(57)【要約】  膜電極アセンブリ（１０）は、水素酸化触媒を含むアノード（１２）と、カソード（１４）と、アノード（１２）とカソード（１４）との間に設けられる膜（１６）と、アノードと膜（４７）との間の層及びカソードと膜（５０）との間の層からなる群から選択される少なくとも１カ所に配置され、かつ過酸化水素に曝された場合、過酸化水素から良性生成物を生成する反応に対して選択性を有する過酸化物分解触媒（１８）と、を備える。過酸化物分解触媒は、膜（１６）内にも配置可能である。更に、かかる膜電極アセンブリ（１０）を備える発電用燃料電池システム、及びその燃料電池システムの運転方法が開示されている。アセンブリの構成要素は、過フッ素化又は過フッ素化されず、高温の、炭化水素であっても良いイオノマー材料を含む。
2008525981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素酸化触媒を含むアノードと、
カソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に配置される膜と、
前記アノードと前記膜との間の層及び前記カソードと前記膜との間の層からなる群から選択される少なくとも１カ所に設けられた過酸化物分解触媒と、を備えるとともに、
前記過酸化物分解触媒が、過酸化水素に曝された場合、過酸化水素から良性生成物を生成する反応に対する選択性を有することを含むことを特徴とする膜電極アセンブリ。
【請求項２】
前記アノード、前記カソード、前記膜及び前記層の少なくとも１つは、イオノマー材料を含み、該材料は、過フッ素化ポリマー電解質、非過フッ素化ポリマー電解質、炭化水素及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項３】
前記膜は、強化膜であることを特徴とする請求項２に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項４】
前記過酸化物分解触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｅ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項２に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項５】
前記過酸化物分解触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項４に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項６】
前記過酸化物分解触媒は、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ及びＣｅの酸化物、ゼオライト、炭素並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される担体に担持されることを特徴とする請求項４に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項７】
前記過酸化物分解触媒は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項２に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項８】
前記過酸化物分解触媒は、炭素に担持されることを特徴とする請求項７に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項９】
前記過酸化物分解触媒は、炭素であることを特徴とする請求項２に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１０】
前記過酸化物分解触媒は、前記アノードと前記膜との間に配置される前記層として存在することを特徴とする請求項２に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１１】
前記層は、前記アノードに対して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１２】
前記膜と前記カソードとの間に前記過酸化物分解触媒の層を含むことを特徴とする請求項１０に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１３】
前記層は、水素酸化触媒の一部分を含むことを特徴とする請求項１０に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１４】
前記層の多孔性は、約２０％以下であることを特徴とする請求項１０に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１５】
前記過酸化物分解触媒は、前記膜に含まれることを特徴とする請求項２に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１６】
前記過酸化物分解触媒を、前記膜において、膜の表面から膜の所望の深さまで含浸させることを特徴とする請求項１５に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１７】
前記膜は、アノード面とカソード面を有し、前記過酸化物分解触媒は、前記アノード及び前記カソードのいずれかで生成した過酸化物を前記過酸化物分解触媒の存在下で分解するように、前記アノード面と前記カソード面にて膜に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１８】
前記過酸化物分解触媒は、前記アノード及び前記カソードの少なくとも一方に配置されることを特徴とする請求項２に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１９】
前記過酸化物分解触媒は、前記アノード及び前記カソードの両方に配置されることを特徴とする請求項１８に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項２０】
前記アノードは、前記カソードより高い濃度の前記過酸化物分解触媒を含むことを特徴とする請求項１９に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項２１】
前記アノードが、前記カソードより親水性であることを特徴とする請求項２０に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項２２】
