(57)【要約】【課題】  燃料極における水分不足を抑制することができる燃料電池用燃料極およびそれを備えた燃料電池を提供する。【解決手段】  燃料極（３）は、水素のプロトン化を促進するための触媒層（３１）と、水電解触媒を含有する水電解触媒層（３２）と、電解質を含有し電子伝導性を有しかつ接触角が９０度未満であるバッファ層（３３）とを備え、触媒層は水電解触媒層およびバッファ層に比較して電解質膜（４）側に設けられ、水電解触媒層およびバッファ層は触媒層に比較してガス拡散層（２）側に設けられていることを特徴とする。【選択図】        図２
2007329036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素のプロトン化を促進するための触媒層と、
水電解触媒を含有する水電解触媒層と、
電解質を含有し、電子伝導性を有しかつ接触角が９０度未満であるバッファ層とを備え、
前記触媒層は、前記水電解触媒層および前記バッファ層に比較して電解質膜側に設けられ、
前記水電解触媒層および前記バッファ層は、前記触媒層に比較してガス拡散層側に設けられていることを特徴とする燃料電池用燃料極。
【請求項２】
前記電解質膜側から前記ガス拡散層側にかけて、前記触媒層、前記バッファ層および前記水電解触媒層が順に積層されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用燃料極。
【請求項３】
前記バッファ層に含まれる電解質は、プロトン伝導性を有することを特徴とする請求項２記載の燃料電池用燃料極。
【請求項４】
前記バッファ層に含まれる電解質は、ＨＣ系アイオノマーであることを特徴とする請求項２または３記載の燃料電池用燃料極。
【請求項５】
前記バッファ層は、カーボンにプロトン伝導性電解質が担持された構造を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の燃料電池用燃料極。
【請求項６】
燃料ガスが拡散するためのガス拡散層と、
前記ガス拡散層上に形成された燃料極と、
前記燃料極上に形成された電解質膜とを備え、
前記燃料極は、水素のプロトン化を促進するための触媒層と、水電解触媒を含有する水電解触媒層と、電解質を含有し電子伝導性を有するバッファ層とを備え、
前記触媒層は、前記水電解触媒層および前記バッファ層に比較して電解質膜側に設けられ、
前記水電解触媒層および前記バッファ層は、前記触媒層に比較してガス拡散層側に設けられ、
前記バッファ層の撥水性は、前記ガス拡散層の撥水性よりも低いことを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
前記バッファ層の接触角は、前記ガス拡散層の平均接触角よりも小さいことを特徴とする請求項６記載の燃料電池。
【請求項８】
前記バッファ層の接触角は、９０度未満であることを特徴とする請求項７記載の燃料電池。
【請求項９】
前記バッファ層の透水圧は、前記ガス拡散層の平均透水圧よりも小さいことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記電解質膜側から前記ガス拡散層側にかけて、前記触媒層、前記バッファ層および前記水電解触媒層が順に積層されていることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記バッファ層に含まれる電解質は、プロトン伝導性を有することを特徴とする請求項１０記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記バッファ層に含まれる電解質は、ＨＣ系アイオノマーであることを特徴とする請求項１０または１１記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記バッファ層は、カーボンにプロトン伝導性電解質が担持された構造を有することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用燃料極およびそれを備えた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般的には水素及び酸素を燃料として電気エネルギーを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れかつ高いエネルギー効率を実現できることから、今後のエネルギー供給システムとして広く開発が進められてきている。
【０００３】
