(57)【要約】【課題】膜電極接合体（ＭＥＡ）の電極に含まれる触媒のアイオノマ被覆率を正確に測定することが可能な電極触媒評価装置及び電極触媒評価方法を提供すること。【解決手段】カソードに含まれる触媒の表面にＣＯを吸着させた後、カソードをプロトン伝導性溶媒又はその蒸気で満たし、この状態でサイクリックボルタモグラム（Ａ）を測定する。次に、カソードに含まれる触媒の表面にＣＯを吸着させた後、カソードを非プロトン伝導性溶媒で満たし、この状態で、サイクリックボルタモグラム（Ｂ）を測定する。得られたサイクリックボルタモグラム（Ａ）及びサイクリックボルタモグラム（Ｂ）から、触媒に対するアイオノマ被覆率を算出する。【選択図】図１
2017157470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を備えた電極触媒評価装置。
（１）前記電極触媒評価装置は、
膜電極接合体を保持するＭＥＡ保持部と、
前記膜電極接合体のアノード流路にアノードガスを供給するアノードガス供給手段と、
前記膜電極接合体のカソード流路にカソードガスを供給するカソードガス供給手段と、
前記カソード流路に溶媒又はその蒸気を供給する溶媒供給手段と、
前記膜電極接合体のサイクリックボルタモグラムを測定するＣＶ測定手段と
を備えている。
（２）前記アノードガス供給手段は、前記アノードガスとして、燃料ガス又は不活性ガス（Ａ）を切り替えて供給するアノードガス切替手段を備えている。
（３）前記カソードガス供給手段は、前記カソードガスとして、ＣＯを含むガス又は不活性ガス（Ｂ）を切り替えて供給するカソードガス切替手段を備えている。
（４）前記溶媒供給手段は、前記溶媒又はその蒸気として、プロトン伝導性溶媒若しくはその蒸気、又は非プロトン伝導性溶媒を切り替えて供給する溶媒切替手段を備えている。
【請求項２】
前記カソードガス切替手段は、前記カソードガスとして、前記ＣＯを含むガス、前記不活性ガス（Ｂ）、又は酸化剤ガスのいずれかを切り替えて供給するものからなる請求項１に記載の電極触媒評価装置。
【請求項３】
前記溶媒供給手段は、前記プロトン伝導性溶媒の蒸気を前記カソード流路に供給するものからなる請求項１又は２に記載の電極触媒評価装置。
【請求項４】
前記プロトン伝導性溶媒は、水であり、
前記非プロトン伝導性溶媒は、フッ素系溶媒である
請求項１から３までのいずれか１項に記載の電極触媒評価装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の電極触媒評価装置を用いて、
（ａ）前記カソード流路に前記ＣＯを含むガスを供給し、カソードに含まれる触媒の表面にＣＯを吸着させる第１ＣＯ吸着工程と、
（ｂ）前記カソード流路に前記プロトン伝導性溶媒又はその蒸気を供給し、前記カソードを前記プロトン伝導性溶媒又はその蒸気で満たす第１溶媒充填工程と、
（ｃ）前記カソードが前記プロトン伝導性溶媒又はその蒸気で満たされた状態で、前記アノード流路に前記燃料ガスを供給し、サイクリックボルタモグラム（Ａ）を測定する第１ＣＶ工程と、
（ｄ）前記カソードを乾燥させる乾燥工程と、
（ｅ）前記カソード流路に前記ＣＯを含むガスを供給し、前記カソードに含まれる前記触媒の表面にＣＯを吸着させる第２ＣＯ吸着工程と、
（ｆ）前記カソード流路に前記非プロトン伝導性媒を供給し、前記カソードを前記非プロトン伝導性溶媒で満たす第２溶媒充填工程と、
（ｇ）前記カソードが前記非プロトン伝導性溶媒で満たされた状態で、前記アノード流路に前記燃料ガスを供給し、サイクリックボルタモグラム（Ｂ）を測定する第２ＣＶ工程と、
（ｈ）前記サイクリックボルタモグラム（Ａ）及び前記サイクリックボルタモグラム（Ｂ）から、前記触媒に対するアイオノマ被覆率を算出する算出工程と
を備えた電極触媒評価方法。
【請求項６】
先に（ｅ）前記第２ＣＯ吸着工程、（ｆ）前記第２溶媒充填工程、及び（ｇ）前記第２ＣＶ工程を行い、
次いで、（ｄ）前記乾燥工程を行い、
さらに、（ａ）前記第１ＣＯ吸着工程、（ｂ）前記第１溶媒充填工程、及び（ｃ）前記第１ＣＶ工程を行う
請求項５に記載の電極触媒評価方法。
【請求項７】
前記（ａ）〜（ｈ）の各工程を行う前に、前記膜電極接合体の慣らし運転を行う慣らし運転工程をさらに備えた請求項５又は６に記載の電極触媒評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極触媒評価装置及び電極触媒評価方法に関し、さらに詳しくは、膜電極接合体（ＭＥＡ）の電極に含まれる触媒のアイオノマ被覆率を正確に測定することが可能な電極触媒評価装置、及びこれを用いた電極触媒評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池の電極に用いるアイオノマは、Ｐｔ等からなる触媒へのプロトンパスとしての役割を担っている。しかし、カソードにおいて、アイオノマは、触媒表面への酸素供給の障害となる。また、アイオノマ内のスルホン酸基が触媒を被毒し、酸素還元活性を低下させるという問題がある。この問題の解決方法の１つとして、触媒に対するアイオノマ被覆率を下げ、酸素供給性を改善するとともに、スルホン酸基による被毒を抑制することが考えられる。
【０００３】
アイオノマ被覆率を下げるアイデアとして、細孔内へ触媒粒子は入るが、アイオノマは入らないことが期待できるメソ孔を有する触媒担体を用いる方法が提案されている。実際にメソ孔を有するカーボン担体を用いた場合、高い面積活性を示すことがわかっている。しかし、その原因が、ねらい通り触媒に対するアイオノマ被覆率が下がったことにあるかどうか確認されていない。
【０００４】
触媒層に対するアイオノマ被覆率の評価手法として、不活性なフッ素系溶媒で触媒層を満たした状態の電気二重層（アイオノマで被覆されたＰｔの有効表面積に対応）と、水で満たした状態のそれ（Ｐｔの全表面積に対応）との比から、アイオノマ被覆率を評価する手法が報告されている（特許文献１、非特許文献１）。この手法は、カソードをフッ素系溶媒で満たした場合、アイオノマで被覆されていない領域、及び、アイオノマで被覆されていてもアイオノマが連続して繋がっていない領域には、プロトンが伝導できないため、その領域にあるＰｔは電気化学的に不活性になる、という原理に基づいている。しかし、この手法では、カーボンとＰｔとの合計の被覆率は求められるが、それがＰｔの被覆率に等しいとは限らない。そのため、よりＰｔに特化した被覆率の評価手法が必要である。
