(57)【要約】【課題】炭化水素系電解質膜を有する燃料電池において、性能低下を抑制しつつ、電解質膜と触媒層とを良好に接着させることを可能とする。【解決手段】燃料電池は、炭化水素系材料で形成された電解質膜と、電解質膜の表面に接するように配置された触媒層と、触媒層に対して電解質膜とは反対側に配置された特定の層とを備える。特定の層は、特定の層から触媒層を介して電解質膜内部まで達する針状構造の導電材料を有する。【選択図】図２
2009026679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池であって、
炭化水素系材料で形成された電解質膜と、
前記電解質膜の表面に接するように配置された触媒層と、
前記触媒層に対して前記電解質膜とは反対側に配置された特定の層と、を備え、
前記特定の層は、前記特定の層から前記触媒層を介して前記電解質膜内部まで達する針状構造の導電材料を有する、燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池であって、
前記特定の層は、前記触媒層の前記電解質膜に接している表面とは反対側の表面に接するように配置されている、燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池であって、
前記特定の層は撥水性を有する撥水層であり、
前記燃料電池は、前記撥水層の前記触媒層に接している表面とは反対側の表面に接するように配置された拡散層をさらに備える、燃料電池。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記導電材料は炭素繊維である、燃料電池。
【請求項５】
燃料電池の製造方法であって、
（ａ）針状構造の導電材料を有する特定の層を形成する工程と、
（ｂ）触媒層を形成する工程と、
（ｃ）前記触媒層の前記特定の層側の表面とは反対側の表面に接するように炭化水素系材料で形成された電解質膜を配置する工程と、を備え、
前記工程（ａ）は、前記工程（ｃ）における前記電解質膜の配置後に前記導電材料が前記特定の層から前記触媒層を介して前記電解質膜内部まで達することとなるように、前記特定の層に前記導電材料を配置する工程を含む、燃料電池の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、前記特定の層の表面に接するように前記触媒層を形成する工程である、燃料電池。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記特定の層は撥水性を有する撥水層であり、
前記工程（ａ）は、拡散層の表面に接するように前記撥水層を形成する工程である、燃料電池の製造方法。
【請求項８】
請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池の製造方法であって、
前記導電材料は炭素繊維である、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池および燃料電池の製造方法に関し、特に、炭化水素系電解質膜を有する燃料電池および燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電する燃料電池が注目されている。燃料電池の種類の１つに、電解質として高分子膜を用いる固体高分子型燃料電池がある。固体高分子型燃料電池の電解質膜としては、フッ素系電解質膜や炭化水素系電解質膜が利用されている。
【０００３】
燃料電池の電解質膜として炭化水素系電解質膜を用いる場合には、電解質膜と触媒層との接着性が問題となる。すなわち、フッ素系電解質膜を用いる場合には、電解質膜をガラス転移温度付近まで温度上昇させて触媒層に圧着する接着方法を用いて電解質膜と触媒層との接着強度を高めることが可能であるが、炭化水素系電解質膜はガラス転移温度が高いため、同様の接着方法を採用することは困難である。
【０００４】
他方、多数の針状カーボンを高速で電解質膜に衝突させて針状カーボンを電解質膜中に侵入させた後に、カソードおよびアノードを形成する技術が知られている（例えば特許文献１）。この技術によれば、各針状カーボンの先端部分が電解質膜内に侵入し、各針状カーボンの残りの部分が電極内に埋め込まれることとなる。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３７１４号公報
