(57)【要約】【課題】燃料電池の発電性能を更に向上させるのに有利な燃料電池用イオン交換樹脂、燃料電池用膜電極接合体、燃料電池、燃料電池用膜電極接合体の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】膜電極接合体は、燃料が供給される燃料極用拡散層と、プロトン伝導体、触媒、導電体を有する燃料極用触媒層と、プロトン伝導性を有する膜と、プロトン伝導体、触媒、導電体を有する酸化剤極用触媒層と、酸化剤ガスが供給される酸化剤極用拡散層とを厚み方向に順に積層して形成されている。燃料極用触媒層に含まれているプロトン伝導体、酸化剤極用触媒層に含まれているプロトン伝導体、及び、膜のうちの少なくとも一方は、吸水速度が４０％ｓｅｃ-1であるイオン交換樹脂を基材として形成されている。これにより発電性能が良好となる。【選択図】  図２
2005268114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸水速度が４０％ｓｅｃ-1以上であることを特徴とする燃料電池用イオン交換樹脂。
【請求項２】
請求項１において、９０℃のイオン交換水に３時間浸漬させた後の含水率が５重量％以上であることを特徴とする燃料電池用イオン交換樹脂。
【請求項３】
燃料が供給される燃料極用拡散層と、
プロトン伝導体、触媒、導電体を有する燃料極用触媒層と、
プロトン伝導性を有する膜と、
プロトン伝導体、触媒、導電体を有する酸化剤極用触媒層と、
酸化剤ガスが供給される酸化剤極用拡散層とを厚み方向に順に積層した膜電極接合体において、
燃料極用触媒層に含まれているプロトン伝導体、酸化剤極用触媒層に含まれているプロトン伝導体、及び、膜のうちの少なくとも一方は、
請求項１または請求項２のイオン交換樹脂を基材として形成されていることを特徴とする燃料電池用膜電極接合体。
【請求項４】
燃料が供給される燃料配流板と、
前記燃料配流板から燃料が供給される燃料極用拡散層と、
プロトン伝導体、触媒、導電体を有する燃料極用触媒層と、
プロトン伝導性を有する膜と、
プロトン伝導体、触媒、導電体を有する酸化剤極用触媒層と、
酸化剤ガスが供給される酸化剤極用拡散層と、
前記酸化剤極用拡散層に酸化剤ガスを供給する酸化剤用配流板とを厚み方向に順に積層した燃料電池において、
燃料極用触媒層に含まれているプロトン伝導体、酸化剤極用触媒層に含まれているプロトン伝導体、及び、膜のうちの少なくとも一方は、
請求項１または請求項２のイオン交換樹脂を基材として形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
燃料が供給される燃料極用拡散層と、
プロトン伝導体、触媒、導電体を有する燃料極用触媒層と、
プロトン伝導性を有する膜と、
プロトン伝導体、触媒、導電体を有する酸化剤極用触媒層と、
酸化剤ガスが供給される酸化剤極用拡散層とを厚み方向に順に積層した膜電極接合体を製造する製造方法において、
前記膜の吸水速度を求める工程と、膜の吸水速度が４０％ｓｅｃ-1以上のとき、膜を良品と評価し、膜電極接合体として組み付ける工程とを実施することを特徴とする燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
【請求項６】
燃料が供給される燃料極用拡散層と、
プロトン伝導体、触媒、導電体を有する燃料極用触媒層と、
プロトン伝導性を有する膜と、
プロトン伝導体、触媒、導電体を有する酸化剤極用触媒層と、
酸化剤ガスが供給される酸化剤極用拡散層とを厚み方向に順に積層した膜電極接合体を製造する製造方法において、