燃料電池スタックに配置される複数の発電用燃料電池システムであって、
水素酸化触媒を含むアノードと、
カソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に配置された膜と、
前記アノードと前記膜との間の層及び前記カソードと前記膜との間の層からなる群から選択される少なくとも１カ所に設けられた過酸化物分解触媒と、を含むとともに、
前記過酸化物分解触媒が、過酸化水素に曝された場合、該過酸化水素から良性生成物を生成する反応に対する選択性を有することを特徴とする発電用燃料電池システム。
【請求項２３】
前記アノード、前記カソード、前記膜及び前記層の少なくとも１つは、イオノマー材料を含み、該材料は、過フッ素化ポリマー電解質、非過フッ素化ポリマー電解質、炭化水素及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項２２に記載のアセンブリ。
【請求項２４】
前記過酸化物分解触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｅ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項２２に記載のアセンブリ。
【請求項２５】
前記過酸化物分解触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項２４に記載のアセンブリ。
【請求項２６】
前記過酸化物分解触媒は、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ及びＣｅの酸化物、ゼオライト、炭素並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される担体に担持されることを特徴とする請求項２４に記載のアセンブリ。
【請求項２７】
前記過酸化物分解触媒は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項２２に記載のアセンブリ。
【請求項２８】
前記過酸化物分解触媒は、炭素に担持されることを特徴とする請求項２７に記載のアセンブリ。
【請求項２９】
前記過酸化物分解触媒は、炭素であることを特徴とする請求項２２に記載のアセンブリ。
【請求項３０】
燃料電池の運転方法であって、
水素酸化触媒を含むアノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間に配置される膜と、前記アノードと前記膜との間の層及び前記カソードと前記膜との間の層からなる群から選択される少なくとも１カ所に設けられ、かつ過酸化水素に曝された場合、該過酸化水素から良性生成物を生成する反応に対する選択性を有する過酸化物分解触媒と、を含む膜電極アセンブリを備える燃料電池を形成するステップと、
前記燃料電池を運転し、かつ過酸化水素を良性生成物に分解する前記過酸化物分解触媒の存在下で過酸化水素を生成するように、水素含有燃料を前記アノードに供給し、酸素供給源を前記カソードに供給するステップと、
を含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。
【請求項３１】
前記アノード、前記カソード、前記膜及び前記層の少なくとも１つは、イオノマー材料を含み、該材料は、過フッ素化ポリマー電解質、非過フッ素化ポリマー電解質、炭化水素及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項３０に記載の燃料電池の運転方法。
【請求項３２】
前記過酸化物分解触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｅ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項３０に記載の燃料電池の運転方法。
【請求項３３】
前記過酸化物分解触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項３２に記載の燃料電池の運転方法。
【請求項３４】
前記過酸化物分解触媒は、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ及びＣｅの酸化物、ゼオライト、炭素並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される担体に担持されることを特徴とする請求項３０に記載の燃料電池の運転方法。
【請求項３５】
前記過酸化物分解触媒は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項３０に記載の燃料電池の運転方法。
【請求項３６】
前記過酸化物分解触媒は、炭素に担持されることを特徴とする請求項３５に記載の燃料電池の運転方法。
【請求項３７】
前記過酸化物分解触媒は、炭素であることを特徴とする請求項３６に記載の燃料電池の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極アセンブリに関し、詳細には、燃料電池、特にプロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池（固体分子型燃料電池）に用いられるアセンブリに関する。本願は、２００２年９月４日に出願された同時係属の米国特許出願第１０／２３５０７４号の一部係属出願である。
【背景技術】
【０００２】
ＰＥＭ燃料電池は、アノード及びカソードを膜の両側に通常備える膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を含み、且つ燃料はアノードに供給され、酸素はカソードに供給され、これにより反応が電気的に生成する。
【０００３】
残念なことに、現在の膜技術では、最終目標より大幅に短い約１０００時間の耐用年数の膜を含む電池のスタックしか製造できない。膜が機能しなくなると、突然作動しなくなり電池の耐用年数を終えるので、すぐに調整する必要がある。交換のためにセルをスタックから取り出し可能であるものの、高度に注意していても、やはり、隣接する各セルの電位損失が生じるであろう。この種の交換法は、現実性のあるフィールドサービスでなく、膜の故障が起こると、スタックの交換が必要となるだろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
より長期の耐用年数を有する燃料電池アセンブリ等に用いられる膜に関するニーズがある。
【０００５】
従って、本発明の主目的は、耐用年数が延びた膜電極アセンブリを提供することにある。
【０００６】
