(57)【要約】【課題】燃料電池に用いられ、電解質膜の少なくとも一方の表面に、互いに異なる特性を有する複数種類の触媒層が形成された膜電極接合体において、燃料電池の発電効率の低下や、電解質膜の劣化を抑制する。【解決手段】膜電極接合体は、電解質膜の少なくとも一方の表面に形成された第１の触媒層と、第１の触媒層の電解質膜と反対側の表面に形成された第２の触媒層とを備える。第１の触媒層は、互いに異なる特性を有する複数種類の触媒層からなる。そして、この複数種類の触媒層は、電解質膜の表面に沿って、互いに並んで形成される。第２の触媒層は、第１の触媒層において、並んで形成された複数種類の触媒層の境界に生じる隙間を埋めるように形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に用いられ、電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を形成した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表面に形成された第１の触媒層と、
前記第１の触媒層の前記電解質膜と反対側の表面に形成された第２の触媒層と、を備え、
前記第１の触媒層は、互いに異なる特性を有する複数種類の触媒層からなり、
前記複数種類の触媒層は、前記電解質膜の表面に沿って、互いに並んで形成されており、
前記第２の触媒層は、前記並んで形成された前記複数種類の触媒層の境界に生じる隙間を埋めるように形成されている、
膜電極接合体。
【請求項２】
請求項１記載の膜電極接合体であって、
前記第２の触媒層は、該第２の触媒層のほぼ全面に亘ってほぼ同一の特性を有する触媒層からなる、膜電極接合体。
【請求項３】
請求項１または２記載の膜電極接合体であって、
前記第１の触媒層は、触媒を担持した担体と、電解質と、を含み、
前記第１の触媒層における前記複数種類の触媒層は、前記特性を規定するパラメータとして、前記担体に対する前記電解質の重量比率、前記触媒の種類、前記担体における前記触媒の比表面積、前記担体における前記触媒の重量パーセントのうちの少なくとも１つが互いに異なる、膜電極接合体。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の膜電極接合体であって、
前記第１の触媒層における前記複数種類の触媒層は、前記膜電極接合体を燃料電池に適用したときの、前記燃料電池による発電に供する反応ガスの入口、および、出口のうちの少なくとも一方からの距離に基づいて、前記電解質膜上に設定された複数の領域に、それぞれ配置されている、膜電極接合体。
【請求項５】
請求項４記載の膜電極接合体であって、
前記第１の触媒層における前記複数種類の触媒層は、前記特性を規定するパラメータとして、少なくとも前記担体に対する前記電解質の重量比率が互いに異なる触媒層からなり、
前記複数種類の触媒層のうちの、前記反応ガスの出口側に配置された触媒層における前記担体に対する前記電解質の重量比率は、前記反応ガスの入口側に配置された触媒層における前記担体に対する前記電解質の重量比率よりも低く設定されている、膜電極接合体。
【請求項６】
請求項５記載の膜電極接合体であって、
さらに、前記第２の触媒層における前記担体に対する前記電解質の重量比率は、前記第１の触媒層における前記複数種類の触媒層のうちの、いずれの触媒層における前記担体に対する前記電解質の重量比率よりも低く設定されている、膜電極接合体。
【請求項７】
燃料電池に用いられ、電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を形成した膜電極接合体の製造方法であって、
前記電解質膜の少なくとも一方の表面に、第１の触媒層を形成する第１触媒層形成工程と、
前記第１の触媒層の前記電解質膜と反対側の表面に、第２の触媒層を形成する第２触媒層形成工程と、を備え、