プロトン伝導体の基材となるイオン交換樹脂の吸水速度を求める工程と、イオン交換樹脂の吸水速度が４０％ｓｅｃ-1以上のとき、イオン交換樹脂を良品と評価し、前記燃料極用触媒層に含まれるプロトン伝導体、前記酸化剤極用触媒層に含まれるプロトン伝導体のうちの少なくとも一方のプロトン伝導体の基材としてこのイオン交換樹脂を使用する工程とを実施することを特徴とする燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電性能を高める燃料電池用イオン交換樹脂を有する燃料電池用膜電極接合体、燃料電池、燃料電池用膜電極接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に燃料電池の性能に関して、水管理の観点から含水率特性が取上げられている。特許文献１においてもイオン交換樹脂の含水率Ｗ１００、ガス拡散相に接触する触媒層に含有されているイオン交換樹脂の含水率Ｗ２００を次のように規定している。
【０００３】
１０≦Ｗ１００＜１００、５≦Ｗ２００＜８０、５≦（Ｗ１００−Ｗ２００）≦４５のように規定している。ここで、含水率は、イオン交換樹脂を９０℃の温水に浸漬保持して一定になった時の量より算出している。
【特許文献１】特開２００２−１５７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
含水率の規定により、イオン交換樹脂を性能を高めることができる。しかしながら上記した含水率の規定だけでは、高い発電性能が必ずしも充分に得られるものではない。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃料電池の発電性能を更に向上させるのに有利な燃料電池用イオン交換樹脂、燃料電池用膜電極接合体、燃料電池、燃料電池用膜電極接合体の製造方法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】
【０００６】
本発明者は、燃料電池用イオン交換樹脂について長年にわたり研究を進めている。そして上記した含水率の規定だけでは、燃料電池の発電性能が必ずしも充分に得られるものではなく、含水率が規定量あってもその量に達するまでに時間がかかると、イオン交換樹脂の性能を充分に発揮できず、発電性能の向上には限界があることをみつけ出した。そこで本発明者は検討を進めた結果、水を吸収する速度（以下吸水速度という）がイオン交換樹脂の性能、燃料電池の発電性能に大きく影響を与えていることをみつけだし、試験で確認し、本発明に至った。
【０００７】
高い発電性能が得られる理由としては、必ずしも明確ではないものの、イオン交換樹脂の吸水速度が速いと、イオン交換樹脂中における水分子の拡散が早く、膜電極接合体における水分の均一化により、イオン交換樹脂全体で均一な反応を起こし、イオン交換樹脂の性能を発揮するのに有利であるものと推察される。
【０００８】
即ち、様相１に係る燃料電池用イオン交換樹脂は、吸水速度が４０％ｓｅｃ-1以上であることを特徴とする。ここで、吸水速度（％ｓｅｃ-1）は、乾燥状態のイオン交換樹脂に飽和状態に含水させたときにおける飽和含水率を１００％としたとき、１００％のうち、乾燥状態のイオン交換樹脂が１秒間で含水する含水率の割合をいう。
【０００９】
様相２に係る燃料電池用膜電極接合体は、燃料が供給される燃料極用拡散層と、プロトン伝導体、触媒、導電体を有する燃料極用触媒層と、プロトン伝導性を有する膜と、プロトン伝導体、触媒、導電体を有する酸化剤極用触媒層と、
酸化剤ガスが供給される酸化剤極用拡散層とを厚み方向に順に積層した膜電極接合体において、
燃料極用触媒層に含まれているプロトン伝導体、酸化剤極用触媒層に含まれているプロトン伝導体、及び、膜のうちの少なくとも一方は、請求項１または請求項２のイオン交換樹脂を基材として形成されていることを特徴とする。
【００１０】
様相３に係る燃料電池は、燃料が供給される燃料配流板と、燃料配流板から燃料が供給される燃料極用拡散層と、プロトン伝導体、触媒、導電体を有する燃料極用触媒層と、プロトン伝導性を有する膜と、プロトン伝導体、触媒、導電体を有する酸化剤極用触媒層と、酸化剤ガスが供給される酸化剤極用拡散層と、酸化剤極用拡散層に酸化剤ガスを供給する酸化剤用配流板とを厚み方向に順に積層した燃料電池において、
燃料極用触媒層に含まれているプロトン伝導体、酸化剤極用触媒層に含まれているプロトン伝導体、及び、膜のうちの少なくとも一方は、請求項１または請求項２のイオン交換樹脂を基材として形成されていることを特徴とする。
【００１１】
