(57)【要約】【課題】  十分な三相界面量を有する触媒層をもつ固体高分子型燃料電池用電極を提供すること。【解決手段】  本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、高分子電解質膜の少なくとも一方に形成された触媒層を有する固体高分子型燃料電池用電極であって、触媒層が、ＥＷの異なる電解質が溶解または分散した電解質液と触媒を担持した電気伝導性を有する触媒担体粒子が分散媒中に分散した触媒ペーストが塗布されてなり、触媒ペーストは、分散媒にＥＷの低い電解質が溶解または分散した電解質液を配合し強分散させ、その後にＥＷの高い電解質が溶解または分散した電解質液を配合し強分散よりも弱い分散力の弱分散させてなることを特徴とする。本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、十分な三相界面量を有する触媒層を有する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜の少なくとも一方に形成された触媒層を有する固体高分子型燃料電池用電極であって、
該触媒層が、ＥＷの異なる電解質が溶解または分散した電解質液と触媒を担持した電気伝導性を有する触媒担体粒子が分散媒中に分散した触媒ペーストが塗布されてなり、
該触媒ペーストは、該分散媒にＥＷの低い該電解質が溶解または分散した該電解質液を配合し強分散させ、その後にＥＷの高い該電解質が溶解または分散した該電解質液を配合し該強分散よりも弱い分散力の弱分散させてなることを特徴とする固体高分子型燃料電池用電極。
【請求項２】
ＥＷの低い前記電解質のＥＷは７００〜９５０であり、ＥＷの高い前記電解質のＥＷが１０００〜１１００である請求項１記載の固体高分子型燃料電池用電極。
【請求項３】
前記触媒ペーストは、ＥＷの低い前記電解質とＥＷの高い前記電解質とを重量比が１以下で含む請求項１記載の固体高分子型燃料電池用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子電解質膜上にもうけられた触媒層を有する固体高分子型燃料電池用電極に関し、詳しくは、触媒層の電気化学反応が進行する三相界面量が増加した固体高分子型燃料電池用電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池の開発が進められている。この燃料電池には、いくつかのタイプがあり、車両用あるいは固定用の発電システムとして、固体高分子型燃料電池の開発が進められている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池においては、以下に示した水素と酸素の電気化学反応が起こり、電気エネルギーが発生する。
【０００４】
（燃料極側）  Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
（空気極側）  ２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
（全体）      Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ
固体高分子型燃料電池は、通常は、触媒金属を有する触媒層が両面に形成された高分子電解質膜よりなる固体高分子型燃料電池用電極の触媒層のそれぞれに拡散層を接合して膜−電極接合体（ＭＥＡ）を形成し、これをガス流路を備えたセパレータで挟持した燃料電池セルを形成し、空気極に酸素を有する空気を燃料極に水素を供給して発電を行っている。上記電気化学反応は、燃料電池セルにおいて触媒、電解質およびガスの三者が共存する三相界面で起こると考えられている。すなわち、三相界面量が少なくなると上記電気化学反応の反応箇所が少なくなるため、燃料電池セルの電池性能が低下する。
【０００５】
触媒層は、一般に、表面にＰｔ等の触媒粒子を担持させたカーボン粒子とイオン伝導性ポリマーからなる電解質とを溶媒に混合して触媒ペーストを調製し、この触媒ペーストを、高分子電解質膜に塗布して乾燥させることにより形成している。また、触媒ペーストをフッ素樹脂シート等に塗布して乾燥させた後に高分子電解質膜に接合させることで形成することもできる。
【０００６】
そして、触媒層において三相界面量を増加させる手段のひとつに触媒ペーストの分散度を増加させる方法がある。そして、触媒ペーストの分散度を増加させる方法としては、分散方法や分散媒の変更といった手法がある。ここで、分散方法としては、メディアを用いるボールミル系の撹拌装置を用いた攪拌方法、超音波を用いた攪拌方法、ジェットミルを用いた攪拌方法等をあげることができる。
