(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた発電性能と耐久性とを備える固体高分子型燃料電池用電極構造体と、該電極構造体を備える固体高分子型燃料電池と、該固体高分子型燃料電池を用いる電気機器、輸送用機器を提供する。【解決手段】白金粒子を担持させた炭素粒子を含む一対の電極触媒層１と、両電極触媒層に挟持されたスルホン化ポリアリーレン系ポリマーからなる高分子電解質膜２とを備える。スルホン化ポリアリーレン系ポリマーは、１．７〜２．３ｍｅｑ／ｇの範囲のイオン交換容量を備え、１２０℃の恒温雰囲気下に２００時間曝露する熱処理を施した後の、該ポリマーのＮ−メチルピロリドンに対する不溶性成分含有量が、該ポリマー全量の７０重量％以下である。スルホン化ポリアリーレン系ポリマーは、特定の化学式で表される共重合体のスルホン化物または特定の化学式で表される共重合体である。【選択図】図１
2004186142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒としての白金粒子を担持させた炭素粒子を含む一対の電極触媒層と、両電極触媒層に挟持された高分子電解質膜とを備える固体高分子型燃料電池用電極構造体において、
前記高分子電解質膜は、スルホン化ポリアリーレン系ポリマーからなり、
該スルホン化ポリアリーレン系ポリマーは、１．７〜２．３ｍｅｑ／ｇの範囲のイオン交換容量を備え、１２０℃の恒温雰囲気下に２００時間曝露する熱処理を施した後の、該ポリマーのＮ−メチルピロリドンに対する不溶性成分含有量が、該ポリマー全量の７０重量％以下であることを特徴とする固体高分子型燃料電池用電極構造体。
【請求項２】
前記スルホン化ポリアリーレン系ポリマーは、式（１）で表される共重合体のスルホン化物であることを特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電池用電極構造体。
【化１】
2004186142.tif 000012
【請求項３】
前記スルホン化ポリアリーレン系ポリマーは、式（２）で表される共重合体であることを特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電池用電極構造体。
【化２】
2004186142.tif 000013
【請求項４】
触媒としての白金粒子を担持させた炭素粒子を含む一対の電極触媒層と、両電極触媒層に挟持された高分子電解質膜とを備え、
前記高分子電解質膜は、スルホン化ポリアリーレン系ポリマーからなり、
該スルホン化ポリアリーレン系ポリマーは、１．７〜２．３ｍｅｑ／ｇの範囲のイオン交換容量を備え、１２０℃の恒温雰囲気下に２００時間曝露する熱処理を施した後の、該ポリマーのＮ−メチルピロリドンに対する不溶性成分含有量が、該ポリマー全量の７０重量％以下である固体高分子型燃料電池用電極構造体を備えることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項５】
触媒としての白金粒子を担持させた炭素粒子を含む一対の電極触媒層と、両電極触媒層に挟持された高分子電解質膜とを備え、
前記高分子電解質膜は、スルホン化ポリアリーレン系ポリマーからなり、
該スルホン化ポリアリーレン系ポリマーは、１．７〜２．３ｍｅｑ／ｇの範囲のイオン交換容量を備え、１２０℃の恒温雰囲気下に２００時間曝露する熱処理を施した後の、該ポリマーのＮ−メチルピロリドンに対する不溶性成分含有量が、該ポリマー全量の７０重量％以下である固体高分子型燃料電池用電極構造体を備える固体高分子型燃料電池を用いることを特徴とする電気機器。
【請求項６】
触媒としての白金粒子を担持させた炭素粒子を含む一対の電極触媒層と、両電極触媒層に挟持された高分子電解質膜とを備え、
前記高分子電解質膜は、スルホン化ポリアリーレン系ポリマーからなり、