様相４に係る燃料電池用膜電極接合体の製造方法は、燃料が供給される燃料極用拡散層と、プロトン伝導体、触媒、導電体を有する燃料極用触媒層と、プロトン伝導性を有する膜と、プロトン伝導体、触媒、導電体を有する酸化剤極用触媒層と、酸化剤ガスが供給される酸化剤極用拡散層とを厚み方向に順に積層した膜電極接合体を製造する製造方法において、
膜の吸水速度を求める工程と、膜の吸水速度が４０％ｓｅｃ-1以上のとき、膜を良品と評価し、膜電気接合体として組み付ける工程とを実施することを特徴とする。
【００１２】
様相５に係る燃料電池用膜電極接合体の製造方法は、燃料が供給される燃料極用拡散層と、プロトン伝導体、触媒、導電体を有する燃料極用触媒層と、プロトン伝導性を有する膜と、プロトン伝導体、触媒、導電体を有する酸化剤極用触媒層と、酸化剤ガスが供給される酸化剤極用拡散層とを厚み方向に順に積層した膜電極接合体を製造する製造方法において、
プロトン伝導体の基材となるイオン交換樹脂の吸水速度を求める工程と、イオン交換樹脂の吸水速度が４０％ｓｅｃ-1以上のとき、イオン交換樹脂を良品と評価し、燃料極用触媒層に含まれるプロトン伝導体、酸化剤極用触媒層に含まれるプロトン伝導体のうちの少なくとも一方のプロトン伝導体の基材としてこのイオン交換樹脂を使用する工程とを実施することを特徴とする。
【００１３】
各様相に係るイオン交換樹脂によれば、イオン交換樹脂の吸水速度が速いため、イオン交換樹脂中における水分子の拡散が早い。このためイオン交換樹脂における水分の均一化、ひいては膜電極接合体における水分の均一化により、イオン交換樹脂全体で均一な反応を起こし、イオン交換樹脂は良好に性能を発揮することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、イオン交換樹脂の吸水速度が速いため、イオン交換樹脂は良好に性能を発揮することができ、燃料電池の発電性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
各様相に係るイオン交換樹脂によれば、９０℃のイオン交換水に３時間浸漬させた後における含水率Ｂ（飽和含水率に相当）としては、５％以上であることが好ましい。なかでも含水率Ｂとしては、１０％以上,２０％以上であることが好ましい。含水率Ｂが５％未満であると、イオン交換樹脂の水分量が少なく、充分なプロトン伝導性が得られない。また触媒層中のイオン交換樹脂の含水率Ｂが１００％以上であると、触媒層がフラッディングしてしまうおそれが高い。同様に、イオン交換樹脂の含水率Ｂが１００％以上であると、含水状態と乾燥状態との間における寸法変化が大きくなり、イオン交換膜−ガス拡散層間の密着性に影響を与える等の問題を発生させるおそれがある。上述した観点から含水率Ｂとしては１０〜８０％であることが望ましい。１０〜７０％、１０〜６０％であることが望ましい。含水率Ｂ（飽和含水率に相当）の求め方は後述されている。
【００１６】
更に吸水速度について説明を加える。吸水速度が速いと、イオン交換樹脂中で水分子の拡散が早いので、膜電極接合体における水分の均一化により、電極面全体でより均一な反応を起こし、性能が向上するものと推察される。また、酸化剤極においては発電反応により生成水が生じ、酸化剤ガス出口付近でフラッディング（生成水がガス流路を塞ぐこと）が生成し易い。この点について本発明のようにイオン交換樹脂の吸水速度が速いと、上記したフラッディングを抑制する効果を期待できる。
【００１７】
ここで吸水速度（％ｓｅｃ-1）は下記の式に基づいて求めることができる。  吸水速度（％ｓｅｃ-1）＝｛（Ａ’／Ｂ’）×１００｝／１秒
含水率Ａ’（％）：乾燥状態のイオン交換樹脂にイオン交換水を1秒含水させた状態における含水率に相当
含水率Ｂ’（％）：乾燥状態のイオン交換樹脂にイオン交換水を飽和状態に含水させたときにおける飽和含水率に相当
Ａ’＝｛（ＷＡ−Ｗ０）／Ｗ０｝×１００％
Ｂ’＝｛（ＷＢ−Ｗ０）／Ｗ０｝×１００％
Ｗ０：乾燥状態のイオン交換樹脂の重量（ｇ）
ＷＡ：乾燥状態のイオン交換樹脂をイオン交換水に１秒浸漬した後における含水状態のイオン交換樹脂の重量（ｇ）