【０００５】
一方、Ｐｔに対するアイオノマ被覆率の評価方法として、アイオノマ被覆領域のＰｔの二重層容量と、全領域のＰｔの二重層容量とを評価し、それらの比をＰｔに対するアイオノマ被覆率とする方法が報告されている（非特許文献２）。この方法では、ＣＯでＰｔを被覆した状態と被覆していない状態とのそれぞれについて、高湿と低湿とで二重層容量を測定し、アイオノマ被覆領域のＰｔの二重層容量と、全領域の二重層容量とを求める。ＣＯでＰｔを被覆していない状態と、被覆している状態との二重層容量の差から、Ｐｔのみの二重層容量が求められる。また、高湿と低湿との二重層容量から、全領域とアイオノマ被覆領域との二重層容量を求められる。
【０００６】
しかし、この方法の問題点は、アイオノマ被覆領域の単位面積あたりの二重層容量と、非被覆領域のそれとを等しいとしている点である。アイオノマ被覆領域のイオン濃度は、測定時に水で覆われている非被覆領域のそれより高く、両者で単位面積あたりの二重層容量に違いがあると考えられる。そのため、従来の方法では、アイオノマ被覆率を高い精度で求めることはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１７１１１９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】K. Ikeda et al., ESC trans., 33(1), 1189(2010)
【非特許文献２】H. Iden et al., J. Electroanal. Chem., 693, 34(2013)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、膜電極接合体（ＭＥＡ）の電極に含まれる触媒のアイオノマ被覆率を正確に測定することが可能な電極触媒評価装置、及びこれを用いた電極触媒評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る電極触媒評価装置は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記電極触媒評価装置は、
膜電極接合体を保持するＭＥＡ保持部と、
前記膜電極接合体のアノード流路にアノードガスを供給するアノードガス供給手段と、
前記膜電極接合体のカソード流路にカソードガスを供給するカソードガス供給手段と、
前記カソード流路に溶媒又はその蒸気を供給する溶媒供給手段と、
前記膜電極接合体のサイクリックボルタモグラムを測定するＣＶ測定手段と
を備えている。
（２）前記アノードガス供給手段は、前記アノードガスとして、燃料ガス又は不活性ガス（Ａ）を切り替えて供給するアノードガス切替手段を備えている。
（３）前記カソードガス供給手段は、前記カソードガスとして、ＣＯを含むガス又は不活性ガス（Ｂ）を切り替えて供給するカソードガス切替手段を備えている。
（４）前記溶媒供給手段は、前記溶媒又はその蒸気として、プロトン伝導性溶媒若しくはその蒸気、又は非プロトン伝導性溶媒を切り替えて供給する溶媒切替手段を備えている。
【００１１】
また、本発明に係る電極触媒評価方法は、本発明に係る電極触媒評価装置を用いて、
（ａ）前記カソード流路に前記ＣＯを含むガスを供給し、カソードに含まれる触媒の表面にＣＯを吸着させる第１ＣＯ吸着工程と、
（ｂ）前記カソード流路に前記プロトン伝導性溶媒又はその蒸気を供給し、前記カソードを前記プロトン伝導性溶媒又はその蒸気で満たす第１溶媒充填工程と、
（ｃ）前記カソードが前記プロトン伝導性溶媒又はその蒸気で満たされた状態で、前記アノード流路に前記燃料ガスを供給し、サイクリックボルタモグラム（Ａ）を測定する第１ＣＶ工程と、
（ｄ）前記カソードを乾燥させる乾燥工程と、
（ｅ）前記カソード流路に前記ＣＯを含むガスを供給し、前記カソードに含まれる前記触媒の表面にＣＯを吸着させる第２ＣＯ吸着工程と、
（ｆ）前記カソードに前記非プロトン伝導性媒を供給し、前記カソードを前記非プロトン伝導性溶媒で満たす第２溶媒充填工程と、
（ｇ）前記カソードが前記非プロトン伝導性溶媒で満たされた状態で、前記アノード流路に前記燃料ガスを供給し、サイクリックボルタモグラム（Ｂ）を測定する第２ＣＶ工程と、
（ｈ）前記サイクリックボルタモグラム（Ａ）及び前記サイクリックボルタモグラム（Ｂ）から、前記触媒に対するアイオノマ被覆率を算出する算出工程と
を備えていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
ＣＯは、Ｐｔなどの触媒金属原子に１対１の割合で吸着し、１個あたり２電子でＣＯ2に酸化される。そのため、カソードの触媒表面にＣＯを吸着させ、カソードをプロトン伝導性溶媒で満たした状態でサイクリックボルタモグラム（Ａ）の測定（ＣＯ ストリッピングボルタンメトリー）を行うと、全領域における触媒金属原子の表面原子数を正確に測定することができる。
一方、カソードの触媒表面にＣＯを吸着させ、カソードを非プロトン伝導性溶媒で満たした状態でサイクリックボルタモグラム（Ｂ）の測定を行うと、アイオノマで被覆されている領域における触媒金属原子の表面原子数を正確に測定することができる。
触媒に対するアイオノマ被覆率は、全領域における触媒金属原子の表面原子数に対するアイオノマで被覆されている領域における触媒金属原子の表面原子数の比として求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電極触媒評価装置の模式図である。
【図２】ＣＯストリッピングボルタンメトリーを用いてＰｔの電気化学有効表面積（ＥＣＡ）を求める方法を説明するための模式図である。
【図３】カソード流路を水で満たした場合のＣＯストリッピングボルタモグラム（ＣＯＳＶ）及びＣＯストリッピング後のサイクリックボルタモグラム（ＣＶ）である。
【図４】カソード流路をフッ素系溶媒で満たした場合のＣＯストリッピングボルタモグラム（ＣＯＳＶ）及びＣＯストリッピング後のサイクリックボルタモグラム（ＣＶ）である。
【００１４】
【図５】カソード流路を水又はフッ素系溶媒で満たした場合の電気化学有効表面積（ＥＣＡ）である。
【図６】ＭＥＡ（１）のプレピーク、メインピーク、及び１．０Ｖ保持中に由来する電気化学有効表面積（ＥＣＡ）である。