該スルホン化ポリアリーレン系ポリマーは、１．７〜２．３ｍｅｑ／ｇの範囲のイオン交換容量を備え、１２０℃の恒温雰囲気下に２００時間曝露する熱処理を施した後の、該ポリマーのＮ−メチルピロリドンに対する不溶性成分含有量が、該ポリマー全量の７０重量％以下である固体高分子型燃料電池用電極構造体を備える固体高分子型燃料電池を用いることを特徴とする輸送用機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池に用いられる電極構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石油資源が枯渇化する一方、化石燃料の消費による地球温暖化等の環境問題が深刻化している。そこで、二酸化炭素の発生を伴わないクリーンな電動機用電力源として燃料電池が注目されて広範に開発され、一部では実用化され始めている。前記燃料電池を自動車等に搭載する場合には、高電圧と大電流とが得やすいことから、高分子電解質膜を用いる固体高分子型燃料電池が好適に用いられる。
【０００３】
前記固体高分子型燃料電池に用いる電極構造体として、白金等の触媒がカーボンブラック等の触媒担体に担持されイオン導伝性高分子バインダーにより一体化されることにより形成されている一対の電極触媒層を備え、両電極触媒層の間にイオン導伝可能な高分子電解質膜を挟持すると共に、各電極触媒層の上に、拡散層を積層したものが知られている（例えば特許文献１参照）。前記電極構造体は、さらに各拡散層の上に、ガス通路を兼ねたセパレータを積層することにより、固体高分子型燃料電池を構成することができる。
【０００４】
前記固体高分子型燃料電池では、一方の電極触媒層を燃料極として前記拡散層を介して水素、メタノール等の還元性ガスを導入し、他方の電極触媒層を酸素極として前記拡散層を介して空気、酸素等の酸化性ガスを導入する。このようにすると、燃料極側では、前記電極触媒層に含まれる触媒の作用により、前記還元性ガスからプロトンが生成し、前記プロトンは前記高分子電解質膜を介して、前記酸素極側の電極触媒層に移動する。そして、前記プロトンは、前記酸素極側の電極触媒層で、前記電極触媒層に含まれる触媒の作用により、該酸素極に導入される前記酸化性ガスと反応して水を生成する。従って、前記燃料極と酸素極とを導線により接続することにより電流を取り出すことができる。
【０００５】
従来、前記電極構造体では、前記高分子電解質膜としてパーフルオロアルキレンスルホン酸高分子化合物（例えば、デュポン社製ナフィオン（商品名））が広く利用されている。前記パーフルオロアルキレンスルホン酸高分子化合物は、スルホン化されていることにより優れたプロトン導伝性を備え、しかもフッ素樹脂としての耐薬品性を併せ備えているが、非常に高価であるとの問題がある。
【０００６】
そこで、パーフルオロアルキレンスルホン酸高分子化合物に代わる廉価なイオン導伝性材料を用いて、固体高分子型燃料電池用電極構造体を構成することが検討されている。前記廉価なイオン導伝性材料として、例えば、スルホン化ポリアリーレン系ポリマーが知られている。
【０００７】
しかしながら、前記スルホン化ポリアリーレン系ポリマーからなる高分子電解質膜を用いた電極構造体は、燃料電池を構成したときに運転中の熱により該高分子電解質膜が劣化して、燃料極側と酸素極側とで導入されるガスが混合したり、電気的に短絡するクロスリークが発生することがあるという不都合がある。
【特許文献１】特開２０００−２２３１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる不都合を解消して、優れた発電性能と、燃料電池運転中の熱に対する優れた耐久性とを備える固体高分子型燃料電池用電極構造体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】
ポリアリーレン系ポリマーは、スルホン化することによりイオン交換能を付与することができ、該ポリマーに導入されるスルホン酸基の数が多いほど、大きなイオン交換容量を備えるが、その反面、導入されたスルホン酸基の数が多いほど、加熱により劣化しやすくなる。
【００１０】