ＷＢ：乾燥状態のイオン交換樹脂にイオン交換水を飽和状態に含水させたイオン交換樹脂の重量（ｇ）
上記した吸水速度が４０％ｓｅｃ-1未満では、イオン交換樹脂中で水分子の拡散が遅いので、セルとして充分な性能が得られない。又、セルを複数枚重ねるスタックとして使用して発電させるとき、発電条件の変動に対応していくという観点では、吸水速度は４５％ｓｅｃ-1以上、５０％ｓｅｃ-1以上、６０％ｓｅｃ-1以上であることがより好ましい。それ以上の吸水速度については、より速い方が良いと考えられる。従って、吸水速度は７０％ｓｅｃ-1以上、８０％ｓｅｃ-1以上とすることもできる。
【００１８】
本発明に係るよれば、次の（１）〜（３）の各形態を採用することができる。
【００１９】
（１）燃料電池用イオン交換樹脂の評価方法によれば、燃料電池用イオン交換樹脂について吸水速度を求める工程と、イオン交換樹脂の吸水速度が４０％ｓｅｃ-1以上のとき、イオン交換樹脂を良品と評価する工程とを実施する。イオン交換樹脂としては、炭化フッ素系でも良いし、炭化フッ素系（例えばパーフルオロ系）でも良いし、双方の共重合体でも良い。
【００２０】
（２）燃料電池用イオン交換樹脂の膜について吸水速度を求める工程と、燃料電池用イオン交換樹脂の膜の吸水速度が４０％ｓｅｃ-1以上のとき、イオン交換樹脂の膜を良品と評価し、膜電極接合体として組み付ける工程とを順に実施する。各形態に係る膜の厚みとしては５〜３００μｍ,５〜２００μｍ,殊に１０〜１５０μｍ、２０〜１００μｍとすることができる。
【００２１】
（３）吸水速度が４０％ｓｅｃ-1以上である燃料電池用イオン交換樹脂の膜を得る工程と、イオン交換樹脂の膜を膜電極接合体として組み付ける工程とを順に実施する。
【００２２】
（４）吸水速度が４０％ｓｅｃ-1以上である燃料電池用イオン交換樹脂の膜を得る工程と、イオン交換樹脂の膜を膜電極接合体として組み付ける工程と、膜電極接合体を燃料電池として組み付ける工程とを順に実施する。
【００２３】
（５）図１は固体高分子型の燃料電池の概念図を示す。燃料電池は、図１に示すように、燃料が供給される燃料通路１０ａをもつ燃料配流板１０と、燃料極用拡散層１１と、プロトン伝導体、触媒、導電体（カーボンブラック等）を有する燃料極用触媒層１２と、プロトン伝導性を有する高分子型の膜１３と、プロトン伝導体、触媒、導電体（カーボンブラック等）を有する酸化剤極用触媒層１４と、酸化剤極用拡散層１５と、酸化剤用ガス通路１６ａをもつ酸化剤用配流板１６とを厚み方向に順に積層して形成されている。燃料としては例えば水素ガス、水素含有ガスが例示される。酸化剤ガスとしては例えば酸素ガス、酸素含有ガスが例示される。
【００２４】
燃料極用触媒層１２に含まれているプロトン伝導体、酸化剤極用触媒層１４に含まれているプロトン伝導体、及び、膜１３のうちの少なくとも一方は、上記した吸水速度が４０％ｓｅｃ-1以上に設定されたイオン交換樹脂を基材として形成されている。燃料配流板１０、酸化剤用配流板１６は導電性を有するカーボン材料または金属材料で形成されている。
【００２５】
酸化剤極用拡散層１５、燃料極用拡散層１１はガス透過性及び導電性を有するものであり、例えば、カーボン繊維の集合体で形成されている。上記した触媒及び導電体は、白金等の触媒金属を表面に担持したカーボン担体で形成することができ、例えば、白金担持カーボンで形成することができる。
【００２６】
（６）図１に示すように、膜電極接合体１８は、燃料極用拡散層１１と、プロトン伝導体、触媒、導電体を有する燃料極用触媒層１２と、プロトン伝導性を有する膜１３と、プロトン伝導体、触媒、導電体を有する酸化剤極用触媒層１４と、酸化剤極用拡散層１５とを厚み方向に順に積層して形成されている。
【００２７】
燃料極用触媒層１２に含まれているプロトン伝導体、酸化剤極用触媒層１４に含まれているプロトン伝導体、及び、膜１３のうちの少なくとも一方は、上記した吸水速度が４０％ｓｅｃ-1以上に設定されたイオン交換樹脂を基材として形成されている。
【００２８】
