(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェット性能を低下させることなく、ドライ性能を向上させる。【解決手段】燃料電池で用いられる膜電極接合体の製造方法であって、疎水性の触媒担持カーボンと電解質樹指とを混合して形成された触媒インクを用いて電解質膜上に触媒層を形成する工程と、前記触媒層が形成された電解質膜に対して酸性溶液または酸化剤による親水化処理を行う工程と、を備える、膜電極接合体の製造方法。該親水化処理により、疎水性の触媒担持カーボンの周りを電解質樹指でほぼ覆うことが出来る。その結果、触媒担持カーボンの親水化した部分への水溜まりによる、反応ガス（酸素、水素）の透過の阻害を抑制でき、高負荷、低負荷の全領域で、ウェット性能を低下させることなく、ドライ性能を向上させることが可能となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池で用いられる膜電極接合体の製造方法であって、
疎水性の触媒担持カーボンと電解質樹指とを混合して形成された触媒インクを用いて電解質膜上に触媒層を形成する工程と、
前記触媒層が形成された電解質膜に対して酸性溶液または酸化剤による親水化処理を行う工程と、
を備える、膜電極接合体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の膜電極接合体の製造方法において、
前記酸性溶液は、硝酸である、膜電極接合体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の膜電極接合体の製造方法において、
前記親水化処理は、前記触媒層が形成された電解質膜を前記酸性溶液または前記酸化剤の溶液に浸漬することにより行われる、膜電極接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池の製造方法に関し、特に、膜電極接合体の親水化処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒担持カーボンの表面をプラズマ照射や過酸化水素または無機酸を含む水溶液への浸漬などによって親水化する技術が知られている（特許文献１）。また、触媒担持カーボンの表面にプラズマ処理を行い、表面を親水化し、この表面処理された触媒担持カーボンを触媒層に用いる技術が知られている（特許文献２）。さらに、固体高分子電解質膜と接している少なくとも一方の電極触媒層表面が、表面処理(酸素プラズマエッチング)により親水基を付与されている固体高分子型燃料電池が知られている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２４５５７号公報
【特許文献２】特開２００４−１８５９００号公報
【特許文献３】特開２００９−１８７８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１、２の方法では、親水化処理された触媒担持カーボンを用いて触媒層、続いて膜電極接合体を作製するので、親水化されたカーボン表面と、疎水的な主鎖を有する電解質樹脂との相溶性が悪く、カーボン表面を十分に被覆できない。かかる場合、燃料電池中の水分が少ないドライ状態では、カーボン表面のうち電解質樹脂により被覆されていない部分が水により湿潤し、そこでの触媒層のドライアップが抑制されるので、燃料電池の発電性能が向上する。一方、燃料電池中の水分が多いウェット状態では、カーボン表面のうち電解質樹脂により被覆されていない部分に水が溜まり過ぎ、この溜まった水が反応ガス（酸素や水素）の移動を阻害するので発電性能が低下するという問題があった。また、特許文献３の方法では、低負荷域では出力が向上するが、酸素プラズマエッチング時に電解質樹脂からスルホン酸基が外れて、プロトン伝導度が低下するので、プロトンをより多く流さなければならない高負荷域では性能が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、高負荷、低負荷の全領域で、ウェット性能を低下させることなく、ドライ性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
