(57)【要約】【課題】ＰＥＦＣにおいて、電解質膜の劣化を充分に抑制し、ＰＥＦＣの耐久性の向上に寄与しうる技術を提供する。【解決手段】固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の一方の面に配置された、カソード触媒層およびカソードガス拡散層を含むカソードガス拡散電極と、前記固体高分子電解質膜の他方の面に配置された、アノード触媒層およびアノードガス拡散層を含むアノードガス拡散電極と、を有する燃料電池用膜電極接合体において、前記固体高分子電解質膜、前記カソードガス拡散電極、または前記アノードガス拡散電極の少なくとも１つにおいて、塩素捕捉材を含む塩素捕捉層を配置する。【選択図】図１
2008243378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の一方の面に配置された、カソード触媒層およびカソードガス拡散層を含むカソードガス拡散電極と、
前記固体高分子電解質膜の他方の面に配置された、アノード触媒層およびアノードガス拡散層を含むアノードガス拡散電極と、を有し、
前記固体高分子電解質膜、前記カソードガス拡散電極、または前記アノードガス拡散電極の少なくとも１つにおいて、塩素捕捉材を含む塩素捕捉層が配置されている、燃料電池用膜電極接合体。
【請求項２】
燃料電池用膜電極接合体を含む燃料電池の運転時の温度条件および湿度条件下における酸素および水素に対する前記固体高分子電解質膜の透過係数をそれぞれＰＯ２およびＰＨ２とし、カソードに供給される酸化剤ガスにおける酸素の分圧およびアノードに供給される燃料ガスにおける水素の分圧をそれぞれｐＯ２およびｐＨ２とし、前記固体高分子電解質膜の厚さをＬとした場合に、
前記固体高分子電解質膜と前記カソード触媒層との界面からの距離ｄが下記数式１：
【数１】
2008243378.tif 000004
で表される析出予想面に対してカソード側およびアノード側の双方に、前記塩素捕捉層が配置されている、請求項１に記載の燃料電池用膜電極接合体。
【請求項３】
前記塩素捕捉層が、前記固体高分子電解質膜の内部に配置されている、請求項１または２に記載の燃料電池用膜電極接合体。
【請求項４】
前記塩素捕捉層が、前記カソード触媒層と隣接しないように、前記析出予想面のカソード側に配置されている、請求項３に記載の燃料電池用膜電極接合体。
【請求項５】
前記塩素捕捉層が、前記アノード触媒層と隣接するように、前記析出予想面のアノード側に配置されている、請求項３または４に記載の燃料電池用膜電極接合体。
【請求項６】
前記塩素捕捉層が、前記カソードガス拡散電極または前記アノードガス拡散電極の少なくとも一方の内部に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池用膜電極接合体。
【請求項７】
前記固体高分子電解質膜に補強材を含む補強層が配置されており、前記補強材に前記塩素捕捉材が担持されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池用膜電極接合体。
【請求項８】
前記固体高分子電解質膜、前記カソードガス拡散電極、または前記アノードガス拡散電極の少なくとも１つにおいて、塩素捕捉層が配置された部位以外の部位に前記塩素捕捉材が分散している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池用膜電極接合体。
【請求項９】
前記塩素捕捉材が、活性炭、木炭、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、およびセラミックスからなる群から選択される１種または２種以上である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池用膜電極接合体。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池用膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を挟持する、カソードセパレータおよびアノードセパレータからなる１対のセパレータと、
を有する燃料電池。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池を搭載した車両。
【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、およびこれを用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）は一般に、膜電極接合体（ＭＥＡ）が１対のセパレータで挟持されてなる構造を有する。そしてＭＥＡは、固体高分子電解質膜が１対のガス拡散電極（カソード触媒層とカソードガス拡散層とからなるカソードガス拡散電極、アノード触媒層とアノードガス拡散層とからなるアノードガス拡散電極）により挟持されてなる構成を有する。触媒層は、電極触媒およびプロトン伝導性の固体高分子電解質を含み、外部から供給される反応ガスを拡散させるために多孔質構造を有する。また、前記電極触媒は、導電性担体に触媒成分が担持されてなる構造を有するのが一般的である。さらに、ガス拡散層も多孔質構造を有し、一般的には導電性カーボン繊維などにより構成される。
【０００３】
ＰＥＦＣのＭＥＡにおいては、以下のような電気化学的反応が進行する。まず、アノード側に供給された燃料ガスに含まれる水素は、アノード触媒層において触媒成分により酸化され、プロトンおよび電子となる。生成したプロトンはその後、アノード触媒層に含まれる固体高分子電解質、さらにはアノード触媒層と接触している固体高分子電解質膜を通り、カソード触媒層に達する。一方、アノード触媒層で生成した電子は、アノード触媒層を構成している導電性担体、さらにはアノード触媒層の固体高分子電解質膜に対向する側に接触しているガス拡散層、セパレータおよび外部回路を通ってカソード触媒層に達する。そして、カソード触媒層に達したプロトンおよび電子は、カソード触媒層に供給されている酸化剤ガスに含まれる酸素と反応し、水を生成する。ＰＥＦＣでは、上述した電気化学的反応を通して、電気を外部に取り出すことが可能となる。
【０００４】
車載用ＰＥＦＣなどのように長期間に亘って高い発電性能を発揮することが要求される用途を考慮すると、ＰＥＦＣを構成する各部材の耐久性をより一層向上させることが求められており、種々の研究開発がなされている。
【０００５】
