(57)【要約】【課題】燃料電池用電極層として触媒反応に関与する実質的な表面積が大きく、燃料、酸化剤の侵入、拡散が容易である構造の電極層を得ることおよびこの電極層を超音波スプレー装置によって形成できる方法を得ることにある。【解決手段】触媒担持粒子とイオン導電性ポリマーとからなる触媒一次粒子が多数集合してなる多孔質の触媒二次粒子２３がさらに多数集合してなる多孔質の集合体から構成された電極層２２。この電極層を得るには、触媒担持粒子とイオン伝導性ポリマーと溶剤を含む触媒インクを超音波スプレー装置により高分子膜またはガス拡散膜に塗布する際、超音波スプレー装置から噴霧されたインク粒子がほぼ乾燥された状態でターゲット表面に付着するように該インク粒子を乾燥することで可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒担持粒子とイオン伝導性ポリマーと溶剤を含む触媒インクを超音波スプレー装置により高分子膜または拡散層からなるターゲットに塗布して燃料電池用電極層を形成する方法であって、
超音波スプレー装置から噴霧されたインク粒子がほぼもしくは完全に乾燥された状態でターゲット表面に付着するように該インク粒子を乾燥することを特徴とする燃料電池用電極層の製造方法。
【請求項２】
超音波スプレー装置とターゲットとの距離を調整して、超音波スプレー装置から噴霧されたインク粒子がほぼもしくは完全に乾燥された状態でターゲット表面に付着するように該インク粒子を乾燥することを特徴とする請求項１記載の燃料電池用電極層の製造方法。
【請求項３】
超音波スプレー装置とターゲットとの間の空間を加熱して、超音波スプレー装置から噴霧されたインク粒子がほぼもしくは完全乾燥された状態でターゲット表面に付着するように該インク粒子を乾燥することを特徴とする請求項１記載の燃料電池用電極層の製造方法。
【請求項４】
超音波スプレー装置とターゲットとの間に、インク粒子の飛散を防止する飛散防止体を設けて噴霧することを特徴とする請求項１記載の燃料電池用電極層の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の製造方法で製造された燃料電池用電極層。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載の製造方法で製造された燃料電池用電極層であって、
触媒担持粒子とイオン導電性ポリマーとからなる触媒一次粒子が多数集合してなる多孔質の触媒二次粒子がさらに多数集合してなる多孔質の集合体から構成された燃料電池用電極層。
【請求項７】
触媒二次粒子の形状が球状である請求項５または６記載の燃料電池用電極層。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれかに記載の燃料電池用電極層を備えた燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固体高分子電解質型燃料電池の電極層およびその製造方法ならびにこの電極層を備えた燃料電池に関し、電極層の実質的な表面積を増加させ、反応面積が増大してセル特性を向上させたものである。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、固体高分子電解質型燃料電池の反応部である膜電極接合体（ＭＥＡ）の例を示すものである。
図１０において、符号１は高分子電解質膜を示す。この高分子電解質膜１の一方の表面には厚さ２０μｍ程度の膜状のアノード電極層２が、他方の表面には厚さ２０μｍ程度の膜状のカソード電極層３が接合、一体化されて設けられ、これらアノード電極層２およびカソード電極層３の表面には図示しないカーボンペーパーなどの拡散層が設けられて膜電極接合体を構成している。
【０００３】
前記高分子電解質膜１には、厚さ３０〜７０μｍ程度のパーフルオロスルホン酸系ポリマーなどからなるフィルムが用いられる。
前記アノード電極層２およびカソード電極層３には、触媒インクを拡散層となるカーボンペーパーに塗布し、乾燥したものが用いられる。触媒インクには、例えば径２〜５ｎｍ程度の白金微粒子などの触媒粒子を径３０ｎｍ程度のカーボン粒子などの導電性担持粒子に担持した触媒担持粒子を用意し、この触媒担持粒子をイオン導電性ポリマー、イソプロパノール、水などからなる高分子電解質溶液に分散させたものが用いられる。
