(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトン伝導性を備える固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜の一方の面上に設けられたカソード電極触媒層と、該固体高分子電解質膜の他方の面上に設けられたアノード電極触媒層と、各電極触媒層の該固体高分子電解質膜と反対側の面上に設けられたガス拡散層とを備える固体高分子型燃料電池用膜電極構造体において、
アノード側の該ガス拡散層は、カソード側の該ガス拡散層よりも小さな水に対する接触角を備え、
アノード側の該ガス拡散層と、該アノード電極触媒層との間に２種の互いに性質の異なるコーティング層を備えると共に、両コーティング層のうち該電極触媒層側のコーティング層に気相成長カーボンが含まれることを特徴とする固体高分子型燃料電池用膜電極構造体。
【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用膜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おり、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ると共に、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、固体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膜電極構造体として、プロトン伝導性を備える固体高分子電解質膜の両面に、１対の電極触媒層を備え、各電極触媒層の上に、ガス拡散層を積層したものが知られている。前記１対の電極触媒層は、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伝導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、一方がカソード電極触媒層として作用し、他方がアノード電極触媒層として作用する。また、前記ガス拡散層は、例えばカーボンペーパーにより形成されている。前記膜電極構造体は、さらに各ガス拡散層の上に、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。
【０００４】
前記固体高分子型燃料電池では、前記アノード電極触媒層を燃料極として前記ガス拡散層を介して水素、メタノール等の還元性ガスを導入すると共に、前記カソード電極触媒層を酸素極として前記ガス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、前記アノード電極触媒層では、該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及び電子が生成し、前記プロトンは前記固体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、前記カソード電極触媒層で、該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及び電子と反応して水を生成する。従って、前記アノード電極触媒層とカソード電極触媒層とを導線により接続することにより、該アノード電極触媒層で生成した電子を該カソード電極触媒層に送る回路が形成され、電流を取り出すことができる。
【０００５】
前記膜電極構造体では、前述のように、発電に伴ってカソード電極触媒層で水が生成する。このため、長時間運転を続けると、前記膜電極構造体中の水分が過剰になって、前記還元性ガスまたは酸化性ガスの拡散が妨げられることとなり、この場合にも十分な発電性能が得られないとの問題がある。この問題に対し、電極触媒層を撥水化して生成水の排出を容易にした膜電極構造体が知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
また、前記膜電極構造体では、前記プロトンは前記固体高分子電解質膜内を移動する際に水を伴う。従って、前記固体高分子電解質膜は適度の水分を含んでいる必要があり、該水分は例えば前記還元性ガスまたは酸化性ガスにより供給されるが、高負荷運転状態時等の定常運転時に比較して前記還元性ガスまたは酸化性ガスの湿度が低い低湿度条件では、十分な発電性能が得られないとの問題がある。
【０００７】
前記問題を解決する手段の１つとして、前記膜電極構造体のカソード側とアノード側との親水性を調整することが考えられる。前記親水性を調整する技術として、例えば、カソード側のガス拡散層を炭素含有材料により構成し、該炭素含有材料の表面を親水性に改質した膜電極構造体が知られている（特許文献２参照）。
【０００８】
また、電極触媒層の触媒担体を親水性にした膜電極構造体が知られている（特許文献３参照）。