例えば、固体高分子型燃料電池は、プロトン伝導性を備える固体高分子電解質膜の両面に触媒層およびガス拡散層が順に積層された構造を有する。このような固体高分子型燃料電池においては、燃料欠乏時にはアノード側においてプロトン生成のために発電生成水の電気分解反応が起こる。この電気分解反応によって電解質膜にプロトンを供給することができる。しかしながら、水の電気分解反応が進行しなくなると燃料極が劣化するおそれがある。そこで、燃料極に水電解触媒を混合する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、発電生成水の電気分解反応を促進することができる。
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５０８８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料極において発電生成水が不足すると、燃料極が酸化によって不可逆に劣化する可能性がある。
【０００６】
本発明は、燃料極における水分不足を抑制することができる燃料電池用燃料極およびそれを備え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】
【０００７】
本発明に係る燃料電池用燃料極は、水素のプロトン化を促進するための触媒層と、水電解触媒を含有する水電解触媒層と、電解質を含有し電子伝導性を有しかつ接触角が９０度未満であるバッファ層とを備え、触媒層は水電解触媒層およびバッファ層に比較して電解質膜側に設けられ、水電解触媒層およびバッファ層は触媒層に比較してガス拡散層側に設けられていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る燃料電池用燃料極においては、水電解触媒層が設けられていることから、触媒層に保持された水の電気分解が促進される。したがって、燃料欠乏時においても、本発明に係る燃料電池用燃料極の不可逆な劣化を抑制することができる。また、接触角が９０度未満であるバッファ層が設けられていることから、バッファ層の吸水力によって触媒層に保持された水を層厚方向に分散させることができる。この場合、電解質膜と触媒層との間の界面の水分量が減少する。それにより、酸素極から触媒層側への水の移動が促進される。その結果、継続してプロトンを電解質膜に供給することができる。
【０００９】
電解質膜側からガス拡散層側にかけて、触媒層、バッファ層および水電解触媒層が順に積層されていてもよい。この場合、触媒層と水電解触媒層との間にバッファ層が設けられていることから、水電解触媒層において水の電気分解によって生じた分子状酸素、オゾンまたは活性酸素種による触媒層の酸化劣化を抑制することができる。
【００１０】
バッファ層に含まれる電解質は、プロトン伝導性を有していてもよい。この場合、水電解触媒層において発生したプロトンを電解質膜に効率よく供給することができる。また、バッファ層に含まれる電解質は、ＨＣ系アイオノマーであってもよい。この場合、バッファ層による酸素バリア性が向上する。さらに、バッファ層は、カーボンにプロトン伝導性電解質が担持された構造を有していてもよい。
【００１１】
本発明に係る燃料電池は、燃料ガスが拡散するためのガス拡散層と、ガス拡散層上に形成された燃料極と、燃料極上に形成された電解質膜とを備え、燃料極は水素のプロトン化を促進するための触媒層と水電解触媒を含有する水電解触媒層と電解質を含有し電子伝導性を有するバッファ層とを備え、触媒層は水電解触媒層およびバッファ層に比較して電解質膜側に設けられ、水電解触媒層およびバッファ層は触媒層に比較してガス拡散層側に設けられ、バッファ層の撥水性はガス拡散層の撥水性よりも低いことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係る燃料電池においては、燃料極に水電解触媒層が設けられていることから、触媒層に保持された水の電気分解が促進される。したがって、燃料欠乏時においても、燃料極の不可逆な劣化を抑制することができる。また、ガス拡散層の撥水性よりも低い撥水性を有するバッファ層が設けられていることから、バッファ層に水を保持することができる。また、バッファ層の吸水力によって触媒層に保持された水を層厚方向に分散させることができる。この場合、電解質膜と触媒層との間の界面の水分量が減少する。それにより、酸素極から触媒層側への水の移動が促進される。その結果、継続してプロトンを電解質膜に供給することができる。さらに、バッファ層の吸水力によってカソードフラッディングおよびアノードドライアップを抑制することができる。それにより、本発明に係る燃料電池の発電効率低下を抑制することができる。
【００１３】