【０００４】
これらアノード電極層２、カソード電極層３が形成されたカーボンペーパーを高分子電解質膜１の両面に接合して、膜電極接合体とされる。
なお、触媒インクを高分子電解質膜１の両面にそれぞれ塗布して電極層２、３を形成したのち、これに拡散層を接合して膜電極接合体とする製法もある。
【０００５】
拡散層または高分子電解質膜（以下、まとめてターゲットとする。）への触媒インクの塗布方法として、従来よりエアスプレーによるものが採用されてきたが、近時超音波スプレー装置による塗布方法が提案されている。超音波スプレー装置を用いた塗布方法では、得られた電極層における触媒担持粒子の分散が均一であるメリットがあるとされている。
【０００６】
しかしながら、超音波スプレー装置によるものでは、従来のエアスプレー装置によるものと同様に触媒担持粒子が合体して成長し、成長した粒子がイオン導電性ポリマーによって結合した状態の電極層が得られるに過ぎなかった。
【０００７】
超音波スプレー装置を使用した燃料電池用電極層の形成に関しては、以下の特許文献がある。
【特許文献１】特開２００６−２１０２００号公報
【特許文献２】特開２００６−２３６８８１号公報
【特許文献３】特開２００７−１６４９９３号公報
【特許文献４】特開２００７−１６５０７５号公報
【特許文献５】特開２００７−２１３８４１号公報
【特許文献６】特開２００７−２５８０５１号公報
【特許文献７】特開２００７−２６５７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明における課題は、燃料電池用電極層として触媒反応に関与する実質的な表面積が大きく、燃料、酸化剤の侵入、拡散が容易である構造の電極層を得ることおよびこの電極層を超音波スプレー装置によって形成できる方法を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、触媒担持粒子とイオン伝導性ポリマーと溶剤を含む触媒インクを超音波スプレー装置により高分子膜または拡散膜からなるターゲットに塗布して燃料電池用電極層を形成する方法であって、
超音波スプレー装置から噴霧されたインク粒子がほぼもしくは完全に乾燥された状態でターゲット表面に付着するように該インク粒子を乾燥することを特徴とする燃料電池用電極層の製造方法である。
【００１０】
請求項２にかかる発明は、超音波スプレー装置とターゲットとの距離を調整して、超音波スプレー装置から噴霧されたインク粒子がほぼもしくは完全に乾燥された状態でターゲット表面に付着するように該インク粒子を乾燥することを特徴とする請求項１記載の燃料電池用電極層の製造方法である。
【００１１】
請求項３にかかる発明は、超音波スプレー装置とターゲットとの間の空間を加熱して、超音波スプレー装置から噴霧されたインク粒子がほぼもしくは完全に乾燥された状態でターゲット表面に付着するように該インク粒子を乾燥することを特徴とする請求項１記載の燃料電池用電極層の製造方法である。
【００１２】
請求項４にかかる発明は、超音波スプレー装置とターゲットとの間に、インク粒子の飛散を防止する飛散防止体を設けて噴霧することを特徴とする請求項１記載の燃料電池用電極層の製造方法である。
【００１３】
請求項５にかかる発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の製造方法で製造された燃料電池用電極層である。
【００１４】
請求項６にかかる発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の製造方法で製造された燃料電池用電極層であって、
触媒担持粒子とイオン導電性ポリマーとからなる触媒一次粒子が多数集合してなる多孔質の触媒二次粒子がさらに多数集合してなる多孔質の集合体から構成された燃料電池用電極層である。
【００１５】
請求項７にかかる発明は、触媒二次粒子の形状が球状である請求項５または６記載の燃料電池用電極層である。
【００１６】