他の目的及び利点は、以下に明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、水素酸化触媒を含むアノードと、カソードと、アノードとカソードとの間に配置される膜と、アノードと膜との間の層及びカソードと膜との間の層からなる群から選択される少なくとも１カ所に設けられ、かつ過酸化水素に曝された場合、該過酸化水素から良性生成物を生成する反応に対する選択性を有する過酸化物分解触媒と、を含む膜電極アセンブリが提供される。
【０００８】
本発明の他の実施形態によると、水素酸化触媒を含むアノードと、カソードと、アノードとカソードとの間に配置される膜と、アノード、膜、カソード、アノードと膜との間の層及びカソードと膜との間の層からなる群から選択される少なくとも１カ所に設けられ、かつ過酸化水素に曝された場合、該過酸化水素から良性生成物を生成する反応に対する選択性を有し、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｅ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される過酸化物分解触媒と、を含む発電用燃料電池システムが提供される。
【０００９】
更に本発明によると、燃料電池の運転方法であって、以下のステップ：水素酸化触媒を含むアノードと、カソードと、アノードとカソードとの間に配置される膜と、アノード、膜、カソード、アノードと膜との間の層及びカソードと膜との間の層からなる群から選択される少なくとも１カ所に設けられ、かつ過酸化水素に曝された場合、該過酸化水素から良性生成物を生成する反応に対する選択性を有する過酸化物分解触媒と、を含む膜電極アセンブリを備える燃料電池を形成するステップと、燃料電池を運転し、かつ過酸化水素を良性生成物に分解する過酸化物分解触媒の存在下で過酸化水素を生成するように水素含有燃料をアノードに供給し、酸素供給源をカソードに供給するステップと、を含む燃料電池の運転方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、膜電極アセンブリ、及びこの膜電極アセンブリを備えるＰＥＭ燃料電池の運転方法に関し、膜は、セル膜を分解又は侵食し、電池の耐用年数を縮めることがある過酸化水素分解生成物による攻撃から保護される。
【００１１】
本発明によると、プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池の耐用年数に関する制限は、多くの場合、膜の耐用年数であることが見出された。かかる膜を使用する場合の耐用年数に亘って、膜は、機能しなくなるまで侵食されることが見出された。本発明によると、かかる侵食は、膜での又は膜内での、膜を分解するラジカルを生成する過酸化水素の有害な分解に起因することが見出された。本発明によると、過酸化物の分解による有害な生成物は、本発明の膜電極アセンブリに過酸化物分解触媒を組み込むことにより回避され、膜及びその膜を含むセルの耐用年数は延長される。
【００１２】
過フッ素化膜は酸化攻撃に対する良性な化学的耐性を本質的に有しているので、望ましい。なお、本発明は、更に他の種類の膜、例えば、高温での用途に設計される膜及び／又は炭化水素膜の保護においても有用である。
【００１３】
高温ポリマー電解質膜は、自動車への利用で改良された熱遮断及び静止状態での利用で改良された廃熱利用能力に対する将来性に起因して、益々注目されている。しかしながら、高温条件下で、分解反応が、より高速にて生じる。膜から得られる化学分解の活性エネルギは、約２０ｋｃａｌ／モルである。一般に、かかる関係を、下式：
【００１４】
【数１】
2008525981.tif 000003
【００１５】
［但し、ｒ／ｒ0が、相対反応速度又は速度定数を表し、
Ａが、予備指数（ｐｒｅ−ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ）又は頻度因子を表し、
Ｅａが、活性エネルギを表し、
Ｒが、気体定数を表し、
Ｔが、絶対温度を表す。］
で表す。
【００１６】
上述の関係の考察から明らかなように、分解速度の指数関数的な増加は、温度の上昇と共に予想される。従って、高温条件下で運転する場合、ポリマー電解質膜、例えばナフィオン（Nafion）及び無機酸化物等の複合材料が、より高い分解速度を示すであろう。自動車での利用においては、コスト上の理由から、非過フッ素化膜（ｎｏｎ−ｐｅｒｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）が主として対象となる。しかしながら、かかる膜は、過フッ素化膜より酸化の攻撃に対する耐性が低い。膜内で非フッ素化（ｎｏｎ−ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ）部分を多くすると、攻撃に対して、膜が益々影響を受けやすくなる。従って、炭化水素膜、例えばポリスチレンスルホン酸膜が、酸化の攻撃を実質的に受けやすいだろう。
【００１７】
本発明は、上述した全ての膜又は材料、すなわち過フッ素化及び非過フッ素化され、高温用の炭化水素の膜又は材料等を有利に保護可能であり、特に、この種の膜を用いての使用に適している。
【００１８】
図１は、本発明の膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）１０を含む燃料電池の一部分を示している。ＭＥＡ１０は、アノード触媒層１２と、カソード触媒層１４と、これらの間に配置される膜１６と、を含む。本実施形態において、以下に開示されるように、過酸化物分解触媒層つまり下層（ｕｎｄｅｒｌａｙｅｒ）１８は、膜１６とアノード触媒層１２との間に配置される。本実施形態において、アノード及びカソード触媒層は、簡単にするために、それぞれアノード及びカソードと称される。以下に更に完全に記載されるのと同様に、図４に更に完全に示され且つ記載されるように、実際のアノード又はカソードは、例えば、層１２，１４の外側に配置されることを認識すべきである。燃料電池の通常の運転において、水素含有燃料はアノード１２に供給され、酸素供給源はカソード１４に供給され、そして、必要により膜１６に亘って電位を生成する反応が生じる。
【００１９】
各々のアノード電極触媒１２、過酸化物分解層１８、膜１６、過酸化物分解層１６及びカソード電極触媒１４は、プロトン伝導可能なイオノマー材料又はイオン性ポリマーを含み、かかる材料は、過フッ素化され、部分的にフッ素化され及び／又は非フッ素化されていても良い。各層は、同一のイオノマー材料を含んでいても良く、又は何層かの層については、異なるイオノマー材料を使用可能である。これは、図２〜図６に示されている実施形態についても同様である。