前記第１触媒層形成工程は、互いに異なる特性を有する複数種類の触媒層を、前記電解質膜の表面に沿って、互いに並べて形成する工程を含み、
前記第２触媒層形成工程は、前記第２の触媒層を、前記並べて形成された前記複数種類の触媒層の境界に生じる隙間を埋めるように形成する工程を含む、
製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に用いられる膜電極接合体、および、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池は、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれガス拡散電極（アノード、および、カソード）を接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持することによって構成される。そして、アノード、および、カソードは、それぞれ上記電気化学反応を促進するための触媒層を備える。また、アノード、および、カソードは、それぞれ燃料電池の外部から供給された反応ガス（燃料ガス、および、酸化剤ガス）を拡散させつつ、触媒層に供給するためのガス拡散層をさらに備える場合もある。このような燃料電池では、例えば、上記電気化学反応によって生成された生成水によって、フラッディングが生じ、発電に供する反応ガスのガス拡散電極における拡散が阻害される場合がある。
【０００３】
そこで、従来、このような膜電極接合体について、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、固体高分子型燃料電池において、触媒層は触媒粉末および電解質を含むものとして構成し、この触媒層内の電解質量を、触媒層の厚さ方向および面方向に沿って変化させることによって、触媒層内での反応ガスの拡散性を向上させる技術が記載されている。この技術では、電解質の配合割合を変化させた複数種類のペースト（いわゆる触媒ペースト）を用意し、これらをカーボンペーパあるいはカーボンクロスからなるガス拡散層上に、触媒層内の電解質量が触媒層の厚さ方向および／または面方向に沿って変化するようにそれぞれ塗布し、この触媒層を電解質膜の両面に接合することによって膜電極接合体を製造する。なお、このような膜電極接合体は、複数種類の触媒ペーストを、ガス拡散層ではなく、電解質膜に塗布するようにして製造することも可能である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３１９６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ガス拡散層、あるいは、電解質膜の表面に、複数種類の触媒ペーストを塗布して、面方向に沿って複数種類の触媒層を形成する場合、これらを隙間なく形成することは困難であった。そして、複数種類の触媒層の境界には、自ずと隙間が生じることとなり、この隙間領域では、発電が行われないため、燃料電池の発電効率の低下を招いたり、電解質膜の劣化を招いたりする場合があった。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池に用いられ、電解質膜の少なくとも一方の表面に、互いに異なる特性を有する複数種類の触媒層が並んで形成された膜電極接合体において、燃料電池の発電効率の低下や、電解質膜の劣化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］燃料電池に用いられ、電解質膜の両面にそれぞれ触媒層を形成した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表面に形成された第１の触媒層と、前記第１の触媒層の前記電解質膜と反対側の表面に形成された第２の触媒層と、を備え、前記第１の触媒層は、互いに異なる特性を有する複数種類の触媒層からなり、前記複数種類の触媒層は、前記電解質膜の表面に沿って、互いに並んで形成されており、前記第２の触媒層は、前記並んで形成された前記複数種類の触媒層の境界に生じる隙間を埋めるように形成されていることを要旨とする。