本発明者らは、前記スルホン化ポリアリーレン系ポリマーについて検討した結果、該スルホン化ポリアリーレン系ポリマーは、導入されたスルホン酸基の数が多いときには、加熱されると該スルホン酸基により分子間架橋反応が起き、Ｎ−メチルピロリドン等の溶媒に対して不溶性の成分が生成することを見出した。本発明者らは、前記知見に基づいてさらに検討を重ね、前記スルホン化ポリアリーレン系ポリマーに含まれる、前記溶媒に対する不溶性の成分の量が、該スルホン化ポリアリーレン系ポリマーからなる高分子電解質膜の靱性に影響を与え、靱性の低下が燃料電池の発電性能と、燃料電池運転中の熱に対する耐久性に関係することを見出し、本発明に到達した。
【００１１】
そこで、本発明の固体高分子型燃料電池用電極構造体は、かかる目的を達成するために、触媒としての白金粒子を担持させた炭素粒子を含む一対の電極触媒層と、両電極触媒層に挟持された高分子電解質膜とを備える固体高分子型燃料電池用電極構造体において、前記高分子電解質膜は、スルホン化ポリアリーレン系ポリマーからなり、該スルホン化ポリアリーレン系ポリマーは、１．７〜２．３ｍｅｑ／ｇの範囲のイオン交換容量を備え、１２０℃の恒温雰囲気下に２００時間曝露する熱処理を施した後の、該ポリマーのＮ−メチルピロリドンに対する不溶性成分含有量が、該ポリマー全量の７０重量％以下であることを特徴とする。
【００１２】
前記不溶性成分の含有量は、ゲル浸透クロマトグラフにより、未処理の高分子電解質膜と、１２０℃の恒温雰囲気下に２００時間曝露する処理を施した後の高分子電解質膜との溶出曲線を測定し、該溶出曲線の面積比から算出することができる（未処理の高分子電解質膜の溶出曲線の面積を１００とする）。
【００１３】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極構造体によれば、前記スルホン化ポリアリーレン系ポリマーが前記範囲のイオン交換容量を備え、しかも前記熱処理を施した後の、該ポリマーのＮ−メチルピロリドンに対する不溶性成分含有量が前記範囲にあることにより、優れた発電性能と、燃料電池運転中の熱に対する優れた耐久性とを得ることができる。
【００１４】
尚、本明細書では、「スルホン化ポリアリーレン系ポリマー」とは、次式の構成を備えるポリマーのスルホン化物を意味する。
【００１５】
【化１】
2004186142.tif 000003
前記２価の有機基としては、−ＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−（ＣＦ２）ｐ−（ｐは１〜１０の整数）、−Ｃ（ＣＦ３）２−、−ＣＯＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−等の電子吸引性基、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−等の基、さらに次式で表される電子供与性基等を挙げることができる。
【００１６】
【化２】
2004186142.tif 000004
また、前記２価の電子吸引性基としては、−ＣＯ−、−ＣＯＮＨ−、−（ＣＦ２）ｐ−（ｐは１〜１０の整数）、−Ｃ（ＣＦ３）２−、−ＣＯＯ−、−ＳＯ−、−ＳＯ２−等の基を挙げることができる。
【００１７】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極構造体は、前記スルホン化ポリアリーレン系ポリマーのイオン交換容量が１．７ｍｅｑ／ｇ未満であるときには、十分な発電性能を得ることができない。また、前記スルホン化ポリアリーレン系ポリマーのイオン交換容量が２．３ｍｅｑ／ｇを超え、前記熱処理を施した後の、該ポリマーのＮ−メチルピロリドンに対する不溶性成分含有量が、該ポリマー全量の７０重量％を超えるときには、燃料電池運転中の熱に対して十分な耐久性を得ることができない。