ここで例えば、ＰＥＦＣの主要な部材である固体高分子電解質膜の劣化メカニズムとして、ＰＥＦＣの運転中にカソードまたはアノードにおいて生成する過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）由来のラジカルの関与が推定されている。そしてかような知見に基づき、固体高分子電解質膜にオゾン処理を施したカーボン材料（カーボンブラック、活性炭、カーボンナノチューブなど）を分散配合し、過酸化水素に対する電解質膜の耐久性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この技術によれば、オゾン処理されたカーボン材料の表面に修飾されたキノン性カルボニル基などがラジカル捕捉機能やラジカル分解機能を発揮することで、電解質膜の劣化が抑制されると考えられる。
【０００６】
また、カソードにおいて生成した過酸化水素による電解質膜の劣化を抑制することを目的として、ＭＥＡを構成する電解質膜とカソード触媒層との間にラジカル捕捉層を配置する技術が提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。非特許文献１によれば、ラジカル捕捉材として特に希土類元素が好ましい旨が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１５２６１５号公報
【非特許文献１】平成１７年度ＮＥＤＯ燃料電池・水素技術開発成果報告会、固体高分子形燃料電池実用化戦略的技術開発事業、要素技術開発、「ＤＳＳ対応長寿命電池技術の研究開発」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来提案されている技術によっても電解質膜の劣化を充分に抑制できているとは言えず、電解質膜の劣化を抑制し、ＰＥＦＣの耐久性をより一層向上させうる手段の開発が望まれているのが現状である。
【０００８】
そこで本発明は、ＰＥＦＣにおいて、電解質膜の劣化を充分に抑制し、ＰＥＦＣの耐久性の向上に寄与しうる技術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】
【０００９】
本発明者らは、上記の現状に鑑み、鋭意研究を行った。その過程でまず、電解質膜の劣化の原因とされている過酸化水素の発生メカニズムをより詳細に探索した。その結果、（１）ＰＥＦＣの運転に伴って、カソード触媒層から溶出した白金イオン（Ｐｔ２＋）が電解質膜内に移動し、カソード触媒層と電解質膜との界面から一定の距離のある部位において還元されて層状に析出する（以下、この白金の析出部位を「白金バンド」とも称する）こと（図１を参照）、（２）前記白金バンドにおいて過酸化水素が生成し、この過酸化水素が起点となって電解質膜の劣化が進行すること、（３）前記白金バンドにおいて析出した白金に塩素が吸着していること（図２を参照）、および（４）白金に吸着する塩素の量を低減させると、過酸化水素の生成が抑制されること、を見出した。なお、図１は、ＰＥＦＣ単セルに対するＯＣＶ試験後の単セルの垂直断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した写真である。また、図２は、単セルの垂直断面における白金バンドを、透過型電子顕微鏡エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＴＥＭ−ＥＤＸ）により撮影した写真であり、図２（ａ）における発光部位は白金の存在する部位を指し、図２（ｂ）における発光部位は塩素の存在する部位を指す。
【００１０】
上記の知見、および、白金に吸着する塩素の供給源がＰＥＦＣの運転時にカソードに供給される酸化剤ガス（例えば、空気）やアノードに供給される燃料ガス（例えば、水素）並びにガス拡散電極を形成する材料であることに鑑み、本発明者らは、ＰＥＦＣを構成するＭＥＡの任意の箇所に塩素捕捉材を含む塩素捕捉層を配置することで、白金バンドにおける過酸化水素の生成を抑制し、ひいてはＰＥＦＣの耐久性を向上させうることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の一方の面に配置された、カソード触媒層およびカソードガス拡散層を含むカソードガス拡散電極と、前記固体高分子電解質膜の他方の面に配置された、アノード触媒層およびアノードガス拡散層を含むアノードガス拡散電極と、を有し、前記固体高分子電解質膜、前記カソードガス拡散電極、または前記アノードガス拡散電極の少なくとも１つにおいて、塩素捕捉材を含む塩素捕捉層が配置されている、燃料電池用ＭＥＡである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の燃料電池用ＭＥＡによれば、ＰＥＦＣにおいて、白金バンドにおける過酸化水素の生成が抑制され、ひいてはＰＥＦＣの耐久性が向上しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の一方の面に配置された、カソード触媒層およびカソードガス拡散層を含むカソードガス拡散電極と、前記固体高分子電解質膜の他方の面に配置された、アノード触媒層およびアノードガス拡散層を含むアノードガス拡散電極と、を有し、前記固体高分子電解質膜、前記カソードガス拡散電極、または前記アノードガス拡散電極の少なくとも１つにおいて、塩素捕捉材を含む塩素捕捉層が配置されている、燃料電池用膜電極接合体である。
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明のＭＥＡを好適ないくつかの実施形態について詳細に説明する。なお、各図面は説明の便宜上誇張されて表現されており、各図面における各構成要素の寸法比率が実際とは異なる場合がある。
【００１５】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態を説明する。
【００１６】
図３は、第１実施形態の膜電極接合体（ＭＥＡ）の模式断面図である。
【００１７】
図３に示すＭＥＡ１００は、固体高分子電解質膜１１０と、前記固体高分子電解質膜１１０の一方の面に配置された、カソード触媒層１２２ｃおよびカソードガス拡散層１２４ｃを含むカソードガス拡散電極１２０ｃと、前記固体高分子電解質膜１１０の他方の面に配置された、アノード触媒層１２２ａおよびアノードガス拡散層１２４ａを含むアノードガス拡散電極１２０ａと、を有する。なお、本願において、「膜電極接合体（ＭＥＡ）」とは、固体高分子電解質膜１１０と、前記固体高分子電解質膜１１０を挟持する１対のガス拡散電極（１２０ｃ、１２０ａ）とを有する集合体を意味する。
【００１８】
本実施形態のＭＥＡ１００においては、図３に示すように、固体高分子電解質膜１１０のカソード触媒層１２２ｃ寄りの部位に、前記カソード触媒層１２２ｃと隣接しないように、塩素捕捉層１８０ｃが配置されている。そして、固体高分子電解質膜１１０のアノード触媒層１２２ａ寄りの部位には、前記アノード触媒層１２２ａと隣接するように、塩素捕捉層１８０ａが配置されている。これらの塩素捕捉層１８０は、塩素捕捉材（図示せず）を含む。塩素捕捉層および塩素捕捉材の詳細については、後述する。
【００１９】