【０００７】
しかしながら、これらの方法では分散度の増加量に限界があるという問題があった。また、分散媒の量が増加することで分散度を上げようとすると、極端な粘度の低下も発生する。
【０００８】
分散度を向上させることを目的として、特許文献１〜３には分散剤を用いることが提案されている。分散剤を用いることで、触媒ペーストの分散度を高めることができた。しかしながら、製造された触媒層中に分散剤が残留し、分散剤により三相界面の発生が阻害される。この結果、十分な電池特性が得られなかった。
【０００９】
また、特許文献４には、酸性の界面活性剤を用いることが示されている。酸性の界面活性剤が触媒層中に残留しても、界面活性剤のプロトン導電性を確保しようとしているが、界面活性剤のプロトン導電性は、電解質ほど高くないため、結果として触媒層のプロトン導電性が低下した。
【００１０】
また、特許文献５には、燃料電池の電気化学反応により生じた水（生成水）をすばやく除去することで三相界面量を確保する電極が開示されている。具体的には、異なるＥＷのプロトン導電性ポリマーをもつ固体高分子型燃料電池用電極が示されている。この固体高分子型燃料電池用電極は、ＥＷの異なる導電性ポリマーを均一に分散させた触媒ペーストが塗布されてなるが、成膜性が低いという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−４５４４０号公報
【特許文献２】特開２００３−４５４３７号公報
【特許文献３】特開２００３−７７４７９号公報
【特許文献４】特開２００２−３４３３６７号公報
【特許文献５】特開平１０−２８４０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、十分な三相界面量を有する触媒層をもつ固体高分子型燃料電池用電極を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明者は、触媒層の製造時に触媒ペーストの分散性を調節することで三相界面量の多い触媒層をもつ固体高分子型燃料電池用電極を得られることを見出した。
【００１３】
すなわち、本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、高分子電解質膜の少なくとも一方に形成された触媒層を有する固体高分子型燃料電池用電極であって、触媒層が、ＥＷの異なる電解質が溶解または分散した電解質液と触媒を担持した電気伝導性を有する触媒担体粒子が分散媒中に分散した触媒ペーストが塗布されてなり、触媒ペーストは、分散媒にＥＷの低い電解質が溶解または分散した電解質液を配合し強分散させ、その後にＥＷの高い電解質が溶解または分散した電解質液を配合し強分散よりも弱い分散力の弱分散させてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、ＥＷの低い電解質が溶解した電解質液が強分散されることで他の分散粒子とこのＥＷの低い電解質とが均一な分散溶液を形成し、さらに、ＥＷの低い電解質が溶解した電解質液が弱分散されることで分散性が向上している。この結果、本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、十分な三相界面量を有する触媒層を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、高分子電解質膜の少なくとも一方に形成された触媒層を有する固体高分子型燃料電池用電極である。そして、触媒層が、ＥＷの異なる電解質が溶解または分散した電解質液と触媒を担持した電気伝導性を有する触媒担体粒子が分散媒中に分散した触媒ペーストが塗布されてなり、触媒ペーストは、分散媒にＥＷの低い電解質が溶解または分散した電解質液を配合し強分散させ、その後にＥＷの高い電解質が溶解または分散した電解質液を配合し強分散よりも弱い分散力の弱分散させてなる。
【００１６】
なお、本発明において、ＥＷとは、プロトン伝導性を有するイオン交換基の当量重量を示している。当量重量は、イオン交換基１当量あたりの電解質の乾燥重量であり、「ｇ／ｅｗ」の単位で表される。すなわち、ＥＷが小さいほどイオン交換能が高い（触媒層においては、プロトン導電性能が高い）。
【００１７】