【００２０】
好適な過フッ素化材料の非限定例としては、以下のものが挙げられる：DuPont及びSolvay Solexis、Dow（登録商標）並びにAsahi Chemical's Aciplexの種々の当量物（６００〜１５００）；及びチオフェンを含んでいても含んでいなくても良いヘテロポリ化合物と結合するイオノマー、例えばナフィオン（登録商標）‐ケイタングステン酸（ＮＡＳＴＡ）、又はナフィオン（登録商標）−リンタングステン酸、若しくはナフィオン（登録商標）−ホスホジルコニウム酸である。
【００２１】
好適な部分フッ素化材料の非限定例としては、以下のものが挙げられる：架橋及び非架橋ポリ−α、β、β−トリフルオロスチレン；放射線グラフトポリマー、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＶＤＦ等にグラフトされるポリスチレン；例えば、Ｐｅｒｍｉｏｎ（登録商標）及びＲａｙｍｉｏｎ（登録商標）；及びスルホン化ビスフェノールポリスルホンである。
【００２２】
好適な非フッ素化材料の非限定例としては、以下のものが挙げられる：ポリスチレンスルホン酸及びジビニルベンゼンで架橋されるポリスチレンスルホン酸；変性液晶芳香族ポリエステル；リン酸が吸収されたポリベンズイミダゾール；スルホン化ポリイミド；スルホン化ポリフェニレンスルフィド；スルホン化ポリスルホン；スルホン化ポリ（アリールエーテルスルホン）；及びスルホン化ポリケトン、並びにポリ（エーテルエーテルケトン）である。
【００２３】
このような種々の位置に用いられるイオノマー材料を強化可能である。一の非限定例としては、織布媒体をイオン交換材料と結合することによって得られるマクロ強化か、非イオン的機能性の微孔媒体をイオン交換材料と結合することによって得られるようなミクロ強化によって強化される強化過フッ素化膜である。
【００２４】
本発明によると、過酸化物分解層１８と膜１６との間の界面４９（図４にも示されている）にて、多くの場合、クロスオーバー酸素の部分還元により過酸化水素が生成されることも見出された。アノード電位にて、アノード下層１８に配置される一般的な水素酸化触媒の表面は、かかる位置の触媒と接触させる酸素が、過酸化水素に還元される見込みが高い。酸素は、酸素のクロスオーバーか、若しくはＣＯ被毒を低減するための空気流出（抽気）か、又は他の機構によってアノード触媒と接触可能である。
【００２５】
過酸化水素は、良性生成物、例えば水及び酸素に分解可能である。しかしながら、所定の条件下において、過酸化水素は、膜に損傷を与え得る生成物に分解される。例えば、過酸化水素は、膜におけるポリマーを攻撃可能であり、・ＯＨラジカルを生成するための不純物イオン又は高表面積粒子と反応可能である。本発明によると、過酸化水素が膜に到達する場合にかかるラジカルを形成し、かかるラジカルが、膜の化学的侵食又は消耗の原因となると考えられている。
【００２６】
本発明によると、過酸化物分解触媒は、膜電極アセンブリ１０（図１）に組み込まれ且つ有利に配置されて、過酸化水素を、好ましくは水及び酸素に分解し無害化する。本発明によると、過酸化物分解触媒は、アノード、カソード、アノードと膜との間における本質的に非多孔性（ｎｏｎ−ｐｏｒｏｕｓ）（多孔性＜５％）層としての膜それ自体、及びカソードと膜との間における本質的に非多孔性層としての膜、並びにこれらの位置を組み合わせを含む、１つまたは複数の位置に配置可能である。好ましい位置は、膜１６と、アノード１２及び触媒１４の一方又は両方と、の間における層である。
【００２７】
本発明の過酸化物分解触媒は、過酸化水素を良性な分解及び／又は反応物質、例えばクロスオーバー水素及び／又は酸素（これらに限定されない）を形成する潜在的過酸化物の消費、に対して活性を有するものを選択することが好ましい。良性な分解によって、膜の構造に有害ではない生成物をもたらすと考えられる。従って、良性な分解は、過酸化水素を分解して、水及び酸素を生成することを含む。良性と考えられない特定の分解、すなわち本発明の触媒を組み込むことによって阻止される分解は、・ＯＨ及び・ＯＯＨ等のラジカルを生成する過酸化水素の分解である。
【００２８】
本発明の過酸化物分解触媒は、過酸化水素からのフリーラジカルを逃がさず又は生成しない触媒であることが好ましい。
【００２９】
本発明によると、過酸化物分解触媒は、伝導性及び非伝導性材料、好ましくは燃料電池環境内で電気的に安定な材料を含むことが可能である。過酸化物分解触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｅ及びこれらの組み合わせ、好ましくはＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素又は元素を含む組成物であるのが好ましい。かかる触媒は、更に、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ及びＣｅの酸化物、ゼオライト、炭素並びにこれらの組み合わせからなる群から有利に選択され得る担体に形成されるのが好ましい。
【００３０】
本発明で用いる場合、触媒は、電極又は膜に層として組み込まれるか、あるいは電極又は膜に分散されるか、もしくはこれら両方である場合、電極又は膜内に在ると考えられる。
【００３１】
本発明の一実施形態によると、過酸化物分解触媒は、過酸化水素の良性な分解を行うように膜電極アセンブリのアノード及び／又はカソードに隣接して配置されるのが好ましい。本発明で用いる場合、“隣接する”なる用語は、電極に対して物理的に隣接する配置を含むだけでなく、電極と電気的に接続した状態での配置を含む。
【００３２】
図１に示される実施形態において、過酸化物分解触媒は、膜に面する側つまりアノード１２の表面１３に配置される非多孔性層１８として形成される。
【００３３】
有利には、層１８は、約０〜３０％の多孔性を有する、電気的に接続され且つイオン伝導性のある構造であり得るが、過酸化物分解触媒は、層の体積に対して、約５〜５０％の量で存在し、イオン交換材料は、層の体積に対して、約５〜９５％の量で存在する。
【００３４】
本実施形態において、更に図１を参照すると、膜電極アセンブリのアノード１２は、水素酸化触媒を含み、下にある層、すなわち下層１８は、本発明の過酸化物分解触媒を含む。本実施形態において、層１８は、アノード１２の表面１３に隣接する。
【００３５】
アノード１２中の水素酸化触媒は、所望の反応に対して好適な活性又は選択性を有する任意の触媒であっても良い。水素酸化触媒の適例としては、白金及び白金−ルテニウム触媒が挙げられ、かかる触媒を適当な担体、例えば炭素に担持可能であるのが好ましい。