図３には、白金バンド１９０も併せて図示されている。上述したように、白金バンド１９０は、ＰＥＦＣの運転に伴って、カソード触媒層から溶出した白金イオン（Ｐｔ２＋）が電解質膜内に移動し、還元されて層状に析出する部位であり、ＰＥＦＣの運転前のＭＥＡに白金バンドは存在しない。ＰＥＦＣの運転後の固体高分子電解質膜１１０においてこの白金バンド１９０が存在する部位（カソード触媒層からの距離）は、ＰＥＦＣの運転条件（例えば、温度、湿度、供給ガスの組成など）によって変動しうるため、一義的に規定することは困難である。ただし、本発明者らの検討によれば、ＰＥＦＣの運転時の温度条件および湿度条件下における酸素および水素に対する前記固体高分子電解質膜の透過係数をそれぞれＰＯ２およびＰＨ２とし、カソードに供給される酸化剤ガスにおける酸素の分圧およびアノードに供給される燃料ガスにおける水素の分圧をそれぞれｐＯ２およびｐＨ２とし、前記固体高分子電解質膜の厚さをＬとした場合に、前記固体高分子電解質膜と前記カソード触媒層との界面からの距離ｄが、下記数式１：
【００２０】
【数１】
2008243378.tif 000003
【００２１】
で表される面（本願においては、この面を「析出予想面」とも称する）を中心として、白金の還元析出（白金バンド１９０）が生じることが判明した。
【００２２】
ここで、上述した析出予想面の位置についての理論を裏付ける実験について説明する。図４は、ＯＣＶ試験においてカソードに供給される酸化剤ガスおよびアノードに供給される燃料ガスの組成を変化させた場合の白金バンドの生成位置を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により撮影した写真である。ＯＣＶ試験時のガス供給条件は、いずれも概ね常圧条件下（１１０ｋＰａ＿ａｂｓ）で、供給ガス組成（酸化剤ガス／燃料ガス）は、サンプル１：純酸素／１０体積％水素含有窒素、サンプル２：純酸素／純水素、サンプル３：純水素／空気である。
【００２３】
図４に示す結果から、供給ガスにおける酸素分圧および窒素分圧をそれぞれ変化させると、これに応じて、ＰＥＦＣの運転時に固体高分子電解質膜１１０において生成する白金バンド１９０の位置が変化することがわかる。
【００２４】
本実施形態のＭＥＡを含むＰＥＦＣ（図示せず）の運転時においては、カソードに酸化剤ガスが供給され、アノードに燃料ガスが供給されるが、これらの供給ガスに含まれる塩素（塩化物イオン）は、固体高分子電解質膜１１０内をＭＥＡの積層方向に移動する際に、塩素捕捉層１８０に含まれる塩素捕捉材により捕捉される。その結果、白金バンド１９０が生成する部位（すなわち、析出予想面）にまで到達する塩素（塩化物イオン）の量が低減され、白金バンド１９０における過酸化水素の生成が抑制される。そして最終的には、過酸化水素の生成に起因する固体高分子電解質膜１１０の劣化が緩和され、ＰＥＦＣの耐久性が向上しうる。
【００２５】
上記の知見に鑑み、本実施形態において塩素捕捉層（１８０ｃ、１８０ａ）は、この析出予想面（＝白金バンド１９０の位置する面）に対してカソード側（塩素捕捉層１８０ｃ）およびアノード側（塩素捕捉層１８０ａ）の双方に配置されている。かような形態によれば、カソードから析出予想面に向かって流通する酸化剤ガスに含まれる塩素（塩化物イオン）が塩素捕捉層１８０ｃにおいて捕捉され、アノードから析出予想面に向かって流通する燃料ガスに含まれる塩素（塩化物イオン）が塩素捕捉層１８０ａにおいて捕捉される。その結果、塩素捕捉層を配置したことにより得られる作用効果がより一層顕著に発揮されうる。ただし、本発明の技術的範囲はかような形態のみに制限されず、カソード側またはアノード側のいずれか一方のみに塩素捕捉層が配置される形態もまた、採用されうる。
【００２６】
なお、上述したメカニズムはあくまでも推測に基づくものに過ぎず、実際は異なるメカニズムによって本発明の作用効果が得られていたとしても、本発明の技術的範囲は何ら影響を受けることはない。このことは、後述する他のそれぞれの好ましい形態のメカニズムについても同様に妥当する。
【００２７】
上述したように、本発明のＭＥＡおよびこれを含むＰＥＦＣは、塩素捕捉層が配置されている点に特徴を有する。従って、当該特徴的な構成以外のＭＥＡやＰＥＦＣの構成については、従来公知の知見に基づいて適宜変更や修飾が加えられてもよい。
【００２８】
以下、図面を参照しながら本実施形態のＭＥＡの構成要素をそれぞれ説明した後、本発明のＭＥＡの特徴的な構成である塩素捕捉層について説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきである。
【００２９】
［固体高分子電解質膜］
固体高分子電解質膜１１０は、プロトン伝導性の固体高分子電解質（以下、単に「アイオノマ」とも称する）から構成され、ＰＥＦＣの運転時にアノード触媒層１２２ａで生成したプロトンを膜厚方向に沿ってカソード触媒層１２２ｃへと選択的に透過させる機能を有する。また、固体高分子電解質膜１１０は、アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとを混合させないための隔壁としての機能をも有する。
【００３０】
固体高分子電解質膜１１０の具体的な構成は特に制限されず、燃料電池の技術分野において従来公知のアイオノマからなる膜が適宜採用されうる。固体高分子電解質膜１１０は、構成材料であるアイオノマの種類に応じて、フッ素系固体高分子電解質膜と炭化水素系固体高分子電解質膜とに大別される。
【００３１】
フッ素系固体高分子電解質としては、例えば、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成株式会社製）、フレミオン（登録商標、旭硝子株式会社製）等のパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー、パーフルオロカーボンホスホン酸系ポリマー、トリフルオロスチレンスルホン酸系ポリマー、エチレンテトラフルオロエチレン−ｇ−スチレンスルホン酸系ポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオリド−パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーなどが挙げられる。耐熱性、化学的安定性などの発電性能上の観点からはこれらのフッ素系固体高分子電解質膜が好ましく用いられ、特に好ましくはパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーから構成されるフッ素系固体高分子電解質膜が用いられる。
【００３２】