燃料電池で用いられる膜電極接合体の製造方法であって、疎水性の触媒担持カーボンと電解質樹指とを混合して形成された触媒インクを用いて電解質膜上に触媒層を形成する工程と、前記触媒層が形成された電解質膜に対して酸性溶液または酸化剤による親水化処理を行う工程と、を備える、膜電極接合体の製造方法。
触媒担持カーボンの状態で親水化処理をすると、触媒担持カーボンの一部が親水化し、媒担持カーボンの周りを電解質樹指でほぼ覆うことが出来ないのに対し、この適用例によれば、触媒層が形成された電解質膜に対して親水化処理を行うので、疎水性の触媒担持カーボンの周りを電解質樹指でほぼ覆うことが出来る。その結果、触媒担持カーボンの親水化した部分への水溜まりによる、反応ガス（酸素、水素）の透過の阻害を抑制でき、高負荷、低負荷の全領域で、ウェット性能を低下させることなく、ドライ性能を向上させることが可能となる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載の膜電極接合体の製造方法において、前記酸性溶液は、硝酸である、膜電極接合体の製造方法。
硝酸は、酸であると同時に酸化剤でもあるので、好ましい。
【０００９】
［適用例３］
適用例１又は２に記載の膜電極接合体の製造方法において、前記親水化処理は、前記触媒層が形成された電解質膜を前記酸性溶液または前記酸化剤の溶液に浸漬することにより行われる、膜電極接合体の製造方法。
この適用例によれば、触媒層が形成された電解質膜を浸漬するので、触媒層が形成された電解質膜の全体を親水化できる。
【００１０】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池用膜電極接合体の製造方法の他、燃料電池の製造方法、膜電極接合体、燃料電池等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態としての燃料電池の構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池セルの構成を模式的に示す説明図である。
【図３】本実施形態の膜電極接合体の作製から発電評価までのフローチャートである。
【図４】本実施形態の膜電極接合体の製造方法を図示して示す説明図である。
【図５】本実施形態の膜電極接合体の親水化処理を示す説明図である。
【図６】本実施形態における白金担持カーボンの状態を模式的に示す説明図である。
【図７】アイオノマーの構成を示す説明図である。
【図８】電解質膜上の触媒層を模式的に示す説明図である。
【図９】比較例の膜電極接合体の作製から発電評価までのフローチャートである。
【図１０】比較例の白金担持カーボンの状態を模式的に示す説明図である。
【図１１】比較例における電解質膜上の触媒層を模式的に示す説明図である。
【図１２】発電性能を示す表である。
【図１３】実施例１と比較例２のＩＶ性能を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池の構成を示す説明図である。燃料電池１０は、燃料電池スタック１００と、集電板２００、２０１と、絶縁板２１０、２１１と、押圧プレート２２０と、エンドプレート２３０、２３１と、テンションロッド２４０と、ナット２５０と、押圧バネ２６０と、を備える。
【００１３】
燃料電池スタック１００は、複数の燃料電池セル１１０を備えている。各燃料電池セル１１０は、それぞれが１個の単電池である。燃料電池セル１１０は、積層されて直列に接続されており、燃料電池スタック１００として高電圧を発生させる。集電板２００、２０１は、燃料電池スタック１００の両側にそれぞれ配置されており、燃料電池スタック１００が発生した電圧、電流を外部に取り出すために用いられる。絶縁板２１０、２１１は、それぞれ集電板２００、２０１のさらに外側に配置されており、集電板２００、２０１と、他の部材、例えばエンドプレート２３０、２３１やテンションロッド２４０と、の間に電流が流れないように、絶縁する。エンドプレート２３０と押圧プレート２２０は、それぞれ絶縁板２１０、２１１のさらに外側に配置されている。押圧プレート２２０のさらに外側には、押圧バネ２６０が配置され、押圧バネ２６０のさらに外側にエンドプレート２３１が配置されている。エンドプレート２３１は、テンションロッド２４０とナット２５０により、エンドプレート２３０から所定の間隔となるように配置される。この場合、押圧バネ２６０により、押圧プレート２２０は、絶縁板２１１方向に押圧され、燃料電池セル１１０に所定の締結力を与える。なお、燃料電池１０は、押圧バネ２６０や押圧プレート２２０を備えない構成であってもよい。