【００１８】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極構造体において、イオン交換容量を前記範囲としたときに、前記熱処理を施した後の前記不溶性成分含有量が前記範囲となるために、前記スルホン化ポリアリーレン系ポリマーは、例えば、式（１）で表される共重合体のスルホン化物または式（２）で表される共重合体であることが好ましい。
【００１９】
【化３】
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また、本発明は、前記固体高分子型燃料電池用電極構造体を備える固体高分子型燃料電池にもある。本発明の固体高分子型燃料電池は、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の電気機器の電源、バックアップ電源等として用いることができる。また、本発明の固体高分子型燃料電池は、例えば、自動車、潜水艦等の船舶等の輸送用機器の動力等としても用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の電極構造体の一構成例を示す説明的断面図である。
【００２１】
本実施形態の電極構造体は、図１示のように、一対の電極触媒層１，１と、両電極触媒層１，１に挟持された高分子電解質膜２と、各電極触媒層１，１の上に積層された拡散層３，３とからなる。
【００２２】
前記電極触媒層１は、白金粒子を炭素粒子に担持させた触媒粒子と、イオン導伝性バインダーとからなる。前記イオン導伝性バインダーとしては、前記パーフルオロアルキレンスルホン酸高分子化合物（例えば、デュポン社製ナフィオン（商品名））、スルホン化ポリアリーレン系ポリマー等の高分子電解質が用いられる。
【００２３】
前記高分子電解質膜２は、スルホン化ポリアリーレン系ポリマーからなり、該スルホン化ポリアリーレン系ポリマーは、１．７〜２．３ｍｅｑ／ｇの範囲のイオン交換容量を備える。また、前記スルホン化ポリアリーレン系ポリマーは、１２０℃の恒温雰囲気下に２００時間曝露する熱処理を施した後の、該ポリマーのＮ−メチルピロリドンに対する不溶性成分含有量が、該ポリマー全量の７０重量％以下であるものが用いられる。
【００２４】
イオン交換容量を前記範囲としたときに、前記熱処理を施した後の前記不溶性成分含有量が前記範囲となる前記スルホン化ポリアリーレン系ポリマーとして、例えば、式（１）で表される共重合体のスルホン化物または式（２）で表される共重合体を挙げることができる。
【００２５】
【化４】
2004186142.tif 000006
式（１）で表される共重合体は、次式（３）で表されるモノマーと、次式（４）で表されるオリゴマーとを共重合させることにより得ることができる。
【００２６】
【化５】
2004186142.tif 000007
式（１）で表される共重合体は、さらに濃硫酸と反応させることによりスルホン化して、電子吸引性基に隣接していないベンゼン環にスルホン酸基を導入してスルホン化することができる。
【００２７】
また、式（２）で表される共重合体は、次式（５）で表されるモノマーと、前記式（４）で表されるオリゴマーとを共重合させた後、スルホン酸エステル基（−ＳＯ3ＣＨ（ＣＨ3）Ｃ2Ｈ5）を加水分解してスルホン酸基（−ＳＯ3Ｈ）とすることにより得ることができる。
【００２８】
【化６】
2004186142.tif 000008
前記拡散層３は、例えばカーボンペーパーと、該カーボンペーパー上に形成された図示しない下地層とからなる。前記下地層は、例えば、カーボンブラックと、ポリテトラフルオロエチレン粒子との４：６（重量比）の混合物が用いられる。
【００２９】
本実施形態の電極構造体では、燃料極（アノード）側の拡散層３を介して電極触媒層１に水素、メタノール等の還元性ガスを導入する一方、酸素極（カソード）側の拡散層３を介して電極触媒層１に空気、酸素等の酸化性ガスを導入すると、燃料極側では、触媒層１に含まれる触媒の作用により、前記還元性ガスからプロトン及び電子が生成する。前記プロトンは高分子電解質膜２を介して、前記酸素極側の触媒層１に移動し、該触媒層１に含まれる触媒の作用により、該触媒層１に導入される前記酸化性ガス及び電子と反応して水を生成する。従って、前記燃料極と酸素極とを導線を介して接続することにより、前記燃料極で生成した電子を前記酸素極に送る回路が形成され、電流を取り出すことができ、前記電極構造体を燃料電池として用いることができる。