炭化水素系固体高分子電解質としては、例えば、スルホン化ポリエーテルスルホン（Ｓ−ＰＥＳ）、スルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、ホスホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、スルホン化ポリスチレン、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン（Ｓ−ＰＥＥＫ）、スルホン化ポリフェニレン（Ｓ−ＰＰＰ）などが挙げられる。原料が安価で製造工程が簡便であり、かつ材料の選択性が高いといった製造上の観点からは、これらの炭化水素系固体高分子電解質膜が好ましく用いられる。なお、上述したイオン交換樹脂は、１種のみが単独で用いられてもよいし、２種以上が併用されてもよい。
【００３３】
上述した固体高分子電解質膜を構成するアイオノマ以外の材料がアイオノマとして用いられてもよい。かような材料としては、例えば、高いプロトン伝導性を有する液体、固体、ゲル状材料などが利用可能であり、リン酸、硫酸、アンチモン酸、スズ酸、ヘテロポリ酸などの固体酸、リン酸などの無機酸を炭化水素系高分子化合物にドープさせたもの、一部がプロトン伝導性の官能基で置換された有機／無機ハイブリッドポリマー、高分子マトリックスにリン酸溶液や硫酸溶液を含浸させたゲル状プロトン導電性材料などが例示される。プロトン伝導性と電子伝導性とを併有する混合導電体もまた、アイオノマとして利用されうる。
【００３４】
固体高分子電解質膜１１０の厚さは、ＭＥＡ１００やＰＥＦＣの特性を考慮して適宜決定され、特に限定はされない。ただし、固体高分子電解質膜１１０の厚さは、好ましくは５〜３００μｍであり、より好ましくは５〜２００μｍであり、さらに好ましくは１０〜１５０μｍであり、特に好ましくは１５〜５０μｍである。厚さがかような範囲内の値であると、製膜時の強度や使用時の耐久性、および使用時の出力特性のバランスが適切に制御されうる。
【００３５】
［カソードガス拡散電極］
カソードガス拡散電極１２０ｃは、カソード触媒層１２２ｃとカソードガス拡散層１２４ｃとから構成される。
【００３６】
カソード触媒層１２２ｃは、触媒成分が担持されてなる電極触媒、およびアイオノマを含む層である。
【００３７】
カソード触媒層１２２ｃにおいて、電極触媒は、主に固体高分子電解質膜１１０経由のプロトン（Ｈ＋）と、外部回路経由の電子（ｅ−）と、酸化剤ガス由来の酸素（Ｏ２）とから水を生成する反応（すなわち、酸素の還元反応）を促進する機能を有する。
【００３８】
電極触媒は、簡単に言えば、カーボンなどからなる導電性担体の表面に、白金などの触媒成分が担持されてなる構造を有する。
【００３９】
電極触媒を構成する導電性担体としては、触媒成分を所望の分散状態で担持させるのに充分な比表面積を有し、かつ、充分な電子伝導性を有するものであればよい。導電性担体の組成は、主成分がカーボンであることが好ましい。導電性担体の材質として、具体的には、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛などが挙げられる。なお、「主成分がカーボンである」とは、主成分として炭素原子を含むことをいい、炭素原子のみからなる、実質的に炭素原子からなる、の双方を含む概念である。場合によっては、燃料電池の特性を向上させるために、炭素原子以外の元素が含まれていてもよい。なお、「実質的に炭素原子からなる」とは、２〜３質量％程度以下の不純物の混入が許容されうることを意味する。
【００４０】
導電性担体のＢＥＴ比表面積は、触媒成分を高分散担持させるのに充分な比表面積であればよく、特に制限はないが、好ましくは１００〜１５００ｍ２／ｇであり、より好ましくは６００〜１０００ｍ２／ｇである。導電性担体の比表面積がかような範囲内の値であると、導電性担体上での触媒成分の分散性と触媒成分の有効利用率とのバランスが適切に制御されうる。
【００４１】
導電性担体の平均粒子径についても特に制限はないが、通常は５〜２００ｎｍであり、好ましくは１０〜１００ｎｍ程度である。なお、「導電性担体の平均粒子径」の値としては、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による一次粒子径測定法によって算出される値を採用するものとする。
【００４２】
導電性担体に担持される触媒成分は、上述した酸素の還元反応を触媒的に促進する機能を有するものであれば特に制限はなく、従来公知の触媒成分が適宜用いられうる。触媒成分として、具体的には、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属、およびこれらの合金などが挙げられる。これらのうち、触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などに優れるという観点からは、触媒成分は少なくとも白金を含むことが好ましい。カソード触媒層１２２ｃにおける触媒成分として合金を使用する場合の合金の組成は、合金化する金属の種類などによって異なり、当業者によって適宜選択されうるが、好ましくは白金が３０〜９０原子％程度、合金化する他の金属が１０〜７０原子％程度である。なお、「合金」とは、一般に金属元素に１種以上の金属元素または非金属元素を加えたものであって、金属的性質をもっているものの総称である。合金の組織には、成分元素が別個の結晶となるいわば混合物である共晶合金、成分元素が完全に溶け合い固溶体となっているもの、成分元素が金属間化合物または金属と非金属との化合物を形成しているものなどがあり、本願ではいずれであってもよい。ここで、合金組成の特定は、ＩＣＰ発光分析法を用いることで可能である。
【００４３】
触媒成分の形状や大きさは特に制限されず、従来公知の触媒成分と同様の形状および大きさが適宜採用されうるが、触媒成分の形状は、粒状であることが好ましい。そして、触媒粒子の平均粒子径は、好ましくは１〜３０ｎｍであり、より好ましくは１．５〜２０ｎｍである。触媒粒子の平均粒子径がかような範囲内の値であると、電気化学反応が進行する有効電極面積に関連する触媒利用率と担持の簡便さとのバランスが適切に制御されうる。なお、本発明において、「触媒粒子の平均粒子径」の値は、Ｘ線回折における触媒成分の回折ピークの半値幅より求められる結晶子径や、透過型電子顕微鏡像より調べられる触媒成分の粒子径の平均値として算出されうる。
【００４４】
電極触媒における導電性担体と触媒成分との含有量の比は、特に制限されない。ただし、触媒成分の含有率（担持量）は、導電性担体１００質量％を基準として、好ましくは１１０〜３００質量％であり、より好ましくは１３０〜２５０質量％であり、さらに好ましくは１５０〜２００質量％である。触媒成分の含有率が１００質量％以上であると、電極触媒の触媒製能が充分に発揮され、ひいてはＰＥＦＣ１００の発電性能の向上に寄与しうる。一方、触媒成分の含有率が３００質量％以下であると、導電性担体の表面における触媒成分どうしの凝集が抑制され、触媒成分が高分散担持されるため、好ましい。なお、上述した含有量の比の値としては、ＩＣＰ発光分析法により測定される値を採用するものとする。
【００４５】