請求項８にかかる発明は、請求項５ないし７のいずれかに記載の燃料電池用電極層を備えた燃料電池である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電極層が多数の触媒二次粒子が独立した形態で集合して形成されて内部に多くの空隙を有する多孔質となっており、さらに触媒二次粒子自体も内部に多数の空隙を有するものであるので、触媒反応に関与する実質的な表面積が大きく、燃料、酸化剤の侵入、拡散が容易である構造の電極層を得ることができる。
このため、この電極層を備えた燃料電池は、性能の高いものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、この発明の電極層の製造方法によって得られた電極層の一例を模式的に示すものである。
図１において、符号２１はカーボンペーパーなどからなる拡散層を示し、符号２２は、この拡散層２１表面に形成された電極層を示す。この電極層２２は、膜電極接合体のアノード電極層またはカソード電極層とされるものである。
【００１９】
電極層２２は、厚さ１０〜２０μｍ程度の膜状のもので、無数の触媒二次粒子２３、２３・・・が集合した集合体から構成されている。触媒二次粒子２３は、相互に点接触に近い状態で集合しており、触媒二次粒子２３、２３・・間には微小な空間が無数に存在し、電極層２２全体では、空隙率が高い多孔質となっている。触媒二次粒子２３相互は、イオン導電性ポリマーにより結合されている。
【００２０】
前記触媒二次粒子２３は、粒径１〜３０μｍ程度の球形あるいは不定形の粒子であり、その表面には無数の凹凸が存在し、かつ内部の空間に連通する無数の空洞が開口しており、触媒二次粒子２３自体も多孔質となっている。
そして、１個の触媒二次粒子２３は、さらに無数の触媒一次粒子が集合した集合体から構成されている。
【００２１】
触媒一次粒子は、粒径が１０〜１００ｎｍの粒子であり、触媒担持粒子とこの表面を薄く被覆するアイオノマーなどのイオン伝導性ポリマーからなる樹脂膜とから構成されている。
前記触媒担持粒子は、径１０〜８０ｎｍのカーボンパウダーなどの導電性微粒子からなる担体の表面に、径１〜５ｎｍの白金、パラジウム、イリジウムなどの触媒金属微粒子を付着、担持させたものである。
【００２２】
このような構造の電極層２２にあっては、電極層２２が多孔質で個々の触媒二次粒子２３、２３・・間に空間があり、しかも触媒二次粒子２３も多孔質であるので、層全体の反応に関与する実質的な表面積が極めて多くなり、かつ触媒担持粒子の多くが空間に面することになるので、触媒機能が最大限に発揮され、燃料あるいは酸化剤との触媒反応が効率よく進行する。
【００２３】
また、この空間には、燃料、酸化剤が容易に侵入、拡散していき、また電極反応で生成した水分の排除を容易となる。
さらに、空間を通して高分子電解膜まで水分が透過し、高分子電解質膜の湿潤性が保たれ、水素イオンの伝導性が向上する。
【００２４】
次に、前記電極層２２の製造方法について説明する。
図２は、本発明の電極層２２の製造方法の一例を示すものである。
図２において、符号３１は、超音波スプレー装置を示し、符号３２はターゲットを示す。ターゲット３２は、拡散層または高分子電解質膜である。
【００２５】
超音波スプレー装置３１は、後述の組成の触媒インクに超音波発振子からの２０〜１００ｋＨｚ程度の超音波振動を与えて触媒インクを微細な粒子からなる霧状物とするもので、アメリカ、ドイツなどで塗装用として一般に市販されている装置を使用することができる。超音波スプレー装置３１の超音波出力は３〜１０Ｗ程度とされるが、この範囲に限定されることはない。
【００２６】
触媒インクとしては、例えば、粒径１〜５ｎｍ程度の白金やパラジウム、イリジウムなどの貴金属微粒子を一次粒径２０〜５０ｎｍのカーボンブラックなどの導電性粒子からなる担体に３０〜６０重量％程度担持させた触媒担持粒子を用い、この触媒担持粒子をイソプロパノールなどの有機溶媒と水などとからなる溶剤に分散させた後、イオン導電性ポリマーであるＮａｆｉｏｎ（デュポン社製、商品名）溶液などを３〜１０重量％混合してなるものである。溶剤の組成、含有量を変化させることで、触媒インクの乾燥速度を調整することができる。
【００２７】
超音波スプレー装置３１のノズル３１Ａから噴霧された霧状物は、超音波スプレー装置３１の下方に配置されたターゲット３２に向けて、空中を浮遊しつつ落下してゆき、ターゲット３２上に付着、堆積して、電極層２２が形成される。