【００３０】
次に、本発明の実施例と比較例とを示す。
【実施例１】
【００３１】
本実施例では、まず、攪拌機、温度計、冷却管、Dean-Stark管、窒素導入用の三方コックを取り付けた１リットルの三口フラスコに、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン（ビスフェノールＡＦ）６７．３ｇ（０．２０モル）、４，４’−ジクロロベンゾフェノン５３．５ｇ（０．２１４モル）、炭酸カリウム３４．６ｇ（０．２５１モル）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド３００ｍｌ、トルエン１５０ｍｌを取り、オイルバス中、窒素雰囲気下で加熱し、撹拌下、１３０℃で反応させた。反応により生成する水をトルエンと共沸させ、Dean-Stark管で系外に除去しながら反応させると、約３時間で水の生成が殆ど認められなくなった。そこで、反応温度を１３０℃から徐々に１５０℃まで上げながら大部分のトルエンを除去した。１５０℃で１０時間反応を続けた後、４，４’−ジクロロベンゾフェノン３．３ｇ（０．０１３３モル）を加え、さらに５時間反応させた。
【００３２】
得られた反応液を放冷後、副生した無機化合物の沈殿物を濾過して除去し、濾液を４リットルのメタノール中に投入した。沈殿した生成物を濾別、回収して乾燥後、テトラヒドロフラン３００ｍｌに溶解した。これをメタノール４リットルで再沈殿し、次式（４）で表されるオリゴマー９８ｇを得た（収率９３％）。
【００３３】
【化７】
2004186142.tif 000009
次に、式（４）で表されるオリゴマー２８．４ｇ（２．８７ミリモル）、２，５−ジクロロ−４’−（４−フェノキシ）フェノキシベンゾフェノン２９．２ｇ（６７．１ミリモル）、ビス（トリフェニルホスフィン）ニッケルジクロリド１．３７ｇ（２．１ミリモル）、ヨウ化ナトリウム１．３６ｇ（９．０７ミリモル）、トリフェニルホスフィン７．３４ｇ（２８．０ミリモル）、亜鉛末１１．０重量部（１６８ミリモル）をフラスコに取り、乾燥窒素置換した。次に、Ｎ−メチル−２−ピロリドン１３０ｍｌを加え、８０℃に加熱して撹拌下に４時間重合を行った。重合溶液をテトラヒドロフランで希釈し、塩酸／メタノールで凝固させ回収した。回収物に対してメタノール洗浄を繰り返し、テトラヒドロフランに溶解した。これをメタノールで再沈殿して精製し、濾集したポリマーを真空乾燥して、式（１）で表されるポリアリーレン系ポリマー５．０７ｇを得た（収率９６％）。
【００３４】
【化８】
2004186142.tif 000010
次に、式（１）で表されるポリアリーレン系ポリマーに濃硫酸を加え、イオン交換容量が１．７ｍｅｑ／ｇとなるようにスルホン化して、スルホン化ポリアリーレン系ポリマーを調製した。
【００３５】
次に、前記スルホン化ポリアリーレン系ポリマーをＮ−メチルピロリドンに溶解して高分子電解質溶液を調製し、該高分子電解質溶液からキャスト法により、乾燥膜厚３５μｍの高分子電解質膜２を調製した。
【００３６】
次に、白金粒子をカーボンブラック（ファーネスブラック）に、白金粒子：カーボンブラック＝１：１の重量比で担持させて触媒粒子を調製した。次に、前記触媒粒子をイオン導伝性高分子バインダー溶液としてのパーフルオロアルキレンスルホン酸高分子化合物（例えば、デュポン社製ナフィオン（商品名））溶液に、触媒粒子：イオン導伝性高分子バインダー＝５：７の重量比で均一に分散させることにより、触媒ペーストを調製した。
【００３７】
次に、カーボンブラックとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粒子とを４：６の重量比で混合して得られた混合物をエチレングリコールに均一に分散させたスラリーを、カーボンペーパーの片面に塗布、乾燥させて下地層を形成し、該カーボンペーパーと下地層とからなる拡散層３を形成した。