【特許文献２】特開２００５−４４５３８号公報
【特許文献３】特開２００５−１９０７０１号公報
【特許文献４】特開２００３−６１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１記載の技術では、針状カーボンの存在により、電解質膜と触媒層との接着強度の向上が期待できる。しかし、上記特許文献１記載の技術では、針状カーボンが配置された電解質膜の表面へのカソードおよびアノードの圧着によって針状カーボンが電解質膜内により深く食い込み、リーク電流の増大や耐久性の低下といった燃料電池の性能低下を誘引する恐れがあった。
【０００７】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、炭化水素系電解質膜を有する燃料電池において、性能低下を抑制しつつ、電解質膜と触媒層とを良好に接着させることを可能とする技術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】
【０００８】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］燃料電池であって、
炭化水素系材料で形成された電解質膜と、
前記電解質膜の表面に接するように配置された触媒層と、
前記触媒層に対して前記電解質膜とは反対側に配置された特定の層と、を備え、
前記特定の層は、前記特定の層から前記触媒層を介して前記電解質膜内部まで達する針状構造の導電材料を有する、燃料電池。
【００１０】
この燃料電池では、触媒層に対して電解質膜とは反対側に配置された特定の層が、特定の層から触媒層を介して電解質膜内部まで達する針状構造の導電材料を有する。この導電材料は、触媒層と電解質膜とを接合する楔として機能する。また、導電材料の長さや触媒層の厚さを調整することにより、導電材料の電解質膜内部への侵入深さを容易に調整可能であり、導電材料が電解質膜内部に過剰に侵入することを抑制することができる。従って、この燃料電池では、性能低下を抑制しつつ、電解質膜と触媒層とを良好に接着させることができる。
【００１１】
［適用例２］適用例１に記載の燃料電池であって、
前記特定の層は、前記触媒層の前記電解質膜に接している表面とは反対側の表面に接するように配置されている、燃料電池。
【００１２】
この燃料電池では、針状構造の導電材料が特定の層の表面から触媒層のみを介して電解質膜内部まで達するように配置されるため、導電材料がより有効に触媒層と電解質膜とを接合する楔として機能し、電解質膜と触媒層とをより良好に接着させることができる。
【００１３】
［適用例３］適用例２に記載の燃料電池であって、
前記特定の層は撥水性を有する撥水層であり、
前記燃料電池は、前記撥水層の前記触媒層に接している表面とは反対側の表面に接するように配置された拡散層をさらに備える、燃料電池。
【００１４】
この燃料電池では、拡散層と撥水層とを備える燃料電池において、電解質膜と触媒層とをより良好に接着させることができる。
【００１５】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記導電材料は炭素繊維である、燃料電池。
【００１６】
この燃料電池では、炭素繊維が触媒層と電解質膜とを接合する楔として機能するため、燃料電池の性能低下を抑制しつつ、電解質膜と触媒層とを良好に接着させることができる。
【００１７】
［適用例５］燃料電池の製造方法であって、
（ａ）針状構造の導電材料を有する特定の層を形成する工程と、
（ｂ）触媒層を形成する工程と、
（ｃ）前記触媒層の前記特定の層側の表面とは反対側の表面に接するように炭化水素系材料で形成された電解質膜を配置する工程と、を備え、
前記工程（ａ）は、前記工程（ｃ）における前記電解質膜の配置後に前記導電材料が前記特定の層から前記触媒層を介して前記電解質膜内部まで達することとなるように、前記特定の層に前記導電材料を配置する工程を含む、燃料電池の製造方法。
【００１８】
この燃料電池の製造方法では、特定の層から触媒層を介して電解質膜内部まで達する導電材料を有する燃料電池を製造することができる。この導電材料は、触媒層と電解質膜とを接合する楔として機能する。また、導電材料の長さや触媒層の厚さを調整することにより、導電材料の電解質膜内部への侵入深さを容易に調整可能であり、導電材料が電解質膜内部に過剰に侵入することを抑制することができる。従って、この燃料電池の製造方法では、燃料電池の性能低下を抑制しつつ、電解質膜と触媒層とを良好に接着させることができる。