また、本発明において、電解質が溶解または分散した電解質液は、電解質が完全溶解した状態や、電解質がコロイド状で存在する状態を含む。すなわち、一般に使用されている電解質液は、電解質が３ｎｍ程度の粒径のコロイド状で存在したディスパージョンになっている。本発明においては、３ｎｍ以上の粒径で分散したディスパージョンであってもよい。また、炭化水素系の電解質では、分子量を小さくしたりスルフォニル基を増やすことで分散媒に完全に溶解させることができる。
【００１８】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、触媒層が、ＥＷの異なる電解質が溶解または分散した電解質液と触媒を担持した電気伝導性を有する触媒担体粒子が分散媒中に分散した触媒ペーストであって、異なるＥＷをもつ電解質を異なる分散方法で分散させた触媒ペーストが塗布されてなる。すなわち、ＥＷの低い電解質が溶解または分散した電解質液を強分散させることで、触媒ペーストの他の分散粒子（触媒を担持した電気伝導性を有する触媒担体粒子）と均一にＥＷの低い電解質が分散する。ＥＷの低い電解質が溶解した電解質液は、粘度が低く、表面張力も低いため、分散しやすい。さらに、ＥＷの低い電解質は強分散で分散させられるため、触媒ペーストの他の分散粒子と均一にＥＷの低い電解質が分散する。このとき、他の分散粒子に多孔質の部材が用いられた場合には、この多孔質の部材の細孔の内部にまでＥＷの低い電解質が浸透する。また、ＥＷの低い電解質が分散剤（安定剤）として機能するため、その後の工程においてＥＷの高い電解質が分散しやすくなる。
【００１９】
そして、ＥＷの高い電解質が溶解または分散した電解質液を、強分散よりも弱い分散力の弱分散させて分散させることでこのＥＷの高い電解質が分散される。ＥＷの高い電解質の分散は、ＥＷの低い電解質の分散より弱い分散であるため、他の分散粒子に多孔質の部材が用いられた場合には、ＥＷの高い電解質はこの多孔質の部材の周辺には存在することとなるが細孔の内部にまで侵入しなくなっている。
【００２０】
また、触媒ペーストは、触媒を担持した電気伝導性を有する触媒担体粒子を有する。触媒は、固体高分子型燃料電池の発電反応である電気化学反応が進行する三相界面を生じさせる。通常、触媒は、多孔質のカーボン粉末よりなる触媒担体粒子表面に担持された状態で触媒ペーストに分散される。すなわち、触媒が担持されたカーボン粉末の細孔の内部にまでＥＷの低い電解質が浸透し、細孔内の表面に担持された触媒との三相界面を形成する。すなわち、三相界面量が増加する。
【００２１】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、このように調製された触媒ペーストが塗布されてなる触媒層を有するものであり、触媒の表面にはプロトン導電性にすぐれたＥＷの低い電解質が、そしてＥＷの低い電解質の周囲にＥＷの高い電解質が存在する。すなわち、三相界面において発生したイオン（プロトン）がＥＷの低い電解質によりすぐに移動して新たな電気化学反応が進行する。この結果、高い電池性能が得られる。
【００２２】
また、触媒ペーストに分散する電解質がＥＷの低い電解質だけでは、触媒ペーストを塗布・乾燥したときに収縮による形状の変化が激しい。すなわち、成膜性が低くなる。このため、ＥＷの高い電解質電解質を触媒ペーストに分散させることで、成膜性が向上する。
【００２３】
本発明において、触媒ペーストに分散されるＥＷの異なる電解質のそれぞれが溶解した電解質液の分散媒は、電解質を溶解できる分散媒であれば特に限定されるものではない。たとえば、水とエタノールが等体積で混合した混合溶媒を用いることができる。
【００２４】
さらに、電解質液における電解質の含有割合は、電解質および分散媒の材質により異なるため一概に決定できるものではないが、電解質液全体を１００ｗｔ％としたときに、５〜２０ｗｔ％で電解質を含むことが好ましい。
【００２５】
さらに、触媒ペーストに溶解または分散する電解質がＥＷの低い電解質だけでは、触媒ペースト中におけるＥＷの低い電解質の粒子の粒径（コロイド粒径）が小さいため、この触媒ペーストから製造される触媒層の緻密化が進行しすぎ、ガス拡散性や水排出性が阻害される。
【００２６】
ＥＷの低い電解質のＥＷは７００〜９５０であり、ＥＷの高い電解質のＥＷが１０００〜１１００であることが好ましい。それぞれの電解質のＥＷがこれらの範囲内となることで、上記効果が得られるようになる。また、ＥＷの低い電解質のＥＷとＥＷの高い電解質のＥＷとの差が、１００以上であることが好ましい。
