(57)【要約】【課題】  電極基材への触媒の浸み込みを抑制し、かつ気体透過性および排水性の高い電極およびこれを用いた燃料電池を提供する。【解決手段】  電極基材１と前記電極触媒層２との間に、導電性粒子４１を含む導電性中間層４とを具備し、この導電性粒子４１として、粒子状あるいは繊維状をなし、表面に凹凸をもたせて比表面積を増大させるとともに、表面を撥水性層４２で被覆した導電性材料を用いることにより、導電性を維持しつつも、触媒の浸み込みを防ぐと共に気体の透過性を高め、かつ水詰まりを防いでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極基材と、
電極触媒層と、
前記電極基材と前記電極触媒層との間に介在せしめられた導電性中間層とを具備し、
前記導電性中間層が、撥水性層で被覆され、表面に凹凸を有する無機導電性物質を含む燃料電池用電極。
【請求項２】
前記無機導電性物質は、比表面積が２５０ｍ２／ｇ以上である請求項１記載の燃料電池用電極。
【請求項３】
前記撥水性層は、疎水性ポリマを含む請求項１または２に記載の燃料電池用電極。
【請求項４】
請求項1乃至３のいずれかに記載の燃料電池用電極に、プロトン伝導性膜を挟んで形成さ
れた燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用電極、およびこれを用いた燃料電池に係り、特に、電極における触媒のしみ込み防止構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、発電効率が高くかつ環境特性に優れているため、近年、社会的に大きな課題となっている環境問題やエネルギー問題の解決に貢献できる次世代の発電装置として注目されている。
燃料電池は、一般に電解質の種類によりいくつかのタイプに分類されるが、この中でも固体高分子形燃料電池（以下、ＰＥＦＣと略称する）は、他のいずれのタイプに比べても小型かつ高出力であり、小規模オンサイト型、例えば、車輌のパワーソースなどの移動体用、携帯用等の電源として次世代の主力とされている。
【０００３】
ＰＥＦＣは、原理的に優れた長所を有しており、実用化に向けた開発が盛んに行われている。このＰＥＦＣでは、燃料として通常、水素が用いられる。水素は、ＰＥＦＣのアノード（燃料極）側電極に設置された触媒によりプロトン（水素イオン）と電子に分解される。このうち、電子は、外部に供給されて、電気エネルギーとして使用され、ＰＥＦＣのカソード（空気極）側電極へと循環される。一方、プロトンはプロトン伝導性膜（電解質）に供給され、プロトン伝導性膜を通じてカソード側へと移動する。カソード側では、プロトン、循環されてきた電子、および外部から導入される酸素が触媒により結合され、水が生じる。すなわち、ＰＥＦＣ単体で見れば、ＰＥＦＣは、水素と酸素から水を作る際に電気エネルギーを取り出す非常にクリーンなエネルギー源である。
【０００４】
電極は電極基材と電極触媒層とから構成されるが、これらに要求される特性としては、ガス拡散性、電子伝導性、イオン伝導性とともに、生成した水を効率よく排出する排水性などである。特に電極基材には、ガス拡散性、電子伝導性、排水性の点から多孔質導電シートが用いられている。このような多孔質導電シートの中でも、ガス拡散性向上と製造コスト低減のために、紙状の抄紙体、フェルトや不織布などの、いわゆる不織構造を有する多孔質導電シートが用いられることが多い。
【０００５】
また、電極触媒層においては、前述の要求特性に加えて、用いられる触媒が高価な貴金属であるため、触媒の利用効率の増大をはかる必要がある。特に上述したような、不織構造を有する多孔質導電シートからなる電極基材に電極触媒層を塗布する場合においては、電極基材への電極触媒層塗液の浸み込みが大きく、この浸み込みのために有効に用いられない無駄な触媒が多くなる原因となっていた。
【０００６】
このため、電極基材に浸み込んで有効に用いられない触媒をできるだけ減らすことが必要である。そして、このような浸み込みを抑える手法として、種々の方法が提案されている。
【０００７】