カソード触媒層１２２ｃは、上述した電極触媒に加えて、アイオノマをさらに含む。カソード触媒層１２２ｃに含まれるアイオノマの具体的な形態に特に制限はなく、燃料電池の技術分野において従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、カソード触媒層１２２ｃに含まれるアイオノマとしては、上述した固体高分子電解質膜１１０を構成するアイオノマが同様に用いられうる。そのため、アイオノマの具体的な形態の詳細はここでは省略する。なお、カソード触媒層１２２ｃに含まれるアイオノマは、１種単独であってもよいし、２種以上であってもよい。
【００４６】
カソード触媒層１２２ｃに含まれるアイオノマのイオン交換容量は、イオン伝導性に優れるという観点から、０．９〜１．５ｍｍｏｌ／ｇであることが好ましく、１．１〜１．５ｍｍｏｌ／ｇであることがより好ましい。
【００４７】
なお、アイオノマの「イオン交換容量」とは、アイオノマの単位乾燥質量当りのスルホン酸基のモル数を意味する。「イオン交換容量」の値は、アイオノマ分散液の分散媒を加熱乾燥等により除去して固形の高分子電解質とし、これを中和滴定することにより、算出されうる。
【００４８】
カソード触媒層１２２ｃにおけるアイオノマの含有量についても特に制限はない。ただし、カソード触媒層１２２ｃにおける導電性担体の含有量に対するアイオノマの含有量の比（アイオノマ／導電性担体の質量比）は、好ましくは０．５〜２．０であり、より好ましくは０．７〜１．５であり、さらに好ましくは０．９〜１．３である。アイオノマ／導電性担体の質量比が０．９以上であると、膜電極接合体の内部抵抗の抑制という観点から好ましい。一方、アイオノマ／導電性担体の質量比が１．３以下であると、フラッディングの抑制という観点から好ましい。
【００４９】
カソードガス拡散層１２４ｃは、上述したカソード触媒層１２２ｃの、固体高分子電解質膜１１０と対向する面に配置される。カソードガス拡散層１２４ｃは、後述するセパレータの有するガス流路を介して供給された酸化剤ガスのカソード触媒層１２２ｃへの拡散を促進させる機能、および電子伝導パスとしての機能を有する。
【００５０】
カソードガス拡散層１２４ｃの基材を構成する材料は特に限定されず、従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、炭素製の織物、紙状抄紙体、フェルト、不織布といった導電性および多孔質性を有するシート状材料が挙げられる。基材の厚さは、得られるガス拡散層の特性を考慮して適宜決定すればよいが、３０〜５００μｍ程度とすればよい。基材の厚さがかような範囲内の値であれば、機械的強度とガスおよび水などの拡散性とのバランスが適切に制御されうる。
【００５１】
カソードガス拡散電極１２０ｃは、必要に応じて、他の部材（層）をさらに含んでもよい。例えば、カソード触媒層１２２ｃに存在する過剰な水分の排出を促進させてフラッディング現象の発生を抑制するために、カソードガス拡散層１２４ｃは、カーボン粒子を含むカーボン粒子層を基材の触媒層側に有してもよい。
【００５２】
カーボン粒子層に含まれるカーボン粒子は特に限定されず、カーボンブラック、黒鉛、膨張黒鉛などの従来公知の材料が適宜採用されうる。なかでも、電子伝導性に優れ、比表面積が大きいことから、オイルファーネスブラック、チャネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックが好ましく用いられうる。カーボン粒子の平均粒子径は、１０〜１００ｎｍ程度とするのがよい。これにより、毛細管力による高い排水性が得られるとともに、触媒層との接触性も向上させることが可能となる。
【００５３】
カーボン粒子層は撥水剤を含んでもよい。撥水剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリヘキサフルオロプロピレン、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）などのフッ素系の高分子材料、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられる。なかでも、撥水性、電極反応時の耐食性などに優れることから、フッ素系の高分子材料が好ましく用いられうる。
【００５４】
［アノードガス拡散電極］
アノードガス拡散電極１２０ａは、アノード触媒層１２２ａとアノードガス拡散層１２４ａとから構成される。
【００５５】
アノード触媒層１２２ａは、触媒成分が担持されてなる電極触媒、およびアイオノマを含む層である。
【００５６】
アノード触媒層１２２ａにおいて、電極触媒は、燃料ガス由来の水素（Ｈ２）を、プロトン（Ｈ＋）および電子（ｅ−）とする反応（すなわち、水素の酸化反応）を促進する機能を有する。
【００５７】
アノード触媒層１２２ａを構成する電極触媒やアイオノマの具体的な形態については、カソード触媒層１２２ｃの欄において上述した形態が同様に採用されうる。従って、ここでは詳細な説明を省略する。なお、カソード触媒層１２２ｃとアノード触媒層１２２ａとで、触媒層を構成する電極触媒やアイオノマの具体的な形態は同じであってもよいし、異なってもよい。
【００５８】
本実施形態のＭＥＡ１００において、アノード触媒層１２２ａの平均厚み（Ｙａ）は、カソード触媒層１２２ｃの平均厚み（Ｙｃ）よりも小さいことが好ましい。ＹａがＹｃよりも小さいことにより、カソード触媒層１２２ｃへのプロトン伝導が向上する。具体的には、Ｙａ／Ｙｃは、好ましくは０．１〜０．９であり、より好ましくは０．２〜０．５である。なお、アノード触媒層１２２ａの平均厚みは、好ましくは１．０〜２０．０μｍであり、より好ましくは２．０〜５．０μｍである。なお、触媒層の厚みの値としては、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により触媒層断面を観察して得られた値を採用するものとする。
【００５９】
本実施形態のＭＥＡ１００において、アノード触媒層１２２ａは、単層構造を有することが好ましい。これは、アノード触媒層１２２ａはカソード触媒層１２２ｃに比べて、電解質膜側とガス拡散層側とで反応性の差が小さいため、特に複数層とする必要がなく、また、単層とすることで複数層にすることによる層平均厚みの増加を回避できるためである。ただし、アノード触媒層１２２ａが２層以上の触媒層からなる積層構造を有する形態もまた、本発明の技術的範囲に包含される。
【００６０】
アノードガス拡散電極１２０ａを構成するアノードガス拡散層１２４ａの具体的な形態については、カソードガス拡散電極１２０ｃを構成するカソードガス拡散層１２４ｃの欄において上述した形態が同様に採用されうる。従って、ここでは詳細な説明を省略する。また、アノードガス拡散電極１２０ａが、必要に応じてカーボン粒子層などの部材（層）をさらに含んでもよいこともまた、上述したカソードガス拡散電極１２０ｃと同様である。