バッファ層の接触角は、ガス拡散層の平均接触角よりも小さくてもよい。また、バッファ層の接触角は、９０度未満であってもよい。さらに、バッファ層の透水圧は、ガス拡散層の平均透水圧よりも小さくてもよい。この場合、バッファ層の親水性が向上する。
【００１４】
電解質膜側からガス拡散層側にかけて、触媒層、バッファ層および水電解触媒層が順に積層されていてもよい。この場合、触媒層と水電解触媒層との間にバッファ層が設けられていることから、水電解触媒層において水の電気分解によって生じた分子状酸素、オゾンまたは活性酸素種による触媒層の酸化劣化を抑制することができる。
【００１５】
バッファ層に含まれる電解質は、プロトン伝導性を有していてもよい。この場合、水電解触媒層において発生したプロトンを電解質膜に供給することができる。また、バッファ層に含まれる電解質は、ＨＣ系アイオノマーであってもよい。この場合、バッファ層の酸素バリア性が向上する。さらに、バッファ層は、カーボンにプロトン伝導性電解質が担持された構造を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料極における水分不足を抑制することができる。それにより、燃料極において水電気分解を促進することができる。その結果、燃料極の不可逆劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池１００の模式的断面図である。図１に示すように、燃料電池１００は、セパレータ１、ガス拡散層２、燃料極３、電解質膜４、酸素極５、ガス拡散層６およびセパレータ７が順に積層された構造を有する。図１においては説明の簡略化のために単セルが記載されているが、実際の燃料電池においてはこの単セルが複数積層されている。
【００１９】
セパレータ１，７は、ステンレス等の導電性材料から構成される。セパレータ１のガス拡散層２側の面には、燃料ガスが流動するための流路が形成されている。セパレータ７のガス拡散層６側の面には、酸化剤ガスが流動するための流路が形成されている。セパレータ１，７の厚さは、例えば、０．３ｍｍ程度である。ガス拡散層２，６は、カーボンペーパ等の導電性材料から構成される。ガス拡散層２，６の層厚は、例えば、１００μｍ〜２００μｍ程度である。
【００２０】
酸素極５は、触媒を担持する導電性材料等から構成される。酸素極５における触媒は、プロトンと酸素との反応を促進するための触媒である。本実施の形態においては、酸素極５は、白金担持カーボンからなる。燃料極３も、触媒を担持する導電性材料等から構成される。燃料極３の詳細は、後述する。燃料極３および酸素極５の厚さは、例えば、５μｍ〜２０μｍ程度である。電解質膜４は、プロトン伝導性を有するｎａｆｉｏｎ（登録商標）等の固体高分子電解質からなる。電解質膜４の膜厚は、例えば、１０μｍ〜５０μｍ程度である。
【００２１】
続いて、燃料電池１００の動作の概要について説明する。まず、水素ガス、メタノールガス等の水素を含有する燃料ガスは、セパレータ１の流路を流動しつつガス拡散層２に供給される。ガス拡散層２に供給された燃料ガスは、ガス拡散層２を透過して燃料極３に到達する。燃料極３に到達した燃料ガス中の水素は、プロトンと電子とに解離する。この場合の反応式としては、下記の式（１）、（２）等が考えられる。プロトンは、電解質膜４を伝導し、酸素極５に到達する。
Ｈ２  →  ２Ｈ＋  ＋  ２ｅ−  （１）
ＣＨ３ＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−  （２）
【００２２】
一方、酸素を含有する酸化剤ガスは、セパレータ７の流路を流動しつつガス拡散層６に供給される。ガス拡散層６に供給された酸化剤ガスは、ガス拡散層６を透過して酸素極５に到達する。酸素極５に到達した酸化剤ガス中の酸素とプロトンとから水が発生するとともに電力が発生する。発生した電力は、セパレータ１，７によって回収される。以上の動作によって、燃料電池１００は発電を行う。
【００２３】
次に、燃料極３の詳細について説明する。図２は、燃料極３の模式的断面図である。図２に示すように、燃料極３は、電解質膜４側からガス拡散層２側にかけて、触媒層３１、水電解触媒層３２およびバッファ層３３が順に形成された構造を有する。
【００２４】
触媒層３１は、触媒を担持する導電性材料、電解質等から構成される。触媒層３１は、例えば、触媒を担持する導電性材料として白金担持カーボン、電解質としてｎａｆｉｏｎ（登録商標）を含む。触媒層３１における白金担持カーボンの白金の担持密度は、例えば、３０ｗｔ％〜６０ｗｔ％程度である。また、触媒層３１における電解質の濃度は、例えば、２５ｗｔ％〜４０ｗｔ％程度である。触媒層３１の層厚は、例えば、５μｍ〜２０μｍ程度である。