【００１９】
［適用例６］適用例５に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、前記特定の層の表面に接するように前記触媒層を形成する工程である、燃料電池。
【００２０】
この燃料電池の製造方法では、導電材料が特定の層の表面から触媒層のみを介して電解質膜内部まで達するように配置され、導電材料がより有効に触媒層と電解質膜とを接合する楔として機能する燃料電池を製造することができる。そのため、この燃料電池の製造方法では、電解質膜と触媒層とをより良好に接着させることができる。
【００２１】
［適用例７］適用例６に記載の燃料電池の製造方法であって、
前記特定の層は撥水性を有する撥水層であり、
前記工程（ａ）は、拡散層の表面に接するように前記撥水層を形成する工程である、燃料電池の製造方法。
【００２２】
この燃料電池の製造方法では、拡散層と撥水層とを備える燃料電池において、電解質膜と触媒層とをより良好に接着させることができる。
【００２３】
［適用例８］適用例５ないし適用例７のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記導電材料は炭素繊維である、燃料電池。
【００２４】
この燃料電池の製造方法では、触媒層と電解質膜とを接合する楔として機能する炭素繊維を有する燃料電池を製造することができるため、燃料電池の性能低下を抑制しつつ、電解質膜と触媒層とを良好に接着させることができる。
【００２５】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、燃料電池およびその製造方法、燃料電池用電極およびその製造方法、燃料電池用ＭＥＡおよびその製造方法等の態様で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ｂ．性能評価：
Ｃ．変形例：
【００２７】
Ａ．実施例：
図１は、実施例の燃料電池１０の構成を概略的に示す説明図である。燃料電池１０は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。燃料電池１０は、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ（膜・電極接合体））１００をセパレータ２００で挟んで複数積層したスタック構造を有している。図１には、燃料電池１０の構成をわかりやすく示すために、ＭＥＡ１００およびセパレータ２００が積層される前の状態を示している。
【００２８】
ＭＥＡ１００は、電解質膜１１０と、電解質膜１１０の一方の表面上に配置されたアノード電極１２０と、電解質膜１１０の他方の表面上に配置されたカソード電極１３０と、を有している。本実施例の電解質膜１１０は、炭化水素系材料により形成された炭化水素系電解質膜であり、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有する。
【００２９】
アノード電極１２０は、アノード側電極反応が進行する反応場であり、電解質膜１１０の表面に接するように配置されたアノード側触媒層１２２と、セパレータ２００の表面に接するように配置されたアノード側拡散層１２６と、を含んでいる。また、アノード側拡散層１２６のアノード側触媒層１２２に対向する側の表面には、アノード側撥水層１２４が配置されている。
【００３０】
カソード電極１３０は、カソード側電極反応が進行する反応場であり、電解質膜１１０の表面に接するように配置されたカソード側触媒層１３２と、セパレータ２００の表面に接するように配置されたカソード側拡散層１３６と、を含んでいる。また、カソード側拡散層１３６のカソード側触媒層１３２に対向する側の表面には、カソード側撥水層１３４が配置されている。
【００３１】
以下の説明では、アノード電極１２０およびカソード電極１３０を、まとめて単に「電極」とも呼ぶ。同様に、アノード側触媒層１２２およびカソード側触媒層１３２を、まとめて単に「触媒層」とも呼び、アノード側拡散層１２６およびカソード側拡散層１３６を、まとめて単に「拡散層」とも呼び、アノード側撥水層１２４およびカソード側撥水層１３４を、まとめて単に「撥水層」とも呼ぶ。
【００３２】