【００２７】
また、ＥＷの異なる電解質が二種類以上であるときには、上記ＥＷの範囲に大別して電解液溶液を調製して触媒ペーストが調製される。すなわち、ＥＷの低い電解質およびＥＷの高い電解質のそれぞれは、上記範囲内のそれぞれ異なるＥＷをもつ複数種の電解質よりなってもよい。
【００２８】
触媒ペーストは、ＥＷの低い電解質とＥＷの高い電解質とを重量比が１以下で含むことが好ましい。ＥＷの低い電解質とＥＷの高い電解質とを重量比とは、（触媒ペーストに分散したＥＷの低い電解質の重量）／（触媒ペーストに分散したＥＷの高い電解質の重量）の値である。この重量比が１以下となることで、触媒ペーストの成膜性が保たれながら、電解質の分散性を高めることができる。この結果、触媒ペーストから製造される触媒層の性能が向上する。より好ましい重量比は０．５以下であり、さらに好ましい重量比は０．１〜０．４である。
【００２９】
触媒ペーストの製造時において、ＥＷの低い電解質が溶解または分散した電解質液の強分散とは、ＥＷの低い電解質を微粒化する目的を持つ分散である。また、ＥＷの高い電解質が溶解または分散した電解質液の弱分散とは、強分散よりも弱い分散力の分散であり、電解質の均一配合する目的を持つ分散である。すなわち、強分散は電解質粒子に与える衝撃力が大きく、弱分散は電解質粒子に与える衝撃力が小さい。このため、同じ分散装置を用いても、電解質粒子に与えるエネルギーが大きい状態で分散させると強分散となり、エネルギーが小さい状態で分散させると弱分散になる。この強分散と弱分散の境界は、電解質粒子の種類等により異なるため、一定ではない。たとえば、ビーズミルに代表されるメディアタイプの分散装置では周速（たとえば、１０ｍ／ｓ以上での分散が強分散）により、ジェットミルなどの高圧を有する分散装置では圧力（たとえば、３ＭＰａ以上が強分散）、攪拌やキャビテーションを起こす羽根に代表される治具を用いた分散装置では、周速または回転数（たとえば、１００００ｒｐｍ以上が強分散）により、強分散にも弱分散にもなる。
【００３０】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極において、触媒ペーストを構成する材質については、上記したＥＷの異なる電解質以外については、特に限定されるものではなく、従来公知の材質を用いることができる。
【００３１】
触媒ペーストは、Ｐｔ等の触媒金属を担持させたカーボン粉末粒子とイオン伝導性ポリマーからなる電解質とを水、アルコール等の溶媒に混合してなるペーストを用いることができる。また、適宜、フッ素系樹脂で撥水処理した炭素微粉末、撥水剤などを一緒に含有させることもできる。
【００３２】
また、その表面に触媒層が形成される高分子電解質膜は、従来公知の材質を用いることができる。高分子電解質膜は、デュポン社製のＮａｆｉｏｎ膜に代表されるパーフルオロスルフォン酸膜、ヘキスト社製の炭化水素系膜、部分フッ素系膜などの膜を用いることができる。
【００３３】
また、触媒層は、触媒層の高分子電解質膜との界面に背向した表面上にもうけられた拡散層を有することが好ましい。拡散層は、撥水処理された多孔質のカーボンシートを用いることができる。
【００３４】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極の触媒層は、従来公知の方法を用いて触媒ペーストから触媒層を形成できる。すなわち、触媒ペーストを高分子電解質膜上に塗布・乾燥して触媒層を形成しても、フッ素樹脂シート上、ＰＴＦＥ上あるいは拡散層を形成するためのシート部材上に塗布・乾燥したのちに高分子電解質膜に接合してもいずれでもよい。
【００３５】
本発明の固体高分子型燃料電池用電極は、その製造方法が限定されるものではない。たとえば以下の製造方法により製造することができる。
【００３６】
まず、ＥＷの低い電解質が溶解または分散した電解質液、触媒を担持した電気伝導性を有する触媒担体粒子、分散媒を秤量し、混合する。この混合溶液をサンドミル等の撹拌装置を用いて攪拌してＥＷの低い電解質が強分散したペーストを調製する。
【００３７】
つづいて、このペースト中に、ＥＷの高い電解質が溶解または分散した電解質液を添加して、遊星攪拌脱泡機を用いて攪拌する。この攪拌により、触媒ペーストが調製された。
【００３８】
調製された触媒ペーストは、高分子電解質膜、ＰＴＦＥ、拡散層等の被塗布物に塗布し、乾燥される。触媒ペーストの乾燥物は、触媒層を形成することができる。
【００３９】