【００１４】
図２は、燃料電池セル１１０の構成を模式的に示す説明図である。燃料電池セル１１０は、膜電極接合体１２０と、ガス拡散層１３２、１３３と、多孔体ガス流路１４２、１４３と、セパレータプレート１５２、１５３と、シールガスケット１６０と、を備える。膜電極接合体１２０は、電解質膜１２１と、触媒層１２２、１２３を備える。
【００１５】
本実施形態では、電解質膜１２１として、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマなどのフッ素系樹脂や炭化水素系樹脂からなるプロトン伝導性のイオン交換膜を用いている。触媒層１２２、１２３は、電解質膜１２１の各面にそれぞれ形成されている。本実施形態では、触媒層１２２、１２３は、例えば、白金触媒、あるいは白金と他の金属とからなる白金合金触媒を担持した触媒担持粒子（例えばカーボン粒子）によって形成されている。
【００１６】
ガス拡散層１３２、１３３は、それぞれ触媒層１２２、１２３の外面に配置されている。本実施形態では、ガス拡散層１３２、１３３として、カーボン不織布を用いたカーボンクロスやカーボンペーパーを用いることが可能である。多孔体ガス流路１４２、１４３は、それぞれガス拡散層１３２、１３３の外面に配置されている。セパレータプレート１５２、１５３は、それぞれ多孔体ガス流路１４２、１４３の外面に配置されている。セパレータプレート１５２と、隣の燃料電池セル１１０のセパレータプレート１５３との間には、冷却水流路１５５が形成されている。シールガスケット１６０は、膜電極接合体１２０、ガス拡散層１３２、１３３、多孔体ガス流路１４２、１４３の外縁を囲うように形成されている。シールガスケット１６０は、たとえば射出成形により、膜電極接合体１２０と一体に成形される。その後、膜電極接合体１２０の両面に、ガス拡散層１３２、１３３、多孔体ガス流路１４２、１４３が順次配置される。
【００１７】
図３は、本実施形態の膜電極接合体の作製から発電評価までのフローチャートである。ステップＳ１００では、触媒担持カーボンと、電解質であるアイオノマーと、溶媒（水とエタノールの混合溶媒）とを混合、攪拌し、触媒インクを作製する。ステップＳ１１０では、作製した触媒インクを電解質膜１２１に塗工して触媒層１２２を形成する。ステップＳ１２０では、電解質膜１２１の他方の面にも触媒インクを塗工して触媒層１２３を形成し、膜電極接合体１２０を作製する。ステップＳ１３０では、膜電極接合体１２０に親水化処理を行う。ステップＳ１４０では、膜電極接合体１２０にガス拡散層１３２、１３３、セパレータプレート１５２、１５３を配置して、燃料電池セル１１０を作製する。ステップＳ１５０では、燃料電池セル１１０の発電評価を行う。
【００１８】
図４は、本実施形態の膜電極接合体の製造方法を図示して示す説明図である。膜電極接合体１２０を製造する場合、まず、電解質膜１２１に塗工する触媒インクの生成に必要な各材料を、所定の分量で調合し攪拌子３１０で混合する（工程Ｓ１）。図に示すように、混合する材料は、触媒担持カーボンと、アイオノマーと、混合溶媒である。混合溶媒とは、水と有機溶媒とを所定の混合比で混合した溶媒である。本実施形態においては、有機溶媒としてエタノールを用いる。また触媒担持カーボンとして上述した白金担持カーボンを用いる。
【００１９】
この白金担持カーボンは、白金と、炭素粉末（カーボン）とを所定の割合で混合され、カーボン粒子上に白金が担持された触媒である。なお、炭素粉末は、ファーネスブラック系あるいはアセチレンブラック系のカーボンブラックを用いることが出来る。親水化処理されていないカーボンブラックは、疎水性であるので、白金担持カーボンも疎水性である。アイオノマーとして、例えばデュポン社製のＮａｆｉｏｎを用いることができる。Ｎａｆｉｏｎは登録商標である。混合溶媒として、生成後の触媒インク中における固形分量の割合が所定の値となるように、その分量を定めた。ここで、固形分量とは、アイオノマー中のＮａｆｉｏｎの固形成分と、白金と、炭素粉末との総重量を意味する。
【００２０】