グラフト重合においては、イオン交換樹脂の側鎖に結合されるモノマーに含まれている重合禁止剤を除去したり、イオン交換樹脂の表面にイオン交換基を多く存在させるようコントロールすることにより、イオン交換樹脂の吸水速度の増加を達成することができる。以下（１）〜（ｉｖ）について説明を加える。
【００２９】
（ｉ）ビニルモノマー等のモノマーには一般的に保存安定性のため、重合禁止剤が含まれていることが多い。モノマー中に含まれる重合禁止剤の除去量を調整することで、イオン交換樹脂の吸水速度をコントロールすることができる。重合禁止剤は重合性ラジカルと反応し重合を止める役割がある。重合は一般に窒素雰囲気下で行われ、重合速度が遅くなるときには、顕著にその影響が吸水速度の変化として現れる。特に非溶解・非膨張性物質への放射線グラフト重合においてはイオン交換樹脂の表面からグラフト重合が開始されるので、窒素置換が不充分な場合には、表面で重合禁止剤がより多く重合し、イオン交樹樹脂の表面のイオン交換基量が減ることになる。即ち、イオン交換樹脂の表面に吸水、プロトン移動を妨げるバリアが形成されてしまうおそれがある。イオン交換樹脂の表面だけでなく、イオン交換樹脂の内部においても、より多く重合禁止剤が反応し、イオン交換基の少ない部分では同様にバリアとなる。上記したメカニズムにより重合禁止剤が吸水速度に影響を与えているものと推測される。
【００３０】
上記したモノマーとしては、炭化水素系、炭化フッ素系を採用することができる。例えば、ビニルモノマーは、スチレン、α−メチルスチレン、クロロメチルスチレン、ジビニルベンゼンを採用することができる。
【００３１】
（ｉｉ）ラジカル生成工程による方法
イオン交換基が付くグラフト側鎖部分をイオン交換樹脂の表面に多く存在させることが好ましい。この場合、グラフト反応の開始点であるラジカルをイオン交換樹脂の表面に多く生成させることにより達成することができる。イオン交換樹脂がイオン交換膜である場合には、電子線を使用し加速電圧の調整で膜厚方向の照射線量分布のピークを基材膜の膜表面側に設定することで達成できる。膜の他方の表面にも同様に照射することで膜の両面ともにラジカルの量を調整することができる。
【００３２】
（ｉｉｉ）グラフト反応工程による方法
グラフト反応をコントロールして、イオン交換基が付くグラフト側鎖をイオン交換樹脂の表面部に多く存在させる方法を採用することができる。この場合、グラフト反応はイオン交換樹脂の基材の材質にもよるが、モノマーによる膨潤がない場合には、イオン交換樹脂の表面から徐々に内部へ反応が進行し、同時にモノマーのイオン交換樹脂へのの浸透・膨潤が起こる。一方、イオン交換樹脂の内部では反応初期段階では、モノマーの浸透が無いままに反応熱のみが加えられ、反応開始点であるラジカルは熱により徐々に消滅していく。つまり、モノマーがラジカルに到達する時間の差で、イオン交換樹脂の表面と内部とでグラフト側鎖の分布を形成することができる。この到達時間の差は反応温度、溶剤希釈量等でコントロールすることができる。
【００３３】
（ｉｖ）イオン交換基導入工程による方策
イオン交換樹脂の吸水速度を高めるためには、イオン交換基をイオン交換樹脂の表面に多く存在させることが好ましい。あらかじめグラフト反応投階で、イオン交換基が導入されるグラフト側鎖を余分に反応させておき、内部に必要最低限のイオン交換基が導入された時点で反応を終了させることで、イオン交換基導入工程でも、イオン交換基を有する成分がイオン交換樹脂の内部に到達するまでの時間差を利用して達成可能である。
【００３４】
以上は放射線グラフト重合法で作製するイオン交換樹脂として記載したが、これに限らず、その他、溶液重合等により合成したイオン交換樹脂においても、水・各種有機溶剤の混合割合、混合方法を調整することにより、コロイド状態でイオン交換樹脂の表面にイオン交換基を多く存在させることで、イオン交換樹脂の吸水速度を速くすることもできる。
【００３５】
また、放射線グラフト重合法以外の方法で作製したイオン交換樹脂でも、全体としてのイオン交換基の割合が同一であっても、イオン交換基量をイオン交換樹脂の表面に多く分布させて、イオン交換樹脂の内部に存在するイオン交換基量を少なくすることで、イオン交換樹脂の吸水速度を速くすることは可能である。例えば、キャスト法で膜を作製する場合にはイオン交換基量の異なるイオン交換樹脂を作成し、イオン交換樹脂の表面に向けてイオン交換基量が多くなるように、キャストすることで作製することができる。