例えば、通常用いられているプロトン伝導性ポリマは、親水性ポリマであり水を含みやすいためカソードでの生成水の排出に支障を来すことが懸念される。
このような浸み込みを抑えるために、電極基材と導電性中間層と電極触媒層とから構成され、該電極基材が不織構造を有する多孔質導電シートを有してなる電極が提案されている。そして、該電極基材と該電極触媒層との間に、カーボンブラックなどの無機導電性物質とＰＶＤＦなどの疎水性ポリマを含む導電性中間層が設けられた電極構造が提案されている（特許文献１）。
【０００８】
この構造では、導電性の高い無機導電性物質を使用することで導電性を確保しつつ、疎水性ポリマによって触媒の浸み込みを防止することは可能であるが、触媒層と電極基材との間に新たな層を設けることで、触媒層にガスが届きにくくなる上、生成された水が排出されにくくなるために水詰まりが生じやすくなり、結果として、電極性能の低下を招くことになる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２１６９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、電極基材への触媒の浸み込みを抑制し、かつ気体透過性および排水性の高い電極およびこれを用いた燃料電池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】
【００１１】
そこで本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、導電性粒子の選択に問題があることを発見した。すなわち、従来は導電性材料としての機能を高めるために、導電性を重要視し、比抵抗の小さい導電性粒子を用いることが重要視され、カーボンブラック（Ｃｈａｂｏｔ社VulcanXC−７２）など、比較的密度の高い粒子が選択されていた現状を踏まえて、本発明者らは、種々の実験を行った結果、比抵抗を小さくするために密度の高い導電性粒子を用いることが、気体の透過性、水の排出性を阻む原因となっていることを発見した。
本発明は、この発見に着目してなされたもので、電極基材と電極触媒層との間に介在させる導電性中間層として、粒子状あるいは繊維状をなし、表面に凹凸をもたせて比表面積を増大させるとともに、表面を撥水性層で被覆した導電性材料を用いている。これにより、触媒の浸み込みを防ぐと共に気体の透過性を高め、かつ水詰まりを防ぐことができる。また、導電性についても、使用時においては、十分な導電性を呈するように形成することができることがわかった。これは、粒子密度が低下して導電性中間層材料そのものの比抵抗自体は大きくなるものの、比表面積が高い分、導電性材料の表面積に相当する表面積をもつガスの経路のみならずこの経路に存在する水により導電性が増すため、十分な導電性を呈するものと考えられる。
【００１２】
すなわち、本発明の燃料電池用電極は、電極基材と、電極触媒層と、前記電極基材と前記電極触媒層との間に介在せしめられ、撥水性層で被覆され、表面に凹凸を有する無機導電性物質を含む導電性中間層とを具備している。
この構成によれば、撥水性層で被覆され、表面に凹凸を有する無機導電性物質を用いることにより、導電性のみを満たした比抵抗の小さい従来の導電性粒子を用いた場合に比べて、電極性能がより向上する。これは、高い比表面積を有する導電性粒子を用いることで導電性粒子が積層されたときに凹凸面が増え、しかもこの凹凸面が撥水性層を構成しているため、水詰まりが回避出来る。その結果ガス経路が確保できるとともに、凹凸面に起因してガス経路が増える。そしてまた、ガス経路が複雑となり、ガス拡散性が向上し、気体透過性が向上する。すなわち、使用時に電解質の存在下で、導電性材料の表面積に相当する表面積をもつガスの経路（隙間）に存在する水により導電性が高められて、十分な導電性を呈する程度に大きな比表面積をもつようにするのが望ましい。
【００１３】
また本発明の燃料電池用電極では、上記電極基材と電極触媒層との間に介在せしめられる中間層に含まれる前記無機導電性物質の比表面積が２５０ｍ２／ｇ以上である。