この乾燥物は、高分子電解膜および拡散層が接合され膜−電極接合体を形成する。その後、この膜−電極接合体の両面にガス流路を備えたセパレータを配設して燃料電池セルを形成できる。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００４１】
本発明の実施例として、まず、固体高分子型燃料電池用電極を製造した。
【００４２】
（実施例１）
まず、４６重量％でＰｔを担持したＰｔ担持カーボン粉末（田中貴金属製、商品名：Ｔ１０Ｅ５０Ｅ）を６．３重量部、５ｗｔ％で電解質成分を有する高分子電解質液（イオン交換樹脂溶液、旭化成製、商品名：ＳＳ−９００／０５、溶媒：水とエタノールの等体積混合溶媒、ＥＷ：９００）１６．９重量部、イオン交換水２６．２重量部、を秤量し、サンドミルを用いて十分に混合して原料ペーストを調製した。サンドミルは、φ５ｍｍのジルコニアボールを有し、周速１５ｍ／ｓで２時間作動した。
【００４３】
つづいて、この原料ペーストに、５ｗｔ％で電解質成分を有する高分子電解質液（イオン交換樹脂溶液、旭化成製、商品名：ＳＳ−１１００／０５、溶媒：水とエタノールの等体積混合溶媒、ＥＷ：１１００）５０．６重量部を添加し、遊星攪拌脱泡機（シンキー製、商品名：ＡＲ−３６０Ｍ）を用いて自転：６００ｒｐｍ／ｍｉｎ、公転２０００ｒｐｍ／ｍｉｎで１０分間攪拌脱泡した。これにより、触媒ペーストが調製された。
【００４４】
調製された触媒ペーストをＰＴＦＥ上にギャップが１５０μｍのアプリケータを用いて５０ｃｍ2の面積に塗布し、大気雰囲気下で７０℃に１時間保持した。この保持により、ＰＴＦＥ上の触媒ペーストが乾燥した。
【００４５】
触媒ペーストが乾燥してなる乾燥物をＰＴＦＥから剥離し、高分子電解質膜（デュポン社製、商品名：Ｎａｆｉｏｎ  １１２、膜厚：５０μｍ）と接合した。高分子電解質膜との接合は、高分子電解質膜と触媒ペーストの乾燥物とが積層した状態で、１５０℃、１０ＭＰａの加圧力で厚さ方向に加圧することでなされた。高分子電解質膜の他方の表面にも同様にして触媒ペーストの乾燥物を圧着した。なお、この高分子電解質膜への圧着は、高分子電解質膜の両面への圧着を同時に行った。すなわち、触媒ペーストの乾燥物を高分子電解質膜の両面に配した状態で加圧した。
【００４６】
その後、積層体の両面のそれぞれに撥水処理されたカーボンシートを乾燥物のときと同様に１４０℃、８ＭＰａの加圧力で加圧することで圧着した。撥水処理されたカーボンシートは、カーボンブラック（キャボット社製、商品名：バルカンＸＣ−７２Ｒ）と撥水剤（ダイキン製、商品名：ポリフロンＤ１）の分散溶液をカーボンシート（東レ製、商品名：ＴＧＰ−Ｈ−６０）に含浸させ、３８０℃、１時間の焼き付けを行うことで製造された。なお、撥水処理されたカーボンシートの圧着も触媒ペーストの乾燥物の高分子電解質膜への圧着と同様に、一度の加圧で両面に圧着した。
【００４７】
以上の手段により本実施例の触媒層をもつＭＥＡが製造された。
【００４８】
本実施例において調製された触媒ペーストの（ＥＷの低い電解質重量）／（ＥＷの高い電解質重量）の比は、０．３（１／３）であった。
【００４９】
また、触媒ペーストの分散粒子のメジアン径を粒度分布計（堀場製作所製、商品名：ＬＢ−５５０）で測定したところ、０．１２３９μｍであった。測定された粒度分布を図１に示した。
【００５０】
（実施例２）
触媒ペースト中に分散される二種類の高分子電解質液の添加量を変化した以外は、実施例１と同様に製造を行った。なお、本実施例において用いられた原料は特に記載がない限り実施例１で用いられたものと同様の材料が用いられた。
【００５１】
まず、４６重量％でＰｔを担持したＰｔ担持カーボン粉末を６．３重量部、５ｗｔ％で電解質成分を有する高分子電解質液（ＥＷ：９００）３３．７重量部、イオン交換水２６．２重量部、を秤量し、サンドミルを用いて十分に混合して原料ペーストを調製した。サンドミルは、φ５ｍｍのジルコニアボールを有し、周速１５ｍ／ｓで２時間作動した。
【００５２】
つづいて、この原料ペーストに、５ｗｔ％で電解質成分を有する高分子電解質液（ＥＷ：１１００）３３．８重量部を添加し、遊星攪拌脱泡機を用いて自転：６００ｒｐｍ／ｍｉｎ、公転２０００ｒｐｍ／ｍｉｎで１０分間攪拌脱泡した。これにより、触媒ペーストが調製された。
【００５３】
上記実施例１と同様の手段を用いて、調製された触媒ペーストから本実施例の触媒層をもつＭＥＡが製造された。
【００５４】
