないが、通常５〜５０μｍである。
【００１５】
アノード触媒層１１２およびカソード触媒層１１３における担体である導電性炭素粒子としては、導電性を有する細孔の発達したカーボン材料を用いるのが好ましく、例えばカーボンブラック、活性炭、カーボンファイバーおよびカーボンチューブなどを使用することができる。カーボンブラックとしては、例えばチャネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラックおよびアセチレンブラックなどが挙げられる。また、活性炭は、種々の炭素原子を含む材料を炭化処理および賦活処理することによって得ることができる。
【００１６】
アノード触媒層１１２における電極触媒としては、特に限定されないが白金または白金合金を用いるのが好ましい。白金合金としては、白金以外の白金族の金属（ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム）、鉄、チタン、金、銀、クロム、マンガン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ケイ素、レニウム、亜鉛およびスズからなる群より選択される１種以上の金属と、白金との合金であるのが好ましい。特にアノード触媒層１１２にあっては、中間生成物である一酸化炭素が白金触媒を被毒する問題があるため、耐一酸化炭素被毒性を有するルテニウムなどを含むことが望ましい。また、上記白金合金には、白金と上記金属との金属間化合物が含有されていてもよい。さらに、白金からなる電極触媒と白金合金からなる電極触媒を混合して得られる電極触媒混合物を用いてもよい。なお、下記に示すカソード触媒と同じ電極触媒を用いても、異なる電極触媒を用いてもよい。
【００１７】
本例のカソード触媒層１１３における電極触媒としては、メタノール環境に対する安定性の向上及び出力電流密度の向上の観点から、白金Ｐｔ及びパラジウムＰｄの混合物が用いられる。本例の電極触媒としての白金及びパラジウム混合物は、白金−パラジウム合金であることがより好ましいが、単に白金とパラジウムとを混ぜ合わせたものであってもよい。詳細は下記実施例の欄で説明するが、白金とパラジウム混合物の混合比率は、原子数比にて白金：パラジウム＝１：０．２〜１：３（＝１：３〜５：１）であることが好ましい。白金の原子量は１９５．１、パラジウムの原子量は１０６．４であるから、本例の電極触媒における白金及びパラジウムの混合重量比としては、白金：パラジウム＝１：０．１１〜１：１．６４である。また、本例の白金及びパラジウム混合物からなる電極触媒は、上述した導電性炭素粒子などの担体に担持させるにあたり、１．０〜２．５ｍｇ／ｃｍ２の量で担持させることが好ましく、特に２．５ｍｇ／ｃｍ２を超えない担持量とすることが好ましい。さらに、本例の白金及びパラジウムの量は、導電性炭素粒子などの担体との合計質量に対して１０％〜９０％であることが好ましい。
【００１８】
アノード触媒層１１２およびカソード触媒層１１３に含有されて、上記触媒担持粒子に付着させる上記高分子電解質としては、高分子電解質膜１１１を構成する高分子電解質を用いることができる。アノード触媒層１１２およびカソード触媒層１１３ならびに高分子電解質膜１１１を構成する高分子電解質は、同じ種類であっても、異なる種類であってもよい。例えば、上述した米国ＤｕＰｏｎｔ社製のＮａｆｉｏｎ（商品名，登録商標）、旭化成（株）製のＡｃｉｐｌｅｘ（商品名，登録商標）、旭硝子（株）社製のＦｌｅｍｉｏｎ（商品名，登録商標）などを使用することができる。
【００１９】
アノード触媒層１１２およびカソード触媒層１１３における高分子電解質は、触媒担持粒子を被覆し、３次元に水素イオン伝導経路を確保するために、アノード触媒層１１２およびカソード触媒層１１３を構成する触媒担持粒子の質量に比例した量で、アノード触媒層１１２およびカソード触媒層１１３に含まれていることが好ましい。特に、カソード触媒層１１３に含まれる高分子電解質の質量は、カソード触媒層の質量に対して１５％〜５０％であることが望ましい。パーフルオロカーボンスルホン酸からなる高分子電解質の質量が１５％以上であると、十分な水素イオン伝導性が確保でき、５０％以下であると、フラッディングの回避が可能であり、より高い電池出力を実現することができる。