【０００９】
しかしながら、前記従来の技術では、始動時のように膜電極構造体の温度が十分に上がっておらず、定常運転時に比較して高湿度の条件下では、前記カソード電極触媒層で生成した水が膜電極構造体の内部に滞留してガス拡散が阻害され、十分な発電性能が得られなくなる虞があるとの不都合がある。
【特許文献１】特開平６−５２８７１号公報
【特許文献２】特開２００４−３１３２５号公報（請求項１）
【特許文献３】特開平６−２７５２８２号公報（請求項２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる不都合を解消して、低湿度条件下においても、高湿度条件下においても優れた発電性能を得ることができる固体高分子型燃料電池用膜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】
【００１１】
かかる目的を達成するために、本発明は、  プロトン伝導性を備える固体高分子電解質膜と、該固体高分子電解質膜の一方の面上に設けられたカソード電極触媒層と、該固体高分子電解質膜の他方の面上に設けられたアノード電極触媒層と、各電極触媒層の該固体高分子電解質膜と反対側の面上に設けられたガス拡散層とを備える固体高分子型燃料電池用膜電極構造体において、アノード側の該ガス拡散層は、カソード側の該ガス拡散層よりも小さな水に対する接触角を備え、アノード側の該ガス拡散層と、該アノード電極触媒層との間に２種の互いに性質の異なるコーティング層を備えると共に、両コーティング層のうち該電極触媒層側のコーティング層に気相成長カーボンが含まれることを特徴とする。
【００１２】
本発明の固体高分子型燃料電池用膜電極構造体では、アノード側の前記ガス拡散層が、カソード側の前記ガス拡散層よりも小さな水に対する接触角を備えている。従って、アノード側の前記ガス拡散層は相対的に親水性になっており、カソード側の前記ガス拡散層は相対的に疎水性になっている。
【００１３】
前記ガス拡散層を親水性とすると、保水性が高くなるので、ガスの拡散性が低減する。しかし、アノード側の前記ガス拡散層に供給される水素等の還元性ガスは、カソード側の前記ガス拡散層に供給される酸素、空気等の酸化性ガスに比較して分子径が小さいので、アノード側の該ガス拡散層を親水性としてもガスの拡散が阻害されにくい。また、アノード側の前記ガス拡散層を親水性とすることにより、発電に寄与する面に均一に水分を存在させることができる。
【００１４】
一方、カソード側では前記ガス拡散層を疎水性とすることにより、発電に伴って前記カソード電極触媒層で生成する水分を速やかに排出することができると共に、前記酸素、空気等の酸化性ガスの拡散性を確保することができる。
【００１５】
従って、本発明の固体高分子型燃料電池用膜電極構造体によれば、各電極触媒層のガスの拡散性と、水分分布とを適正なものとすることができ、優れた発電性能を得ることができる。
【００１６】
また、前記ガス拡散層は、互いに性質の異なる２種のコーティング層を積層し、両コーティング層のうち電極触媒層側のコーティング層に気相成長カーボンが含まれることにより、相対的な親水性を微調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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は本実施形態の膜電極構造体の一構成を示す説明的断面図であり、図２は図１に示す膜電極構造体を用いた燃料電池の構成を示す説明的断面図であり、図３は本実施形態の膜電極構造体の他の構成を示す説明的断面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の膜電極構造体１は、プロトン伝導性を備える固体高分子電解質膜２の一方の面上にカソード電極触媒層３、他方の面上にアノード電極触媒層４を備え、電極触媒層３，４の固体高分子電解質膜２と反対側の面にはガス拡散層５，６が設けられている。
【００１９】
固体高分子電解質膜２は、陽イオン交換樹脂に属しプロトン伝導性を備えるポリマーをフィルム状に形成したものを用いることができる。前記陽イオン交換樹脂として、例えばポリスチレンスルホン酸等のビニル系ポリマーのスルホン化物；パーフルオロアルキルスルホン酸ポリマー、パーフルオロアルキルカルボン酸ポリマー、ポリベンズイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン等の耐熱性高分子にスルホン酸基またはリン酸基を導入したポリマー；フェニレン連鎖からなる芳香族化合物を重合して得られる剛直ポリフェニレンを主成分とし、これにスルホン酸基を導入したポリマー等を挙げることができる。
【００２０】
