(57)【要約】【課題】多孔質電極基材の燃料電池内部での水分管理機能の発現を容易にし、セル内雰囲気に性能依存しにくい、つまり広範囲の湿度条件で作動可能である燃料電池を提供する。【解決手段】電解処理により、親水化度を０．５５〜１とした固体高分子型燃料電池用炭素多孔質電極基材をアノード側に用い、カソード側に撥水性処理した多孔質電極基材を用いる。あるいは、親水化度を０．５５〜０．９５とした固体高分子型燃料電池用炭素多孔質電極基材をカソード側に用い、アノード側に撥水性処理した多孔質電極基材を用いる。  親水化度は下記式にて定義される。  親水化度＝（自然浸漬後の重量−乾燥状態での重量）／（脱気浸漬後の重量−乾燥状態での重量）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解処理により、以下の評価方法による親水化度を０．５５〜１とした固体高分子型燃料電池用炭素多孔質電極基材をアノード側に用いた膜電極接合体。
親水化度評価
電解処理を行った後、５ｃｍ角に切り出した多孔質電極基材の乾燥重量をあらかじめ測定しておく。穴を多数開けたＰＴＦＥシートに多孔質電極基材を挟み、重りをつけた後、蒸留水中に自然浸漬したもの、脱気しながら浸漬させたものの２種類を作製して、３０分後に含水状態での重量を測定し、濡れ性を評価した。
親水化度は下記式にて定義される。
親水化度＝（自然浸漬後の重量−乾燥状態での重量）／（脱気浸漬後の重量−乾燥状態での重量）
【請求項２】
撥水処理した多孔質電極基材をカソード側に用いた請求項１に記載の膜電極接合体。
【請求項３】
電解処理により、以下の評価方法による親水化度を０．５５〜０．９５とした固体高分子型燃料電池用炭素多孔質電極基材をカソード側に用いた膜電極接合体。
親水化度評価
電解処理を行った後、５ｃｍ角に切り出した多孔質電極基材の乾燥重量をあらかじめ測定しておく。穴を多数開けたＰＴＦＥシートに多孔質電極基材を挟み、重りをつけた後、蒸留水中に自然浸漬したもの、脱気しながら浸漬させたものの２種類を作製して、３０分後に含水状態での重量を測定し、濡れ性を評価した。
親水化度は下記式にて定義される。
親水化度＝（自然浸漬後の重量−乾燥状態での重量）／（脱気浸漬後の重量−乾燥状態での重量）
【請求項４】
撥水処理した多孔質電極基材をアノード側に用いた請求項３に記載の膜電極接合体。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の膜電極接合体を用いた固体高分子型燃料電池。
【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もしくは液体燃料を用いた固体高分子型燃料電池に用いられる膜電極接合体とそれを用いた燃料電池等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池はプロトン伝導性の高分子電解質膜を用いることを特徴としており、水素等の燃料ガスと酸素等の酸化ガスを電気化学的に反応させることにより起電力を得る装置である。固体高分子型燃料電池は、自家発電装置や、自動車等の移動体用の発電装置として利用可能である。
【０００３】
このような固体高分子型燃料電池は、水素イオン（プロトン）を選択的に伝導する高分子電解質膜を有する。また、貴金属系触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒層とガス拡散電極基材とを有するガス拡散電極が、触媒層側を内側にして、高分子電解質膜の両面に接合された構造となっている。
【０００４】
このような高分子電解質膜と２枚のガス拡散電極からなる接合体は膜電極接合体（ＭＥＡ: Membrane Electrode Assembly）と呼ばれている。またＭＥＡの両外側には燃料ガスまたは酸化ガスを供給し、かつ生成ガスおよび過剰ガスを排出することを目的としたガス流路を形成したセパレーターが設置されている。
【０００５】
多孔質電極基材は主に次の３つの機能を持つ。第１に多孔質電極基材の外側に配置されたセパレーターに形成されたガス流路より触媒層中の貴金属系触媒に均一に燃料ガスまたは酸化ガスを供給する機能である。第２に触媒層で反応により生成した水を排出する機能である。第３に触媒層での反応に必要な電子または生成される電子をセパレーターへ導電する機能である。