【００２０】
アノードガス拡散層１１４およびカソードガス拡散層１１５は、それぞれアノード触媒層１１２およびカソード触媒層１１３の上側に配置され、アノードセパレータ１４およびカソードセパレータ１５のアノード流路１６及びカソード流路１７から流入したメタノールや酸素（空気）をアノード触媒層１１２およびカソード触媒層１１３効率よく導く機能と導電性があれば特に限定されず、当該分野において公知の種々のガス拡散層を用いることができる。これらのガス拡散層１１４，１１５を構成する基材としては、ガス透過性を持たせるために、発達したストラクチャー構造を有するカーボン微粉末、造孔材、カーボンペーパーまたはカーボンクロスなどを用いて作製された、導電性多孔質基材を用いることができる。また、排水性を向上させるために、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素樹脂を代表とする撥水性材料（高分子）を上記基材の内部に分散させて、上記基材は撥水処理を施してもよい。さらに、電子伝導性を持たせるために、カーボン繊維、金属繊維またはカーボン微粉末などの電子伝導性材料で上記基材を構成してもよい。なお、カソード側およびアノード側において同じガス拡散層を用いても異なるガス拡散層を用いてもよい。アノードガス拡散層１１４およびカソードガス拡散層１１５の厚さは特に限定されないが、通常１００〜５００μｍである。
【００２１】
膜電極接合体１１は、図１及び図２に示すように高分子電解質膜１１１の機械的強度を高めて膨張・収縮を抑制するために、高分子電解質膜１１１の上面及び下面の外縁部のそれぞれに額縁状の補強層１１６Ａ，１１６Ｂを設けてもよい。この補強層１１６Ａ，１１６Ｂは、所望の剛性を有する材料であれば特に限定されないが、たとえばポリエチレンテレフタレートＰＥＴ、ポリエチレンナフタレートＰＥＮ、ポリテトラフルオロエチレンＰＴＦＥなどからなるフィルムを用いることができる。
【００２２】
一対のアノードセパレータ１４およびカソードセパレータ１５は、膜電極接合体１１の外形形状に応じた適宜の外形形状とされ、膜電極接合体１１の外側に配置されて、膜電極接合体１１を機械的に固定するための導電性を有する部材である。アノードセパレータ１４のうちの膜電極接合体１１と接触する面には、アノードに燃料であるメタノールを供給し、電極反応生成物、未反応のメタノールを含む物質を反応場から外部に運び去るためのアノード流路１６が形成され、同様に、カソードセパレータ１５のうちの膜電極接合体１１と接触する面には、カソードに酸素（空気）を供給し、電極反応生成物、未反応のメタノールを含む物質を反応場から外部に運び去るためのカソード流路１７が形成されている。
【００２３】
こうしたアノード流路１６およびカソード流路１７は、平面視の図示は省略するが、それぞれアノードセパレータ１４およびカソードセパレータ１５の表面に常法により溝を設けることによって形成されている。特に制限されるものではないが、アノード流路１６およびカソード流路１７は、例えば複数の直線状溝部と、隣接する直線状溝部を上流から下流へと連結する複数のターン状溝部とで構成されたサーペンタイン形状を有する。
【００２４】
ガスケット１８，１９は、アノードセパレータ１４及びカソードセパレータ１５の外形形状に応じた形状とされ、枠状（額縁状）又は環状であり、単電池に供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスの外部へのリーク防止や混合を防止するため、それぞれアノードおよびカソード（特にアノードガス拡散層１１４およびカソードガス拡散層１１５）の周囲に配置される。このようなガスケット１８，１９としては、ゴムなどの当該分野で公知のものを用いることができる。