【図７】ＭＥＡ（２）のプレピーク、メインピーク、及び１．０Ｖ保持中に由来する電気化学有効表面積（ＥＣＡ）である。
【００１５】
【図８】Ｐｔに対するアイオノマ被覆率（全ＥＣＡを用いた場合）である。
【図９】Ｐｔに対するアイオノマ被覆率（メインピークに由来するＥＣＡを用いた場合）である。
【図１０】Ｐｔに対するアイオノマ被覆率（メインピークと１．０Ｖ保持中との和に由来するＥＣＡを用いた場合）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  電極触媒評価装置］
図１に、本発明の一実施の形態に係る電極触媒評価装置の模式図を示す。図１において、電極触媒評価装置１０は、
膜電極接合体（ＭＥＡ）（図示せず）を保持するＭＥＡ保持部２０と、
ＭＥＡのアノード流路にアノードガスを供給するアノードガス供給手段４０と、
ＭＥＡのカソード流路にカソードガスを供給するカソードガス供給手段６０と、
カソード流路に溶媒又はその蒸気を供給する溶媒供給手段８０と、
ＭＥＡのサイクリックボルタモグラムを測定するＣＶ測定手段（図示せず）と
を備えている。
なお、図１（Ａ）は、ＭＥＡ保持部２０のアノード側の模式図である。また、図１（Ｂ）は、ＭＥＡ保持部２０のカソード側の模式図である。
【００１７】
［１．１．  ＭＥＡ保持部］
ＭＥＡは、一般に、電解質膜の両面に電極（触媒層、拡散層）が接合されたものからなる。ＭＥＡの両面には、さらにガス流路（アノード流路、カソード流路）を備えた集電体（セパレータ）が配置される。触媒層は、触媒又は触媒を担持した担体と、アイオノマとの複合体からなる。触媒の表面の全部又は一部は、アイオノマで覆われている。
ＭＥＡ保持部２０は、このようなＭＥＡ（図示せず）を保持するためのものである。ＭＥＡ保持部２０の内部構造は、ＭＥＡを確実に保持でき、かつ、ガス及び溶媒の供給が可能な限りにおいて、特に限定されない。
【００１８】
図１（Ａ）に示す例において、ＭＥＡのアノード流路（図示せず）の入口側は、ＭＥＡ保持部２０のアノード側エンドプレート２０ａに設けられたガス供給口２２に接続されている。ガス供給口２２は、さらにアノードガス供給手段４０に接続されている。
ＭＥＡのアノード流路の出口側は、アノード側エンドプレート２０ａに設けられたガス排出口２４に接続されている。ガス排出口２４は、さらに排気ダクト２６に接続されている。
【００１９】
同様に、図１（Ｂ）に示す例において、ＭＥＡのカソード流路（図示せず）の入口側は、ＭＥＡ保持部２０のカソード側エンドプレート２０ｂに設けられたガス供給口２８に接続されている。ガス供給口２８は、さらに切替バルブ３０を介して、カソードガス供給手段６０及び溶媒供給手段８０に接続されている。切替バルブ３０は、カソードガス又は溶媒のいずれか一方をカソード流路に供給するためのものである。
ＭＥＡのカソード流路の出口側は、カソード側エンドプレート２０ｂに設けられたガス排出口３２に接続されている。ガス排出口３２は、さらに切替バルブ３４を介して、排気ダクト３６及び廃液タンク３８に接続されている。切替バルブ３４は、カソード流路から排出されるガス又は溶媒を、それぞれ、排気ダクト３６又は廃液タンク３８に排出するためのものである。
【００２０】
［１．２．  アノードガス供給手段］
アノードガス供給手段４０は、ＭＥＡのアノード流路にアノードガスを供給するためのものである。アノードガス供給手段４０は、アノードガスとして、燃料ガス又は不活性ガス（Ａ）を切り替えて供給するアノードガス切替手段を備えている。アノードガス供給手段４０の構造は、上述した機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。
【００２１】
燃料ガス及び不活性ガス（Ａ）の種類は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適なものを選択することができる。
燃料ガスとしては、例えば、Ｈ2ガス、Ｈ2とＮ2の混合ガス、Ｈ2とＡｒの混合ガスなどがある。
不活性ガス（Ａ）としては、例えば、Ｎ2ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなどがある。
【００２２】
図１（Ａ）に示す例において、第１ボンベ４２には、燃料ガス（例えば、純Ｈ2ガス）が充填されている。第２ボンベ４４には、不活性ガス（Ａ）（例えば、純Ｎ2ガス）が充填されている。第１ボンベ４２及び第２ボンベ４４は、それぞれ、切替バルブ４６に接続されている。切替バルブ４６は、燃料ガス又は不活性ガス（Ａ）のいずれか一方をガス供給口２２に供給するためのもの（アノードガス切替手段）である。
なお、例えば、第１ボンベ４２に純Ｈ2ガスを充填し、第２ボンベ４４に純Ｎ2ガスを充填する場合において、燃料ガスとしてＨ2とＮ2の混合ガスを用いる時には、切替バルブ４６を介して、純Ｈ2ガスと純Ｎ2ガスとを所定の比率でガス供給口２２に供給する。
【００２３】
切替バルブ４６とガス供給口２２との間には、さらに切替バルブ４８が設けられている。切替バルブ４８の一方の出口はガス供給口２２に接続され、他方の出口は加湿器５０に接続されている。さらに、加湿器５０の出口は、ガス供給口２２に接続されている。切替バルブ４８は、燃料ガス又は不活性ガス（Ａ）を加湿する必要がある場合に、燃料ガス又は不活性ガス（Ａ）を加湿器５０に導入するためのものである。
【００２４】
［１．３．  カソードガス供給手段］
カソードガス供給手段６０は、ＭＥＡのカソード流路にカソードガスを供給するためのものである。カソードガス供給手段６０は、カソードガスとして、ＣＯを含むガス又は不活性ガス（Ｂ）を切り替えて供給するカソードガス切替手段を備えている。カソードガス切替手段は、カソードガスとして、ＣＯを含むガス、不活性ガス（Ｂ）、及び酸化剤ガスのいずれかを切り替えて供給するものでも良い。カソードガス供給手段６０の構造は、上述した機能を奏する限りにおいて、特に限定されない。
【００２５】
ＣＯを含むガス、不活性ガス（Ｂ）及び酸化剤ガスの種類は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適なものを選択することができる。
ＣＯを含むガスとしては、例えば、ＣＯガス、ＣＯとＮ2の混合ガス、ＣＯとＡｒの混合ガス、ＣＯとＨｅの混合ガスなどがある。