霧状物を構成する粒子は、前記触媒二次粒子２３となる液滴であり、噴霧直後は溶剤が含まれた液状であるので、表面張力により形状が球状となる。
【００２８】
そして、霧状物がターゲット３２の表面に付着する際、霧状物を構成する個々の液滴から溶剤が揮発し、触媒二次粒子２３となる微細粒子の表面が乾燥した状態であることが必要である。すなわち、球状の液滴から溶剤が徐々に揮発し、乾燥が進んだ状態で球状を維持しつつターゲット３２に付着するようになされ、これによりターゲット３２に付着した際には触媒二次粒子２３となり、触媒二次粒子２３が相互に融合して一つの粒子になることがなくなるようになされる。
【００２９】
ここで、ほぼ乾燥状態とは、液滴粒子の表面が乾燥し、内部が乾燥していない状態を言い、触媒二次粒子はそれぞれ粒子のまま連結する。乾燥状態が弱い場合、球状ではなく、ヒダが形成された梅干し状の触媒二次粒子２３が連結した構造の電極層が形成されることになる。
この構造の電極層も本発明の技術的範囲に包含される。この構造の電極層では、実質的な表面積は、触媒二次粒子が球状であるものに比較して大きくなるが、ガス拡散性はやや小さくなる。
【００３０】
この要件を満たすための第１の方法には、超音波スプレー装置３１とターゲット３２との距離Ｄを適切に調整して、空気中で微細粒子から自然に溶剤が揮発する状態で、ターゲット３２に付着させる方法がある。
適切な距離は、種々の操作条件、例えば雰囲気の温度、湿度、超音波出力、超音波振動数、触媒インク中の溶剤の種類、含有量などによって左右され、その都度予備実験を実施して適切な距離Ｄを決定することになる。
通常適切な距離Ｄは、５０〜７０ｃｍ程度が好ましい範囲となるが、これに限定されることはない。
【００３１】
第２の方法は、図３に示すように、超音波スプレー装置３１とターゲット３２との間の側方に赤外線ランプなどの熱源３３を設け、この熱源３３からの熱を降下中の霧状物に与えて、触媒インクの微細粒子からの溶剤の揮発を促して溶剤が揮発しきった状態でターゲット３２に付着させる方法である。
【００３２】
この方法では、微細粒子からの溶剤の揮発が速やかに行われるので、超音波スプレー装置３１とターゲット３２との距離Ｄを短くできる。
熱源３３からの熱量は、先と同様に種々の操作条件によって左右されるので、予備実験を行って定めることになる。
なお、温風を当てると霧状物が飛散して好ましくない。
【００３３】
また、超音波スプレー装置３１から噴霧される霧状物は、空気中を浮遊しつつターゲット３２に向けて降下するため、その一部が室内の空気の流れなどにより外部に流れて飛散し、ターゲット３２に付着しないものがある。この場合、当然のことながら、高価な白金触媒などを含む触媒インクの無駄になる。
【００３４】
この霧状物の飛散を防止するため、図４に示すようなフード状の飛散防止体３４を超音波スプレー装置３１とターゲット３２との間に配置することができる。この飛散防止体３４は、円錐状の筒体などの形状であってもよい。
この飛散防止体３４を用いることで、霧状物の外部への飛散、散逸が免れ、触媒インクの無駄がなくなる。
また、飛散防止体３４内において生じる気流により、霧状物の浮遊時間が長くなり、溶剤の揮発が十分に行われ、球状の触媒二次粒子２３が得られやすくなる。
【００３５】
また、飛散防止体３４をガラス板、アクリル樹脂板などの透明材料で作製すれば、内部の状況を視認でき、かつ外部に配置した赤外線ランプなどの熱源３３からの熱を内部に導入することができる。
さらに、図５に示すように、飛散防止体３４の周囲にニクロム線などのヒーター３５を巻き付けて、飛散防止体３４の内部空間を加熱することもできる。
【００３６】
また、ターゲット３２が大面積である場合、飛散防止体３４を付設した超音波スプレー装置３１をターゲット３２の寸法、形状などに応じて複数基配置して、噴霧するようにすることが望ましい。
【００３７】
上述の製造方法で、ターゲット３２表面に付着している触媒二次粒子２３、２３・・を完全に乾燥した状態で付着した場合は、ターゲット３２表面との接着力が不十分となり、後工程においてターゲット３２から脱落する恐れがある。
このため、塗布の最終段階で、超音波スプレー装置３１とターゲット３２との距離Ｄを近づけるあるいは加熱を停止するなどして、未乾燥状態の微細粒子が最上層に付着するようにし、微細粒子の表面の溶解状態のイオン伝導性ポリマーによって、触媒二次粒子２３、２３・・を結合し、ターゲット３２に対する固定力を高めるようにする。