【００２５】
アノード集電体１２及びカソード集電体１３としては、導電性を有する、たとえば厚さ１〜３ｍｍの金属板（銅板など）に３〜４μｍの金コーティングが施されたものを用いることができる。アノード集電体１２は導電性を有するアノードセパレータ１４の外側の表面に設けられ、カソード集電体１３は導電性を有するカソードセパレータ１５の外側の表面に設けられる。なお、燃料電池１の組立完成状態において、アノード集電体１２は電力負荷の陰極（マイナス）に接続され、カソード集電体１３は電力負荷の陽極（プラス）に接続されて燃料電池１からの電力が電力負荷に供給される。
【００２６】
以上のように構成された燃料電池１において、図２に示すように上述したアノードセパレータ１４のアノード流路１６入口にメタノールを供給し、カソードセパレータ１５のカソード流路１７の入口に空気を供給すると、アノードにおいては、
［数１］  ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−
という酸化反応が生じ、カソードにおいては、
［数２］  １／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ
という還元反応が生じる。これによりアノードとカソードとの間に電流が流れることになる。
【００２７】
次に本例の膜電極接合体１１の製造方法について説明する。なお、以下に説明する製造方法は単なる一例であって、本発明に係る膜電極接合体を何ら限定するものではない。図３は、ホットプレス機５を用いて本例の膜電極接合体１１のうち高分子電解質膜１１１の両主面に補強層１１６Ａ，１１６Ｂを積層する工程を説明するための分解断面図である。ホットプレス機５は、位置が固定された第１熱盤５１と、当該第１熱盤５１に対して加圧シリンダ５５によって上下移動する第２熱盤５２とを備え、第１熱盤５１及び第２熱盤５２はそれぞれ熱源に接続されて所望の温度に加熱されるように構成されている。
【００２８】
本例の高分子電解質膜１１１及び補強層１１６Ａ，１１６Ｂは、治具５３にセットされたのちこの治具５３がホットプレス機５にセットされる。治具５３は、四隅に位置決め固定用ピン５４が設けられ、一方、高分子電解質膜１１１、第１補強層１１６Ａ，１１６Ｂの四隅にも位置決め固定用ピン５４のそれぞれに対応した位置に位置決め固定用孔が形成されている。ホットプレス機５の治具５３に対しては、高分子電解質膜１１１及び補強層１１６Ａ，１１６Ｂを各層の積層順にセットする。すなわち、補強層１１６Ｂの４つの位置決め固定用孔を治具５３の４つの位置決め固定用ピン５４に挿入しながら治具５３に載置し、次いで高分子電解質膜１１１の４つの位置決め固定用孔を治具５３の４つの位置決め固定用ピン５４に挿入しながら治具５３に載置し、最後に補強層１１６Ｂの４つの位置決め固定用孔を治具５３の４つの位置決め固定用ピン５４に挿入しながら治具５３に載置する。
【００２９】
以上のようにして高分子電解質膜１１１及び補強層１１６Ａ，１１６Ｂを治具５３にセットしたら、これをホットプレス機５にセットし、第１熱盤５１及び第２熱盤５２を所定温度に加熱したのち加圧シリンダ５５を駆動して第２熱盤５２を下降し、所定圧を所定時間だけ印加する。これにより、補強層１１６Ａ，１１６Ｂに形成された接着剤が反応して、高分子電解質膜１１１の両主面の外縁部に補強層１１６Ａ，１１６Ｂが強固に接着することになる。なお、補強層１１６Ａ，１１６Ｂを設けない場合は図３に示す工程を省略して次の触媒層形成工程を実施する。
【００３０】