【００６１】
［塩素捕捉層］
本実施形態のＭＥＡ１００においては、上述した通り、固体高分子電解質膜１１０の内部に、塩素捕捉層１８０（１８０ｃ、１８０ａ）が配置されている。この塩素捕捉層は、ＰＥＦＣの運転時に供給されるガスに含まれる塩素（塩化物イオン）を捕捉する機能を有する。塩素捕捉層１８０がかような機能を発揮することで、白金バンドにおいて析出する白金への塩素の吸着が抑制され、白金バンドにおける過酸化水素の生成が抑制される結果、固体高分子電解質膜１１０の劣化が緩和され、ＰＥＦＣの耐久性が向上しうる。なお、後述するように、本発明においては、ＭＥＡを構成する固体高分子電解質膜１１０以外の部材に塩素捕捉層が配置されてもよいが、図３に示すように固体高分子電解質膜１１０の内部に塩素捕捉層が配置されることが好ましい。これは以下の理由による。すなわち、固体高分子電解質膜１１０の内部に塩素捕捉層を配置することで、塩素捕捉層に含まれる塩素捕捉材の表面の大部分が水分と接触可能となる。供給ガス由来の塩化物イオンがＭＥＡ中を移動する際には水分子を同伴すると考えられていることから、塩素捕捉材による塩化物イオンの捕捉効率が向上しうるのである。
【００６２】
塩素捕捉層１８０は塩素捕捉材を含む。塩素捕捉材を構成する材料について特に制限はなく、ＰＥＦＣの運転時に供給されるガスに含まれる塩素（塩化物イオン）を捕捉可能な材料であれば適宜採用されうる。塩素捕捉材の構成材料としては、例えば、活性炭、木炭、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブなどの炭素材料のほか、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、酸化スズ、ゼオライトなどのセラミックスが挙げられる。なかでも、固体高分子電解質膜１１０の内部における保水効果が発揮されて、乾燥条件下での発電性能が維持され、零下起動性が向上するといった観点からは、塩素捕捉材として活性炭、ゼオライトが好ましく、活性炭がより好ましい。
【００６３】
塩素捕捉層１８０の厚さについても特に制限はなく、ＰＥＦＣの発電性能に影響を及ぼさない範囲で適宜設定されうる。一例を挙げると、塩素捕捉層１８０の厚さは、好ましくは０．１〜３０μｍであり、より好ましくは０．５〜２０μｍであり、さらに好ましくは０．５〜１０μｍである。塩素捕捉層１８０の厚さが０．１μｍ以上であれば、塩素捕捉層を配置したことによる作用効果が充分に発揮されうる。一方、塩素捕捉層１８０の厚さが３０μｍ以下であれば、電解質膜をなるべく薄化することによって装置の小型化を図り、低加湿運転性を向上させるという観点から好ましい。なお、本発明のＭＥＡ１００において、配置される塩素捕捉層の数は１層のみであってもよいが、複数層であってもよい。複数層の塩素捕捉層が配置される場合、「塩素捕捉層の厚さ」とは、それぞれの塩素捕捉層の厚さを意味する。
【００６４】
また、塩素捕捉層１８０に存在する塩素捕捉材の、面内（２次元方向）における密度について、特に制限はない。また、当該密度は測定される材料の比表面積に依存して変動しうるため、一義的に規定することは困難であるが、塩素捕捉層１８０において積層方向に塩素が捕捉される確率（捕捉率）や、塩素捕捉層１８０における積層方向のプロトン伝導性などを考慮すると、概ね０．１〜５０体積％程度であり、好ましくは０．５〜４０体積％であり、より好ましくは１〜３０体積％である。
【００６５】
本実施形態のＭＥＡ１００においては、図３に示すように、析出予想面のカソード側に、カソード触媒層１２２ｃと隣接しないように、塩素捕捉層１８０ｃが配置されている。かような形態によれば、カソード触媒層１２２ｃと塩素捕捉層１８０ｃとの間に、塩素捕捉材を含まない固体高分子電解質膜１１０が存在することとなる。塩素捕捉層１８０ｃは塩素のみならず水も保持しやすい性質が多く、保水性の高い塩素捕捉層１８０ｃがカソード触媒層１２２ｃと隣接しないことから、カソードガス拡散電極１２０ｃにおけるフラッディング現象の発生が抑制され、ＰＥＦＣの発電性能の低下が防止されうる。ただし、かような形態のみには制限されず、析出予想面のカソード側に配置される塩素捕捉層１８０ｃがカソード触媒層１２２ｃと隣接する形態もまた、採用されうる。
【００６６】
また、本実施形態のＭＥＡ１００においては、図３に示すように、析出予想面のアノード側に、アノード触媒層１２２ａと隣接するように、塩素捕捉層１８０ａが配置されている。かような形態によれば、塩素捕捉層１８０ａは塩素のみならず水も保持しやすい性質が多く、保水性の高い塩素捕捉層１８０ａがアノード触媒層１２２ａと隣接することから、アノードガス拡散電極１２０ａにおけるドライアウト現象の発生が抑制され、ＰＥＦＣの発電性能の低下が抑制されうる。
【００６７】
以上、固体高分子電解質膜１１０の内部に塩素捕捉層１８０が配置されている第１実施形態のＭＥＡを例に挙げて、本発明のＭＥＡを詳細に説明したが、ＭＥＡを構成する固体高分子電解質膜１１０以外の部材、すなわち、ガス拡散電極を構成する触媒層やガス拡散層に、塩素捕捉層が配置されてもよい。具体的には、例えば、図５に示すような、ガス拡散電極を構成する触媒層（カソード触媒層１２２ｃ、アノード触媒層１２２ａ）に塩素捕捉層１８０（１８０ｃ、１８０ａ）が配置される形態や、図６に示すような、ガス拡散電極を構成するガス拡散層（カソードガス拡散層１２４ｃ、アノードガス拡散層１２４ａ）に塩素捕捉層１８０（１８０ｃ、１８０ａ）が配置される形態が挙げられる。なお、図５や図６においては、触媒層やガス拡散層の全体がそのまま塩素捕捉層となる形態が図示されているが、かような形態のみには制限されず、図３において固体高分子電解質膜１１０の一部に塩素捕捉層１８０が配置されているのと同様に、触媒層やガス拡散層の一部のみに塩素捕捉層が配置される形態もまた、採用されうる。また、図示されているような、カソード触媒層およびアノード触媒層の双方に塩素捕捉層が配置される形態や、カソードガス拡散層およびアノードガス拡散層の双方に塩素捕捉層が配置される形態以外にも、カソード側またはアノード側のいずれか一方のみに塩素捕捉層が配置される形態もまた、採用されうる。
【００６８】
本発明のＭＥＡにおける塩素捕捉層１８０の作製方法について特に制限はなく、従来公知の知見を参照することにより適宜作製可能である。以下、かような塩素捕捉層の作製方法の一例を説明するが、下記の形態のみに本発明の技術的範囲が限定されることはない。
【００６９】
まず、塩素捕捉材を準備する。準備した塩素捕捉材には、粒径を制御するなどの目的で、必要に応じて粉砕処理などを施してもよい。一方、電解質が溶解した溶液（電解質溶液）を準備する。前記電解質としては、固体高分子電解質膜を構成する電解質として上述した形態が同様に採用されうる。電解質溶液の電解質と、固体高分子電解質膜を構成する電解質とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。そして、準備した電解質溶液に、同様に準備した塩素捕捉材を混合して、捕捉材溶液とする。この捕捉材溶液には、必要に応じて、撹拌脱泡処理や超音波処理などを施してもよい。調製される捕捉材溶液における電解質や塩素捕捉材の含有量を調節することにより、作製される塩素捕捉層の密度が制御されうる。