このような電極層の製造方法によれば、図１に示すような構造の電極層を得ることができる。
【００３８】
なお、特開２００１−１８５１６３号公報、特開２００７−１４９５０３号公報、特開２００７−３２３８２４号公報、特開２００８−２７７９９号公報には、触媒インクをスプレードライ法によって乾燥、造粒し、得られた粒子を静電力などによりターゲット表面に付着させたのち、加熱、加圧して粒子をターゲットに固定する技術が開示されている。
しかし、この技術では、粒子自体が球状とはなりにくく、またターゲットへの固定のために加熱、加圧しているので、粒子が変形し、粒子間の間隙も少なくなり、図１に示した本発明の電極層とは、異なる形態（モルホロジー）を呈するものとなる。
【００３９】
本発明の燃料電池用は、上述のような製法により作製された電極層２２を備えたものである。すなわち、拡散層または高分子電解質膜に上述の製造方法により電極層を形成して膜電極接合体（ＭＥＡ）を作製し、この膜電極接合体と板状のスペーサをガスケットを介して組み合わせたセルを有する高分子電解質型の燃料電池である。
この燃料電池では、以上述べたようにその性能が高いものとなる。
【００４０】
以下、具体例を示す。
（触媒インクの調製）
平均粒径３ｎｍの白金粒子を平均一次粒径３０ｎｍのカーボンブラック（バルカンＸ７２（キャボット社製））に５０重量％担持させた触媒担持粒子（ＴＥＣ１０Ｖ５０ＴＰＭ（田中貴金属社製））を用いた。この触媒担持粒子をイソプロパノールと水（重量比４：１）との溶剤に分散させた後、高分子電解質であるＮａｆｉｏｎ溶液（デュポン社製、商品名）を５重量％混合して、触媒インクを作製した。
【００４１】
（従来例）
前記触媒インクを使用して、拡散層となるカーボンペーパーに対して、従来の空気噴霧スプレー装置により塗布を行った。
図６に塗布面の走査型電子顕微鏡写真を示す。図６から、インク粒子が融合して平坦な塗布膜になり、多数のひび割れが生じている状態がわかる。
【００４２】
（比較例）
前記触媒インクを使用して、拡散層となるカーボンペーパーに対して、超音波スプレー装置により塗布を行った。超音波スプレー装置には、ＬＥＣＨＬＥＲ社製Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ａｔｏｍｉｍｉｚｅｒ  ＵＳ２を用い、超音波周波数５８ｋＨｚ、出力８Ｗとし、そのノズルとカーボンペーパーとの距離を３０ｍｍとした。雰囲気温度は、２７℃である。
図７に塗布面の走査型電子顕微鏡写真を示す。図７から、触媒二次粒子が相互に融合して、凹凸の激しい表面が形成されている。これは、前記距離が短く、カーボンペーパー状で触媒インクの溶媒が残り、それが次いで乾燥したためである。
【００４３】
（実施例１）
前記触媒インクを使用して、拡散層となるカーボンペーパーに対して、超音波スプレー装置により塗布を行った。超音波スプレー装置には、ＬＥＣＨＬＥＲ社製Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ａｔｏｍｉｍｉｚｅｒ  ＵＳ２を用い、超音波周波数５８ｋＨｚ、出力８Ｗとし、そのノズルとカーボンペーパーとの距離を５００ｍｍとした。雰囲気温度は、２７℃である。
図８に塗布面の走査型電子顕微鏡写真を示す。図８から、空中で乾燥した触媒二次粒子が個々に独立して堆積した様子が明確に確認できる。
図９は、図８の写真の倍率を大きくしたものである。図１０は、塗布面を切断した切断面の走査型電子顕微鏡写真である。図９、図１０からも球形の触媒二次粒子が明確に存在していることがわかる。
【００４４】
（実施例２）
前記触媒インクを使用して、拡散層となるカーボンペーパーに対して、超音波スプレー装置により塗布を行った。超音波スプレー装置には、ＬＥＣＨＬＥＲ社製Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ａｔｏｍｉｍｉｚｅｒ  ＵＳ２を用い、超音波周波数５８ｋＨｚ、出力８Ｗとし、そのノズルとカーボンペーパーとの距離を５０ｍｍとした。雰囲気温度は、２７℃である。