【００３６】
他の触媒を、過酸化物分解触媒と一緒に層１８に組み込むことが可能であり、これにより、十分な選択性が層１８において得られて、過酸化水素の良性な分解を所望の水準にする。
【００３７】
更に、層１８は、高いイオノマー含有量、好ましくは十分に高いイオノマー含有量となるように形成されて、かかる層が実質的に非多孔性で、２０％未満の多孔性を有することが望ましい場合もある。層１８は、比較的薄いのが更に好ましく、追加される層に起因して、イオン耐性を最小限にするために触媒の体積含有率を低くするように形成される。
【００３８】
一実施形態において、層１８は、アノード１２と電気的接続されて形成されるのが好ましく、このような電気的接続によって、電気的絶縁層と比較して、製造を大幅に簡略化される。更に、層１８をアノード１２に対して可能な限り近接させて配置するのが好ましい。なぜなら、層１８と膜１６の界面では、過酸化水素の形成が予想され、これが膜を集中的に攻撃するからである。
【００３９】
図１における実施形態によると、膜電極アセンブリ１０が運転状態の場合、アノード１２中、又は表面１３にて、あるいはアノード１２と層１８との間において生成される過酸化水素は、層１８における過酸化物分解触媒に極めて接近し、そして必要により膜１６に入り込む前に、良性経路（ｂｅｎｉｇｎ  ｐａｔｈｗａｙ）を介して破壊される。これは、アセンブリ１０内の膜１６の耐用年数を延長するために有利に働くので、本発明に従って、所望のように、製品の耐用年数が延長される。
【００４０】
ここで図２に移ると、膜電極アセンブリ２２の他の実施形態が示されている。図２は、アノード２４と、カソード２６と、触媒化された膜２８と、を有する膜電極アセンブリ２２を示し、膜２８に亘り所望の過酸化物分解触媒が分散されている。図１の実施形態における層と同様の触媒は、過酸化物が膜２８に入った場合、良性経路を介して過酸化水素を分解するために有利に働く。
【００４１】
図２の実施形態によると、このように設けられた触媒は、絶縁されていても、又は絶縁されていなくても良いことが認識される。絶縁層、すなわち非伝導層は、触媒の粒子又は担体の特性により得られる場合があるか、或いはかかる層により、約２００〜約２０００Ｏｈｍ−ｃｍ2の範囲の面積固有抵抗を有する伝導層となる場合がある。かかる範囲により、無視できる寄生電流が０．５〜５ｍＡ／ｃｍ2のオーダーで生じる。触媒のこのような構成によって、製造は大幅に簡略化され、電池性能に重大な損傷を及ぼさない。
【００４２】
図２における他の実施形態によると、かかる実施形態において示されているように、膜は、アノード２４の面３０及びカソード２６の面３２を含み且つこれらの面に至るまで、膜全体に亘って触媒作用が及ぼされる。これは、例えば図示のように膜２８に触媒を分散させることによって達成可能である。これにより、アノード２４又はカソード２６で生成される過酸化水素から膜２８を有利に保護する。
【００４３】
図２の実施形態において、アノード２４とカソード２６との間における弱い電子接続が許容されるので、膜における触媒の充填は、触媒化された膜が電気的に絶縁された場合と比較して、殆ど制限されない。
【００４４】
本発明の他の実施形態によると（図３を参照）、膜電極アセンブリ３４は、アノード３６と、カソード３８と、これらの間に配置される膜４０と、を有するように形成される。本実施形態においては、アノード３６に配置される水素酸化触媒及びカソード３８に存在していても良い酸素還元触媒に加えて、過酸化物分解触媒が、アノード３６及びカソード３８に亘って同様に有利に分散されている。本発明における本実施形態による電極中の触媒の混合により、過酸化物分解触媒をその供給源、すなわち水素酸化触媒及び／又は酸素還元触媒に可能な限り接近させて有利に配置可能である。
【００４５】
勿論、図１、図２及び図３にそれぞれ示されている過酸化物分解触媒の位置を他の手法で組み合わせても良いことが認識される。更に、図１における実施形態に関連して、過酸化物分解触媒は、更に、図４に示されるように、所望により及び／又は必要により、膜１６とカソード１４との間の層に配置されても良い。
【００４６】
図４は、アノード触媒層４４と、カソード触媒層４６（本願明細書においてアノード４４及びカソード４６と称する）と、それらの間に配置される膜４８と、を含む本発明の他の膜電極アセンブリ４２を示している。更に図４は、実際の電極に電気的に接続されるガス拡散層１００，１０２を示している。これらの層は、膜、アノード触媒層４４及びカソード触媒層４６を含む膜アセンブリのどちらか一方の側に配置されている。本実施形態において、当業者等に周知のように、アノード４４は、そこに設けられる水素酸化触媒を含み、カソード４６は、そこに設けられる酸素還元触媒を含む。更に、本実施形態において、アノード４４は、本発明の過酸化物分解触媒を含む層４７に隣接し、カソード４６の隣は、本発明の過酸化物分解触媒からなる層５０である。これらの層４７，５０は、本質的に非多孔性であり、アノード触媒層４４及びカソード触媒層４６に電気的に接続されている。上述したように、本実施形態は、本発明に従い所望のように、アセンブリ４２の一方の電極によって生成される過酸化物を良性に分解するために有利に働き、膜４８の耐用年数を延長するために働く。
【００４７】
図５では、本発明の他の膜電極アセンブリ５２が示され、アノード５４と、カソード５６と、それらの間に配置される膜５８と、を含む。本実施形態において、過酸化物分解触媒からなる層６０は、カソード５６と膜５８との間に加えられる。かかる構成は、過酸化物をカソード５６内にて生成することが予測されるような手法で膜電極アセンブリ５２が運転される場合に望ましい場合がある。
【００４８】
図６では、本発明の更に別の実施形態が示されている。本実施形態において、過酸化物分解触媒は、分離層７０に配置されるが、これは、その触媒をかかる層に亘って分散させることによって行われる。従って、図６は、アノード６４と、カソード６６と、それらの間に配置される膜６８と、を含む本発明の膜電極アセンブリ６２を示している。本実施形態において、分離層７０は、好適な層材料に適当な過酸化物分解触媒を分散させて形成される。例えば、このような層の触媒は、膜の一方の面又は両面から所望の深さまで膜材料に含浸させることによって膜内に配置可能である。本実施形態において、伝導性は必要ではなく、且つ他の構成と比較して、触媒密度を有利に低くすることが可能である。上述した他の膜と同様に、かかる層は、膜５８と同様に、本質的に非多孔性である。勿論、図６がアセンブリのアノードと膜との間に分散された触媒を含む層を有する構成を示すことは認識される。かかる分散触媒層も同様に、単独で、或いは図６に示されるような層と組み合わせて、必要によりカソードと膜との間に配置可能である。