【００３８】
次に、拡散層３の下地層上に、前記触媒ペーストを白金量が０．５ｍｇ／ｃｍ２となるように塗布し、６０℃で１０分間加熱した後、減圧下に１２０℃で６０分間加熱して、乾燥させることにより触媒層１を形成した。
【００３９】
次に、高分子電解質膜２を触媒層１，１で挟持し、１５０℃、２．５ＭＰａで１分間のホットプレスを行うことにより一体化し、図１に示す電極構造体を製造した。
【００４０】
次に、本実施例で得られた高分子電解質膜２におけるポリアリーレン系ポリマーの不溶性成分含有量の測定と、本実施例で得られた電極構造体の発電性能の評価とを行った。
【００４１】
前記ポリアリーレン系ポリマーの不溶性成分含有量の測定は、高分子電解質膜２を１２０℃の恒温雰囲気下に２００時間曝露する熱処理を施した後、ゲル浸透クロマトグラフにより、未処理の高分子電解質膜２と、前記熱処理を施した後の高分子電解質膜２との溶出曲線を測定することにより行った。そして、前記溶出曲線の面積比から、未処理の高分子電解質膜２の溶出曲線の面積を１００として、前記ポリアリーレン系ポリマーの不溶性成分含有量を算出した。
【００４２】
前記ゲル浸透クロマトグラフは、東ソー株式会社製ＨＬＣ−８０２０（商品名）により、示差屈折率検出器を用いて測定した。カラムは、昭和電工株式会社製ＳｈｏｄｅｘＫＤ−８０６Ｍ（商品名）を２本用い、さらに昭和電工株式会社製ＳｈｏｄｅｘＫＤ−Ｇ（商品名）１本をプレカラムとした。溶媒は、Ｎ−メチルピロリドン（１級試薬、５０ミリモル／ｌの塩化リチウムと、５０ミリモル／ｌのリン酸とを含む）を用い、流速１．０ｍｌ／分とした。温度は、カラム部、インレット部、検出部のいずれも４０℃とした。また、試料は０．５μｍポリテトラフルオロエチレン製フィルターにて濾過し、濃度０．３重量％、注入量０．３ｍｌとした。
【００４３】
この結果、本実施例で得られた高分子電解質膜２では、前記ポリアリーレン系ポリマーの前記不溶性成分の含有量は、１５重量％であった。
【００４４】
次に、本実施例で得られた電極構造体を用い、温度９５℃、燃料極側の相対湿度３５％、酸素極側の相対湿度６５％の発電条件により、発電性能を評価した。結果を表１に示す。前記発電性能は、電流密度０．５Ａ／ｃｍ２のときのセル電位を測定して、該セル電位が０．４Ｖ以上であれば良好として表１に「○」で表示し、０．４Ｖ未満であれば不良として表１に「×」で表示した。
【００４５】
また、前記条件で発電を行ったときに、燃料極側と酸素極側とでクロスリークが発生するまでの耐久時間を測定した。結果を表１に併せて示す。
【実施例２】
【００４６】
本実施例では、式（１）で表されるポリアリーレン系ポリマーをイオン交換容量が２．０ｍｅｑ／ｇとなるようにスルホン化して、スルホン化ポリアリーレン系ポリマーを調製した以外は、実施例１と全く同一にして、図１に示す電極構造体を製造した。
【００４７】
次に、本実施例で得られた高分子電解質膜２における、前記ポリアリーレン系ポリマーのＮ−メチルピロリドンに対する不溶性成分の含有量を、実施例１と全く同一にして測定した。本実施例で得られた高分子電解質膜２では、前記ポリアリーレン系ポリマーの前記不溶性成分の含有量は、３５重量％であった。
【００４８】
次に、本実施例で得られた電極構造体を用い、実施例１と全く同一にして、発電性能を評価する一方、前記耐久時間を測定した。結果を表１に示す。
【実施例３】
【００４９】
本実施例では、前記式（１）で表されるポリアリーレン系ポリマーを、イオン交換容量が２．３ｍｅｑ／ｇとなるようにスルホン化して、スルホン化ポリアリーレン系ポリマーを調製した以外は、実施例１と全く同一にして、図１に示す電極構造体を製造した。
【００５０】
次に、本実施例で得られた高分子電解質膜２における、前記ポリアリーレン系ポリマーのＮ−メチルピロリドンに対する不溶性成分の含有量を、実施例１と全く同一にして測定した。本実施例で得られた高分子電解質膜２では、前記ポリアリーレン系ポリマーの前記不溶性成分の含有量は、５６重量％であった。