【０００９】
こうすることによって、燃料電池に用いられ、電解質膜の少なくとも一方の表面に、互いに異なる特性を有する複数種類の触媒層が並んで形成された膜電極接合体において、燃料電池の発電効率の低下、および、電解質膜の劣化を抑制することができる。
【００１０】
［適用例２］適用例１の膜電極接合体において、前記第２の触媒層は、該第２の触媒層のほぼ全面に亘ってほぼ同一の特性を有する触媒層からなるようにしてもよい。
【００１１】
［適用例３］適用例１または２の膜電極接合体において、前記第１の触媒層は、触媒を担持した担体と、電解質と、を含み、前記第１の触媒層における前記複数種類の触媒層は、前記特性を規定するパラメータとして、前記担体に対する前記電解質の重量比率、前記触媒の種類、前記担体における前記触媒の比表面積、前記担体における前記触媒の重量パーセントのうちの少なくとも１つが互いに異なるようにしてもよい。これらのパラメータ値を変更することによって、互いに異なる特性を有する複数種類の触媒層（上記第１の触媒層）を形成することができる。
【００１２】
［適用例４］適用例１ないし３のいずれかの膜電極接合体において、前記第１の触媒層における前記複数種類の触媒層は、前記膜電極接合体を燃料電池に適用したときの、前記燃料電池による発電に供する反応ガスの入口、および、出口のうちの少なくとも一方からの距離に基づいて、前記電解質膜上に設定された複数の領域に、それぞれ配置されているようにすることが好ましい。
【００１３】
一般に、電解質膜の両面に均質な（全面に亘って同一の特性を有する）触媒層をそれぞれ備える膜電極接合体を適用した燃料電池では、反応ガスの入口から出口にかけて、発電によって反応ガスが消費され、反応ガスの濃度が低下するため、これに伴い、反応ガスの入口から出口にかけて、発電量も低下する傾向にある。本適用例では、反応ガスの入口、および、出口のうちの少なくとも一方からの距離に基づいて、すなわち、入口から出口にかけて、電解質膜上に設定された複数の領域に、複数種類の触媒層がそれぞれ互いに並んで配置されるため、これら複数種類の触媒層の特性を規定するパラメータ値を、それぞれ適切に設定することによって、少なくとも膜電極接合体における発電分布を均一化することができる。
【００１４】
［適用例５］適用例４の膜電極接合体において、前記第１の触媒層における前記複数種類の触媒層は、前記特性を規定するパラメータとして、少なくとも前記担体に対する前記電解質の重量比率が互いに異なる触媒層からなり、前記複数種類の触媒層のうちの、前記反応ガスの出口側に配置された触媒層における前記担体に対する前記電解質の重量比率は、前記反応ガスの入口側に配置された触媒層における前記担体に対する前記電解質の重量比率よりも低く設定されているようにすることが好ましい。
【００１５】
一般に、燃料電池では、発電時に生成された生成水は、反応ガスの流れによって、反応ガスの流れ方向の上流側から下流側に移動するため、膜電極接合体における反応ガスの入口に近い領域において、ドライアップ（過乾燥）が生じやすくなり、膜電極接合体における反応ガスの出口に近い領域において、フラッディング（水分過多）が生じやすくなる傾向にある。また、触媒層において、上記担体に対する上記電解質の重量比率を低く設定すると、上記担体間の空隙が広くなるため、生成水の排水経路や、反応ガスの拡散経路の断面積が広くなる。一方、触媒層において、上記担体に対する上記電解質の重量比率を高く設定すると、上記担体間の空隙が狭くなるため、生成水の排水経路や、反応ガスの拡散経路の断面積が狭くなる。
【００１６】