【実施例１】
【００３６】
実施例１について説明する。
【００３７】
（重合禁止剤の除去工程）
重合禁止剤を含むスチレン・モノマーを分液ロートに入れ、モノマーと同量の水酸化ナトリウム水溶液（２．５重量％）を用いて２回、モノマー中の重合禁止剤を抽出除去した。その後同様にイオン交換水でモノマーを３回洗浄し、別容器に移し替え、別容器に塩化カルシウムを入れて乾燥した。ジビニルベンゼンも同様に行った。
【００３８】
（イオン交換膜の合成工程）
基材膜（ＥＴＦＥ,厚み５０μｍ）にγ線２０ｋＧｙ（コバルト６０）を照射し、スチレン・ジビニルベンゼン（和光純薬）のモノマーとグラフト反応させた。その際、重合禁止剤を抽出除去したスチレン・ジビニルベンゼンのモノマーも用いて、その配合割合により、重合禁止剤の除去率を調整した。そして、重合禁止剤を除去しなかった膜、重合禁止剤を２／３除去した膜、重合禁止剤を全て除去した膜をそれぞれ作成した。その膜をクロルスルホン酸でスルホン化させた後、加水分解した。これによりプロトン伝導性をもつイオン交換膜をそれぞれ作製した。
【００３９】
本実施例によれば、それぞれのイオン交換膜について、含水率Ａ（３５℃のイオン交換水に1秒浸漬させた後の含水率）、含水率Ｂ（９０℃のイオン交換水に３時間浸漬させた後の含水率=飽和含水率に相当）をそれぞれ求めた。そして（Ａ／Ｂ）×１００％に基づいて、吸水速度（％ｓｅｃ-1）を当該イオン交換膜について求めた。結果を表１に示す。表１に示すように吸水速度（％ｓｅｃ-1）の異なるイオン交換膜を得ることができた。
【００４０】
本実施例によれば、具体的には、吸水速度は下記の式１に基づいて定めた。
【００４１】
吸水速度（％ｓｅｃ-1）＝｛（Ａ／Ｂ）×１００｝／１秒……式１
含水率Ａ（％）は３５℃のイオン交換水に1秒浸漬させた後の含水率（初期含水率に相当）を意味する。含水率Ｂ（％）は９０℃のイオン交換水に３時間浸漬させた後の含水率（飽和含水率に相当）を意味する。
【００４２】
Ａ＝｛（Ｗ３５−Ｗ０）／Ｗ０｝×１００％
Ｂ＝｛（Ｗ９０−Ｗ０）／Ｗ０｝×１００％
Ｗ０：１００℃で２０分間乾燥させたイオン交換樹脂の重量（ｇ）
Ｗ９０：１００℃で２０分間乾燥させたイオン交換樹脂を９０℃のイオン交換水に３時間浸漬後、そのまま室温（２０℃）まで冷やしイオン交換水から取り出した後、イオン交換樹脂の表面を拭き取った後の含水状態のイオン交換樹脂の重量（ｇ）
Ｗ３５：１００℃で２０分間乾燥させたイオン交換樹脂を３５℃のイオン交換水に１秒浸漬し、イオン交換水から取り出した後、イオン交換樹脂の表面を拭き取った後の含水状態のイオン交換樹脂の重量（ｇ）
ここで、用いたイオン交換水の導電率は１μＳ／ｃｍ以下とした。なお、導電率としてはこれに限定されるものではないことは勿論である。
【００４３】
【表１】
2005268114.tif 000003
【実施例２】
【００４４】
（イオン交換膜）
基材膜（ＥＴＦＥ,厚み約５０μｍ）にγ線３０ｋＧｙ（コバルト６０）を照射し、スチレン・ジビニルベンゼンのモノマーと反応させた。その後、その基材膜をクロルスルホン酸でスルホン化し、加水分解した。これによりプロトン伝導性をもつイオン交換膜の試験片ａ〜ｅを作製した。試験片ａ〜ｅによれば、表２に示すように、イオン交換容量及び９０℃含水率はほとんど同様な値であるにもかかわらず、吸水速度は１４〜６７％ｓｅｃ-1の範囲内で大きく異なっていた。
【００４５】
【表２】
2005268114.tif 000004
また、電極の電極基材シートとして市販のカーボンペーパー（東レ社製、TGP−H−060,厚さ０．２３ミリメートル）を用いた。この電極基材シートをテトラフルオロエチレン粒子希釈分散液に２分間浸漬した。この分散液は、テトラフルオロエチレン粒子分散液（ダイキン工業社製、D−1グレード、テトラフルオロエチレン粒子６０ｗｔ％含有）をテトラフルオロエチレン粒子濃度が１５ｗｔ％になるように水で希釈したものである。