【００４９】
過酸化水素からの膜の保護又は遮蔽を最大限にするために、過酸化物分解触媒を含む、図３の混合アノード及びカソードを、アノード又はカソードのどちらか一方或いは両方に対して（図４）、図１の電極‐過酸化物分解触媒層複合材料と組み合わせて、膜に入る過酸化物の全ての潜在的供給源を分解させる。
【００５０】
更に本発明によると、例えばアノードをカソードよりも更に親水性にするために、酸化物に担持される過酸化物分解触媒の使用法は、アノード及びカソードの水移動特性（ｗａｔｅｒ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｃ）を変更するのに利用可能であることが見出された。
【００５１】
本発明の他の実施形態によると、膜電極アセンブリには、アノード、膜、カソード、アノードと膜との間の層、及び／又はカソードと膜との間の層に過酸化物分解触媒を有利に設けることが可能であり、このようにして過酸化物分解触媒を設けた場合、特に好ましい過酸化物分解触媒群は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｅ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素又は元素を含む組成物を含む。更にかかる触媒は、上述したように、担体に更に担持されていても良い。
【００５２】
更に上述したように、本願明細書に記載の膜電極アセンブリは、発電用燃料電池システムに利用される場合に特に有効である。かかる構成において、膜電極アセンブリは、同様の構成要素のスタックに配置され、そしてかかるスタックには、好ましくは水素リッチな燃料、並びにオキシダント又は酸素供給源が供給される。電力を生成するための周知の反応に加えて、燃料電池に対して構成要素を上記のように供給すると、更に、本発明により良性経路に沿って分解されるべき過酸化水素を形成するであろう。本発明によると、過酸化物分解触媒は、かかる過酸化水素を良性経路に沿って分解するために、好ましくは水及び酸素を生成するために有利に働いて、膜電極アセンブリの膜をラジカル又は他の有害な過酸化物分解生成物による攻撃から保護し、膜の耐用年数を延長する。
【００５３】
本発明の、電極及び過酸化物分解触媒層からなるアセンブリは、本願明細書において、膜電極アセンブリと称される。勿論、この用語は、ガス拡散層１００，１０２及びシール（図示せず）を備えたＭＥＡからなる、図４に示された一体型電極アセンブリ（ｕｎｉｔｉｚｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ）（ＵＥＡ）を特に含む意図であることが認識される。
【００５４】
図７は、発生し且つ過酸化水素の厄介な形成に至る場合がある種々の反応を示している。図７は、膜７２と、水素酸化触媒として白金粒子を含む電極７４と、を含む膜電極アセンブリの一部分を示している。更に図７は、白金粒子の存在下で、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）を生成可能である種々の、アノード水素およびブリード酸素の流入を示している。順序Ａに示されている反応により、電極材料を攻撃する。しかしながら、実際には、かかる反応の全部ではないが、殆どは、図７の順序Ｂに示されているように起こり、且つ過酸化水素が電極内で分解される反応によって克服される。しかしながら、図７の順序Ｃ及びＤにより、膜７２の近くで過酸化水素を生成するので、過酸化物の有害な分解（本発明により克服される）に関して、望ましくない公算に至る。これらの２種類の順序において、順序Ｃにおけるクロスオーバー酸素又は順序Ｄに示されているようなブリード酸素の形状の、酸素及び膜に近接した白金粒子に、水素が接触する場合、過酸化水素が形成され、膜７２に入り込むことができ、有害な生成物への分解により、膜７２は化学分解又は消耗される。
【００５５】
本発明により促進される過酸化水素の良性な分解は、一般にＭＥＡ内で起こり、以下の反応：
【００５６】
【化１】
2008525981.tif 000004
【００５７】
に従って生じる。
【００５８】
これらの良性な反応は、白金の存在下に過酸化水素が低電位及び高電位条件下でそれぞれ分解する場合に生じるのが一般的である。本発明によると、過酸化水素が、化学種Ｘ（不純物イオン又は高表面積粒子であっても良い）の存在下で膜に入ると、代わりに、以下の反応：
【００５９】
【化２】
2008525981.tif 000005
【００６０】
が生じることが見出された。
【００６１】
・ＯＨラジカルは、ポリマーを攻撃可能であり、又は過酸化水素に再結合可能であり、更に、過酸化水素と反応して、他のラジカル、例えば・ＯＯＨを生成することが可能である。ラジカルは膜を攻撃し、これにより膜の消耗又は分解の原因となると考えられている。
【００６２】
本発明において、上述したように過酸化物分解触媒を設けるのは、上述したように、過酸化水素を酸素及び水に良性に分解し、膜における、ラジカルの形成に至り且つ膜に損傷を与える化学種又は不純物の存在下での過酸化水素の分解を回避するために働く。
【００６３】
本発明により、膜を攻撃可能である過酸化物分解生成物から膜を保護することから、上述したように膜に対する侵食を減らし、そして膜の耐用年数を延長することが認識される。かかる保護は、過フッ素化膜、非過フッ素化膜及び炭化水素膜、並びに他の種類の、過酸化水素の分解生成物による攻撃の影響を受ける膜に対して利用可能である。
【００６４】
図１及び図４〜図６に関して上述した好ましい実施形態において、層又は下層は、膜と電極の一方又は両方との間に配置される。これらの下層は、関連出願において、拡張触媒作用層（ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ｃａｔａｌｙｚｅｄ  ｌａｙｅｒ）とも称されている。かかる層は、所定の点で一般に隣接する電極と区別可能である。
【００６５】
一の重要な特徴は、多孔性である。一般に、電極の触媒層（図１における１２，１４）は、約３０％を超え、一般的には約３５％を超え、通常は約６０％以下の多孔性を有している。対照的に、層又は下層（図１における１８）は、電極の触媒層の多孔性より低い多孔性を有するのが好ましく、好ましくは約２０％未満であり、層又は下層は、本質的に非多孔性（５％未満の多孔性）であるのが更に好ましい。
【００６６】
更に電極の触媒層は、体積換算及び質量換算で、下層より少ないイオノマー含有量を有している。
【００６７】