上記材料を混合した後、分散機を用いて混合溶媒中の白金担持カーボンとアイオノマーとを、超音波ホモジナイザー３２０を用いて均一に分散させる（工程Ｓ２）。このようにして生成されるのが触媒インクである。図４の工程Ｓ１、Ｓ２が、図３のステップＳ１００に対応する工程である。
【００２１】
触媒インクを生成した後、ダイコーター３３０を用いて、生成した触媒インクを電解質膜１２１の上に、均一な膜厚で直接に塗工する（工程Ｓ３）。電解質膜１２１上に触媒インクを塗工することにより、電解質膜１２１上に触媒層１２２が形成される。その後、触媒層１２２を形成した電解質膜１２１を温風乾燥機３４０によって乾燥させることにより膜電極接合体１２０を製造する（工程Ｓ４）。図４の工程Ｓ３、Ｓ４が、図３のステップＳ１１０に対応する工程である。なお、触媒層は、電解質膜１２１の両面にあるので、片面ずつ工程Ｓ３、Ｓ４が実行され、膜電極接合体１２０が形成される（図３のステップＳ１２０）。なお、触媒インクを電解質膜１２１の上に直接形成するのではなく、ポリテトラフルオロエチレンシート上に塗工して触媒層シートを形成し、この触媒層シートを電解質膜の表と裏に貼り合わせて、膜電極接合体１２０を形成しても良い。
【００２２】
図５は、本実施形態の膜電極接合体１２０の親水化処理を示す説明図である。この工程では、皿３５０に１Ｎ（１規定：（１ｍｏｌ／Ｌ））の硝酸３５５を入れ、膜電極接合体１２０を浸漬し、カーボン表面を親水化処理する。親水化処理に用いられる溶液としては、酸化力を有する硝酸３５５が好ましいが、その他、硫酸などの無機酸、過酸化水素などの酸化力のある酸あるいは、酸化剤を用いることができる。ただし、濃硫酸は強い脱水力を有しており、膜電極接合体１２０から水分を除去してしまうので、硫酸を用いる場合には、１Ｎ〜１２Ｎの硫酸を用いることが好ましい。また、過酸化水素は濃度が濃いと酸化力が強くなり過ぎてカーボン表面を損傷する虞があるので、１〜７重量％が好ましい。
【００２３】
図６は、本実施形態における白金担持カーボンの状態を模式的に示す説明図である。白金担持カーボン１２２ｃｐは、カーボン粒子１２２ｃに白金１２２ｐｔが担持されている。白金担持カーボン１２２ｃｐとアイオノマー１２２ｉｏと溶媒とを混合、攪拌する工程（図３のステップＳ１００あるいは、図４の工程Ｓ１、Ｓ２）において、触媒インク１２２ｉｎｋが形成される。触媒インク１２２ｉｎｋの白金担持カーボン１２２ｃｐは、アイオノマー１２２ｉｏにほぼ覆われた構成となっている。
【００２４】
図７は、アイオノマーの構成を示す説明図である。アイオノマー１２２ｉｏは、疎水性の炭化フッ素の主鎖と、フルオロスルホニル基（−ＳＯ2Ｆ）（「スルホニルフルオライド基」とも呼ぶ。）を有する側鎖と、を有している。一般に、疎水性基同士、あるいは、親水性基同士は相溶性が良い。アイオノマー１２２ｉｏが白金担持カーボン１２２ｃｐを覆う場合、白金担持カーボン１２２ｃｐは疎水性のため、疎水性の炭化フッ素の主鎖との相溶性が良い。そのため、アイオノマー１２２ｉｏは、その炭化フッ素の主鎖が白金担持カーボン１２２ｃｐに位置するようにしてし、白金担持カーボン１２２ｃｐをほぼ覆う。
【００２５】
図６に戻って説明を続ける。アイオノマー１２２ｉｏに覆われた白金担持カーボン１２２ｃｐ（触媒インク１２２ｉｎｋ）は、電解質膜１２１に塗工され、膜電極接合体１２０が形成された後、硝酸により、親水化処理が行われる。これにより、カーボン粒子１２２ｃの一部がカルボキシル基１２２ｃａｒとなる。カルボキシル基１２２ｃａｒは−ＣＯＯＨの構造を有しており、イオン基―ＣＯＯ-Ｈ+として電離することが出来、親水性を有する。
【００２６】
図８は、電解質膜上の触媒層を模式的に示す説明図である。カーボン粒子１２２ｃの一部がカルボキシル基１２２ｃａｒとなっており、親水性を有している。そのため、触媒層１２２は、ドライアップし難い。また、白金担持カーボン１２２ｃｐの周りをアイオノマー１２２ｉｏが覆っており、アイオノマー１２２ｉｏの間に細孔１２２ｈが生じている。この細孔１２２ｈにカソードであれば酸素、アノードであれば水素が入り込み、燃料電池の電気化学反応が実行される。
【００２７】