本適用例では、第１の触媒層における複数種類の触媒層において、反応ガスの出口側に配置された触媒層おける上記担体に対する上記電解質の重量比率が、反応ガスの入口側に配置された触媒層おける上記担体に対する上記電解質の重量比率よりも低く設定されている。したがって、第１の触媒層における複数種類の触媒層において、反応ガスの出口に近い領域に配置された触媒層における上記担体間の空隙を、反応ガスの入口に近い領域に配置された触媒層における上記担体間の空隙よりも広くし、生成水の排水経路や、反応ガスの拡散経路の断面積を広くすることができる。この結果、上述した膜電極接合体におけるフラッディングを抑制することができる。
【００１７】
一方、本適用例では、第１の触媒層における複数種類の触媒層において、反応ガスの入口側に配置された触媒層における上記担体に対する上記電解質の重量比率が、反応ガスの出口側に配置された触媒層における上記担体に対する上記電解質の重量比率よりも高く設定されている。したがって、第１の触媒層における複数種類の触媒層において、反応ガスの入口に近い領域に配置された触媒層における上記担体間の空隙を、反応ガスの出口に近い領域に配置された触媒層における上記担体間の空隙よりも狭くし、生成水の排水経路の断面積を狭くすることができる。この結果、上述した膜電極接合体におけるドライアップを抑制することができる。
【００１８】
［適用例６］適用例５の膜電極接合体において、さらに、前記第２の触媒層における前記担体に対する前記電解質の重量比率が、前記第１の触媒層における前記複数種類の触媒層のうちの、いずれの触媒層における前記担体に対する前記電解質の重量比率よりも低く設定されているようにすることが好ましい。こうすることによって、第２の触媒層における生成水の排水経路や、反応ガスの拡散経路の断面積を、第１の触媒層における生成水の排水経路や、反応ガスの拡散経路の断面積よりも広くし、第１の触媒層に水が滞留することによるフラッディングを抑制することができる。
【００１９】
本発明は、上述の膜電極接合体としての構成の他、膜電極接合体の製造方法や、この膜電極接合体を用いた燃料電池や、燃料電池の製造方法の発明として構成することもできる。なお、それぞれの態様において、先に示した種々の付加的要素を適用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．膜電極接合体の構成：
図１は、本発明の一実施例としての膜電極接合体１００の概略構成を示す説明図である。図１（ａ）に、膜電極接合体１００の断面図を示した。また、図１（ｂ）に、図１（ａ）において、破線で示した領域Ｒの拡大図を示した。この膜電極接合体１００は、電解質膜１１０として、プロトン伝導性を有する固体高分子膜（例えば、ナフィオン（登録商標））を備えており、固体高分子型の燃料電池に用いられる。電解質膜１１０として、固体高分子とは異なる他の材料を用いるものとしてもよい。図１（ａ）中に、燃料電池（膜電極接合体１００）のアノードに供給される燃料ガスとしての水素、および、アノードから排出されるアノードオフガスの流れ方向と、燃料電池（膜電極接合体１００）のカソードに供給される酸化剤ガスとしての空気、および、カソードから排出されるカソードオフガスの流れ方向とを、矢印で示した。
【００２１】
図示するように、膜電極接合体１００は、電解質膜１１０の一方の面に、アノード側触媒層１２０ａを備えている。また、膜電極接合体１００は、電解質膜１１０の他方の面に、カソード側触媒層１２０ｃを備えている。
【００２２】
本実施例では、カソード側触媒層１２０ｃは、２層構造を有しており、電解質膜１１０の表面上に形成された第１のカソード側触媒層として、互いに特性が異なる２種類の触媒層、すなわち、触媒層１２０ｃ１、および、触媒層１２０ｃ２を備えている。触媒層１２０ｃ１、および、触媒層１２０ｃ２は、電解質膜１１０の表面に沿って、互い並んで形成されている。そして、この第１のカソード側触媒層において、触媒層１２０ｃ１は、空気の流れ方向の上流側（入口側）に形成されており、触媒層１２０ｃ２は、下流側（出口側）に、触媒層１２０ｃ１と並んで形成されている。また、カソード側触媒層１２０ｃは、第１のカソード側触媒層の電解質膜１１０と反対側の表面上に形成された第２のカソード側触媒層として、触媒層１２０ｃ３を備えている。なお、触媒層１２０ｃ１と、触媒層１２０ｃ２との境界は、後述するように、膜電極接合体１００の湿度分布に基づいて、任意に設定可能である。カソード側触媒層１２０ｃにおける触媒層１２０ｃ１と、触媒層１２０ｃ２との特性の差異については、後述する。