電極触媒層３，４は、カーボンブラック等の触媒担体に担持された白金等の触媒がイオン伝導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。このような電極触媒層３，４は、例えば、カーボンブラック等の触媒担体に担持された白金等の触媒を、固体高分子電解質膜２と同種の樹脂の溶液と混合して得られたペーストを、固体高分子電解質膜２の両面に塗布した後、乾燥することにより形成することができる。
【００２１】
ガス拡散層５，６は、アノード側のガス拡散層６がカソード側ガス拡散層５よりも小さな水に対する接触角を備えている。このようなガス拡散層５，６は、例えば、カーボンペーパーを無処理、または撥水処理することによりカソード側のガス拡散層５とし、前記カーボンペーパーを親水化処理することによりアノード側のガス拡散層６とすることにより、形成することができる。
【００２２】
前記カーボンペーパーに対する撥水処理は、例えば、前記カーボンペーパーにテトラフルオロエチレン−テトラフルオロプロピレン共重合体の溶液を含浸させた後、熱処理することにより行うことができる。また、前記カーボンペーパーに対する親水化処理は、前記カーボンペーパーに酸化チタン等の金属酸化物の水溶液を含浸させた後、熱処理することにより行うことができる。
【００２３】
親水化処理されたアノード側のガス拡散層６は、水に対する接触角が２０°以下となっていることが好ましく、ガス拡散層６中に水が浸透して接触角の測定が不能となるような状態（接触角＝０°で表される）であってもよい。
【００２４】
膜電極構造体１は、前述のようにして固体高分子電解質膜２の両面に電極触媒層３，４を形成した後、電極触媒層３，４に、ガス拡散層５，６を積層し、熱圧着して一体的に接合することにより形成することができる。
【００２５】
膜電極構造体１は、図２に示すように、ガス拡散層５，６上にさらにセパレータ７，８を積層することにより、燃料電池９を構成することができる。セパレータ７，８としては、例えば、溝７ａ，８ａを有するカーボン素材、金属素材を用いることができ、溝７ａ，８ａの側でガス拡散層５，６上に積層される。
【００２６】
図２に示す燃料電池１１では、アノード側のセパレータ８の溝８ａを流路として水素等の還元性ガスを導入すると共に、カソード側のセパレータ７の溝７ａを流路として空気、酸素等の酸化性ガスを導入する。このようにすると、まず、アノード側では、流路８ａから導入された前記還元性ガスが、ガス拡散層６を介してアノード電極触媒層４に供給される。アノード電極触媒層４では、前記触媒の作用により、前記還元性ガスからプロトン及び電子が生成し、プロトンは固体高分子電解質膜２を介して、カソード電極触媒層３に移動する。
【００２７】
次に、カソード側では、流路７ａから導入された前記酸化性ガスが、ガス拡散層５を介してカソード電極触媒層３に供給されており、前記プロトンは、カソード電極触媒層３中で前記触媒の作用により、酸化性ガス及び電子と反応して水を生成する。従って、セパレータ７，８を導線により接続することにより、アノード側で生成した電子をカソード側に送る回路１０が形成され、電流を取り出すことができる。
【００２８】
前記プロトンは、固体高分子電解質膜２を介して移動する際に水を伴うので、膜電極構造体１は適度の水分を保持している必要がある。前記水分は、例えば、前記還元性ガス及び酸化性ガスを加湿することにより、膜電極構造体１に供給することができる。
【００２９】
このとき、燃料電池１１では、運転開始直後にはセル温度が十分に上がっていないため、定常運転時に比較して前記還元性ガス及び酸化性ガスが高度に加湿された状態であり、また長時間運転しているとカソード電極触媒層３で生成する水のために水分が過剰となって、いずれの場合にも高湿度状態となる。この結果、燃料電池１１では、前記還元性ガスまたは酸化性ガスの拡散が阻害され、十分な発電性能が得られなくなることが懸念される。
【００３０】
しかし、膜電極構造体１では、アノード側のガス拡散層６がカソード側ガス拡散層５よりも小さな水に対する接触角を備えているので、ガス拡散層６は相対的に親水性になっており、ガス拡散層５は相対的に疎水性になっている。
【００３１】
従って、アノード側のガス拡散層６では水分が保持され易くなり、発電に寄与する面に均一に水分を存在させることができ、またガス拡散層６に供給される水素等の還元性ガスは、酸素、空気等の酸化性ガスに比較して分子径が小さいのでガス拡散層６に水分が保持されていてもガスの拡散が阻害されにくい。
【００３２】
一方、カソード側のガス拡散層５では、相対的に疎水性とすることにより、発電に伴って前記カソード電極触媒層で生成する水分を速やかに排出することができ、またガス拡散層５に供給される酸素、空気等の酸化性ガスの拡散性を確保することができる。
【００３３】
従って、膜電極構造体１によれば、運転開始直後の高湿度条件下においても優れた発電性能を得ることができる。