【０００６】
したがって、多孔質電極基材には高い反応ガスおよび酸化ガス透過能と水の排出性、電子導電性が必要である。加えて、一般的な固体高分子型燃料電池で用いられる高分子電解質膜は、含水状態でプロトン伝導性を示すことより、多孔質電極基材には生成水の排水のみでなく、高分子電解質膜の保水という相反する機能が求められている。多孔質電極基材のガス透気度を高くし生成水の排水能を高くしたものでは高分子電解質膜が乾燥することによりプロトン伝導抵抗が増大し、発電性能が低下する。逆に多孔質電極基材のガス透気度を低くし高分子電解質膜の保水能を高めたものでは、生成水の排水不良によって反応ガスおよび酸化ガスの拡散が阻害されるフラッディングにより発電性能が低下する。
【０００７】
さらに、固体高分子型燃料電池セル内では、アノードに供給された水素が、触媒粒子により酸化され、水素イオンおよび電子となる。水素イオンは高分子電解質膜中の水分を伴ってカソードへ移動し、カソード電極触媒層に達する。電子はセパレーターおよび外部回路を通じてカソード側電極触媒層に達する。そして、カソード側電極触媒層に達した水素イオンおよび電子は、カソード側に供給されている酸化ガスに含まれる酸素と反応し、水を生成する。このような反応の進行の結果、アノード側からの高分子電解質膜の乾燥が起こり、プロトン伝導抵抗の増大、発電性能の低下を引き起こすため、固体高分子型燃料電池では、アノードガスの加湿を行うことにより乾燥を抑制している。
【０００８】
高電流密度などの運転条件下ではアノードからカソードに向けて高分子電解質膜を移動する水素イオンに伴って移動する水の量が増加し、低加湿、低電流密度などでの運転条件では高分子電解質膜がより乾燥しやすいことから、乾燥抑制の手法として、特にアノード電極触媒層に接している、アノード側多孔質電極基材への保水性付与が必要である。
【０００９】
また、カソード側においても、低加湿条件での発電時や高加湿発電時の入り口付近では、電解質膜を十分な含水状態に保つことが困難であることから、カソード側についても保水性を保つことが必要になることがある。
【００１０】
多孔質電極基材に保水性を付与する技術として、例えば特許文献１（特開２００３−２１３５６３号公報）には、炭素繊維シート状物を液相酸化または気相酸化により親水化することを特徴とし、断面を水に５分間浸漬したときの吸水度が０．２〜１５ｇ／ｇであることを特徴とする親水性炭素繊維シート状物の製造方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２１３５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように、固体高分子型燃料電池に用いられる多孔質電極基材には固体高分子型燃料電池内部での水分管理機能が必要となる。アノード側及びカソード側の少なくとも一方の導入ガスを加湿することにより、高分子電解質膜の乾燥防止、つまり、高分子電解質膜の乾燥によるプロトン伝導抵抗の増大を抑制する機能が求められている。
【００１２】
この水分管理機能の発現のために、一般的には多孔質電極基材のガス透過係数を変化させることや、フッ素樹脂などの撥水剤や、シリカ等の酸化物を多孔質電極基材に分散させる手法が用いられてきた。しかし、これらのフッ素樹脂などの撥水剤やシリカ等の酸化物は絶縁体であることが多いため、多孔質電極基材中にフッ素樹脂やシリカ等の酸化物を分散させることにより導電率が低下するという問題があり、それらの分散量に制限が生じている。
【００１３】
さらに、多孔質電極基材中にフッ素樹脂を分散させることで撥水性を付与することにより、多孔質電極基材の保水性が低下し、導入ガスを加湿することによる高分子電解質膜の保水という目的は達成されなくなる可能性がある。
【００１４】
また、起動停止時の負荷変動によって燃料電池セル内雰囲気が変化する際、例えば停止時において、セル内での水分蒸発が発生した際などには、再起動時の膜電極接合体への負担が大きく、長期運転時における性能低下が懸念されている。セル内雰囲気変化には湿度変化も含まれており、高湿度状態と低湿度状態のどちらにおいても性能変動の少ない燃料電池が求められている。
【００１５】