この構成により、十分な気体透過性を確保することができるとともに、電極性能が向上する。ただし１５００ｍ２／ｇを越えると、比抵抗が小さすぎて周囲を覆う水の存在によっても所定の電極性能を得るだけの導電性を得ることができないため、１５００ｍ２／ｇ
を越えないようにするのが望ましい。
【００１４】
また本発明の燃料電池用電極では、上記電極基材と電極触媒層との間に介在せしめられる中間層に含まれる前記無機導電性物質は、粒子状体である。
また本発明の燃料電池用電極では、上記電極基材と電極触媒層との間に介在せしめられる中間層に含まれる前記無機導電性物質は、繊維状体である。
【００１５】
また本発明の燃料電池用電極では、上記電極基材と電極触媒層との間に介在せしめられる中間層に含まれる前記無機導電性物質は、炭素粒子を主成分とする。
また本発明の燃料電池用電極では、上記電極基材と電極触媒層との間に介在せしめられる撥水性層は、疎水性ポリマを含む。
また本発明の燃料電池は、上記電極でプロトン伝導性膜を挟んで構成される。
望ましくは、疎水性ポリマがフッ素原子を有するものである。
また、電極基材としては、多孔質導電シートが用いられる。
【００１６】
また、この電極基材を構成する多孔質導電シートは無機導電性繊維を用いるのが望ましい。
また、この無機導電性繊維としては炭素繊維が用いられる。
さらに、この炭素繊維としてはポリアクリロニトリル、ピッチ、あるいは低沸点有機化合物を原料とするものが望ましい。
また、この電極基材を構成する多孔質導電シートは抄紙体、フェルト、不織布のいずれかであるのが望ましい。
さらにこの電極基材を構成する多孔質導電シートが無機導電性粒子を含むものが望ましい。
さらに無機導電性粒子としては柔軟性を有する無機導電粒子が望ましい。
さらにこの柔軟性を有する無機導電性粒子としては膨張黒鉛が望ましい。
また、この多孔質導電シートが撥水性の高分子を含むのが望ましい。
さらに電極触媒層が少なくとも触媒粒子と導電性粒子と高分子化合物を含むのが望ましい。
加えて、触媒粒子が、白金、ルテニウム、パラジウム、金、モリブデンから選ばれる１種以上の元素を含むのが望ましい。
また、望ましくは、上記高分子化合物はプロトン交換基を有するものである。
また、上記電極を用いて電気化学装置を形成することができる。
さらにまた、上記電極を用いて燃料電池が形成される。
また、特に上記燃料電池用電極は、電解質が高分子型であるのが望ましい。
本発明の燃料電池は、移動体や自動車などの電力供給源として用いられる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池用電極は、前記電極基材と前記電極触媒層との間に、表面に凹凸を有し、撥水性層で被覆された無機導電性物質を含む導電性中間層とを介在させることにより、従来の電極に比べて、凹凸面が増えることで、炭素粒子が積層された際にガス経路数が増加して、ガス拡散性が向上し、気体透過性が向上する。これにより触媒層にガスが到達しやすくなり電極性能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の燃料電池用電極、その製造方法及びそれを用いた燃料電池について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施の形態の燃料電池は、正極（空気極）と負極（燃料極）とに相当する電極と、これら２つの電極の間に介在せしめられたプロトン伝導性膜とを備え、これらの電極における電極基材と電極触媒層との間に介在せしめられる導電性中間層の構造に特徴を有するも
のである。
【００１９】
この導電性中間層は、前記電極基材と前記電極触媒層との間に介在せしめられ、表面に凹凸を有し、撥水性層で被覆された無機導電性粒子を含む。なおこの前記無機導電性粒子は、比表面積が２５０ｍ２／ｇ〜１５００ｍ２／ｇ程度のものを用いる。
この燃料電池用電極は、例えば、図１に示すように、不織構造をもつ多孔質導電シートからなる電極基材１と、白金粒子などの金属触媒粒子２を含む触媒層３との間に、比表面積が２５０ｍ２／ｇ以上となるように表面に凹凸を有し、撥水性層で被覆された無機導電性粒子４０を含む導電性中間層４を介在させたものである。
【００２０】