【００３４】
また、膜電極構造体１は、図３に膜電極構造体１ａとして示すように、ガス拡散層５が電極触媒層３との間に２種の互いに性質の異なるコーティング層１１ａ，１１ｂを備え、ガス拡散層６が電極触媒層４との間に２種の互いに性質の異なるコーティング層１２ａ，１２ｂを備えていてもよい。ガス拡散層５は互いに性質の異なるコーティング層１１ａ，１１ｂが積層されることにより前記相対的な疎水性を微調整することができ、ガス拡散層６は互いに性質の異なるコーティング層１２ａ，１２ｂが積層されることにより前記相対的な親水性を微調整することができる。
【００３５】
コーティング層１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは、カーボンブラック等の炭素粉末をテトラフルオロエチレン等の撥水性樹脂あるいはイオン伝導性ポリマー等の結着剤と共に、エチレングリコール、テトラフルオロエチレン−テトラフルオロプロピレン共重合体、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の有機溶媒と混合して得られたペーストを、ガス拡散層５，６上に塗布したのち、熱処理することにより形成することができる。このとき、コーティング層１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは、前記炭素粉末の種類を変えることにより、互いに性質の異なるものとすることができる。
【００３６】
コーティング層１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは、コーティング層１１ａ，１１ｂと、コーティング層１２ａ，１２ｂとが互いに異なっていればよく、コーティング層１１ａはコーティング層１２ａまたはコーティング層１２ｂと同一であってもよく、コーティング層１１ｂはコーティング層１２ａまたはコーティング層１２ｂと同一であってもよい。
【００３７】
また、本実施形態では、ガス拡散層５，６が電極触媒層３，４との間に２種の互いに性質の異なるコーティング層１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂを備える場合について説明しているが、前記コーティング層は２種以上であればよく、２種に限定されるものではない。
【００３８】
次に、本発明の実施例及び比較例を示す。
【実施例１】
【００３９】
本実施例では、まず、カーボンペーパーに、酸化チタンの５重量％水溶液を含浸させた後、５００℃で３０分間加熱して乾燥することにより親水化処理して、アノード側のガス拡散層６を形成した。前記カーボンペーパーは、目付け（単位面積当たりの重量）８０ｇ／ｍ２、厚さ１９０μｍ、貫通孔の平均径２２μｍ、比表面積０．４７ｍ２／ｇである。
【００４０】
次に、カーボンブラック（キャボット社製、商品名：Ｖｕｌｃａｎ）１２ｇと、テトラフルオロエチレン粉末（旭硝子株式会社製）１８ｇと、エチレングリコール１５４ｇとを撹拌、混合し、第１の混合ペーストを作成した。次に、前記第１の混合ペーストを、前述のようにして形成されたアノード側のガス拡散層６上に、乾燥重量で２．０ｍｇ／ｃｍ２となるようにスクリーン印刷により塗布したのち、３８０℃で３０分間加熱して乾燥することによりコーティング層１２ａを形成した。
【００４１】
次に、カーボンブラック（ケッチェンブラック）５．０ｇと、気相成長カーボン（昭和電工株式会社製、ＶＧＣＦ（登録商標））２．５ｇと、イオン伝導性ポリマー（デュポン社製、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標））６ｇとを撹拌、混合し、第２の混合ペーストを作成した。次に、前記第２の混合ペーストを、前述のようにして形成されたコーティング層１２ａ上に、乾燥重量で０．４ｍｇ／ｃｍ２となるようにスクリーン印刷により塗布したのち、１２０℃で６０分間加熱して乾燥することによりコーティング層１２ｂを形成した。
【００４２】
次に、アノード側のガス拡散層６に用いたものと同一のカーボンペーパーを、３８０℃で３０分間加熱して乾燥処理することにより撥水処理して、カソード側のガス拡散層５を形成した。
【００４３】
次に、ガス拡散層５と、ガス拡散層６とについて、水に対する接触角を測定した。結果を表１に示す。
【００４４】
次に、気相成長カーボン（昭和電工株式会社製、ＶＧＣＦ（登録商標））１２ｇと、テトラフルオロエチレン−テトラフルオロプロピレン共重合体２０ｇと、エチレングリコール２００ｇとを撹拌、混合し、第３の混合ペーストを作成した。次に、前記第３の混合ペーストを、前述のようにして形成されたカソード側のガス拡散層５上に、乾燥重量で２．０ｍｇ／ｃｍ２となるようにスクリーン印刷により塗布したのち、３８０℃で３０分間加熱して乾燥することによりコーティング層１１ａを形成した。