特許文献１は多孔質電極基材の吸水度の範囲が非常に広い。吸水度の低い範囲では、低加湿、低電流密度等の運転条件になると、生成水が少ないために、高分子電解質膜に十分に水分が供給されないため、高分子電解質膜の乾燥を抑制できず、性能低下が懸念される。吸水度の高い範囲では、特に高加湿、高電流密度等の運転条件になると、余剰水分によるガス拡散の妨害による性能低下が懸念されるという点で十分でない。
【００１６】
本発明はこれら上記従来の技術の課題を解決するもので、多孔質電極基材の燃料電池内部での水分管理機能の発現を容易にし、セル内雰囲気に性能依存しにくい、つまり広範囲の湿度条件で作動可能である燃料電池を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題は、本発明の主要な構成要素のひとつである、電解処理により特定の親水性を付与された燃料電池用多孔質電極基材を用いた膜電極接合体により解決される。
【００１８】
すなわち、本発明の一態様によれば、電解処理により、以下の評価方法による親水化度を０．５５〜１とした固体高分子型燃料電池用炭素多孔質電極基材をアノード側に用いた膜電極接合体が提供される。このように親水化処理した多孔質電極基材をアノード側に用いた場合、カソード側には撥水処理した多孔質電極基材を用いるのが望ましい。
【００１９】
また、本発明の別の態様によれば、電解処理により、以下の評価方法による親水化度を０．０５〜０．９５とした固体高分子型燃料電池用炭素多孔質電極基材をカソード側に用いた膜電極接合体が提供される。このように親水化処理した多孔質電極基材をカソード側に用いた場合、アノード側には撥水処理した多孔質電極基材を用いるのが望ましい。
【００２０】
親水化度評価
電解処理を行った後、５ｃｍ角に切り出した多孔質電極基材の乾燥重量をあらかじめ測定しておく。穴を多数開けたＰＴＦＥシートに多孔質電極基材を挟み、重りをつけた後、蒸留水中に自然浸漬したもの、脱気しながら浸漬させたものの２種類を作製して、３０分後に含水状態での重量を測定し、濡れ性を評価した。
親水化度は下記式にて定義される。
親水化度＝（自然浸漬後の重量−乾燥状態での重量）／（脱気浸漬後の重量−乾燥状態での重量）
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、アノード側又はカソード側に特定の親水化度となる親水性を付与することによって、アノード側又はカソード側からの高分子電解質膜の乾燥が抑制でき、セル内の湿度変化による性能低下が少ない、つまり、広範囲の湿度条件で作動可能な燃料電池の提供が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照にしながら、さらに詳細に説明する。図１は本発明で提案する多孔質電極基材を用いた燃料電池の概略的構成図である。
【００２３】
図１に示されるように、本実施形態にかかる固体高分子型燃料電池は、プロトン伝導性を有する高分子電解質膜１の片面に酸化ガス用触媒からなるカソード側触媒層２を、もう片面には燃料ガス用触媒からなるアノード側触媒層３を備えており、それぞれの触媒層の外側には炭素短繊維からなるカソード側多孔質電極基材４及びアノード側多孔質電極基材５が備えられている。さらに、これらの高分子電解質膜１、触媒層２，３、多孔質電極基材４，５からなる膜−電極接合体６を挟持するように、カソード側ガス流路１３が形成されたカソード側セパレーター７、アノード側ガス流路１４が形成されたアノード側セパレーター８を備えている。
【００２４】
また、それぞれのセパレーター７，８には、酸化ガス導入部９と排出部１０、燃料ガス導入部１１と排出部１２が備えられている。燃料ガスは導入部１１から導入され、セパレーター８に形成されたガス流路１４から多孔質電極基材５を介して触媒層３に供給され、プロトンと電子に解離される。電子は触媒層３から多孔質電極基材５を介してセパレーター８に伝導され、外部の負荷に供給される。またプロトンは高分子電解質膜１中を伝導し、カソードへ移動する。一方、酸化ガスは導入部９から導入され、セパレーター７に形成されたガス流路１３から多孔質電極基材４を介して触媒層２に供給され、高分子電解質膜１中を伝導してきたプロトンと結合して水を生成する。このようにして所望の起電力が取り出せる。
【００２５】