図９は、比較例の膜電極接合体の作製から発電評価までのフローチャートである。ステップＳ２００では、触媒インクを形成する前の触媒担持カーボンの状態で親水化処理を行う。親水化処理に用いられる溶液としては、実施形態の図３のステップＳ１５０と同様に、硝酸の他、硫酸などの無機酸、過酸化水素などの酸化力のある酸、酸化剤を用いることができる。ステップＳ２１０〜Ｓ２３０では、本実施形態のステップＳ１００〜１２０と同様に、膜電極接合体１２０を形成する。次いで、ステップＳ２４０、２５０で、燃料電池セルの作製と、発電評価を行う。なお、比較例では、ステップＳ２００において、親水化処理を行っているため、ステップＳ２３０とステップＳ２４０との間では、親水化処理を行わない。
【００２８】
図１０は、比較例の白金担持カーボンの状態を模式的に示す説明図である。比較例では、触媒インク１２２ｉｎｋを作製する前に親水化処理を行っているので、白金担持カーボン１２２ｃｐは、カーボン粒子１２２ｃの一部がカルボキシル基１２２ｃａｒになって、親水性になっている。一般に疎水性基と親水性基とは、相溶性が良くない。したがって、比較例の場合、次の工程（図９のステップＳ２１０）でアイオノマー１２２ｉｏと混合、攪拌しても、主鎖が疎水性基であるアイオノマー１２２ｉｏは、カルボキシル基１２２ｃａｒの近傍を覆うことが出来ない。なお、このカルボキシル基１２２ｃａｒの近傍は、例えば、溶媒中の水により覆われることになる。
【００２９】
図１１は、比較例における電解質膜上の触媒層を模式的に示す説明図である。カーボン粒子１２２ｃの一部がカルボキシル基１２２ｃａｒとなっており、親水性を有している。白金担持カーボン１２２ｃｐの周りをアイオノマー１２２ｉｏが覆っているが、白金担持カーボン１２２ｃｐの周りは、アイオノマー１２２ｉｏが覆うことが出来ず、水１２２ｗが溜まっている。同様に、アイオノマー１２２ｉｏの間に細孔１２２ｈが生じている。しかし、所々アイオノマー１２２ｉｏに覆われていない部分が存在し、ここに溜まった水１２２ｗが存在すると、細孔１２２ｈに入ろうとする酸素や水素は、この溜まった水１２２ｗにより移動が阻害される。すなわち、水が多く生じるようなウェット状態では、酸素や水素の供給が阻害され、発電性能を向上させることが出来ない。
【００３０】
Ｂ．実施例と発電結果：
Ｂ−１．実施例１：
図４の膜電極接合体の製造の手順に従って膜電極接合体を作製し、これを用いて燃料電池セルを作製した。この際、触媒担持カーボンとして、白金担持カーボンを１０［ｇ］用いた。この白金担持カーボンは、白金を３０［ｗｔ％］、炭素粉末（カーボン）を７０［ｗｔ％］の割合で混合した触媒である。アイオノマーとして、デュポン社製のＮａｆｉｏｎ（固形成分：２１．６［ｗｔ％］）を３２．８［ｇ］を用いた。混合溶媒として水の比率が質量パーセントで約約７０［ｗｔ％］〜８０［ｗｔ％］のものを用い、混合溶媒の量は、生成後の触媒インク中の固形分量の割合が１０［ｗｔ％］となるように、その分量を定めて、触媒インクを作製した。
【００３１】
次いで、触媒インクをポリテトラフルオロエチレン（以下「ＰＴＦＥ」と呼ぶ。）のシートに塗工し、触媒層を形成した。その後、この触媒層を電解質膜１２１に接合して、膜電極接合体１２０を形成した。その後、膜電極接合体を１Ｎ（１ｍｏｌ／Ｌ）の硝酸溶液に１２０分間浸漬し、親水化処理を行った。得られた膜電極接合体１２０を用いて、燃料電池セル１１０を作製した。
【００３２】
Ｂ−２．実施例２：
実施例１では、触媒層をＰＴＦＥの上に形成し、触媒層をと電解質膜１２１とを接合させて膜電極接合体を作製したが、実施例２では、ＰＴＦＥを用いず、電解質膜１２１の上に直接触媒層を形成して膜電極接合体１２０を形成し、燃料電池セル１１０を作製した。
【００３３】
Ｂ−３．実施例３：
実施例３は、親水化処理の時間（硝酸に浸漬する時間）が６０分である以外は、実施例２と同様の条件で燃料電池セル１１０を作製した。
【００３４】
Ｂ−４．実施例４：
実施例３は、親水化処理の時間（硝酸に浸漬する時間）が４０分である以外は、実施例２と同様の条件で燃料電池セル１１０を作製した。
【００３５】
Ｂ−５．比較例１：
図４の膜電極接合体の製造の手順に従って膜電極接合体を作製し、これを用いて燃料電池セルを作製した。但し、比較例１は、触媒インクを作製する前の白金担持カーボン１２２ｃｐを１規定の硝酸溶液に浸漬し、親水化処理を行った後、実施例１と同様に触媒インクを作製した。その後、実施例２と同様に電解質膜１２１の上に直接触媒層を形成して膜電極接合体１２０を形成し、燃料電池セル１１０を作製した。なお、比較例では、白金担持カーボン１２２ｃｐの親水化処理を行っているため、膜電極接合体１２０の作成後の親水化処理は行わなかった。