【００２５】
水電解触媒層３２は、水電解触媒を担持する導電性材料、プロトン伝導性を有する電解質等から構成される。水電解触媒層３２は、例えば、水電解触媒を担持する導電性材料としてＲｕＯ２，ＩｒＯ２等を担持するカーボン、電解質としてｎａｆｉｏｎ（登録商標）を含む。水電解触媒層３２における水電解触媒の担持密度は、例えば３０ｗｔ％〜６０ｗｔ％程度であり、電解質の濃度は、例えば２５ｗｔ％〜４０ｗｔ％程度である。水電解触媒層３２の層厚は、例えば、５μｍ〜２０μｍ程度である。
【００２６】
バッファ層３３は、導電性材料、プロトン伝導性を有する電解質等から構成される。この電解質は、導電性材料に担持されている。本実施の形態においては、バッファ層３３は、導電性材料としてカーボンブラック、電解質としてｎａｆｉｏｎ（登録商標）を含む。バッファ層３３における導電性材料と電解質との重量比は、例えば、１：０．５〜１：２程度である。導電性材料による電解質の担持密度は、０．８ｍｇ／ｃｍ３程度である。
【００２７】
この場合、バッファ層３３は、ガス拡散層２，６の撥水性よりも低い撥水性を有する。具体的には、バッファ層３３は、ガス拡散層２，６の透水圧よりも低い透水圧を有する。また、バッファ層３３は、ガス拡散層２，６の平均接触角よりも小さい接触角を有する。バッファ層３３の接触角は、例えば、９０度未満である。また、バッファ層３３の層厚は、例えば、５μｍ〜３０μｍ程度である。
【００２８】
続いて、配流不良時、起動時等の燃料欠乏時における燃料電池１００の作用について説明する。燃料が欠乏すると、燃料極３においてプロトンに解離する水素が欠乏することになる。したがって、燃料電池１００において発電を継続するためには水素以外の材料からプロトンが解離することになる。この場合、主として燃料極３に保持された水が解離する。反応式としては、下記式（３）、（４）が考えられる。
２Ｈ２Ｏ  →  ４Ｈ＋  ＋  ４ｅ−  ＋  Ｏ２  （３）
２Ｈ２Ｏ  ＋  Ｃ  →  ４Ｈ＋  ＋  ４ｅ−  ＋  ＣＯ２  （４）
【００２９】
本実施の形態においては、燃料極３に水電解触媒層３２が設けられていることから、水の電気分解が促進される。したがって、式（３）の反応が優先して行われる。それにより、燃料極３のカーボンの不可逆な劣化を抑制することができる。なお、触媒層３１と水電解触媒層３２とが接触しているこから、触媒層３１から水電解触媒層３２に水の供給が効率よく行われる。
【００３０】
また、燃料極３に親水性を有するバッファ層３３が設けられていることから、バッファ層３３にバッファ層に水を保持することができる。また、バッファ層３３の吸水力によって、触媒層３１に保持された水を触媒層３１に垂直な方向に分散させることができる。この場合、電解質膜４と触媒層３１との間の界面の水分量が減少する。それにより、酸素極５から触媒層３１側への水の移動が促進される。その結果、継続して上記式（３）の反応によってプロトンを電解質膜４に供給することができる。
【００３１】
また、燃料極３側に水が移動することから、カソードフラッディングおよびアノードドライアップを抑制することができる。それにより、燃料電池１００の発電効率低下を抑制することができる。さらに、水電解触媒層３２を厚膜化することによっても本発明の効果が得られるが、本実施の形態においては水電解触媒層３２を厚膜化する場合に比較して貴金属使用量を少なくすることができる。したがって、製造コストの低減化を図ることができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
続いて、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池１００ａについて説明する。燃料電池１００ａが図１の燃料電池１００と異なる点は、燃料極３の代わりに燃料極３ａが形成されている点である。図３に、燃料極３ａの模式的断面図を示す。燃料極３ａは、電解質膜４側からガス拡散層２側にかけて触媒層３１、バッファ層３３および水電解触媒層３２が順に形成された構造を有する。すなわち、燃料極３ａは、燃料極３における水電解触媒層３２およびバッファ層３３の配置が逆になった構造を有する。
【００３３】
本実施の形態に係る燃料電池１００ａにおいては、燃料極３ａにバッファ層３３が設けられていることから、第１の実施の形態に係る燃料電池１００と同様の効果が得られる。さらに、触媒層３１と水電解触媒層３２との間にバッファ層３３が設けられていることから、水電解触媒層３２における水の電気分解によって生じた分子状酸素、オゾンまたは活性酸素種による触媒層３１の酸化劣化を抑制することができる。