不活性ガス（Ｂ）としては、例えば、Ｎ2ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなどがある。
酸化剤ガスとしては、例えば、Ｏ2ガス、空気などがある。
【００２６】
図１（Ｂ）に示す例において、第３ボンベ６２には、ＣＯを含むガス（例えば、純ＣＯガス）が充填されている。第４ボンベ６４には、不活性ガス（Ｂ）（例えば、純Ｎ2ガス）が充填されている。第３ボンベ６２及び第４ボンベ６４は、それぞれ、切替バルブ６６に接続されている。切替バルブ６６は、ＣＯガス又は不活性ガス（Ｂ）のいずれか一方をガス供給口２８に供給するためのもの（カソードガス切替手段）である。
なお、例えば、第３ボンベ６２に純ＣＯガスを充填し、第４ボンベ６４に純Ｎ2ガスを充填する場合において、ＣＯを含むガスとしてＣＯとＮ2の混合ガスを用いる時には、切替バルブ６６を介して、純ＣＯガスと純Ｎ2ガスとを所定の比率でガス供給口２８に供給する。
【００２７】
切替バルブ６６と切替バルブ３０との間には、さらに切替バルブ６８が設けられている。切替バルブ６８の一方の出口は切替バルブ３０に接続され、他方の出口は加湿器７０に接続されている。さらに、加湿器７０の出口は、切替バルブ３０に接続されている。切替バルブ６８は、ＣＯガス又は不活性ガス（Ｂ）を加湿する必要がある場合に、ＣＯガス又は不活性ガス（Ｂ）を加湿器７０に導入するためのものである。
【００２８】
なお、図示はしないが、カソード流路に酸化剤ガスを流す必要がある場合（すなわち、後述する慣らし運転を行う必要がある場合）には、切替バルブ６６には、さらに酸化剤ガス供給源が接続される。
【００２９】
［１．４．  溶媒供給手段］
溶媒供給手段８０は、カソード流路に溶媒又はその蒸気を供給するためのものである。溶媒供給手段８０は、溶媒又はその蒸気として、プロトン伝導性溶媒若しくはその蒸気、又は非プロトン伝導性溶媒を切り替えて供給する溶媒切替手段を備えている。溶媒供給手段８０の構造は、上述した機能を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。
【００３０】
溶媒供給手段８０は、液体状態の溶媒をカソード流路に供給するものでも良く、あるいは、溶媒の蒸気（溶媒の蒸気とキャリアガスとの混合蒸気を含む。以下、同じ。）をカソード流路に供給するものでも良い。
液体状態の溶媒をカソード流路に供給する場合、溶存酸素を取り除くために、予め溶媒を不活性ガス（Ｂ）で飽和させるのが好ましい。
【００３１】
拡散層及び触媒層は、細孔径が小さく、かつ、撥水性も高い。そのため、特に、プロトン伝導性溶媒の場合、液体状態の溶媒を触媒表面に供給するのが難しい場合がある。このような場合には、プロトン伝導性溶媒の蒸気をカソード流路に供給するのが好ましい。カソード流路にプロトン伝導性溶媒の蒸気が供給されると、カソード流路から拡散層を通って、触媒表面にプロトン伝導性溶媒の蒸気を供給することが可能となる。
【００３２】
プロトン伝導性溶媒及び非プロトン伝導性溶媒の種類は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適なものを選択することができる。
プロトン伝導性溶媒としては、例えば、水、過塩素酸、硫酸などがある。
非プロトン伝導性溶媒としては、例えば、フッ素系溶媒、ベンゼン、トルエンなどがある。
これらの中でも、プロトン伝導性溶媒は、水が好ましい。また、非プロトン伝導性溶媒は、フッ素系溶媒が好ましい。水は安価であり、フッ素系溶媒はＰｔに対して不溶性であるので、溶媒として特に好適である。
【００３３】
図１（Ｂ）に示す例において、第１タンク８２には、非プロトン伝導性溶媒（例えば、フッ素系溶媒）が充填されている。第２タンク８４には、プロトン伝導性溶媒（例えば、水）が充填されている。第１タンク８２及びタンク８４は、それぞれ、切替バルブ８６に接続されている。切替バルブ８６は、非プロトン伝導性溶媒又はプロトン伝導性溶媒のいずれか一方をガス供給口２８に供給するためのもの（溶媒切替手段）である。切替バルブ８６の出口側は、さらに切替バルブ３０に接続されている。
【００３４】
第５ボンベ８８には、不活性ガス（Ｃ）（例えば、Ｎ2ガス）が充填されている。第５ボンベ８８は、切替バルブ９０を介して、第１タンク８２及び第２タンク８４に接続されている。第５ボンベ８８は、第１タンク８２内の非プロトン伝導性溶媒、又は第２タンク８４内のプロトン伝導性溶媒に不活性ガス（Ｃ）を供給（バブリング）することにより、溶媒中の溶存酸素を取り除くために用いられる。
不活性ガス（Ｃ）の種類は、ＣＶ測定に支障がない限りにおいて、特に限定されない。
不活性ガス（Ｃ）としては、例えば、Ｎ2ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなどがある。
【００３５】
［１．５．  ＣＶ供給手段］
ＣＶ測定手段（図示せず）は、ＭＥＡのサイクリックボルタモグラム（ＣＶ）を測定するためのものである。ＣＶは、カソード流路及びアノード流路に、それぞれ、所定の組成のガスを流しながら、電極電圧を直線的に掃引し、応答電流を測定する手法である。ＣＶ測定手段は、このようなＣＶを測定可能なものであれば良く、特に限定されない。通常、ＣＶ測定手段は、ポテンショスタット、関数発生器などにより構成される。
【００３６】
［２．  電極触媒評価方法］
本発明に係る電極触媒評価方法は、本発明に係る電極触媒評価装置を用いて、
（ａ）前記カソード流路に前記ＣＯを含むガスを供給し、カソードに含まれる触媒の表面にＣＯを吸着させる第１ＣＯ吸着工程と、
（ｂ）前記カソード流路に前記プロトン伝導性溶媒又はその蒸気を供給し、前記カソードを前記プロトン伝導性溶媒又はその蒸気で満たす第１溶媒充填工程と、
（ｃ）前記カソードが前記プロトン伝導性溶媒又はその蒸気で満たされた状態で、前記アノード流路に前記燃料ガスを供給し、サイクリックボルタモグラム（Ａ）を測定する第１ＣＶ工程と、
（ｄ）前記カソードを乾燥させる乾燥工程と、
（ｅ）前記カソード流路に前記ＣＯを含むガスを供給し、前記カソードに含まれる前記触媒の表面にＣＯを吸着させる第２ＣＯ吸着工程と、
（ｆ）前記カソード流路に前記非プロトン伝導性媒を供給し、前記カソードを前記非プロトン伝導性溶媒で満たす第２溶媒充填工程と、
（ｇ）前記カソードが前記非プロトン伝導性溶媒で満たされた状態で、前記アノード流路に前記燃料ガスを供給し、サイクリックボルタモグラム（Ｂ）を測定する第２ＣＶ工程と、