【００４５】
次に、アノード側のガス拡散層６に用いたものと同一の第２の混合ペーストを、前述のようにして形成されたコーティング層１１ａ上に、乾燥重量で０．４ｍｇ／ｃｍ２となるようにスクリーン印刷により塗布したのち、１２０℃で６０分間加熱して乾燥することによりコーティング層１１ｂを形成した。
【００４６】
次に、５０重量％担持白金−ルテニウム合金担持カーボン粒子１０ｇと、イオン伝導性ポリマー（デュポン社製、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標））の２０％溶液４０ｇと、ｎ−プロピルアルコール９０ｇと水１０ｇとを撹拌、混合し、触媒混合ペーストを作成した。次に、前記触媒混合ペーストを、固体高分子電解質膜２（デュポン社製、商品名：Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）１１２）の一方の面に、白金−ルテニウム合金含有量が０．１５ｍｇ／ｃｍ２となるように塗布したのち、１２０℃で１５分間加熱して乾燥することにより、固体高分子電解質膜２の一方の面にアノード電極触媒層４を形成した。次に、前記触媒混合ペーストの白金−ルテニウム合金担持カーボン粒子を白金担持カーボン粒子とした以外は、アノード電極触媒層４の場合と全く同一にして、固体高分子電解質膜２の他方の面にカソード電極触媒層３を形成した。
【００４７】
次に、電極触媒層３，４が形成された固体高分子電解質膜２に対し、コーティング層１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが形成されたガス拡散層５，６を、コーティング層１１ｂが電極触媒層３に接合され、コーティング層１２ｂが電極触媒層４に接合されるようにして積層し、１４０℃、面圧２．９４ＭＰａで５分間の熱圧着を行って、図３に示す膜電極構造体１ａを作製した。
【００４８】
次に、膜電極構造体１ａのガス拡散層５，６上にセパレータ７，８を積層して、燃料電池を形成し、アノード側の流路８ａに水素、カソード側の流路７ａに空気を、それぞれ外部加湿器で加湿して流通した。このとき、セル温度を５７℃、ガス導入部における相対湿度をアノード側１００％ＲＨ、カソード側１００％ＲＨとする高湿度条件、セル温度を７２℃、ガス導入部における相対湿度をアノード側５０％ＲＨ、カソード側５０％ＲＨとする中湿度条件、セル温度を５７℃、ガス導入部における相対湿度をアノード側２９％ＲＨ、カソード側２９％ＲＨとする低湿度条件の３つの条件について、０．１Ａ／ｃｍ２と１Ａ／ｃｍ２との端子電圧を測定して、発電性能を評価した。０．１Ａ／ｃｍ２の場合の端子電圧を表２に、１．０Ａ／ｃｍ２の場合の端子電圧を表３にそれぞれ示す。
【実施例２】
【００４９】
本実施例では、実施例１で用いたものと同一のカーボンペーパーに、テトラフルオロエチレン−テトラフルオロプロピレン共重合体の１０重量％溶液を含浸させた後、１２０℃で６０分間加熱して乾燥することにより撥水処理して、カソード側のガス拡散層５を形成した以外は、実施例１と全く同様にして、ガス拡散層５，６について、水に対する接触角を測定すると共に、コーティング層１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが形成されたガス拡散層５，６を得た。ガス拡散層５，６の水に対する接触角の測定結果を表１に示す。
【００５０】
次に、コーティング層１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが形成されたガス拡散層５，６を用い、実施例１と全く同一にして、図３に示す膜電極構造体１ａを作製した。
【００５１】
次に、膜電極構造体１ａのガス拡散層５，６上にセパレータ７，８を積層して、燃料電池を形成し、実施例１と全く同一にして、発電性能を評価した。０．１Ａ／ｃｍ２の場合の端子電圧を表２に、１．０Ａ／ｃｍ２の場合の端子電圧を表３にそれぞれ示す。
〔比較例１〕
本比較例では、実施例１で用いたものと同一のカーボンペーパーに、テトラフルオロエチレン−テトラフルオロプロピレン共重合体の１０重量％溶液を含浸させた後、１２０℃で６０分間加熱して乾燥することにより撥水処理して、ガス拡散層５，６を形成した以外は、実施例１と全く同様にして、ガス拡散層５，６について、水に対する接触角を測定すると共に、コーティング層１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが形成されたガス拡散層５，６を得た。ガス拡散層５，６の水に対する接触角の測定結果を表１に示す。
【００５２】