本発明にかかる多孔質電極基材として用いる導電性多孔質基材としては、導電性、ガス透過性を有する炭素多孔質材料、または金、ステンレスなどの金属多孔質材料を用いることが好ましい。固体高分子型燃料電池では、内部が酸性雰囲気となっているため、耐酸性を有する炭素多孔質材料がより好ましい。特に、本発明の親水性を付与した多孔質電極基材は、炭素多孔質材料からなるものである。炭素多孔質材料としては、炭素多孔質フィルムや、複数の炭素繊維が集合してなる織物や、複数本の炭素短繊維が集合してなる抄紙体が好ましく、表面平滑性が高く、電気的接触が良好で、かつ高分子電解質膜への突き刺さりによる短絡が低減される複数本の炭素短繊維が集合してなる抄紙体がより好ましい。
【００２６】
抄紙体を構成する炭素短繊維としては、どのようなものでも用いることができるがポリアクリロニトリル（以後ＰＡＮと略す。）系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、フェノール系炭素繊維から選ばれる1つ以上の炭素繊維を含むことが好ましく、ＰＡＮ系炭素繊維を含むことがより好ましい。
【００２７】
炭素短繊維の平均径は、表面平滑性、導電性の付与のためには３〜３０μｍ程度が好ましく、４〜２０μｍがより好ましく、４〜８μｍがさらに好ましい。また、異なる平均径の炭素短繊維を２種類以上用いることも、表面平滑性、導電性の両立のために好ましい
【００２８】
炭素短繊維の長さは、抄紙時の分散性、および機械的強度を高めるために、２ｍｍ以上１２ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以上９ｍｍ以下がさらに好ましい。炭素短繊維を互いに結着させるための炭素材としては、樹脂を加熱によって炭素化して得られる炭素材を用いることができる。このために用いる樹脂としては、炭素化した段階で多孔質電極基材の炭素繊維を結着することのできる公知の樹脂から適宜選んで用いることができる。炭素化後に導電性物質として残存しやすいという観点から、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、ピッチ等が好ましく、加熱による炭素化の際に炭化率の高いフェノール樹脂が特に好ましい。
【００２９】
次に本発明で提案する膜電極接合体について図１を参照しながら説明する。
高分子電解質膜としては、プロトン解離性の基、例えば−ＯＨ基、−ＯＳＯ3Ｈ基、−ＣＯＯＨ基、−ＳＯ3Ｈ基等が導入された高分子を用いることが好ましく、パーフルオロスルホン酸系の膜を用いることが、化学的安定性、プロトン伝導性の点よりさらに好ましい。このような高分子電解質膜は、市販されており、例えば、デュポン社登録商標の「ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）」膜や、「フレミオン」（商品名、旭硝子（株）製）膜などが挙げられる。
【００３０】
触媒としては、白金、白金合金、パラジウム、マグネシウム、バナジウム等があるが、白金、白金合金を用いることが好ましい。
また、電極触媒層を形成する際、嵩密度、細孔径や細孔分布は、触媒を担持した炭素粉末と高分子電解質からなる溶液（スラリー）の濃度、粘度、分散度、もしくは層形成時の乾燥速度、乾燥雰囲気などにより制御することができる。特に層形成時の乾燥速度、乾燥雰囲気にて制御することが好ましい。さらに触媒層形成方法としてはスクリーン印刷法、ドクターブレード法などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３１】
固体高分子型燃料電池では、高分子電解質膜の乾燥を抑制するために加湿されたガスが供給される。そこで、本発明では特に加湿されたガスを供給する側に本発明の親水性を付与した多孔質電極基材を使用することが好ましい。親水性の付与は、電解酸化により行い、例えば−ＯＨ基、−ＣＯＯＨ基、−ＳＯ3Ｈ基、−ＰＯ3基、−ＯＳＯ3Ｈ基等の親水性基を導入することが好ましい。これらの基を導入するための電解酸化時の電解液として、各種酸あるいは塩の水溶液が好ましく使用でき、例えば、希硝酸水溶液を使用することで、−ＯＨ基を導入することができる。親水化度を調整するには、電解電圧、電解時間、電解液濃度を種々変更することで可能である。
【００３２】