（ｈ）前記サイクリックボルタモグラム（Ａ）及び前記サイクリックボルタモグラム（Ｂ）から、前記触媒に対するアイオノマ被覆率を算出する算出工程と
を備えている。
【００３７】
プロトン伝導性溶媒共存下におけるＣＶ測定（工程（ａ）〜（ｃ））と、非プロトン伝導性溶媒共存下におけるＣＶ測定（工程（ｅ）〜（（ｇ））の順序は、特に問わない。
すなわち、先に非プロトン伝導性溶媒共存下におけるＣＶ測定（工程（ｅ）〜（ｇ））を行い、次いで工程（ｄ）（乾燥工程）を行い、さらにプロトン伝導性溶媒共存下におけるＣＶ測定（工程（ａ）〜（ｃ））を行っても良い。
【００３８】
［２．１．  プロトン伝導性溶媒共存下におけるＣＶ測定］
［２．１．１．  第１ＣＯ吸着工程］
まず、カソード流路にＣＯを含むガスを供給し、カソードに含まれる触媒の表面にＣＯを吸着させる（第１ＣＯ吸着工程）。
【００３９】
［Ａ．  評価対象：触媒］
本発明に係る方法は、ＣＯを吸着する元素（例えば、貴金属元素）を含むあらゆる触媒に対して適用することができる。本発明が適用可能な触媒としては、例えば、Ｐｔ触媒、Ｐｄ触媒、Ｒｕ触媒、Ｒｈ触媒、Ｉｒ触媒などがある。
【００４０】
［Ｂ．  ＣＯを含むガス］
ＣＯを含むガスは、ＣＯのみからなるガスでも良く、あるいは、ＣＯガスと不活性ガス（Ｂ）との混合ガスでも良い。混合ガス中のＣＯガス濃度は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な濃度を選択することができる。
図１に示す電極触媒評価装置１０の場合、ＣＯ濃度を調整する方法としては、
（ａ）予め第３ボンベ６２に所定のＣＯ濃度を持つガスを充填する方法、
（ｂ）第３ボンベ６２から供給される純ＣＯガスの流量と、第４ボンベ６４から供給される不活性ガス（Ｂ）の流量を制御することにより、ガス中のＣＯ濃度を制御する方法
などがある。
【００４１】
［Ｃ．  吸着条件］
アイオノマ被覆率を正確に測定するためには、触媒の表面にＣＯを１層だけ吸着させる必要がある。具体的には、ＣＯを含むガスをカソード流路に供給し、触媒表面にＣＯを十分に吸着させる。次いで、不活性ガス（Ｂ）でカソード流路をパージし、余分なＣＯを除去する。
ＣＯを含むガスの供給時間は、触媒表面にＣＯが十分に吸着する時間であればよい。ＣＯ吸着を確実に行うためには、供給時間は、２０分以上が好ましい。一方、供給時間を必要以上に長くしても実益がない。従って、供給時間は、３０分以下が好ましい。
また、不活性ガス（Ｂ）によるパージ時間は、余分なＣＯが十分に除去される時間であれば良い。ＣＯ除去を確実に行うためには、パージ時間は、１分以上が好ましい。一方、パージ時間を必要以上に長くしても実益がない。従って、パージ時間は、５分以下が好ましい。
【００４２】
［２．１．２．  第１溶媒充填工程］
次に、カソード流路にプロトン伝導性溶媒又はその蒸気を供給し、カソードをプロトン伝導性溶媒又はその蒸気で満たす（第１溶媒充填工程）。
上述したように、プロトン伝導性溶媒は、液体状態でカソード流路に供給しても良く、あるいは、溶媒の蒸気又は混合蒸気の状態でカソード流路に供給しても良い。
【００４３】
ここで、「カソードがプロトン伝導性溶媒の蒸気で満たされている」とは、カソード流路内（並びに、拡散層の細孔内及び触媒層の細孔内）におけるプロトン伝導性溶媒の蒸気圧が飽和蒸気圧の８０％以上であること（高加湿条件）をいう。
また、「カソードがプロトン伝導性溶媒で満たされている」とは、触媒表面がプロトン伝導性溶媒で完全に濡れていること又は触媒表面が高加湿条件にあることをいい、必ずしもカソード流路、拡散層内の細孔、及び触媒層内の細孔がプロトン伝導性溶媒で閉塞していることを意味しない。
【００４４】
［２．１．３．  第１ＣＶ工程］
次に、カソードがプロトン伝導性溶媒又はその蒸気で満たされた状態で、アノード流路に燃料ガスを供給し、サイクリックボルタモグラム（Ａ）を測定する（第１ＣＶ工程）。
【００４５】
ＣＶを測定する際の燃料ガスの組成は、ＣＶの測定精度に影響を与える。一般に、燃料ガス中の水素濃度が低すぎると、特に高加湿条件において、参照極として電位を制御できない場合がある。従って、燃料ガス中の水素濃度は、６％以上が好ましい。水素濃度は、さらに好ましくは、８％以上である。
一方、水素濃度が高すぎると、クロスオーバー水素の影響で測定の精度が低くなる。従って、燃料ガス中の水素濃度は、１４％以下が好ましい。水素濃度は、さらに好ましくは、１２％以下である。
【００４６】
触媒表面にＣＯを吸着させた状態で１サイクル目の電圧掃引を行うと、触媒表面のＣＯが酸化脱離する際の電流値が得られる（ＣＯストリッピングボルタンメトリー）。次いで、２サイクル目の電圧掃引を行うと、触媒表面にＣＯが吸着していない状態での電流値が得られる（サイクリックボルタンメトリー）。両者の差から、触媒表面に吸着したＣＯの酸化脱離に要する電気量を求めることができる。
【００４７】
後述するように、カソードの触媒表面においてＣＯの酸化脱離反応が起こると、反応生成物としてプロトンが発生する。この反応を継続させるためには、生成したプロトンを触媒表面から除去する必要がある。カソード流路がプロトン伝導性溶媒で満たされている場合、生成したプロトンは、アイオノマだけでなく、プロトン伝導性溶媒を介して除去される。そのため、この時の電気量は、カソード側にある触媒の全表面積にほぼ対応した値となる。
【００４８】
［２．２．  乾燥］
プロトン伝導性溶媒共存下におけるＣＶ測定が終了した後、カソードを乾燥させる（乾燥工程）。
乾燥方法は、特に限定されるものではなく、種々の方法を用いることができる。例えば、図１に示す電極触媒評価装置１０の場合、第２ボンベ４４を用いてアノード流路に不活性ガス（Ａ）を供給し、かつ、第４ボンベ６４を用いてカソード流路に不活性ガス（Ｂ）を供給することにより、カソードを乾燥させることができる。この時、ＭＥＡを適切な温度まで加熱すると、乾燥を促進させることができる。
【００４９】
［２．３．  非プロトン伝導性溶媒共存下におけるＣＶ測定］
［２．３．１．  第２ＣＯ吸着工程］
次に、カソード流路にＣＯを含むガスを供給し、カソードに含まれる触媒の表面にＣＯを吸着させる（第２ＣＯ吸着工程）。第２ＣＯ吸着工程は、第１ＣＯ吸着工程と同様であるので説明を省略する。
【００５０】