【００３４】
なお、バッファ層３３に含まれる電解質は、ＨＣ系アイオノマーであることが好ましい。ＨＣ系アイオノマーは酸素バリア性に優れているからである。また、バッファ層３３は、金属多孔体または金属酸化物を含んでいてもよい。特に、ゼオライト等の多孔質材料の分子ふるい効果を利用することによって、バッファ層３３の酸素バリア性を向上させることができる。
【００３５】
（第３の実施の形態）
続いて、本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池１００ｂについて説明する。燃料電池１００ｂが図１の燃料電池１００と異なる点は、燃料極３の代わりに燃料極３ｂが形成されている点である。図４に燃料極３ｂの模式的断面図を示す。燃料極３ｂは、電解質膜４側からガス拡散層２側にかけて触媒層３１、バッファ層３３、水電解触媒層３２およびバッファ層３３ｂが順に形成された構造を有する。すなわち、燃料極３ｂは、図３の燃料極３ａのガス拡散層２側に新たにバッファ層３３ｂが設けられた構造を有する。バッファ層３３ｂは、バッファ層３３と同様の材料から構成されている。バッファ層３３ｂの層厚は、例えば、５μｍ〜３０μｍ程度である。
【００３６】
本実施の形態に係る燃料電池１００ｂにおいては、燃料極３ｂにバッファ層３３，３３ｂが設けられていることから、第１の実施の形態に係る燃料電池１００と同様の効果が得られる。さらに、触媒層３１と水電解触媒層３２との間にバッファ層３３が設けられていることから、水電解触媒層３２における水の電気分解によって生じた分子状酸素、オゾンまたは活性酸素種による触媒層３１の酸化劣化を抑制することができる。
【実施例】
【００３７】
以下、上記の実施の形態に係る燃料電池を作製し、その特性を調べた。
【００３８】
（実施例）
実施例においては、第２の実施の形態に係る燃料電池１００ａを作製した。触媒層３１としては、白金担持カーボンおよびｎａｆｉｏｎ（登録商標）からなるものを用いた。この場合の担持密度は５０ｗｔ％Ｐｔとし、ｎａｆｉｏｎ（登録商標）濃度は３０ｗｔ％とし、Ｐｔ／Ｃ担持量は０．５ｍｇ／ｃｍ２とした。触媒層３１の層厚は、１０μｍとした。バッファ層３３としては、ＶＧＣＦ（気相成長炭素ナノ繊維）にｎａｆｉｏｎ（登録商標）を混合させたものを用いた。バッファ層３３におけるｎａｆｉｏｎとＶＧＣＦとの重量比は、１：１である。また、バッファ層３３の層厚は、１０μｍとした。水電解触媒層３２としては、ＩｒＯ２を担持するカーボンを用いた。水電解触媒層３２におけるＩｒＯ２の担持密度は、４０ｗｔ％とした。水電解触媒層３２の層厚は、１０μｍとした。
【００３９】
電解質膜４としては、ｎａｆｉｏｎ（登録商標）を用いた。電解質膜４の層厚は、３０μｍとした。酸素極５としては、白金担持カーボンおよびｎａｆｉｏｎ（登録商標）からなるものを用いた。この場合の担持密度は５０ｗｔ％Ｐｔとし、ｎａｆｉｏｎ（登録商標）濃度は３０ｗｔ％とし、Ｐｔ／Ｃ担持量は０．５ｍｇ／ｃｍ２とした。酸素極５の厚さは、１０μｍとした。
【００４０】
（比較例）
比較例においては、バッファ層が設けられていない燃料電池を作製した。したがって、比較例に係る燃料電池の燃料極は、電解質膜４側からガス拡散層２側にかけて、触媒層３１および水電解触媒層３２が順に形成されている。
【００４１】
（分析１）
まず、実施例に係る燃料電池および比較例に係る燃料電池に対してドライ性能試験を行った。ドライ性能試験に用いたガスは、水素ガスおよびエアである。水素ガスの加湿温度は４５℃に設定した。それにより、アノード側を低加湿の状態に維持した。一方、エアの加湿温度は６０℃または８０℃に設定した。それにより、カソード側を高加湿状態に維持した。燃料電池の作動温度は８０℃に設定した。この条件下において、各燃料電池の発電電圧と電流密度との関係を調べた。図５にその結果を示す。
【００４２】
図５に示すように、実施例に係る燃料電池は、比較例に係る燃料電池に比較して良好な発電電圧を示した。これは、燃料極にバッファ層を設けることによってカソード側からの逆拡散水が増加し、燃料極の酸化劣化を抑制することができたからであると考えられる。特に、カソード側の湿度が高い場合において各燃料電池間の発電電圧差は大きくなった。これによって、実施例に係る燃料電池においてカソード側の水がアノード側により多く吸引されることが立証された。
【００４３】
（分析２）