【００４６】
そして、前記した浸漬後の電極基材シートを約８０℃に加熱して水分を蒸発させた後、大気中３９０℃で６０分間保持して焼成し、テトラフルオロエチレン粒子をカーボンペーパーのカーボン繊維の表面に固着させた。
【００４７】
この電極基材シートの一方の面に触媒ペーストをドクターブレード法により約３００μｍの厚さで塗布し、触媒層を形成した。触媒ペーストは、白金担持カーボン（白金含有量４０ｗｔ％）と水とイオン交換樹脂溶液（旭化成社製、アシプレックス溶液SS−1080）とイソプロピルアルコールとを、１：１．５：１５：１．５の重量比となるように、充分混合して作製した。この白金担持カーボンは、触媒である白金を担持したカーボンブラックである（導電体）。このイオン交換樹脂溶液は、プロトン伝導体である電解質を含む溶液である。このように形成した電極基材シートを乾燥してイソプロピルアルコールを除去すると、電極シートが形成された。
【００４８】
（膜電極接合体）
上記のようにして作製したイオン交換膜の両側に一対の電極シートを重ねた。この場合、触媒層側がイオン交換膜となるように１３０℃、４ＭＰａでホットプレス（膜は含水状態のまま）し、膜電極接合体を作製した。この膜電極接合体の一方の側に燃料用の配流板を装備すると共に、この膜電極接合体の他方の側に酸化剤ガス用の配流板を装備してセルを組立てた。そして、燃料（純水素ガス）を燃料極に供給すると共に空気を酸化剤極に供給し、発電を行った。燃料の利用率は７０％、空気の利用率は３５％とした。燃料のガス圧は１００ｋＰａ（ゲージ圧）、空気のガス圧は１００ｋＰａ（ゲージ圧）とした。セルから吐出された冷却水の温度は７５℃であった。
【００４９】
図２は試験結果を示す。図２の特性線ａは表２に示すａに相当し、図２の特性線ｂは表２に示すｂに相当するものである。図２の特性線ｃは表２に示すｃに相当し、図２の特性線ｄは表２に示すｄに相当し、図２の特性線ｅは表２に示すｅに相当するものである。
【００５０】
図２に示すように、吸水速度が速いときには、セル電圧が高い特性が得られた。これに対して吸水速度が遅いときには、電流密度が増加するにつれて、セル電圧が大きく低下する。しかしながらイオン交換樹脂膜の吸水速度が速いときには、電流密度が増加したとしても、セル電圧の低下は少なかった。即ち、吸水速度が最も速い試験片ａのときには、電流密度が増加したとしても、セル電圧の低下は最も少なかった。吸水速度が２番目に速い試験片ｂのときには、電流密度が増加したとしても、セル電圧の低下は２番目に少なかった。図２に示す結果を考慮すると、イオン交換樹脂の吸水速度としては４０％ｓｅｃ-1であることが好ましいといえる。
【００５１】
（他の例）
その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。上記した記載から次の技術的思想も把握される。
［付記項１］イオン交換樹脂の吸水速度を求める工程と、イオン交換樹脂の吸水速度が４０％ｓｅｃ-1以上のとき、膜を良品と評価することを特徴とする燃料電池用イオン交換樹脂の評価方法。吸水速度が４０％ｓｅｃ-1未満のとき、膜は良品と評価されない。イオン交換樹脂ひいては燃料電池の高品質化を図り得る。
［付記項２］吸水速度が３８％ｓｅｃ-1以上であることを特徴とするイオン交換樹脂。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は車両用、定置用、電気機器用、電子機器用などの燃料電池発電システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】燃料電池の概念図である。
【図２】試験結果を示すグラフであり、横軸は電流密度、縦軸はセル電圧を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
図中、１０は燃料配流板、１１は燃料極用拡散層、１２は燃料極用触媒層、１３は膜、１４は酸化剤極用触媒層、１５は酸化剤極用拡散層、１６は酸化剤用配流板を示す。
【図１】
2005268114.tif 000005
【図２】
2005268114.tif 000006