また、図２にこの導電性中間層を構成する無機導電性粒子の拡大模式図を示す表面に凹凸を有する粒子４１の表面が撥水性層４２で被覆されている。
この構成によれば、表面に凹凸を有し、撥水性層４２で被覆された無機導電性粒子４０を用いることにより、導電性のみを満たした比抵抗の小さい従来の導電性粒子を用いた場合に比べて、電極性能がより向上する。これは、使用時に所望の導電性を得ることができる程度に高い比表面積を有する導電性粒子を用いることで導電性粒子が積層されたときに凹凸面が増え、しかもこの凹凸面が撥水性層を構成しているため、水詰まりを回避することが出来る。その結果ガス経路が複雑となり経路の数も増え、ガス拡散性が向上し、気体透過性が向上する。
【００２１】
以下、本発明の燃料電池の構造について各項目毎に順次説明する。
１．  燃料電池用電極
燃料電池用電極は、プロトン伝導性膜の両側に配置され、触媒層を有する電極であって、その外側に燃料を供給する一対のセパレータが配置され、水素をプロトンと電子に分解する反応（アノード側電極：燃料極側）及び酸素、プロトンおよび電子の反応により水を形成する反応（カソード側電極：酸素極）を行う場所であり、導電性多孔質体からなる電極基材と導電性中間層と触媒層とを含む。そしてこの電極で生成された電子を外部回路に取り出すことにより起電力を得るものである。
【００２２】
すなわち、アノード側電極では、燃料として水素を供給すると、Ｈ２→２Ｈ+＋２ｅ−
の反応が起こり、プロトンと電子が生じ、プロトンは電極に接触している電解質を通して反対極であるカソード側電極に供給される。そして電子はアノード側電極に形成された集電体で集電される。
一方カソード側電極では、供給された酸素、電解質を通過してきたプロトン、電極にとりつけられた集電体（セパレータ）から供給される電子とにより、１／２Ｏ２＋２Ｈ+＋
２ｅ−→Ｈ２Ｏの反応が起こる。
これら両電極の反応が白金などの触媒によって促進される。
本発明では、電極基材と触媒層との間に触媒の浸み込みを防ぐと共に、ガス拡散性、および気体透過性に優れた導電性中間層を介在させることを特徴とする。
【００２３】
１−１.導電性中間層
比表面積の大きい無機導電性材料を撥水性層で被覆し、電極基材と電極触媒層との密着性を高めるように加圧することにより固着する。
【００２４】
１−１−１．無機導電性材料
この無機導電性材料としては、比表面積が２５０〜１５００ｍ２／ｇであることが望ましい。これにより、電極性能が向上する。これはこの無機導電性材料を構成する導電性粒子が積層されたときに凹凸面が増え、しかもこの凹凸面が撥水性層を構成しているため、水詰まりが回避出来るためである。その結果ガス経路が確保できるとともに、凹凸面に起因してガス経路は増大する。そしてまた、ガス経路が複雑となり、ガス拡散性が向上し、
気体透過性が向上する。なおこの無機導電性材料が必要とする比表面積の範囲は粒径分布によって異なるが、上記範囲にあれば電極性能を低下させる程度に比抵抗を増大させることなく、良好な気体透過性及び排水性を得ることができる。
【００２５】
特に無機導電性材料としては、粒子状でも繊維状でもよい。
比表面積が２５０ｍ２／ｇ以上である導電性粒子を、界面活性剤とともに粉砕することにより、粉砕により形成される新たな表面に界面活性剤が接触することになり、この状態で焼結により界面活性剤を除去するようにすれば、より確実に撥水性層を形成することができる。
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また無機導電性材料としては、カーボンの他、カーボンを含む導電性ポリマ等も適用可能である。
【００２６】
１．１．２  撥水性層
撥水性層としては疎水性ポリマが広く用いられる。このようなポリマとして、フッ素原子を有するポリマが挙げられ、特に限定されるものではないが、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルキルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体（ＰＦＡ）、ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、これらのモノマ単位とエチレンやスチレンなどの他のモノマとの共重合体、さらには、これらの混合体なども適用可能である。また、上記フッ素原子を有するポリマ以外にも、親水性の官能基等を持たないポリマであれば使用可能である。