触媒粒子間の電気接続性は、他の領域であり、ここで、下層と比較して、電極の触媒層は、より大きな値を有する。
【００６８】
膜の電解質を触媒粒子にイオン接触させることに関して、電極の触媒層は、下層より低い値であるのが一般的である。
【００６９】
最終的に、電極の触媒層は疎水性であるのが好ましいのと同時に、下層は、イオノマーを水和し、ガス拡散を弱めるように水を保持するために可能な限り親水性であるのが好ましい。
【００７０】
過酸化物分解触媒を有する膜電極アセンブリは、２００４年３月４日に出願され、同時係属中で且つ出願人が同一の米国特許出願第１０／７９５，１８１号にも記載され、参照することによって、本願に組み込まれる。
【００７１】
本発明は本願明細書に記載され且つ示されている説明に限定されず、その説明は、本発明の実施に関するベストモードを単に説明していると考えられ、そして、運転に関する部分及び詳細の形態、寸法及び配置を変更可能であることは理解されるであろう。むしろ、本発明は、本発明の精神及び請求項に記載の目的の範囲内に在る全ての上記の変更を包含する意味合いである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明による膜電極アセンブリにおける２層アノードの構成を示している。
【図２】膜が更に触媒を含む本発明の膜電極アセンブリを示している。
【図３】触媒がアノード及びカソードに分散されている本発明の他の実施形態を示している。
【図４】触媒が膜とアノードとの間及び膜とカソードとの間の各層に設けられている本発明の実施形態を示している。
【図５】触媒がカソードと膜との間の層にのみ設けられている本発明の他の実施形態を示している。
【図６】過酸化物分解触媒が膜とアノードとの間の分散層に設けられている本発明の実施形態を示している。
【図７】本発明の膜電極アセンブリを含む燃料電池の運転中に生じる種々の反応を概略的に示している。
【図１】
2008525981.tif 000006
【図２】
2008525981.tif 000007
【図３】
2008525981.tif 000008
【図４】
2008525981.tif 000009
【図５】
2008525981.tif 000010
【図６】
2008525981.tif 000011
【図７】
2008525981.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成17年7月5日(2005.7.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素酸化触媒を含むアノードと、
カソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に配置される膜と、
前記アノードと前記膜との間の層及び前記カソードと前記膜との間の層からなる群から選択される少なくとも１カ所に設けられた過酸化物分解触媒と、を備えるとともに、
前記過酸化物分解触媒が、過酸化水素に曝された場合、過酸化水素から良性生成物を生成する反応に対する選択性を有するとともに、前記層が２０％以下の多孔性を有することを特徴とする膜電極アセンブリ。
【請求項２】
前記アノード、前記カソード、前記膜及び前記層の少なくとも１つは、イオノマー材料を含み、該材料は、過フッ素化ポリマー電解質、非過フッ素化ポリマー電解質、炭化水素及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項３】
前記膜は、強化膜であることを特徴とする請求項２に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項４】
前記過酸化物分解触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｅ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項２に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項５】
前記過酸化物分解触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項４に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項６】
前記過酸化物分解触媒は、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ及びＣｅの酸化物、ゼオライト、炭素並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される担体に担持されることを特徴とする請求項４に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項７】
前記過酸化物分解触媒は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項２に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項８】
前記過酸化物分解触媒は、炭素に担持されることを特徴とする請求項７に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項９】
前記過酸化物分解触媒は、炭素であることを特徴とする請求項２に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１０】
前記過酸化物分解触媒は、前記アノードと前記膜との間に配置される前記層として存在することを特徴とする請求項２に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１１】
前記層は、前記アノードに対して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１２】
前記膜と前記カソードとの間に前記過酸化物分解触媒の層を含むことを特徴とする請求項１０に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１３】
前記層は、水素酸化触媒の一部分を含むことを特徴とする請求項１０に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１４】
前記過酸化物分解触媒は、前記膜に含まれることを特徴とする請求項２に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１５】