親水化の程度として、本発明の親水化評価方法における親水化度として、０．５５以上である。親水化度の上限は完全親水化した状態であり、１となる。しかしながら、カソード側では、加湿されたガス中の水分に加え、電極反応生成物として水が発生する。そのため、カソード側に親水性を付与する場合、完全親水化（親水化度＝１）してしまうと、ガス拡散層（ＧＤＬ）内が水浸しになってしまい、ＧＤＬ内でフラッディングが起きてしまう。そのため、カソード側を親水化する場合、親水化度の上限は０．９５とする。
【００３３】
このように、アノード側あるいはカソード側の一方を親水化処理した場合、対向する側では排水性を高めて水分管理機能をより向上させることが好ましい。アノード側を親水化した場合には、カソード側では、アノード側から高分子電解質膜を浸透した水に加えカソード側の電極反応生成物としての水が発生する。カソード側を親水化した場合には、アノード側ではカソード側の電極反応生成物としての水の逆拡散や反応ガスの加湿により水が発生する。この水を電解質膜中に保持し、かつガス透過性を確保するために、親水化された側に対向する多孔質電極基材は、撥水性の高分子を含むことが好ましい。撥水性の高分子としては、化学的に安定でかつ高い撥水性を有するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）などのフッ素樹脂を用いることが好ましい。
【００３４】
多孔質電極基材への撥水性の高分子の導入方法としては、撥水性の高分子の微粒子が分散した分散水溶液中に多孔質電極基材を浸漬するディップ法、分散水溶液を噴霧するスプレー法などを用いることができるが、面内方向、厚み方向への導入量の均一性の高いディップ法が好ましい。
【００３５】
撥水性の高分子の導入量は以下のように定義される。
撥水性の高分子の導入量＝導入された撥水性高分子の単位面積当たりの重量／ガス拡散電極基材の単位面積当たりの重量
上記撥水性高分子の導入量は多孔質電極基材の水分管理機能発現のためには０〜５０wt％が好ましく、ガス透過性、電気抵抗の観点より０〜４０ｗｔ％がさらに好ましい。
【実施例】
【００３６】
〔製造例１〕
（１）電解処理による親水性付与
厚みが１１５μｍ、嵩密度０．３１ｇ／ｃｍ3、ガス透気度４９０ｍｌ／ｈｒ／ｃｍ2／Ｐａの導電性多孔質基材を６ｃｍ×１３ｃｍに切り出し、電解液として０．００１Ｎ硝酸水溶液へ浸漬した。導電性多孔質基材の浸漬している範囲は６ｃｍ×７．５ｃｍとした。対極と導電性多孔質基材をポテンシオスタット（ＨＡ−５０１Ｇ、北斗電工株式会社製）へ接続し、３Ｖ、１．２５分で定電圧電解を行った後、よく洗浄して乾燥させ多孔質電極基材を得た。
【００３７】
（２）親水化度評価
電解処理を行った多孔質電極基材の乾燥重量をあらかじめ測定しておく。穴を多数開けたＰＴＦＥシートに多孔質電極基材を挟み、重りをつけた後、２０℃の蒸留水中に自然浸漬したもの、減圧脱気しながら浸漬させたものの２種類を作製して、含水状態での重量を測定し、濡れ性を評価した。
親水化度は下記式にて定義される。
親水化度＝（自然浸漬後の重量−乾燥状態での重量）／（脱気浸漬後の重量−乾燥状態での重量）
上記式で定義される親水化度は０．５５であった。
【００３８】
〔製造例２〕
定電圧電解条件を３Ｖ、５分、電解液の濃度を０．００１Ｎにて行った点を除いて、製造例１と同様に評価した。親水化度は０．８２であった。
【００３９】
〔製造例３〕
定電圧電解条件を３Ｖ、１０分、電解液の濃度を０．００１Ｎにて行った点を除いて、製造例１と同様に評価した。親水化度は０．９４であった。
【００４０】
〔製造例４〕
定電圧電解条件を３Ｖ、５分、電解液の濃度を０．０１Ｎにて行った点を除いて、製造例１と同様に評価した。親水化度は１．００であった。
【００４１】
〔製造例５〕
導電性多孔質基材を２０ｗｔ％ＰＴＦＥディスパージョン（商品名：ＰＴＦＥディスパージョン、三井−デュポンフロロケミカル株式会社製）に含浸し、乾燥させた後、３６０℃で１時間熱処理して撥水性を付与した点を除いて、製造例１と同様に評価した。親水化度は０．０７であった。
【００４２】
〔製造例６〕
未処理の多孔質電極基材を用いた点を除いては、製造例１と同様に評価した。親水化度は０．５０であった。
【００４３】
【表１】
2009026726.tif 000002
【００４４】
〔実施例１〕
（１）電極触媒ペースト作製
４６．５ｗｔ％Ｐｔ担持カーボン粉末（田中貴金属株式会社製）２．５ｇと純水５．０ｇ、５ｗｔ％Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ社製）２２．５ｇを混合、攪拌を行い、電極触媒ペーストを得た。