次に、コーティング層１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが形成されたガス拡散層５，６を用い、実施例１と全く同一にして、図３に示す膜電極構造体１ａを作製した。
【００５３】
次に、膜電極構造体１ａのガス拡散層５，６上にセパレータ７，８を積層して、燃料電池を形成し、実施例１と全く同一にして、発電性能を評価した。０．１Ａ／ｃｍ２の場合の端子電圧を表２に、１．０Ａ／ｃｍ２の場合の端子電圧を表３にそれぞれ示す。
〔比較例２〕
本比較例では、実施例１で用いたものと同一のカーボンペーパーを、３８０℃で３０分間加熱して乾燥処理することにより撥水処理して、ガス拡散層５，６を形成した以外は、実施例１と全く同様にして、ガス拡散層５，６について、水に対する接触角を測定すると共に、コーティング層１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが形成されたガス拡散層５，６を得た。ガス拡散層５，６の水に対する接触角の測定結果を表１に示す。
【００５４】
次に、コーティング層１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが形成されたガス拡散層５，６を用い、実施例１と全く同一にして、図３に示す膜電極構造体１ａを作製した。
【００５５】
次に、膜電極構造体１ａのガス拡散層５，６上にセパレータ７，８を積層して、燃料電池を形成し、実施例１と全く同一にして、発電性能を評価した。０．１Ａ／ｃｍ２の場合の端子電圧を表２に、１．０Ａ／ｃｍ２の場合の端子電圧を表３にそれぞれ示す。
〔比較例３〕
本比較例では、実施例１で用いたものと同一のカーボンペーパーに、酸化チタンの５重量％水溶液を含浸させた後、５００℃で３０分間加熱して乾燥することにより親水化処理して、ガス拡散層５，６を形成した以外は、実施例１と全く同様にして、ガス拡散層５，６について、水に対する接触角を測定すると共に、コーティング層１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが形成されたガス拡散層５，６を得た。ガス拡散層５，６の水に対する接触角の測定結果を表１に示す。
【００５６】
次に、コーティング層１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂが形成されたガス拡散層５，６を用い、実施例１と全く同一にして、図３に示す膜電極構造体１ａを作製した。
【００５７】
次に、膜電極構造体１ａのガス拡散層５，６上にセパレータ７，８を積層して、燃料電池を形成し、実施例１と全く同一にして、発電性能を評価した。０．１Ａ／ｃｍ２の場合の端子電圧を表２に、１．０Ａ／ｃｍ２の場合の端子電圧を表３にそれぞれ示す。
【００５８】
【表１】
0005165205.tif 000002
【００５９】
【表２】
0005165205.tif 000003
【００６０】
【表３】
0005165205.tif 000004
【００６１】
表１から、実施例１，２ではいずれもアノード側のガス拡散層６が、カソード側のガス拡散層５よりも小さな水に対する接触角を備えており、ガス拡散層６はガス拡散層５に対して相対的に親水性になっていることが明らかである。一方、比較例１〜３ではいずれもアノード側のガス拡散層６とカソード側のガス拡散層５とで水に対する接触角が同一であり、ガス拡散層６とガス拡散層５との親水性が同一であることが明らかである。
【００６２】
また、表２、表３から、アノード側のガス拡散層６が、カソード側のガス拡散層５よりも小さな水に対する接触角を備える実施例１，２の膜電極構造体１ａによれば、アノード側のガス拡散層６とカソード側のガス拡散層５とで水に対する接触角が同一である比較例１〜３の膜電極構造体１ａに比較して優れた発電性能を得ることができ、特に実施例１においても低湿度条件下で優れた発電性能を得ることができることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の膜電極構造体の一構成例を示す説明的断面図。
【図２】図１に示す膜電極構造体を用いた燃料電池の構成を示す説明的断面図。
【図３】本発明の膜電極構造体の他の構成例を示す説明的断面図。
【符号の説明】
【００６４】
１…膜電極構造体、  ２…固体高分子電解質膜、  ３…カソード電極触媒層、  ４…アノード電極触媒層、  ５，６…ガス拡散層、  １１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ…コーティング層。
【図１】
0005165205.tif 000005
【図２】
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【図３】
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