これらの疎水性ポリマの量は導電性中間層の密着性が十分となるように選択する必要があるが、さらに界面活性剤、アルコール類、エステル類などを添加してもよい。
【００２７】
１．２.導電性中間層の形成
本発明の導電性中間層を、電極基材不織構造を有する多孔質導電性シート上に設けるには、表面に凹凸を有し撥水性層で被覆された無機導電性物質を含む塗布液を多孔質導電性シート等の電極基材上に塗布、乾燥、望ましくは焼成することによって行われる。塗布方法としては浸漬法、スピン塗布法、引き上げ法等を適用可能である。
【００２８】
１．３  電極基材
電極基材としては、厚さ３６０μｍから４００μｍ程度が望ましく、無機導電性材料を主たる構成材とする不織構造を有する多孔質導電シートが用いられる。ここで不織構造とは、織物、編み物、組み物、レースなどのように繊維が規則的な織り構造をもたず、抄紙体、フェルト、不織布などのように繊維が不規則な構造を有しているものを示すものが望ましい。電極基材としては、ガス拡散性が良好で比抵抗を小さくする必要があり、この２つの要求を満たすものとして多孔質導電シートがある。なかでも抄紙体、フェルト、不織布などのように繊維同士が不規則に絡まり合った不織構造をとることにより、厚みムラを低減することができる。
【００２９】
このような不織構造を有する多孔質導電シートとして、無機導電性材料を主たる構成材とする多孔質導電シートなどが挙げられ、この無機導電性材料としては、ポリアクリロニトリルからの焼成体、ピッチからの焼成体、黒鉛及び膨張黒鉛などの炭素材、ステンレススチール、モリブデン、チタンなどの金属材料が使用可能である。また無機導電性材料の形態は電極性能の点から粒子状あるいは繊維状の形態をとるのが望ましい。
そしてこれらの多孔質導電シートをフッ素系ポリマなどにより撥水化処理を行い使用す
る。撥水化処理としては、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）などのフッ素ポリマによる被覆が適用可能である。
【００３０】
１．４  電極触媒層
電極触媒層としては特に限定されるものではないが、白金、ルテニウム、パラジウム、金、モリブデンから選ばれる１種以上の元素を含む触媒粒子を高分子化合物中に分散したしたものである。  
（実施例）
【００３１】
以下、本発明を実施例に基づき説明する。なお、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で使用する化合物、溶媒等は、全て市販品をそのまま用い、特に記述しないものはいずれも和光純薬（株）社より入手したものである。また、作製された燃料電池用電極の評価物性値は、それぞれ以下にまとめた評価法によるものである。
［評価法］
【００３２】
ナフィオン（Nafion112：登録商標）をプロトン伝導性膜として用いて単セル燃料電池
を作製した。作製した電極シートでプロトン伝導性膜を挟み込み、これをエレクトロケム（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ）社製単セル（膜面積５．２５ｃｍ２）に導入して、単セル燃料電池を作製した。このようにして得られた燃料電池に対し、アノード側に水素、カソード側に酸素を導入し、出力に電子負荷を接続して、セル温度８０℃、水素バブラー温度８０℃、酸素バブラー温度８０℃、また各ガスは加湿状態の条件で、電圧−電流曲線を測定した。
【実施例１】
【００３３】
１．電極基材の作成
まず、電極基材として厚さ３６０〜４００μｍの多孔質導電シート(TGP-H-120 東レ（
株）製)をネオフロンND-1(ダイキン工業（株）製)に漬けて含浸させ、空気中３００℃、
３０分で熱処理し撥水化した。
【００３４】
２．導電性中間層の形成
続いて、無機導電性材料としての、カーボン(トーカー８５００  比表面積２９０ｍ２