【００２３】
触媒層１２０ｃ１、および、触媒層１２０ｃ２は、後述するように、電解質膜１１０上に、それぞれ触媒インクを塗布することによって形成されている。そして、図１（ｂ）に示したように、触媒層１２０ｃ１と、触媒層１２０ｃ２との間には、自ずと隙間が生じている。そして、触媒層１２０ｃ３は、この隙間を埋めるように形成されている。これらの製造方法については、後から詳述する。
【００２４】
Ｂ．カソード側触媒層：
カソード側触媒層１２０ｃにおいて、触媒層１２０ｃ１と、触媒層１２０ｃ２と、触媒層１２０ｃ３とは、触媒を担持した担体と、電解質とを含んでいる。本実施例では、触媒として、白金（Ｐｔ）を用いるものとした。また、触媒を担持する担体として、カーボンブラックを用いるものとした。また、電解質として、ナフィオン（登録商標）を用いるものとした。
【００２５】
ところで、触媒層に関し、その特性を規定する種々のパラメータが存在する。このパラメータとしては、例えば、触媒を担持した担体に対する電解質の重量比率や、担体に担持される触媒の種類や、触媒を担持した担体における触媒の比表面積や、触媒を担持した担体における触媒の割合（重量パーセント）等が挙げられる。そして、本実施例では、触媒層１２０ｃ１と、触媒層１２０ｃ２と、触媒層１２０ｃ３とでは、上述した種々のパラメータのうち、触媒を担持した担体に対する電解質の重量比率、または、触媒を担持した担体における触媒の割合が異なるものとした。以下、触媒を担持した担体（Ｃ：カーボンブラック）に対する電解質（Ｎ：ナフィオン）の比率を「Ｎ／Ｃ比率」と呼ぶ。また、触媒を担持した担体における触媒の割合を、単に、「触媒の割合」と呼ぶ。
【００２６】
図２は、本実施例における触媒層１２０ｃ１と、触媒層１２０ｃ２と、触媒層１２０ｃ３とのＮ／Ｃ比率、および、触媒の割合を示す説明図である。図示するように、触媒層１２０ｃ１のＮ／Ｃ比率は、１．０であり、触媒の割合は、７０（ｗｔ％）であるものとした。また、触媒層１２０ｃ２のＮ／Ｃ比率は、０．８５であり、触媒の割合は、７０（ｗｔ％）であるものとした。また、触媒層１２０ｃ３のＮ／Ｃ比率は、０．７５であり、触媒の割合は、６０（ｗｔ％）であるものとした。以下、触媒層１２０ｃ１、および、触媒層１２０ｃ２のＮ／Ｃ比率、および、触媒の割合を、上述した値に設定した理由について説明する。
【００２７】
図３は、膜電極接合体のカソード側触媒層を２層構造とし、第１の触媒層として触媒層１２０ｃ１を用い、第２の触媒層として触媒層１２０ｃ３を用いた膜電極接合体を適用した燃料電池（以下、燃料電池Ａと呼ぶ）の発電特性と、第１の触媒層として触媒層１２０ｃ２を用い、第２の触媒層として触媒層１２０ｃ３を用いた膜電極接合体を適用した燃料電池（以下、燃料電池Ｂと呼ぶ）の発電特性とを示す説明図である。横軸をカソード加湿水量とし、縦軸をセル電圧としたグラフを示した。この図において、実線で示した曲線は、燃料電池Ａの発電特性を示している。また、破線で示した曲線は、燃料電池Ｂの発電特性を示している。
【００２８】
図から分かるように、燃料電池Ａと燃料電池Ｂとでは、カソード加湿水量がＨ１である条件を境に、セル電圧が逆転している。すなわち、カソード加湿水量がＨ１よりも少ない条件下では、燃料電池Ａのセル電圧の方が、燃料電池Ｂのセル電圧よりも高い。そして、カソード加湿水量がＨ１よりも多い条件下では、燃料電池Ｂのセル電圧の方が、燃料電池Ａのセル電圧よりも高い。つまり、カソード加湿水量がＨ１よりも少ない条件下では、燃料電池Ａの発電性能の方が、燃料電池Ｂの発電性能よりも高く、カソード加湿水量がＨ１よりも多い条件下では、燃料電池Ｂの発電性能の方が、燃料電池Ａの発電性能よりも高い。