［２．３．２．  第２溶媒充填工程］
次に、カソード流路に非プロトン伝導性媒を供給し、カソードを非プロトン伝導性溶媒で満たす（第２溶媒充填工程）。
【００５１】
ここで、「カソードが非プロトン伝導性溶媒で満たされている」とは、触媒表面が非プロトン伝導性溶媒で完全に濡れていることをいい、カソード流路、拡散層内の細孔、及び触媒層内の細孔が非プロトン伝導性溶媒で閉塞していることを意味しない。
第２溶媒充填工程に関するその他の点については、第１溶媒充填工程と同様であるので説明を省略する。
【００５２】
［２．３．３．  第２ＣＶ工程］
次に、カソードが非プロトン伝導性溶媒で満たされた状態で、アノード流路に燃料ガスを供給し、サイクリックボルタモグラム（Ｂ）を測定する（第２ＣＶ工程）。
カソードが非プロトン伝導性溶媒で満たされている場合、触媒表面において生成したプロトンは、アイオノマのみを介して除去される。すなわち、アイオノマで被覆されていない触媒表面においては、ＣＯの酸化脱離反応はほとんど進行しない。そのため、この時の電気量は、アイオノマで被覆された触媒の表面積にほぼ対応した値となる。第２ＣＶ工程のその他の点については、第１ＣＶ工程と同様であるので説明を省略する。
【００５３】
［２．４．  アイオノマ被覆率の算出］
次に、サイクリックボルタモグラム（Ａ）及びサイクリックボルタモグラム（Ｂ）から、触媒に対するアイオノマ被覆率を算出する（算出工程）。
例えば、Ｐｔの電気化学有効表面積（Electrochemical Active Surface Area: ＥＣＡ）は、次の式（１）から求めることができる。
ＥＣＡ[ｃｍ2・ｃｍ-2]＝ＱCO oxi.／(ＱCO/Pt×Ｓelectrode)      ・・・（１）
但し、
ＱCO oxi.は、ＣＯの酸化脱離の電気量［Ｃ］、
ＱCO/Ptは、Ｐｔ表面積あたりのＣＯ吸着容量（４２０×１０-6[Ｃｃｍ-2］、多結晶Ｐｔ１原子あたりにＣＯ１分子が吸着すると仮定）、
Ｓelectrodeは、電極面積［ｃｍ2］。
【００５４】
また、アイオノマで被覆されている触媒の割合（Ｒ）は、次の式（２）から求めることができる。
Ｒ[％]＝ＥＣＡ(ｎ)×１００／ＥＣＡ(ｐ)      ・・・（２）
但し、
ＥＣＡ(ｎ)は、カソード流路を非プロトン伝導性溶媒で満たした時のＥＣＡ、
ＥＣＡ(ｐ)は、カソード流路をプロトン伝導性溶媒で満たした時のＥＣＡ。
【００５５】
［２．５．  慣らし運転］
製造直後のＭＥＡは、電解質膜の含水率不足、触媒表面への不純物吸着などにより、性能が不安定になっていることがある。このような場合には、前記（ａ）〜（ｈ）の各工程を行う前に、慣らし運転を行うのが好ましい（慣らし運転工程）。慣らし運転は、具合的には、ＭＥＡに対して非発電電圧掃引及び発電電圧掃引することにより行う。慣らし運転の条件は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な条件を選択することができる。
ここで、「非発電電圧掃引」とは、カソード流路に不活性ガス（Ｂ）を供給しながら、ＣＶ測定を行うことをいう。
また、「発電電圧掃引」とは、カソード流路に酸化剤ガスを供給し、かつ、アノード流路に燃料ガスを供給しながら、ＣＶ測定を行うことをいう。
【００５６】
［３．  作用］
図２に、ＣＯストリッピングボルタンメトリーを用いてＰｔの電気化学有効表面積（ＥＣＡ）を求める方法の模式図を示す。ＣＯは、Ｐｔなどの触媒金属原子に１対１の割合で吸着し、１個あたり２電子でＣＯ2に酸化される（図２の左図参照）。
そのため、カソードの触媒表面にＣＯを吸着させ、カソードをプロトン伝導性溶媒で満たした状態で１サイクル目のＣＶ測定を行うと、ＣＯの酸化脱離反応が生じ、図２の右図の実線（ＣＯストリップ）のような曲線が得られる。次いで、２サイクル目のＣＶ測定を行うと、図２の右図の破線（ＣＶ）のような曲線が得られる。
実線と破線の間のハッチング領域は、ＣＯの酸化脱離の電気量に相当し、この電気量はＥＣＡに比例する（式（１）参照）。また、このようにして得られたＥＣＡは、全領域における触媒金属原子の表面原子数に対応している。
【００５７】
一方、カソードの触媒表面にＣＯを吸着させ、カソードを非プロトン伝導性溶媒で満たした状態でサイクリックボルタモグラムの測定を行うと、アイオノマで被覆されている領域における触媒金属原子の表面原子数を正確に測定することができる。
触媒に対するアイオノマ被覆率は、全領域における触媒金属原子の表面原子数に対するアイオノマで被覆されている領域における触媒金属原子の表面原子数の比として求めることができる（式（２）参照）。
【００５８】
アイオノマ被覆率を測定する方法として、水素の吸着脱離の電気量を用いる方法が提案されている（特許文献１）。しかし、水素の吸着脱離の電気量を用いた場合、カソードをプロトン伝導性溶媒で満たした時の電気量が過小評価される可能性がある。特許文献１の方法では、カソードの細孔内に水を満たす必要がある。しかし、表面エネルギーの高い水を細孔内に満たすためには、特許文献１に記載されているように水圧で押し込む方法やアノード側とカソード側とで温度差を付ける方法など、煩雑な操作が必要になる。加えて、完全に水が満たされているか確認ができないため、不完全な場合、水素脱離の電気量が過小に評価される。その結果、アイオノマ被覆率が過大評価される。
これに対し、ＣＯの酸化脱離の電気量を用いると、カソードをプロトン伝導性溶媒で満たした時の電気量が過小評価されることはない。そのため、アイオノマ被覆率をより正確に求めることができる。
【実施例】
【００５９】
［１．  Ｐｔに対するアイオノマ被覆率の評価］
［１．１．  試料及び試薬］
アイオノマ被覆率に違いがある試料として、カソード触媒の担体が中実カーボンで構成されるＭＥＡ（１）と、多孔質カーボンとで構成されるＭＥＡ(２)の２種類を用いた。
表１に、ＭＥＡの詳細を示す。多孔質カーボンは細孔内にアイオノマが入りにくいため、細孔内に担持されたＰｔは、アイオノマに被覆されていない割合が大きく、平均として、中実カーボンよりアイオノマ被覆率が低くなると考えた。それぞれ、同じ仕様のＭＥＡの試料について、２個ずつ（ｎ１、ｎ２）評価した。
【００６０】
【表１】
2017157470.tif 000003
【００６１】
［１．２．  評価装置］
図１に示す電極触媒評価装置を用いて評価を行った。
【００６２】
［１．３．  評価手順］