次に、図３に示すホットプレスにより形成された、両主面の外縁部に補強層１１６Ａ，１１６Ｂが積層された高分子電解質膜１１１の中央の両主面にアノード触媒層１１２及びカソード触媒層１１３をスクリーン印刷法により形成する。図４は、図示しないスクリーン印刷装置にセットされる治具６を示す断面図であり、この治具６には、補強層１１６Ａ，１１６Ｂが積層された高分子電解質膜１１１を位置決めして固定するための枠体面６１が形成されている。この位置決め固定用枠対面６１に補強層１１６Ａ，１１６Ｂが積層された高分子電解質膜１１１の外縁を揃えて位置決めすることで、スクリーン印刷装置の基準位置との位置精度が向上する。なお、高分子電解質膜１１１の位置決め法は枠体面６１を用いるほか、高分子電解質膜１１１に形成された位置決め固定用孔及び補強層１１６Ａ，１１６Ｂに形成された位置決め固定用孔を用いてもよい。次に、この治具６をスクリーン印刷装置にセットし、当該分野において公知のスクリーン印刷法によりアノード触媒層１１２を構成するペーストを高分子電解質膜１１１の中央に印刷し、乾燥させる。これにより、高分子電解質膜１１１の所定位置にアノード触媒層１１２が形成されることになる。そして、高分子電解質膜１１１を裏返し、同様にして他方の面にカソード触媒層１１３を構成するペーストをスクリーン印刷法により印刷し、乾燥させる。これにより、高分子電解質膜１１１の両主面の所定位置にアノード触媒層１１２及びカソード触媒層１１３が形成される。こうしたアノード触媒層１１２及びカソード触媒層１１３のペーストには水分が含まれ、高分子電解質膜１１１はこうした水分によって膨張・収縮する特性を有するが、これら触媒層１１２，１１３を形成する前に補強層１１６Ａ，１１６Ｂが積層されて機械的強度が高くなっているので、このような膨張・収縮を抑制することができ、構成部材の位置ずれによる発電面積の減少を抑制することができる。
【００３１】
図５は、ホットプレス機５を用いて、両主面に補強層１１６Ａ，１１６Ｂが積層され、アノード触媒層１１２及びカソード触媒層１１３が形成された高分子電解質膜１１１に、ガス拡散層１１４，１１５を積層する工程を説明するための分解断面図である。ホットプレス機５の構成は図３に示すものと同じであるためその説明は省略する。ホットプレス機５の治具５３に対して、適宜の箇所を撮影して画像解析する位置決め法によりカソードガス拡散層１１５を載置し、次いで、両主面に補強層１１６Ａ，１１６Ｂが積層され、アノード触媒層１１２及びカソード触媒層１１３が設けられた高分子電解質膜１１１の４つの位置決め固定用孔を治具５３の４つの位置決め固定用ピン５４に挿入しながら治具５３に載置する。次いで、アノード触媒層１１２などの適宜箇所を撮影して画像解析する位置決め法によりアノードガス拡散層１１４をアノード触媒層１１２の上に載置する。
【００３２】
以上のようにして膜電極接合体１１を構成する各層を治具５３にセットしたら、これをホットプレス機５にセットし、第１熱盤５１及び第２熱盤５２を所定温度に加熱したのち加圧シリンダ５５を駆動して第２熱盤５２を下降し、所定圧を所定時間だけ印加する。これにより、両主面にアノード触媒層１１２及びカソード触媒層１１３が設けられた高分子電解質膜１１１とガス拡散層１１４，１１５が強固に接着されることになる。その後、こうして得られた膜電極接合体１１の表面及び裏面のそれぞれに対して、ガスケット１８，１９を挟んでアノードセパレータ１４及びカソードセパレータ１５を熱プレスなどの適宜方法により積層することにより、本例の燃料電池１を得ることができる。
【００３３】
以下、本発明の膜電極接合体のカソード触媒層が、白金及びパラジウムの混合物を、白金：パラジウム＝１：０．２〜１：３の原子数比で含有することが好ましく、またこの白金及びパラジウムの混合物は、２．５ｍｇ／ｃｍ２以下の担持量でカーボン担体に担持されていることが好ましいことを、さらに具体化した実施例と、当該実施例に対する比較例を挙げて説明する。ただし、以下の実施例の数値や材質などの諸条件は本発明の単なる一例であって本発明を何ら限定するものではない。
【００３４】
《実施例１》
高分子電解質膜１１１として、厚さ１２５μｍのパーフルオロカーボンスルホン酸からなる高分子電解質膜（米国ＤｕＰｏｎｔ社製のＮａｆｉｏｎ（商品名，登録商標））を用い、