【００２９】
カソード加湿水量がＨ１よりも少ない条件下において、燃料電池Ａの発電性能が、燃料電池Ｂの発電性能よりも高い理由は、燃料電池Ａにおける触媒層１２０ｃ１のＮ／Ｃ比率が、燃料電池Ｂにおける触媒層１２０ｃ２のＮ／Ｃ比率よりも高いため、触媒層１２０ｃ１における担体間の空隙が、触媒層１２０ｃ２における担体間の空隙よりも狭くなっており、燃料電池Ａにおいてドライアップが抑制されたためである。一方、カソード加湿水量がＨ１よりも多い条件下において、燃料電池Ｂの発電性能が、燃料電池Ａの発電性能よりも高い理由は、燃料電池Ｂにおける触媒層１２０ｃ２のＮ／Ｃ比率が、燃料電池Ａにおける触媒層１２０ｃ１のＮ／Ｃ比率よりも低いため、触媒層１２０ｃ２における担体間の空隙が、触媒層１２０ｃ１における担体間の空隙よりも広くなっており、燃料電池Ｂにおいてフラッディングが抑制されたためである。
【００３０】
一般に、燃料電池では、発電時に生成された生成水は、反応ガスの流れによって、反応ガスの流れ方向の上流側から下流側に移動する。このため、膜電極接合体における反応ガスの入口に近い領域において、ドライアップが生じやすくなり、膜電極接合体における反応ガスの出口に近い領域において、フラッディングが生じやすくなる傾向にある。そして、本実施例の膜電極接合体１００では、ドライアップが生じやすい空気の入口側に、ドライアップを抑制する効果を有する触媒層１２０ｃ１を配置し、また、フラッディングが生じやすいカソードオフガスの出口側に、フラッディングを抑制する効果を有する触媒層１２０ｃ２を配置している。したがって、膜電極接合体１００全体としての発電性能を向上させることができる。また、本実施例の膜電極接合体１００では、第２のカソード側触媒層として、触媒層１２０ｃ１、および、触媒層１２０ｃ２のＮ／Ｃ比率よりも低い値が設定された触媒層１２０ｃ３が形成されているため、触媒層１２０ｃ３における担体間の隙間が、触媒層１２０ｃ１、および、触媒層１２０ｃ２における担体間の隙間よりも広くなっている。したがって、触媒層１２０ｃ１、および、触媒層１２０ｃ２に生成水が滞留することによるフラッディングを抑制することができる。
【００３１】
Ｃ．膜電極接合体の製造工程：
図４は、膜電極接合体１００の製造工程を示す説明図である。まず、電解質膜１１０の一方の表面に、アノード側触媒層１２０ａを形成し（ステップＳ１００）、電解質膜１１０の他方の表面に、第１のカソード側触媒層として、先に説明した触媒層１２０ｃ１、および、触媒層１２０ｃ２を、電解質膜１１０の表面に沿って、互いに並んで形成する（ステップＳ１１０）。アノード側触媒層１２０ａ、および、カソード側の触媒層１２０ｃ１，１２０ｃ２は、電解質膜１１０の両面に、アノード側触媒層１２０ａ用、触媒層１２０ｃ１用、触媒層１２０ｃ２用に用意された各触媒インクを塗布して乾燥させることによって、それぞれ形成される。本実施例では、触媒インクは、触媒金属としての白金（Ｐｔ）を担持したカーボンブラックと、電解質（ナフィオン）と、溶媒とを含む溶液である。これらの混合割合等は、各触媒層に要求される特性に応じて、任意に設定可能である。
【００３２】
次に、第１のカソード側触媒層（触媒層１２０ｃ１，１２０ｃ２）上に、第２のカソード側触媒層として、触媒層１２０ｃ３を形成する（ステップＳ１２０）。本実施例では、触媒層１２０ｃ３は、触媒層１２０ｃ３用に用意された触媒インクを、触媒層１２０ｃ１，１２０ｃ２上にスプレイ塗工して乾燥させることによって形成するものとした。こうすることによって、触媒層１２０ｃ１と、触媒層１２０ｃ２との間に自ずと生じる隙間を容易に埋めることができる。
【００３３】
以上の製造工程によって、膜電極接合体１００を製造することができる。また、さらに、この膜電極接合体１００の両面に、それぞれガス拡散層を形成し、これをセパレータによって挟持することによって、燃料電池を製造することができる。
【００３４】