触媒層は、電極反応を促進する触媒を提供する層であり、例えば白金を担持したカーボンと電解質とを含む材料により形成されている。拡散層は、電極反応に用いられる反応ガス（酸化ガスおよび燃料ガス）を電解質膜１１０の面方向に沿って拡散させる層であり、例えばカーボンクロスやカーボンペーパーにより形成されている。撥水層は、撥水性を有し、電極内における水の滞留を抑制する層であり、例えばカーボンを含有したＰＴＦＥ樹脂により形成されている。なお、撥水層は、多孔質撥水層あるいはＭＰＬ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｏｒｏｕｓ  Ｌａｙｅｒ）とも呼ばれる。
【００３３】
セパレータ２００は、ガスを透過しない緻密質であると共に導電性を有する材料、例えば圧縮成型された緻密質カーボン、金属、導電性樹脂により形成されている。１つのセパレータ２００は、一方の面が１つのＭＥＡ１００のアノード側拡散層１２６と隣接しており、他方の面が他のＭＥＡ１００のカソード側拡散層１３６と隣接している。セパレータ２００の両表面には溝が形成されている。燃料電池１０の各部材の積層後には、セパレータ２００のアノード側拡散層１２６に接する面に形成された溝により燃料ガス流路が形成される。また、セパレータ２００のカソード側拡散層１３６に接する面に形成された溝により酸化ガス流路が形成される。セパレータ２００は、内部に冷媒用の流路を有するとしてもよい。
【００３４】
なお、図１では記載を省略しているが、燃料電池１０は、いずれも燃料電池スタックを積層方向（図１の上下方向）に貫通する燃料ガス供給マニホールドと、燃料ガス排出マニホールドと、酸化ガス供給マニホールドと、酸化ガス排出マニホールドと、を有している。燃料電池スタックに対して供給された燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールドを介して燃料ガス流路に分配され、ＭＥＡ１００における電気化学反応に供される。利用されなかった燃料ガスは、燃料ガス排出マニホールドを介して外部に排出される。また、燃料電池スタックに対して供給された酸化ガスは、酸化ガス供給マニホールドを介して酸化ガス流路に分配され、ＭＥＡ１００における電気化学反応に供される。利用されなかった酸化ガスは、酸化ガス排出マニホールドを介して外部に排出される。燃料ガスとしては、例えば、純度の高い水素ガスが用いられ、酸化ガスとしては、例えば、空気が用いられる。
【００３５】
図２は、実施例の燃料電池１０の詳細な断面構成を示す説明図である。図２（ａ）は、図１のＡ１部を拡大して示しており、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ２部を拡大して示している。本実施例の燃料電池１０では、図２（ａ）に示すように、カソード側撥水層１３４が、カソード側撥水層１３４の表面からカソード側触媒層１３２を介して電解質膜１１０の内部まで達する気相成長炭素繊維１３８（以下、「ＶＧＣＦ（Ｖａｐｏｒ  Ｇｒｏｗｎ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ）１３８」とも呼ぶ）を有する。ＶＧＣＦ１３８は、気相法により製造された針状構造を有する炭素繊維である。
【００３６】
ＶＧＣＦ１３８は、図２（ｂ）に示すように、カソード側撥水層１３４表面からＶＧＣＦ１３８の先端までの平均的な距離Ｔｆがカソード側触媒層１３２の平均的な厚さＴｃよりも大きくなるように、形成されている。このようにＶＧＣＦ１３８が形成されることにより、ＶＧＣＦ１３８がカソード側触媒層１３２を貫通して電解質膜１１０の内部にまで侵入することとなる。なお、カソード側触媒層１３２の厚さＴｃは５〜３０マイクロメートルであることが好ましく、カソード側撥水層１３４表面からＶＧＣＦ１３８の先端までの距離Ｔｆは３０〜７０マイクロメートルであることが好ましい。また、電解質膜１１０の厚さは２０〜６０マイクロメートルであることが好ましく、ＴｆとＴｃとの差（すなわちＶＧＣＦ１３８の電解質膜１１０内への侵入深さ）は、電解質膜１１０の厚さに応じて５〜１５マイクロメートルの範囲に設定されることが好ましい。
【００３７】
なお、図２ではカソード側の断面構成のみを示したが、アノード側の断面構成も同様である。すなわち、アノード側についても、アノード側撥水層１２４が、アノード側撥水層１２４の表面からアノード側触媒層１２２を介して電解質膜１１０の内部まで達するＶＧＣＦ１３８を有している。本実施例におけるカソード側撥水層１３４およびアノード側撥水層１２４は、本発明における「特定の層」に相当する。