／ｇ東海カーボン（株）製)に、界面活性剤であるトライトンＸ−１００(三洋貿易（株）製)および脱イオン水を質量比７：１３で混合してテフロン（登録商標）製のポットに入
れ、更にジルコンニアボールを入れて粉砕した。そして３０分粉砕した後にPTFEディスバージョン３０Ｊ(ダイキン工業（株）製)を１．１ｇ入れてさらに３０分粉砕した。そしてこの粉砕したカーボンを撥水化した多孔質導電シートに塗布し、乾燥後テフロン（登録商標）シートに挟み加圧した。さらにイソプロピルアルコールに漬け、トライトンを除去した後に１３０℃１０秒のホットプレスを行い、空気中３００℃１０分で熱処理をして焼結した。  この中間層に含まれる無機導電性粒子の粒径は１４ｎｍ程度であり、中間層の膜厚は２０から５０μｍ、望ましくは２０から３０μｍであった。なおこのときジルコニアボールを用いた上記粉砕工程では凝集形態にあるカーボンを分離する程度であり、比表面積を変化させる程度の変化はない。
【００３５】
３．触媒層の作成
白金担持カーボン(触媒：Pt、カーボン：電気化学工業（株）製  白金担持量２９wt％)を酢酸ブチルとAldrich社製ナフィオン溶液（登録商標）とを混ぜて、超音波ホモジナイ
ザーで良く粉砕した。この粉砕した触媒溶液を導電性中間層で濾過し、膜厚４０μｍの触
媒層を導電性中間層上に形成した。乾燥後、１３０℃１０秒のホットプレスを行った。このとき白金量は０．５ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００３６】
このようにして得られた電極を2枚用いてプロトン伝導性膜をはさみ、単セル燃料電池
を作成した。
そしてこの単セル燃料電池を前述した評価方法に基づき評価した。
その結果、８０℃での発電結果は、最大出力密度：７００ｍＷ／ｃｍ２であった。
この結果０．５ｍｇ／ｃｍ２という少ない白金量で、十分に大きな出力を得ることができることがわかった。
【００３７】
［比較例１］
導電性中間層の形成に際し、無機導電性材料として比表面積５８ｍ２／ｇのカーボン粒子（トーカー４５００：東海カーボン製）を用いた他は、前記実施例1と同様にして電極
を形成した。
すなわち、導電性中間層の形成に際し、無機導電性材料としての、カーボン(トーカー
４５００  比表面積５８ｍ２／ｇ東海カーボン（株）製)に、界面活性剤であるトライト
ンＸ−１００(三洋貿易（株）製)および脱イオン水をテフロン（登録商標）製のポットに入れ、更にジルコンニアボールを入れて粉砕した。そして３０分粉砕した後にPTFEディスバージョン３０Ｊ(ダイキン工業（株）製)を１．１ｇ入れてさらに３０分粉砕した。そしてこの粉砕したカーボンを撥水化した多孔質導電シートに塗布し、乾燥後テフロン（登録商標）シートに挟み加圧した。さらにイソプロピルアルコールに漬け、トライトンを除去した後に１３０℃１０秒のホットプレスを行い、空気中３００℃１０分で熱処理をして焼結した。  
そして同様にして、この導電性中間層上に触媒層を形成して、乾燥後、１３０℃１０秒のホットプレスを行った。このときの白金量は０．５ｍｇ／ｃｍ２であった。
そしてこの単セル燃料電池を前述した評価方法に基づき評価した。
その結果、８０℃での発電結果は、最大出力密度：３５０ｍＷ／ｃｍ２であった。
【００３８】
［比較例２］
導電性中間層の形成に際し、無機導電性材料として比表面積１３３ｍ２／ｇのカーボン粒子（デンカブラック：電気化学工業（株）製）を用いた他は、前記比較例1と同様にし
て電極を形成した。
【００３９】
そして同様にして、同様に形成した電極基材上に導電性中間層を形成しさらにこの導電性中間層上に触媒層を形成し、乾燥後、１３０℃１０秒のホットプレスを行った。このときの白金量は０．５ｍｇ／ｃｍ２であった。
そしてこの単セル燃料電池を前述した評価方法に基づき評価した。
その結果、８０℃での発電結果は、最大出力密度：４５０ｍＷ／ｃｍ２であった。
【００４０】
［比較例３］
導電性中間層の形成に際し、無機導電性材料として比表面積２２５ｍ２／ｇのカーボン粒子（トーカー５５００：電気化学工業（株）製）を用いた他は、前記比較例1、２と同
様にして電極を形成した。
【００４１】