図１１に塗布面の走査型電子顕微鏡写真を示す。図１１から、触媒二次粒子が半乾燥状態で、カーボンペーパーに付着し溶媒が乾燥して表面にしわが形成された粒子が堆積した状態となっている。
【００４５】
図１２のグラフは、前記実施例１と従来例の電極層を用いて構成したセルの性能を比較したもので、試験条件は、燃料：水素、酸化剤：空気、温度８０℃、加湿度１２２％、触媒量：白金１ｍｇ／ｃｍ２、セル面積２５ｃｍ２である。
このグラフから、本発明の電極層を用いたセルでは、良好な性能が得られることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の電極層の一例を模式的に示した概略断面図である。
【図２】本発明の電極層の製造方法の第１の方法を示す概略構成図である。
【図３】本発明の電極層の製造方法の第２の方法を示す概略構成図である。
【図４】本発明の電極層の製造方法の第２の方法の他の例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の電極層の製造方法の第２の方法の他の例を示す概略構成図である。
【図６】従来例の結果を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図７】比較例の結果を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図８】実施例１の結果を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図９】実施例１の結果を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図１０】実施例１の結果を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図１１】実施例２の結果を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【図１２】実施例１と比較例の電極層を用いたセルの性能を示すグラフである。
【図１３】本発明にかかる固体高分子型燃料電池における膜電極複合体の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
２１・・拡散層、２２・・電極層、２３・・触媒担持粒子、３１・・超音波スプレー装置、３２・・ターゲット、３３・・熱源、３４・・飛散防止体、３５・・ヒータ
【図１】
2009289692.tif 000003
【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】
2009289692.tif 000011
【図１０】
2009289692.tif 000012
【図１１】
2009289692.tif 000013
【図１２】
2009289692.tif 000014
【図１３】
2009289692.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月23日(2008.6.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
図１２のグラフは、前記実施例１と前記従来例の電極層を用いて構成したセルの性能を比較したもので、試験条件は、燃料：水素、酸化剤：空気、温度：８０℃、加湿度：１２２％、触媒量：白金１ｍｇ／ｃｍ２、セル面積：２５ｃｍ２である。
このグラフから、本発明の電極層を用いたセルでは、良好な性能が得られることがわかる。
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月26日(2008.6.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
図１３は、固体高分子電解質型燃料電池の反応部である膜電極接合体（ＭＥＡ）の例を示すものである。
図１３において、符号１は高分子電解質膜を示す。この高分子電解質膜１の一方の表面には厚さ２０μｍ程度の膜状のアノード電極層２が、他方の表面には厚さ２０μｍ程度の膜状のカソード電極層３が接合、一体化されて設けられ、これらアノード電極層２およびカソード電極層３の表面には図示しないカーボンペーパーなどの拡散層が設けられて膜電極接合体を構成している。