本実施例において調製された触媒ペーストの（ＥＷの低い電解質重量）／（ＥＷの高い電解質重量）の比は、１．０（１／１）であった。
【００５５】
また、触媒ペーストの分散粒子のメジアン径は、０．２２８１μｍであった。測定された粒度分布を図１にあわせて示した。
【００５６】
（比較例１）
ＥＷの高い高分子電解質液の添加とその後の遊星攪拌脱泡機による攪拌を行わなかった以外は、実施例１と同様に製造を行った。なお、本実施例において用いられた原料は特に記載がない限り実施例１で用いられたものと同様の材料が用いられた。
【００５７】
まず、４６重量％でＰｔを担持したＰｔ担持カーボン粉末を６．３重量部、５ｗｔ％で電解質成分を有する高分子電解質液（ＥＷ：９００）６７．５重量部、イオン交換水２６．２重量部、を秤量し、サンドミルを用いて十分に混合して触媒ペーストを調製した。サンドミルは、φ５ｍｍのジルコニアボールを有し、周速１５ｍ／ｓで２時間作動した。
【００５８】
上記実施例１と同様の手段を用いて、調製された触媒ペーストから本比較例の触媒層をもつＭＥＡが製造された。
【００５９】
本比較例において調製された触媒ペーストの分散粒子のメジアン径は、０．１１８４μｍであった。測定された粒度分布を図１にあわせて示した。
【００６０】
（比較例２）
ＥＷの低い高分子電解質液に替えてＥＷの高い電解質液を用いた以外は、比較例１と同様に製造を行った。なお、本実施例において用いられた原料は特に記載がない限り実施例１で用いられたものと同様の材料が用いられた。
【００６１】
まず、４６重量％でＰｔを担持したＰｔ担持カーボン粉末を６．３重量部、５ｗｔ％で電解質成分を有する高分子電解質液（ＥＷ：１１００）６７．５重量部、イオン交換水２６．２重量部、を秤量し、サンドミルを用いて十分に混合して触媒ペーストを調製した。サンドミルは、φ５ｍｍのジルコニアボールを有し、周速１５ｍ／ｓで２時間作動した。
【００６２】
上記実施例１と同様の手段を用いて、調製された触媒ペーストから本比較例の触媒層をもつＭＥＡが製造された。
【００６３】
本比較例において調製された触媒ペーストの分散粒子のメジアン径は、０．２６４７μｍであった。測定された粒度分布を図１にあわせて示した。
【００６４】
（評価）
つづいて、実施例および比較例の触媒層をもつＭＥＡの評価として、燃料電池セルを組み立て、その電流−電圧特性を測定した。
【００６５】
実施例および比較例のＭＥＡの両側にガス流路を備えたセパレータを配設してシングルセルの燃料電池セルを製造した。
【００６６】
製造された燃料電池セルの電流−電圧特性を測定した。燃料極には水素ガスを空気極にはエアーを供給した。両極に供給された水素ガスおよびエアーは、いずれも６０℃露点となるように加湿されている。ガスの供給時の燃料電池セルは８０℃に保持され、水素ガスの利用率が９０％でエアーの利用率は４０％であった。測定結果を図２に示した。
【００６７】
図２より、各実施例の触媒層をもつＭＥＡより形成された燃料電池セルは、各比較例の触媒層をもつＭＥＡより形成された燃料電池セルより高いセル電圧を有していることがわかる。すなわち、ＥＷの異なる電解質成分をもつ二つの高分子電解質液を異なる分散方法で分散させることで、高い電池性能を発揮できるようになることがわかる。
【００６８】
具体的には、ＥＷの低い電解質成分をもつ高分子電解質液は、サンドミルにより分散されることで電解質成分がＰｔ担持カーボン粒子の表面の細孔の内部にまで浸透し、細孔内の表面に担持されたＰｔの周囲に存在するようになる。この状態で、触媒ペーストが乾燥するため、各実施例の触媒層においてはＰｔの周囲にＥＷの低い（イオン導電性の高い）電解質が存在し、燃料電池の三相界面となる。これにより、各実施例の触媒層をもつＭＥＡからなる燃料電池セルは、高い電池性能を発揮できた。
【００６９】
なお、上記実施例は、触媒ペーストの塗布をＰＴＦＥ上に行ったが、フッ素樹脂シート上に行ってもよい。また、触媒ペーストの塗布を高分子電解質膜上に行ってもよい。高分子電解質膜に触媒ペーストを塗布すると、高分子電解質膜と一体に接合した触媒層が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施例および比較例の触媒ペースト中の分散粒子の粒度分布の測定結果を示したグラフである。
【図２】実施例および比較例の触媒層をもつ燃料電池セルの電池特性の測定結果を示したグラフである。
【図１】
2005235706.tif 000002
【図２】
2005235706.tif 000003