そして同様にして、同様に形成した電極基材上に導電性中間層を形成しさらにこの導電性中間層上に触媒層を形成し、乾燥後、１３０℃１０秒のホットプレスを行った。このときの白金量は０．５ｍｇ／ｃｍ２であった。
そしてこの単セル燃料電池を前述した評価方法に基づき評価した。
その結果、８０℃での発電結果は、最大出力密度：５１０ｍＷ／ｃｍ２であった。
【００４２】
［比較例４］
導電性中間層の形成に際し、無機導電性材料として比表面積８００ｍ２／ｇのカーボン粒子（ケッチャンブラック・インターナショナル（株）製）を用いた他は、前記比較例1
乃至３と同様にして電極を形成した。
【００４３】
そして同様にして、同様に形成した電極基材上に導電性中間層を形成しさらにこの導電性中間層上に触媒層を形成し、乾燥後、１３０℃１０秒のホットプレスを行った。このときの白金量は０．５ｍｇ／ｃｍ２であった。
そしてこの単セル燃料電池を前述した評価方法に基づき評価した。
その結果、８０℃での発電結果は、最大出力密度：３５０ｍＷ／ｃｍ２であった。
【００４４】
［比較例５］
導電性中間層の形成に際し、無機導電性材料として比表面積１０５０ｍ２／ｇのカーボン粒子（ケッチャンブラック・インターナショナル（株）製）を用いた他は、前記比較例1乃至４と同様にして電極を形成した。
【００４５】
そして同様にして、同様に形成した電極基材上に導電性中間層を形成しさらにこの導電性中間層上に触媒層を形成し、乾燥後、１３０℃１０秒のホットプレスを行った。このときの白金量は０．５ｍｇ／ｃｍ２であった。
そしてこの単セル燃料電池を前述した評価方法に基づき評価した。
その結果、８０℃での発電結果は、最大出力密度：４００ｍＷ／ｃｍ２であった。
【００４６】
上記実施例１および比較例１乃至５の燃料電池の電極性能を測定した結果を図３に示す。この結果から明らかなように、実施例１の場合比較例の燃料電池に比べ電極性能が良好であることがわかる。
比表面積が８００を越えると電極性能が低下しているのは、中間層としての比抵抗が増大したためと考えられる。
これらの結果から導電性中間層に含まれる無機導電性材料の比表面積が２５０〜１５００ｍ２／ｇ上、望ましくは３５０〜７００ｍ２／ｇの範囲にあるとき、より電極性能の高い電極を得ることができることがわかる。
【実施例２】
【００４７】
次に、上記実施例および比較例で用いられる電極の気体透過性を測定するために前記実施例２及び比較例２の各方法で形成された電極材料を３８ｍｍφにカットし、気体透過試験機において、酸素流量を除々に上げて基材前後の差圧を測定した。
その結果は図4に示すとおり、実施例２の電極の場合は、曲線ａに示すように、曲線ｂ
に示す比較例２の電極の場合に比べ、導電性中間層を設けない電極基材に触媒層のみを形成したものの差圧により近いものとなっており、気体透過性を十分に持つものであることがわかる。
【００４８】
また、前記実施の形態では、直接、水素を用いる場合について説明したが、燃料ガスとして供給し、水素ガスを電池内部で生成して使用するものにも適用可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上説明してきたように、本発明の燃料電池用電極は、電池における触媒の電極基材への浸み込みを低減しつつも、ガス拡散性、気体透過性および排水性が高く触媒層にガスが到達しやすいことから、ＰＥＦＣなどの高分子電解質形燃料電池に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の燃料電池用電極の要部模式図
【図２】同燃料電池用電極の無機導電性材料の拡大説明図
【図３】本発明実施例および比較例の燃料電池用電極を用いて形成した燃料電池の性能特性を示す図
【図４】本発明実施例および比較例の燃料電池用電極を用いて形成した燃料電池の気体透過性を測定した結果を示す図
【符号の説明】
【００５１】
１  電極基材
２  触媒層
３  金属触媒粒子
４  導電性中間層
４１  無機導電性粒子
４２  撥水性層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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