【００４５】
（２）膜電極接合体（ＭＥＡ）作製
高分子電解質膜としてＮａｆｉｏｎ（登録商標）（商品名：Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）１１２、ＤｕＰｏｎｔ社製）を用いた。上記工程にて作製した電極触媒ペーストをドクターブレード法にてＰＴＦＥシート上へ５ｃｍ×５ｃｍになるよう塗布した後、乾燥し、電極触媒層を得た。作製した電極触媒層中のＰｔ量は約０．２ｍｇ／ｃｍ2であった。作製したシートを高分子電解質膜の両面に挟み、５ＭＰａの荷重を掛け、１３５℃、８分間ホットプレスを行った後、ＰＴＦＥシートを剥離し、膜電極接合体を得た。
【００４６】
（３）燃料電池特性評価
作製した膜電極接合体を、蛇腹状のガス流路を有する２枚のカーボンセパレーターによって挟み、固体高分子型燃料電池（単セル）を形成した。このとき、アノード側には製造例１にて作製した親水性を付与した多孔質電極基材を、カソード側には製造例５で作製した撥水性を付与した多孔質電極基材を設置した。
【００４７】
この単セルについて、電流密度−電圧特性を測定することによって燃料電池特性評価を行った。燃料ガスとして水素ガスを用い、酸化ガスとしては空気を用いた。セル温度８０℃、燃料ガス利用率６０％、酸化ガス利用率４０％とした。また、ガス加湿はバブラーにそれぞれ燃料ガスと酸化ガスを通すことによって行った。
加湿器温度８０℃、電流密度が０．６Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．６３５Ｖ、セルの内部抵抗が１．９９ｍΩであった。
また、加湿器温度５０℃、電流密度が０．６Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．６１７Ｖ、セルの内部抵抗が４．４４ｍΩであり、良好な特性を示した。
【００４８】
〔実施例２〕
アノード側に製造例４で作製した親水性を付与した多孔質電極基材を用いた点を除いて、実施例１と同様にして評価を行った。
加湿器温度８０℃、電流密度が０．６Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．６０１Ｖ、セルの内部抵抗が２．３５ｍΩであった。
また、加湿器温度５０℃、電流密度が０．６Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．６０４Ｖ、セルの内部抵抗が４．７０ｍΩであり、良好な特性を示した。
【００４９】
〔比較例１〕
アノード側及びカソード側の両方に製造例５で作製した撥水性を付与した多孔質電極基材を用いた点を除いて、実施例１と同様にして評価を行った。
加湿器温度８０℃、電流密度が０．６Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．６６５Ｖ、セルの内部抵抗が２．３５ｍΩであった。
また、加湿器温度５０℃、電流密度が０．６Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．５６２Ｖ、セルの内部抵抗が７．０２ｍΩであり、燃料電池セル内の湿度低下による性能低下が顕著に見られた。
【００５０】
〔比較例２〕
アノード側に製造例６の多孔質電極基材を用いた点を除いて、実施例１と同様にして評価を行った。
加湿器温度８０℃、電流密度が０．６Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．６５５Ｖ、セルの内部抵抗が２．１３ｍΩであった。
また、加湿器温度５０℃、電流密度が０．６Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．５７１Ｖ、セルの内部抵抗が６．５９ｍΩであり、燃料電池セル内の湿度低下による性能低下が顕著に見られた。
【００５１】
【表２】
2009026726.tif 000003
【００５２】
〔実施例３〕
カソード側には製造例１にて作製した親水性を付与した多孔質電極基材を、アノード側には製造例５で作製した撥水性を付与した多孔質電極基材を用い、実施例１と同様に燃料電池セルを作製した。
【００５３】