アノード触媒層１１２として、厚さ４０μｍの白金−ルテニウム触媒（白金・ルテニウム担持量５０重量％）を用い、
カソード触媒１１３として、厚さ２０μｍの白金−パラジウム合金触媒（白金とパラジウムの混合原子数比が１：０．２，担持量が７２重量％，カーボンブラック担体への担持量が２．５ｍｇ／ｃｍ２）を用い、
アノードガス拡散層１１４及びカソードガス拡散層１１５として、厚さ２３５μｍの黒鉛繊維不織布（ＭＦＣテクノロジー社製カーボンファイバペーパＳＩＧＲＡＣＥＴ  ＧＤＬ２５ＢＣ）を用いた。
【００３５】
この膜電極接合体１１を用いて燃料電池１を組み立て、組み立てられた燃料電池にメタノールと空気を供給し、電圧を０．４Ｖに固定して動作試験を行い、単電池の初回の出力電流密度を測定するとともに、４５０時間経過後の出力電流密度を測定し、その電流密度の低下率を算出した。この結果を表１に示す。
【００３６】
《実施例２〜５》
実施例１のカソード触媒層１１３の白金−パラジウム触媒の混合原子数比を表１に示す比率にしたこと以外は実施例１と同じ条件で膜電極接合体１１を作製し、同じ評価を行った。この結果を表１に示す。
【００３７】
《比較例１》
実施例１の比較例として、実施例１のカソード触媒層１１３として白金触媒（白金担持量７０重量％）を用いたこと以外は実施例１と同じ条件で膜電極接合体１１を作製し、同じ評価を行った。この結果を表１に示す。
【００３８】
《比較例２〜５》
実施例１の比較例として、実施例１のカソード触媒層１１３の白金−パラジウム触媒の混合原子数比を表１に示す比率にしたこと以外は実施例１と同じ条件で膜電極接合体１１を作製し、同じ評価を行った。この結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
2015076348.tif 000003
【００４０】
《考  察》
白金：パラジウム＝１：０．２〜１：３の原子数比で含有するカソード触媒層とした実施例１〜３の結果と、白金のみのカソード触媒とした比較例１、白金：パラジウム＝１：０．１の原子数比で含有するカソード触媒層とした比較例２及び白金：パラジウム＝１：３．５の原子数比で含有するカソード触媒層とした比較例３の結果とを比べると明らかなように、実施例１〜３の燃料電池は、比較例１〜３の燃料電池に比べ、出力電流密度が平均で９％程度高く、また電流密度の低下率が平均で４％程度低い。
【００４１】
また、白金：パラジウムの原子数比を１：１．４としたカソード触媒層の白金及びパラジウムの担持量を１．５ｍｇ／ｃｍ２とした実施例４及び同じく１．０ｍｇ／ｃｍ２とした実施例５の結果と、同じく２．８ｍｇ／ｃｍ２とした比較例４の結果とを比べると明らかなように、実施例４〜５の燃料電池は、比較例４の燃料電池に比べ、出力電流密度が平均で８％程度高く、また電流密度の低下率が平均で４％低い。なお、白金及びパラジウムの担持量を０．２ｍｇ／ｃｍ２とした比較例５の燃料電池の電流密度の低下率は実施例４〜５の燃料電池と同程度であるが、出力電流密度が極端に低いことが確認された。
【符号の説明】
【００４２】
１…燃料電池
１１…膜電極接合体
１１１…高分子電解質膜
１１２…アノード触媒層（燃料極）
１１３…カソード触媒層（空気極）
１１４…アノードガス拡散層
１１５…カソードガス拡散層
１１６Ａ，１１６Ｂ…補強層
１２…アノード集電体
１３…カソード集電体
１４…アノードセパレータ
１５…カソードセパレータ
１６…アノード流路
１７…カソード流路
１８，１９…ガスケット
５…ホットプレス機
５１…第１熱盤
５２…第２熱盤
５３…治具
５４…位置決め固定用ピン
５５…加圧シリンダ
【図１】
2015076348.tif 000004
【図２】
2015076348.tif 000005
【図３】
2015076348.tif 000006
【図４】
2015076348.tif 000007
【図５】
2015076348.tif 000008