【００３６】
Ｂ−６．比較例２：
実施例１において、親水化処理を行わないものを比較例２とした。
【００３７】
Ｂ−７．発電特性の測定：
図１２は、発電性能を示す表である。ウェット条件では、燃料電池セル１１０の温度を６０℃、相対湿度を１００％として、電流密度１．２Ａ／ｃｍ2の電流を流す発電を行い、発電電圧を測定した。また、ドライ条件では、燃料電池セル１１０の温度を９０℃、相対湿度を２８％として、電流密度１．２Ａ／ｃｍ2の電流を流す発電を行い、発電電圧を測定した。なお、基準として、比較例２における発電電圧を基準電圧とし、基準電圧との差をセル電位差とした。
【００３８】
膜電極接合体の作製後に親水化処理を行った場合には、ドライ条件、ウェット条件いずれも、発電電圧は、親水化処理を行わない場合に比べて向上している。ウェット性能はほぼ同じであり、親水化処理時間による有意差は無かったが、ドライ性能は、親水化処理時間が長いほど、セル電位差が大きい、すなわち、発電性能がよい結果となった。なお、触媒層１２２（図２）は、直接電解質膜１２１に形成した方が、ドライ条件での性能が良い結果となった。また、白金担持カーボン１２２ｃｐの段階で親水化処理を行うと、ドライ条件では、発電性能が向上したが、ウェット条件では、逆に発電性能が低下した。これは、図１１で説明したとおり、上述したとおり、白金担持カーボン１２２ｃｐのカルボキシル基の近傍に水１２２ｗが溜まり、この水１２２ｗが、酸素や水素の透過を阻害し発電効率が低下しているためと思われる。
【００３９】
図１３は、実施例１と比較例２のＩＶ性能を示す説明図である。発電条件は、燃料電池セル１１０の温度を８０℃、相対湿度を２８％とした。実施例１は、比較例２に比べて、どの電流密度においても、発電性能が高く、低負荷、高負荷の広範囲で性能向上が確認された。
【００４０】
以上、本実施形態によれば、親水化工程を、膜電極接合体１２０を形成してから行う。すなわち、白金担持カーボン１２２ｃｐの状態で親水化すると、白金担持カーボン１２２ｃｐの一部が親水化し、アイオノマー１２２ｉｏで白金担持カーボン１２２ｃｐの全体をほぼ覆うことが出来ないが、本実施形態によれば、白金担持カーボン１２２ｃｐが疎水性のまま、アイオノマー１２２ｉｏでほぼ覆うことが出来る。そのため、白金担持カーボン１２２ｃｐまわりのアイオノマー１２２ｉｏで覆うことが出来なかった部分への水１２２ｗの溜まりによる酸素や水素の移動の阻害を、抑制できるので、特にウェット状態で、発電効率を向上させることができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、親水化工程をプラズマエッチングではなく、無機酸あるいは過酸化水素により行うので、プラズマエッチングにより、スルホン酸基（−ＳＯ3Ｈ）が外れることがなく、高負荷領域においても十分なプロトン伝導性を維持でき、発電効率の低下を抑制できる。
【００４２】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００４３】
１０…燃料電池
１００…燃料電池スタック
１１０…燃料電池セル
１２０…膜電極接合体
１２１…電解質膜
１２２…触媒層
１２２ｃ…カーボン粒子
１２２ｉｎｋ…触媒インク
１２２ｃａｒ…カルボキシル基
１２２ｈ…細孔
１２２ｗ…水
１２２ｃｐ…白金担持カーボン
１２２ｉｏ…アイオノマー
１２２ｐｔ…白金
１２３…触媒層
１３２…ガス拡散層
１４２…多孔体ガス流路
１５２…セパレータプレート
１５３…セパレータプレート
１５５…冷却水流路
１６０…シールガスケット
２００…集電板
２１０、２１１…絶縁板
２２０、２２１…押圧プレート
２３０、２３１…エンドプレート
２４０…テンションロッド
２５０…ナット
２６０…押圧バネ
３１０…攪拌子
３２０…超音波ホモジナイザー
３３０…ダイコーター
３４０…温風乾燥機
３５０…皿
３５５…硝酸
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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