以下の手順でＰｔに対するアイオノマ被覆率を評価した。
（１）慣らし運転
（２）カソード流路を水で満たした状態でのＣＯストリッピングボルタンメトリー（以下、「ＣＯＳＶ」ともいう）
（３）乾燥
（４）カソード流路をフッ素系溶媒で満たした状態でのＣＯＳＶ
以下、各操作の詳細を記す。
【００６３】
［１．３．１．  慣らし運転］
非発電電圧掃引と発電電圧掃引とでＭＥＡの慣らし運転を行った。条件を以下に示す。
＜セル温度・加湿条件＞
セル温度：６０℃    バブラ温度：５８℃（両極、相対湿度：９０％）
＜非発電電圧掃引：  サイクリックボルタンメトリー＞
サイクリックボルタモグラム（ＣＶ）を２５サイクル測定した。
カソードガス：Ｎ2    アノードガス：１０％Ｈ2、Ｎ2バランス
背圧：大気圧（両極）
掃引範囲：１１５〜１２００ｍＶ  掃引速度：５０ｍＶ／ｓ
＜発電電圧掃引：  サイクリックボルタンメトリー＞
サイクリックボルタモグラム（ＣＶ）を２０サイクル測定した。
カソードガス：Ａｉｒ    アノードガス：Ｈ2
背圧：大気圧（両極）
掃引範囲：０〜１０００ｍＶ    掃引速度：１０ｍＶ／ｓ
【００６４】
［１．３．２．  カソード流路を水で満たした状態でのＣＯＳＶ］
慣らし運転後、セル温度を３０℃に設定し、ファンを用いてセルを冷却した。また、加湿器と配管のヒータはＯＦＦにした。この間、アノード流路に１０％Ｈ2の湿潤ガス（Ｎ2バランス）、カソード流路にＮ2の湿潤ガス（露点３０℃以上）を流した。その後、ＣＯＳＶを行った。詳細は、以下の通りである。
【００６５】
セル温度が３０℃になってから、カソードガスをＮ2の湿潤ガスから５％ＣＯの湿潤ガス（Ｎ2バランス）に変えて２０分間流し、Ｐｔ表面にＣＯを吸着させた。５％ＣＯの湿潤ガスをＮ2の湿潤ガスに変えて２分間流し、未吸着のＣＯを除去した。
次に、３０分以上Ｎ2バブリングした水をカソード流路に注入した。すなわち、切替バルブ３０及び３４を切り替え、溶媒供給手段８０をガス供給口２８に、廃液タンク３８をガス排出口３２にそれぞれ接続した。次いで、第２タンク８４からカソード流路に水を注入した。この操作で、セルのカソード流路の入り口から出口の間が水で満たされる。拡散層が撥水性のため、触媒層内には水は浸透しないが、過加湿状態となっているため、すべてのＰｔにプロトンが届く状態となっていると思われる。
【００６６】
注入後、開回路電圧（ＯＣＶ）が１００〜１５０ｍＶに上昇したが（注入前は約５０ｍＶ）、しばらくすると、１０ｍＶ以下に低下した。ＯＣＶが安定した後、以下の条件でＣＯＳＶを測定した。
セル温度：３０℃    アノード加湿器温度：３０℃以上
カソード：Ｎ2で飽和した水    アノード：１０％Ｈ2、Ｎ2バランス
電圧制御：ＯＣＶ→０→１０００ｍＶ（２分間保持）→０→１０００ｍＶ（２分間保持）→ＯＣＶ
掃引速度：２０ｍＶ／ｓ
【００６７】
ＣＯＳＶを測定後、カソード流路に満たした水を廃液タンク３８へ排出した。すなわち、アノードガスを１０％Ｈ2の湿潤ガスからＮ2の湿潤ガスに変えた後、切替バルブ６６、６８、３０を用いて、カソード流路にＮ2の湿潤ガスを供給した。Ｎ2ガスによって、カソード流路に満たされた水が廃液タンク３８に排出された。
【００６８】
［１．３．３．  乾燥処理］
カソード側触媒層内の水を除去するため、セル温度９０℃で両極にＮ2の乾燥ガスを流し、一晩放置した。
【００６９】
［１．３．４．  カソード流路をフッ素系溶媒で満たした状態でのＣＯＳＶ］
乾燥処理後、セルの温度を３０℃に設定し、ファンを用いてセルを冷却した。その後、ＣＯＳＶを行った。詳細は、以下の通りである。
【００７０】
アノード流路に１０％Ｈ2の乾燥ガスを流し、ＯＣＶが１００ｍＶ以下になるまで待った。その後、カソードガスをＮ2の乾燥ガスから５％ＣＯの乾燥ガス（Ｎ2バランス）に変えて２０分間流し、Ｐｔ表面にＣＯを吸着させた。５％ＣＯの乾燥ガスをＮ2の乾燥ガスに変えて２分間流し、未吸着のＣＯを除去した。
次に３０分以上Ｎ2バブリングしたフッ素系溶媒をカソード流路に注入し、約２分間放置した。この操作で、セルのカソード流路の入り口から出口の間がフッ素系溶媒で満たされる。フッ素系溶媒は疎水性のため、撥水性の拡散層と親和性が高く、カソード流路を通って触媒層内に浸透し、触媒層内のすべての空孔がフッ素系溶媒で満たされた状態になると考えられる。
【００７１】
その後、アノードガスを１０％Ｈ2の湿潤ガスに変え、ＯＣＶとセル抵抗とが安定するまで待った。両者が安定した後、以下の条件でＣＯＳＶを測定した。
セル温度：３０℃    アノード加湿器温度：３０℃
カソード：Ｎ2で飽和したフッ素系溶媒    アノード：１０％Ｈ2の湿潤ガス
電圧制御：ＯＣＶ→−５０ｍＶ→１０００ｍＶ（２分間保持）→−５０ｍＶ→１０００ｍＶ（２分間保持）→ＯＣＶ
掃引速度：２０ｍＶ／ｓ
ＣＯＳＶ測定後、アノードガスをＮ2の乾燥ガスに変えた。その後、カソード流路に満たしたフッ素系溶媒を排出した。
【００７２】
［２．  結果及び考察］
［２．１．  カソード流路を水又はフッ素系溶媒で満たした場合のＣＯＳＶ］
図３に、カソード流路を水で満たした場合のＣＯＳＶ及びＣＯストリッピング後のＣＶを示す。図４に、カソード流路をフッ素系溶媒で満たした場合のＣＯＳＶ及びＣＯストリッピング後のＣＶを示す。これらの図から、カソード流路を水で満たした場合とフッ素系溶媒で満たした場合とでＣＯＳＶに以下の相違が見られる。
【００７３】
（１）カソード流路を水で満たした場合、０．４〜０．６Ｖ付近の小さいピーク（以下、プレピークと記す）と０．７〜０．８Ｖ付近の大きいピーク（以下、メインピークと記す）との２本のＣＯ酸化電流のピークが見られる。他方、フッ素系溶媒の場合、０．８Ｖ付近に１本のピークしか見られない。
（２）カソード流路を水で満たした場合、０．９Ｖ以下でＣＯ酸化の電流がほとんど流れなくなる．他方、フッ素系溶媒の場合、上限電位の１．０ＶでもＣＯ酸化の電流が流れている（１．０Ｖで２分間保持する間にＣＯ酸化の電流が流れなくなった）。
【００７４】
ここで、水で満たした場合とフッ素系溶媒で満たした場合とで上記の相違が見られる理由について考える。Ｐｔ上でＣＯ酸化反応が生じるためには、以下に示すようにＰｔに水が供給されることと、反応で生じるプロトンが伝導することが必要である。
Ｐｔ−ＣＯ  ＋  Ｈ2Ｏ  →Ｐｔ  ＋  ＣＯ2  ＋  ２Ｈ+  ＋  ２ｅ-