次に、実施例に係る燃料電池および比較例に係る燃料電池に対してウェット性能試験を行った。ウェット性能試験に用いたガスは、水素ガスおよびエアである。水素ガスの加湿温度、エアの加湿温度および各燃料電池の作動を温度を８０℃に設定した。それにより、アノード側およびカソード側を高加湿状態に維持した。この条件下において、各燃料電池の発電電圧と電流密度との関係を調べた。図６にその結果を示す。
【００４４】
図６に示すように、実施例に係る燃料電池は、比較例に係る燃料電池に比較して良好な発電電圧を維持した。これは、燃料極にバッファ層を設けることによってカソード側からの逆拡散水が増加し、カソードフラッディングを抑制することができたからであると考えられる。以上の分析１，２によって、バッファ層の保水および吸水効果が立証された。
【００４５】
（分析３）
次いで、実施例に係る燃料電池および比較例に係る燃料電池に対して逆電位試験を行い、その後の各燃料電池の発電性能を調べた。まず、燃料極側を欠乏状態に維持しつつ各燃料電池に対して０．１Ａ／ｃｍ２、０．３Ａ／ｃｍ２または０．５Ａ／ｃｍ２の電流を１０分間流した。その後、各燃料電池に発電させた場合の発電電圧と電流密度との関係を調べた。
【００４６】
発電時に用いたガスは、水素ガスおよびエアである。セパレータ１の流路には、背圧０．１０ＭＰａで水素ガスを０．２７５Ｌ／ｍｉｎ流した。セパレータ７の流路には背圧０．１０ＭＰａでエアを０．８６６Ｌ／ｍｉｎ流した。水素ガスおよびエアの加湿温度はいずれも８０℃に設定した。各燃料電池の作動温度も８０℃に設定した。その結果を図７〜図９に示す。図７〜図９の縦軸は発電電圧を示し、図７〜図９の横軸は電流密度を示す。図７〜図９において、実線および太線は実施例に係る燃料電池の特性を示し、破線および点線は比較例に係る燃料電池の特性を示す。
【００４７】
まず、図７に示すように、０．１Ａ／ｃｍ２の逆電位試験後には、各燃料電池において発電性能が若干低下した。しかしながら、実施例に係る燃料電池の発電性能の低下幅は、比較例に係る燃料電池の発電性能の低下幅とほぼ等しくなった。次に、図８に示すように、０．３Ａ／ｃｍ２の逆電位試験後には、各燃料電池において発電性能が低下した。高電流密度域においては、実施例に係る燃料電池の発電性能の低下幅は比較例に係る燃料電池の発電性能の低下幅に比較して小さくなった。
【００４８】
次に、図９に示すように、０．５Ａ／ｃｍ２の逆電位試験後には、図７および図８と同様に各燃料電池において発電性能の低下が見られた。実施例に係る燃料電池の発電性能の低下幅は、どの電流密度域においても、比較例に係る燃料電池の発電性能の低下幅に比較して顕著に小さくなった。一例として、１０００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度において、発電性能の低下幅の差は、約２０ｍＶになった。
【００４９】
以上の分析によって、燃料極にバッファ層を設けることによって、燃料電池の発電性能の低下を抑制することができることが立証された。これは、燃料極にバッファ層を設けることによって燃料極の保水または吸水され、逆電位による燃料極の劣化が抑制されたからであると考えられる。また、逆電位試験時の電流密度が大きい場合には、劣化抑制の効果が特に大きくなることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池の模式的断面図である。
【図２】燃料極の模式的断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る燃料極の模式的断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る燃料極の模式的断面図である。
【図５】ドライ性能試験における各燃料電池の発電電圧と電流密度との関係を示す図である。
【図６】ウェット性能試験における各燃料電池の発電電圧と電流密度との関係を示す図である。
【図７】逆電位試験後における各燃料電池の発電電圧と電流密度との関係を示す図である。
【図８】逆電位試験後における各燃料電池の発電電圧と電流密度との関係を示す図である。
【図９】逆電位試験後における各燃料電池の発電電圧と電流密度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，７  セパレータ
２，６  ガス拡散層
３，３ａ，３ｂ  燃料極
４  電解質膜
５  酸素極
３１  触媒層
３２  水電解触媒層
３３，３３ｂ  バッファ層
１００，１００ａ，１００ｂ  燃料電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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