前記過酸化物分解触媒を、前記膜において、膜の表面から膜の所望の深さまで含浸させることを特徴とする請求項１４に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１６】
前記膜は、アノード面とカソード面を有し、前記過酸化物分解触媒は、前記アノード及び前記カソードのいずれかで生成した過酸化物を前記過酸化物分解触媒の存在下で分解するように、前記アノード面と前記カソード面にて膜に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１７】
前記過酸化物分解触媒は、前記アノード及び前記カソードの少なくとも一方に配置されることを特徴とする請求項２に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１８】
前記過酸化物分解触媒は、前記アノード及び前記カソードの両方に配置されることを特徴とする請求項１７に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１９】
前記アノードは、前記カソードより高い濃度の前記過酸化物分解触媒を含むことを特徴とする請求項１８に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項２０】
前記アノードが、前記カソードより親水性であることを特徴とする請求項１９に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項２１】
燃料電池スタックに配置される複数の発電用燃料電池システムであって、
水素酸化触媒を含むアノードと、
カソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に配置された膜と、
前記アノードと前記膜との間の層及び前記カソードと前記膜との間の層からなる群から選択される少なくとも１カ所に設けられた過酸化物分解触媒と、を含むとともに、
前記過酸化物分解触媒が、過酸化水素に曝された場合、該過酸化水素から良性生成物を生成する反応に対する選択性を有するとともに、前記層の多孔性が約２０％以下であることを特徴とする発電用燃料電池システム。
【請求項２２】
前記アノード、前記カソード、前記膜及び前記層の少なくとも１つは、イオノマー材料を含み、該材料は、過フッ素化ポリマー電解質、非過フッ素化ポリマー電解質、炭化水素及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２３】
前記過酸化物分解触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｅ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２４】
前記過酸化物分解触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２５】
前記過酸化物分解触媒は、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ及びＣｅの酸化物、ゼオライト、炭素並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される担体に担持されることを特徴とする請求項２３に記載のアセンブリ。
【請求項２６】
前記過酸化物分解触媒は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２７】
前記過酸化物分解触媒は、炭素に担持されることを特徴とする請求項２６に記載のアセンブリ。
【請求項２８】
前記過酸化物分解触媒は、炭素であることを特徴とする請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２９】
燃料電池の運転方法であって、
水素酸化触媒を含むアノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間に配置される膜と、前記アノードと前記膜との間の層及び前記カソードと前記膜との間の層からなる群から選択される少なくとも１カ所に設けられ、かつ過酸化水素に曝された場合、該過酸化水素から良性生成物を生成する反応に対する選択性を有する過酸化物分解触媒と、を含む膜電極アセンブリを備える燃料電池を形成するステップであって、前記層が約２０％以下の多孔性を有する、燃料電池を形成するステップと、
前記燃料電池を運転し、かつ過酸化水素を良性生成物に分解する前記過酸化物分解触媒の存在下で過酸化水素を生成するように、水素含有燃料を前記アノードに供給し、酸素供給源を前記カソードに供給するステップと、
を含むことを特徴とする燃料電池の運転方法。
【請求項３０】
前記アノード、前記カソード、前記膜及び前記層の少なくとも１つは、イオノマー材料を含み、該材料は、過フッ素化ポリマー電解質、非過フッ素化ポリマー電解質、炭化水素及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項２９に記載の燃料電池の運転方法。
【請求項３１】
前記過酸化物分解触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｅ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項２９に記載の燃料電池の運転方法。
【請求項３２】
前記過酸化物分解触媒は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｃ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項３１に記載の燃料電池の運転方法。
【請求項３３】
前記過酸化物分解触媒は、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ及びＣｅの酸化物、ゼオライト、炭素並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される担体に担持されることを特徴とする請求項２９に記載の燃料電池の運転方法。
【請求項３４】
前記過酸化物分解触媒は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項２９に記載の燃料電池の運転方法。
【請求項３５】
前記過酸化物分解触媒は、炭素に担持されることを特徴とする請求項３４に記載の燃料電池の運転方法。
【請求項３６】
前記過酸化物分解触媒は、炭素であることを特徴とする請求項３５に記載の燃料電池の運転方法。
【国際調査報告】
2008525981.tif 000013