この単セルについて、電流密度−電圧特性を測定することによって燃料電池特性評価を行った。燃料ガスとして水素ガスを用い、酸化ガスとしては空気を用いた。セル温度８０℃、燃料ガス利用率６０％、酸化ガス利用率４０％とした。また、ガス加湿はバブラーにそれぞれ燃料ガスと酸化ガスを通すことによって行った。
加湿器温度８０℃、電流密度が０．８Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．６３１Ｖであった。
また、加湿器温度６０℃、電流密度が０．８Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．５９６Ｖであり、良好な特性を示した。
【００５４】
〔実施例４〕
カソード側に製造例２で作製した親水性を付与した多孔質電極基材を用いた点を除いて、実施例３と同様にして評価を行った。
加湿器温度８０℃、電流密度が０．８Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．６２５Ｖであった。
また、加湿器温度６０℃、電流密度が０．８Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．５２９Ｖであり、良好な特性を示した。
【００５５】
〔実施例５〕
カソード側に製造例３で作製した親水性を付与した多孔質電極基材を用いた点を除いて、実施例３と同様にして評価を行った。
加湿器温度８０℃、電流密度が０．８Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．６１１Ｖであった。
また、加湿器温度６０℃、電流密度が０．８Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．５４０Ｖであり、良好な特性を示した。
【００５６】
〔比較例３〕
カソード側に製造例５で作製した撥水性を付与した多孔質電極基材を用いた点を除いて、実施例３と同様にして評価を行った。
加湿器温度８０℃、電流密度が０．８Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．５５０Ｖであった。
また、加湿器温度６０℃、電流密度が０．８Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．５３４Ｖであり、燃料電池セル内の排水不良による性能低下が顕著に見られた。
【００５７】
〔比較例４〕
カソード側に製造例６の多孔質電極基材を用いた点を除いて、実施例３と同様にして評価を行った。
加湿器温度８０℃、電流密度が０．８Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．５８３Ｖであった。
また、加湿器温度６０℃、電流密度が０．８Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．５２２Ｖであり、燃料電池セル内の排水不良による性能低下が顕著に見られた。
【００５８】
〔比較例５〕
カソード側に製造例４の多孔質電極基材を用いた点を除いて、実施例３と同様にして評価を行った。
加湿器温度８０℃、電流密度が０．８Ａ／ｃｍ2では排水不良によるフラッディングが起こり発電できなかった。
また、加湿器温度６０℃、電流密度が０．８Ａ／ｃｍ2のときの燃料電池セルのセル電圧が０．５５５Ｖであり、燃料電池セル内の排水不良による性能低下が顕著に見られた。
【００５９】
【表３】
2009026726.tif 000004
【００６０】
【表４】
2009026726.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の固体高分子型燃料電池の一形態を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１：高分子電解質膜
２：カソード側触媒層
３：アノード側触媒層
４：カソード側多孔質電極基材
５：アノード側多孔質電極基材
６：膜−電極接合体（ＭＥＡ）
７：カソード側セパレーター
８：アノード側セパレーター
９：酸化ガス導入部
１０：酸化ガス排出部
１１：燃料ガス導入部
１２：燃料ガス排出部
１３：カソード側ガス流路
１４：アノード側ガス流路
【図１】
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