【００７０】
次いで、別途準備した固体高分子電解質膜の表面に、所望の量の捕捉材溶液を所望のサイズおよび厚さが得られるようにキャストし、その後必要に応じて乾燥させ、最後に固化させることにより、固体高分子電解質膜に隣接するように塩素捕捉層を作製することが可能である。そして、得られた塩素捕捉層上に、さらに常法によって触媒層やガス拡散層を順次形成することにより、ＭＥＡが製造されうる。
【００７１】
なお、図３に示す形態のカソード側のように、塩素捕捉層１８０と触媒層１２２との間に塩素捕捉材を含まない電解質層（電解質膜）が存在するＭＥＡを作製する場合には、上記の手法により作製した塩素捕捉層上に、塩素捕捉材を含まない電解質溶液をさらにキャストし、その後必要に応じて乾燥および固化させて塩素捕捉材を含まない電解質層（電解質膜）をさらに形成すればよい。そして、得られた積層体上に、さらに常法によって触媒層やガス拡散層を順次形成することにより、ＭＥＡが製造されうる。
【００７２】
また、第１実施形態のＭＥＡの変形例として、例えば、図７に示す形態のＭＥＡが挙げられる。図７に示す形態のＭＥＡ１００においては、固体高分子電解質膜１１０に補強層１４０（カソード側補強層１４０ｃ、アノード側補強層１４０ａ）が配置されている。この補強層１４０は補強材を含み、固体高分子電解質膜１１０の物理的強度を向上させる機能を有する。図７に示す形態においては、補強層１４０に含まれる補強材に、塩素捕捉材が担持されている。図７に示す形態によれば、第１実施形態のＭＥＡと同様の過酸化水素の生成抑制効果やこれに伴う電解質膜の劣化緩和効果が発揮されることは勿論である。これに加えて、固体高分子電解質膜１１０の強度が向上するという効果や、予め補強材に塩素捕捉材を担持した後に当該補強材を電解質膜に配置すればよいため、電解質膜内での塩素捕捉層の配置位置の制御が容易になるという別の作用効果も発揮されうる。
【００７３】
補強層１４０を構成する補強材の具体的な形態について特に制限はなく、電解質膜の補強層（補強材）として従来公知の知見が適宜参照されうる。補強材として従来公知の材料としては、例えば、特開平８−１６２１３２号公報に記載のポリテトラフルオロエチレン多孔質体などが挙げられる。
【００７４】
かような形態のＭＥＡを製造するには、まず、上述したのと同様に、塩素捕捉材および電解質溶液を準備し、捕捉材溶液を調製する。そして、調製した捕捉材溶液に補強材を浸漬させることで当該溶液を吸引させ、塩素捕捉材を補強材に担持させる。なお、捕捉材溶液を補強材に担持させる工程の制御性向上などの目的で、当該溶液に界面活性剤を添加してもよい。その後、必要に応じて乾燥させ、最後に固化させることにより、塩素捕捉材を担持した補強材が固体高分子電解質膜に隣接するように配置される。そして、得られた積層体上に、さらに常法によって触媒層やガス拡散層を順次形成することにより、ＭＥＡが製造されうる。
【００７５】
さらに、第１実施形態のＭＥＡの他の変形例として、例えば、図８に示す形態のＭＥＡが挙げられる。図８に示す形態のＭＥＡ１００においては、電解質膜に配置された２つの塩素捕捉層（１８０ｃ、１８０ａ）に加えて、電解質膜の全体に塩素捕捉材が分散しており、塩素捕捉材が分散した固体高分子電解質膜１１０’が形成されている。図８に示す形態によれば、第１実施形態のＭＥＡと同様の過酸化水素の生成抑制効果やこれに伴う電解質膜の劣化緩和効果が発揮されることは勿論である。これに加えて、固体高分子電解質膜１１０の内部における保水効果が発揮されて、乾燥条件下での発電性能が維持され、零下起動性が向上するという別の作用効果も発揮されうる。なお、図８に示す形態においては、塩素捕捉層に加えて電解質膜の全体に塩素捕捉材が分散している例が図示されているが、本発明の技術的範囲はかような形態のみには制限されない。例えば、ガス拡散電極を構成する触媒層やガス拡散層に塩素捕捉材が分散している形態もまた、採用されうる。
【００７６】
電解質膜の全体に塩素捕捉材が分散した形態のＭＥＡを製造するには、上述した捕捉材溶液をキャストすることにより得られる膜を、ＭＥＡの固体高分子電解質膜として用いればよい。また、触媒層に塩素捕捉材が分散した形態のＭＥＡを製造するには、触媒層の形成に通常用いられている、電極触媒やアイオノマを含有する触媒インクに、塩素捕捉材を所望の量だけ添加し、あとは常法に従って触媒層を形成すればよい。さらに、ガス拡散層に塩素捕捉材を分散させるには、塩素捕捉材を分散させた溶液に当該基材を含浸させ、その後に乾燥させればよい。当該溶液の溶媒としては、水、アルコール、水とアルコールとの混合物などが挙げられる。また、当該溶液には、必要であれば界面活性剤が含まれてもよい。このようにして得られた捕捉材担持基材を用い、常法によりＭＥＡが製造されうる。なお、ガス拡散基材のみならず、カーボン粒子層が設けられる場合には、カーボン粒子層に塩素捕捉材を分散させてもよい。かような形態のカーボン粒子層は、カーボン粒子層を形成する際に、カーボン粒子に加えて所望の量の塩素捕捉材をさらに添加すればよい。また、ガス拡散基材やカーボン粒子層に塩素捕捉材を分散させる場合には、塩素捕捉材の分散後に焼成等の目的で、乾燥工程よりも高温での熱処理を施してもよい。
【００７７】
（第２実施形態）
続いて、第２実施形態を説明する。
【００７８】
第２実施形態では、第１実施形態のＭＥＡを用いて、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を構成する。
【００７９】
図９は、第２実施形態の固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の模式断面図である。なお、図９にはＰＥＦＣの単セルが図示されている。
【００８０】
図９に示すＰＥＦＣ２００は、第１実施形態のＭＥＡ１００を有する。そして、ＰＥＦＣ２００においてＭＥＡ１００は、カソードセパレータ１５０ｃおよびアノードセパレータ１５０ａからなる１対のセパレータにより挟持されている。ここで、カソードセパレータ１５０ｃのカソードガス拡散層１２４ｃ側表面には、運転時に酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路１５２ｃが設けられており、反対側の表面には、運転時に冷却剤が流通する冷却流路（図示せず）が設けられている。一方、アノード側セパレータ１５０ａのアノード側ガス拡散層１２４ａ側表面には、運転時に燃料ガスが流通する燃料ガス流路１５２ａが設けられており、反対側の表面には、運転時に冷却剤が流通する冷却流路（図示せず）が設けられている。そして、ＰＥＦＣ２００の周囲には、１対のガス拡散電極（１２０ｃ，１２０ａ）を包囲するように、ガスケット１６０が配置されている。