以上説明した本実施例の膜電極接合体１００の製造工程によれば、電解質膜１１０のカソード側の表面に、互いに異なる特性を有する２種類の触媒層１２０ｃ１，１２０ｃ２を並んで形成したときに、触媒層１２０ｃ１，１２０ｃ２の境界に自ずと生じる隙間を、第２の触媒層としての触媒層１２０ｃ３によって埋めることができる。したがって、燃料電池の発電効率の低下、および、電解質膜１１０の劣化を抑制することができる。
【００３５】
Ｄ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００３６】
Ｄ１．変形例１：
上記実施例では、カソード側触媒層１２０ｃにおける第１のカソード側触媒層として、２種類の触媒層（触媒層１２０ｃ１，触媒層１２０ｃ２）を備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。カソード側触媒層１２０ｃにおける第１のカソード側触媒層を、３種類以上の触媒層によって構成するものとしてもよい。また、上記実施例では、カソード側触媒層１２０ｃを２層構造としたが、本発明は、これに限られず、３層構造以上としてもよい。
【００３７】
Ｄ２．変形例２：
上記実施例では、カソード側触媒層１２０ｃを構成する各触媒層１２０ｃ１，１２０ｃ２，１２０ｃ３について、触媒層の特性を規定するパラメータとして、触媒を担持した担体に対する電解質の重量比率、および、触媒を担持した担体における触媒の割合（重量パーセント）を適用したが、本発明は、これに限られない。触媒を担持した担体に対する電解質の重量比率、触媒の種類、触媒を担持した担体における触媒の比表面積、触媒を担持した担体における触媒の割合のうちの少なくとも１つを適用するようにすればよい。
【００３８】
Ｄ３．変形例３：
上記実施例では、カソード側触媒層１２０ｃにおける触媒層１２０ｃ１、触媒層１２０ｃ２、触媒層１２０ｃ３について、Ｎ／Ｃ比率、および、触媒の割合を、先に説明した値に設定するものとしたが、本発明は、これに限られない。各触媒層の特性を規定する種々のパラメータの各値は、各触媒層に要求される特性、例えば、ガス拡散性や、排水性や、触媒性能等に基づいて、それぞれ任意に設定可能である。
【００３９】
Ｄ４．変形例４：
上記実施例では、本発明をカソード側触媒層１２０ｃに適用した場合について説明したが、アノード側触媒層１２０ａに適用してもよい。
【００４０】
Ｄ５．変形例５：
上記実施例では、触媒層１２０ｃ３は、触媒層１２０ｃ３のほぼ全面に亘ってほぼ同一の特性を有する触媒層からなるものとしたが、本発明は、これに限られない。触媒層１２０ｃ３を、複数種類の触媒層によって構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施例としての膜電極接合体１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】本実施例における触媒層１２０ｃ１と、触媒層１２０ｃ２と、触媒層１２０ｃ３とのＮ／Ｃ比率、および、触媒の割合を示す説明図である。
【図３】膜電極接合体のカソード側触媒層を２層構造とし、第１の触媒層として触媒層１２０ｃ１を用い、第２の触媒層として触媒層１２０ｃ３を用いた膜電極接合体を適用した燃料電池の発電特性と、第１の触媒層として触媒層１２０ｃ２を用い、第２の触媒層として触媒層１２０ｃ３を用いた膜電極接合体を適用した燃料電池の発電特性とを示す説明図である。
【図４】膜電極接合体１００の製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００…膜電極接合体
１１０…電解質膜
１２０ａ…アノード側触媒層
１２０ｃ…カソード側触媒層
１２０ｃ１，１２０ｃ２…第１のカソード側触媒層
１２０ｃ３…第２のカソード側触媒層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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