【００５１】
次に、本実施例で得られた電極構造体を用い、実施例１と全く同一にして、発電性能を評価する一方、前記耐久時間を測定した。結果を表１に示す。
【００５２】
〔比較例１〕
本比較例では、前記式（１）で表されるポリアリーレン系ポリマーを、イオン交換容量が１．５ｍｅｑ／ｇとなるようにスルホン化して、スルホン化ポリアリーレン系ポリマーを調製した以外は、実施例１と全く同一にして、図１に示す電極構造体を製造した。
【００５３】
次に、本比較例で得られた高分子電解質膜２における、前記ポリアリーレン系ポリマーのＮ−メチルピロリドンに対する不溶性成分の含有量を、実施例１と全く同一にして測定した。本比較例で得られた高分子電解質膜２では、前記ポリアリーレン系ポリマーの前記不溶性成分の含有量は、０であった。
【００５４】
次に、本比較例で得られた電極構造体を用い、実施例１と全く同一にして、発電性能を評価した。本比較例では、前記発電性能が不良であったので、前記耐久時間は測定しなかった。結果を表１に示す。
【００５５】
〔比較例２〕
本比較例では、前記式（１）で表されるポリアリーレン系ポリマーを、イオン交換容量が２．４ｍｅｑ／ｇとなるようにスルホン化して、スルホン化ポリアリーレン系ポリマーを調製した以外は、実施例１と全く同一にして、図１に示す電極構造体を製造した。
【００５６】
次に、本比較例で得られた高分子電解質膜２における、前記ポリアリーレン系ポリマーのＮ−メチルピロリドンに対する不溶性成分の含有量を、実施例１と全く同一にして測定した。本比較例で得られた高分子電解質膜２では、前記ポリアリーレン系ポリマーの前記不溶性成分の含有量は、７５重量％であった。
【００５７】
次に、本比較例で得られた電極構造体を用い、実施例１と全く同一にして、発電性能を評価する一方、前記耐久時間を測定した。結果を表１に示す。
【００５８】
〔比較例３〕
本比較例では、前記式（１）で表されるポリアリーレン系ポリマーを、イオン交換容量が２．５ｍｅｑ／ｇとなるようにスルホン化して、スルホン化ポリアリーレン系ポリマーを調製した以外は、実施例１と全く同一にして、図１に示す電極構造体を製造した。
【００５９】
次に、本比較例で得られた高分子電解質膜２における、前記ポリアリーレン系ポリマーのＮ−メチルピロリドンに対する不溶性成分の含有量を、実施例１と全く同一にして測定した。本比較例で得られた高分子電解質膜２では、前記ポリアリーレン系ポリマーの前記不溶性成分の含有量は、７８重量％であった。
【００６０】
次に、本比較例で得られた電極構造体を用い、実施例１と全く同一にして、発電性能を評価する一方、耐久時間を測定した。結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
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表１から、イオン交換容量が１．７ｍｅｑ／ｇ未満の場合（比較例１）には、十分な発電性能が得られないことが明らかである。これに対して、イオン交換容量が１．７ｍｅｑ／ｇ以上の場合には優れた発電性能が得られることが明らかである。
【００６２】
さらに、イオン交換容量が１．７〜２．３ｍｅｑ／ｇの範囲にあり、しかも不溶性成分含有量が７０重量％以下である場合（実施例１〜３）には、イオン交換容量が２．３ｍｅｑ／ｇを超えしかも不溶性成分含有量が７０重量％を超える場合（比較例２、比較例３）に比較して、耐久時間が格段に長く、前記優れた発電性能に加えて、燃料電池運転中の熱に対して優れた耐久性を備えていることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の電極構造体の一構成例を示す説明的断面図。
【符号の説明】
【００６４】
１…電極触媒層、  ２…高分子電解質膜、  ３…拡散層。
【図１】
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