【００８１】
［セパレータ］
セパレータ（１５０ｃ、１５０ａ）は、ＰＥＦＣ２００等の燃料電池の単セルを複数個直列に接続して燃料電池スタックを構成する際に、各セルを電気的に直列接続する機能を有する。また、セパレータは、燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却剤を互に分離する隔壁としての機能も有する。そのため、上述したように、セパレータのそれぞれにはガス流路および冷却流路が設けられている。
【００８２】
セパレータを構成する材料としては、緻密カーボングラファイト、炭素板等のカーボンや、ステンレス等の金属など、従来公知の材料が適宜制限なく用いられうる。
【００８３】
セパレータの厚さやサイズ、設けられる各流路の形状やサイズなどは特に限定されず、得られるＰＥＦＣの所望の出力特性などを考慮して適宜決定されうる。
【００８４】
［ガスケット］
ガスケット１６０は、１対のガス拡散電極（１２０ｃ，１２０ａ）を包囲するようにＰＥＦＣ２００の周囲に配置され、触媒層に供給されたガスが外部にリークするのを防止する機能を有する。
【００８５】
ガスケット１６０を構成する材料としては、特に制限はないが、フッ素ゴム、シリコンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリイソブチレンゴム等のゴム材料、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリヘキサフルオロプロピレン、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）等のフッ素系の高分子材料、ポリオレフィンやポリエステル等の熱可塑性樹脂などが挙げられる。また、ガスケットの厚さにも特に制限はなく、好ましくは５０μｍ〜２ｍｍであり、より好ましくは１００μｍ〜１ｍｍ程度とすればよい。
【００８６】
（第３実施形態）
続いて、第３実施形態を説明する。
【００８７】
第３実施形態では、第２実施形態のＰＥＦＣを用いて、燃料電池スタックを構成する。
【００８８】
参考までに、図１０に、上記の第２実施形態のＰＥＦＣ２００が複数個電気的に直列に接続されてなる燃料電池スタック３００の模式断面図を示す。
【００８９】
燃料電池スタック３００は、複数個の上記第２実施形態のＰＥＦＣ２００が、セパレータ（１５０ｃ、１５０ａ）を介して電気的に直列に接続され、両端は集電板３１０およびエンドプレート３２０で固定されている。ここで、セパレータの２つのガス流路（燃料ガス流路：１５２ａ、酸化剤ガス流路：１５２ｃ）の中央には、冷却剤（冷媒）が流通するための冷却流路３３０が設けられている。燃料電池スタック３００において電気的に直列に接続されるＰＥＦＣ２００の単セルの直列数を変更することで、所望の電圧の燃料電池スタック３００を構成することが可能となる。なお、燃料電池の形状などは、特に限定されず、所望する電圧などの電池特性が得られるように適宜決定すればよい。
【００９０】
また、上述した本発明のＰＥＦＣや燃料電池スタックを搭載した車両も、本発明の技術的範囲に包含される。本発明のＰＥＦＣや燃料電池スタックは、出力性能に非常に優れているため、高出力を要求される車両用途に適している。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】ＰＥＦＣ単セルに対するＯＣＶ試験後の単セルの垂直断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した写真である。
【図２】単セルの垂直断面における白金バンドを、透過型電子顕微鏡エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＴＥＭ−ＥＤＸ）により撮影した写真である。図２（ａ）における発光部位は白金の存在する部位を指し、図２（ｂ）における発光部位は塩素の存在する部位を指す。
【図３】第１実施形態の膜電極接合体（ＭＥＡ）の模式断面図である。
【図４】ＯＣＶ試験においてカソードに供給される酸化剤ガスおよびアノードに供給される燃料ガスの組成を変化させた場合の白金バンドの生成位置を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により撮影した写真である。ＯＣＶ試験時のガス供給条件は、いずれも概ね常圧条件下（１１０ｋＰａ＿ａｂｓ）で、供給ガス組成（酸化剤ガス／燃料ガス）は、サンプル１：純酸素／１０体積％水素含有窒素、サンプル２：純酸素／純水素、サンプル３：純水素／空気である。
【図５】第１実施形態のＭＥＡの変形例を示す模式断面図である。
【図６】第１実施形態のＭＥＡの他の変形例を示す模式断面図である。
【図７】第１実施形態のＭＥＡのさらに他の変形例を示す模式断面図である。
【図８】第１実施形態のＭＥＡのさらに他の変形例を示す模式断面図である。
【図９】第２実施形態の固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の模式断面図である。
【図１０】第２実施形態のＰＥＦＣが複数個電気的に直列に接続されてなる燃料電池スタックの模式断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１００    膜電極接合体（ＭＥＡ）、
１１０    固体高分子電解質膜、
１１０’    塩素捕捉材が分散した固体高分子電解質膜、
１２０ａ    アノードガス拡散電極、
１２０ｃ    カソードガス拡散電極、
１２２ａ    アノード触媒層、
１２２ｃ    カソード触媒層、
１２４ａ    アノードガス拡散層、
１２４ｃ    カソードガス拡散層、
１４０    補強層、
１４０ａ    アノード側補強層、
１４０ｃ    カソード側補強層、
１５０ａ    アノード側セパレータ、
１５０ｃ    カソード側セパレータ、
１５２ａ    燃料ガス流路、
１５２ｃ    酸化剤ガス流路、
１６０    ガスケット、
１８０    塩素捕捉層、
１８０ａ    アノード側塩素捕捉層、
１８０ｃ    カソード側塩素捕捉層、
１９０    白金バンド、
２００    固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ；単セル）、
３００    燃料電池スタック、
３１０    集電板、
３２０    エンドプレート、
３３０    冷却流路
【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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