【００７５】
カソード流路をフッ素系溶媒で満たした場合、両者が阻害される可能性がある。以下、それぞれについて考える。
水の供給に関して、フッ素系溶媒で満たした場合、反応に利用できる水はアイオノマ中の水だけとなり、この量が少ない場合、水の供給が反応を律速する可能性がある。これを確認するため、アイオノマ中の水分子の総数を求め、Ｐｔ１原子あたり水分子が何個あるかを見積もる。Ｐｔ１原子当たりの水分の個数は、以下のようにして算出した。
【００７６】
電極中のアイオノマ量とＥＷ量とから、アイオノマ中の酸基の総数を求め、それに１００％ＲＨにおける酸基あたりの水和数として１４を乗じた値をアイオノマ中の水分子の総数とした。これをアイオノマ被覆領域のＰｔの表面原子数で除すことで、Ｐｔ１原子あたりの水分子の個数を求めた。アイオノマ被覆領域のＰｔの表面原子数は、フッ素系溶媒で満たした場合のＣＯ酸化の電気量をファラデー定数の２倍（ＣＯ酸化反応は２電子反応のため）で除すことで求めた。
表２にその結果を示す。この結果から、水分子はＰｔ１原子あたり１３〜２１個で、１個以上あることから、水の供給が反応を律速することはないと考える。
【００７７】
【表２】
2017157470.tif 000004
【００７８】
次にプロトン伝導について考える。フッ素系溶媒で満たした場合でも、カソードのアイオノマの含水率は１００％ＲＨのアノードのそれと同じと考えられ、高い含水率になっていると推測される。そのため、アイオノマ被覆領域のプロトン伝導が反応を律速するようなことはないと考えられる。他方、アイオノマ非被覆領域の大半のＰｔにはプロトンが伝導しないと考えられるが、アイオノマの近くにいる一部のＰｔへは、アイオノマからしみでた水と担体表面のカルボン酸などとで、プロトンが伝導する可能性がある。フッ素系溶媒で満たした場合、このようなＰｔへのプロトン伝導性が低下する可能性がある。フッ素系溶媒で満たした場合に見られる、１．０Ｖ保持中の酸化電流は、このようなＰｔ上でのＣＯ酸化による可能性が考えられる。
【００７９】
［２．２．  カソード流路を水又はフッ素系溶媒で満たした場合のＥＣＡ］
図５に、カソード流路を水で満たした場合と、フッ素系溶媒で満たした場合の電気化学有効表面積（ＥＣＡ）を示す。図６及び図７に、それぞれ、ＭＥＡ（１）及びＭＥＡ（２）のプレピーク、メインピーク、及び１．０Ｖ保持中に由来する電気化学有効表面積（ＥＣＡ）を示す。
なお、図５のＥＣＡは、プレピーク、メインピーク、及び１Ｖ保持中のすべてを合計した値に基づく。一方、図６、７のＥＣＡは、これらを分離して計算した値に基づく。また、図６、７には、参考として、電池作動時と同様に両極に湿潤ガスを流して測定したＥＣＡ（温湿度：６０℃、９０％ＲＨ）を示す。図５〜図７より、以下のことがわかる。
【００８０】
（１）ＭＥＡ（１）とＭＥＡ（２）の両方で、カソード流路をフッ素系溶媒で満たした場合の方が、水で満たした場合よりＥＣＡが小さいことがわかる。いずれのカソードも、アイオノマで被覆されていないＰｔが存在することを示唆していると考えられる。
（２）水で満たした場合のメインピークに由来するＥＣＡと、電池作動時と同様に両極に湿潤ガスを流して測定したＥＣＡとは同程度である。このことから、プレピークに由来するＥＣＡは、水で満たした場合のみ現れるもの（詳細不明）で、実際の運転時には使われていない表面積である可能性が高い。
【００８１】
［２．３．  Ｐｔに対するアイオノマ被覆率］
前節で示した考えより、Ｐｔに対するアイオノマ被覆率を式（２）で求める。ここで、ＥＣＡは、全ＥＣＡ、メインピークに由来するＥＣＡ、及び、メインピークと１．０Ｖ保持中との和のＥＣＡの３通りを用いた。
図８に、Ｐｔに対するアイオノマ被覆率（全ＥＣＡを用いた場合）を示す。図９に、Ｐｔに対するアイオノマ被覆率（メインピークに由来するＥＣＡを用いた場合）を示す。図１０に、Ｐｔに対するアイオノマ被覆率（メインピークと１．０Ｖ保持中との和に由来するＥＣＡを用いた場合）を示す。図８〜１０より、以下のことがわかる。
【００８２】
（１）多孔質担体のＭＥＡ（２）のＰｔに対するアイオノマ被覆率の方が中実担体のＭＥＡ（１）の値より低い。
（２）メインピークと１．０Ｖ保持中との和のＥＣＡを用いた場合、他の場合より、Ｐｔに対する被覆率が高い。［２．１．］項で考察したように、１．０Ｖ保持中に由来するＥＣＡがアイオノマ非被覆領域のＰｔに由来すると考えると、被覆率を過大評価していることになる。
（３）細孔内にアイオノマが入りにくいと考えられる多孔質担体のＰｔに対するアイオノマ被覆率の方が中実担体のそれより低いことから、開発した手法で得られた結果は定性的に妥当である。
（４）正確なアイオノマ被覆率を求めるためには、メインピークに由来するＥＣＡ（図９）を用いるのが好ましい。
【００８３】
［３．  まとめ］
Ｐｔに対するアイオノマ被覆率の評価手法を開発した。開発した手法で、中実担体に担持されたカソード触媒と多孔質担体に担持されたカソード触媒のアイオノマ被覆率を評価した。その結果、細孔内にアイオノマが入りにくいと考えられる多孔質担体のＰｔに対するアイオノマ被覆率の方が中実担体のそれより低く、定性的に妥当な結果が得られた。
【００８４】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明に係る電極触媒評価装置は、燃料電池用電極触媒（特に、カソード側の電極触媒）の評価に用いることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０  電極触媒評価装置
２０  ＭＥＡ保持部
４０  アノードガス供給手段
６０  カソードガス供給手段
８０  溶媒供給手段
【図１】
2017157470.tif 000005
【図２】
2017157470.tif 000006
【図３】
2017157470.tif 000007
【図４】
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【図５】
2017157470.tif 000009
【図６】
2017157470.tif 000010
【図７】
2017157470.tif 000011
【図８】
2017157470.tif 000012
【図９】
2017157470.tif 000013
【図１０】
2017157470.tif 000014