【００３８】
図３は、実施例の燃料電池１０に用いられるＭＥＡ１００の製造方法を示すフローチャートである。なお図３には、各ステップの内容と共に、各ステップ完了時におけるカソード側断面構成を示している。
【００３９】
まず、カーボンクロスやカーボンペーパーにより拡散層（カソード側拡散層１３６およびアノード側拡散層１２６）を形成し（ステップＳ１１０）、拡散層の表面に撥水層（カソード側撥水層１３４およびアノード側撥水層１２４）を形成する（ステップＳ１２０）。そして、撥水層の拡散層側とは反対側の表面にＶＧＣＦ１３８を配置する（ステップＳ１３０）。
【００４０】
次に、ＶＧＣＦ１３８が配置された撥水層の凹凸表面上に触媒層（カソード側触媒層１３２およびアノード側触媒層１２２）を塗工する（ステップＳ１４０）。これにより、触媒層付き拡散層が製造される。このとき、製造された触媒層付き拡散層の触媒層側表面からは、ＶＧＣＦ１３８の先端部が突出している（図２（ｂ）参照）。本実施例では、ＶＧＣＦ１３８の先端部が触媒層側表面から５〜１５マイクロメートル突出するように、ＶＧＣＦ１３８の長さおよび触媒層の厚さが設定される。
【００４１】
最後に、カソード側およびアノード側の触媒層付き拡散層で電解質膜１１０を挟み、熱圧着する（ステップＳ１５０）。これにより、ＭＥＡ１００の製造が完了する。製造されたＭＥＡ１００では、電解質膜１１０のカソード側およびアノード側のそれぞれの表面にＶＧＣＦ１３８の先端部が侵入した状態となる。
【００４２】
以上説明したように、本実施例の燃料電池１０では、撥水層（カソード側撥水層１３４およびアノード側撥水層１２４）が、撥水層の表面から触媒層（カソード側触媒層１３２およびアノード側触媒層１２２）を介して電解質膜１１０の内部まで達するＶＧＣＦ１３８を有する。このＶＧＣＦ１３８は、触媒層と電解質膜１１０とを接合する楔として機能する。従って、本実施例の燃料電池１０では、触媒層と電解質膜１１０との接着性を向上させることができる。
【００４３】
また、本実施例の燃料電池１０では、撥水層がＶＧＣＦ１３８を有しているため、ＶＧＣＦ１３８の長さや触媒層の厚さを調整することにより、ＶＧＣＦ１３８の触媒層表面からの突出長さを容易に調整可能である。そのため、例えば予め電解質膜にＶＧＣＦを侵入させた後に電解質膜上に触媒層付き拡散層を圧着する場合と比較して、本実施例の燃料電池１０ではＶＧＣＦ１３８が電解質膜１１０内部に過剰に侵入することを抑制することが可能である。従って、本実施例の燃料電池１０では、リーク電流の増大や耐久性の低下といった燃料電池の性能低下を抑制しつつ、触媒層と電解質膜１１０との接着性を向上させることができる。
【００４４】
さらに、本実施例の燃料電池１０では、導電性を有するＶＧＣＦ１３８によって、電解質膜１１０と撥水層との間を直接電気的に接続する導電パスが形成されるため、電池性能の向上を図ることができる。
【００４５】
Ｂ．性能評価：
本実施例の燃料電池１０に用いられるＭＥＡ１００のＩ−Ｖ性能および耐久性能を確認するために、性能評価試験を行った。性能評価試験には、実施例のＭＥＡ１００と、４つの比較例（比較例１〜４）のＭＥＡとを用いた。実施例のＭＥＡ１００および４つの比較例のＭＥＡの概要を表１に示す。
【００４６】
【表１】
2009026679.tif 000003
【００４７】
実施例のＭＥＡ１００は、上述したように、撥水層が形成された拡散層上にＶＧＣＦ１３８を配置し、さらに触媒層を塗工して得られた触媒層付き拡散層を電解質膜１１０に加湿環境下で熱圧着（１００〜１４０℃、１〜１０ＭＰａ）することにより製造される。このとき、撥水層表面からＶＧＣＦ１３８の先端までの距離Ｔｆ（図２（ｂ）参照）は、４０〜５０マイクロメートルである。
【００４８】
一方、比較例１のＭＥＡは、実施例と同様の方法により製造されるが、撥水層表面からＶＧＣＦの先端までの距離Ｔｆが、５〜１０マイクロメートルと、実施例より短く設定されている。比較例２のＭＥＡは、実施例と同様の方法により製造されるが、ＶＧＣＦ１３８の代わりに、ホウ素変性アセチレンブラック（以下「ＢＭＡＢ（Ｂｏｒｏｎ  Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ａｃｅｔｙｌｅｎｅ  Ｂｌａｃｋ）」とも呼ぶ）が用いられる。ＢＭＡＢは、針状構造ではなく球状粒子構造を有する。
【００４９】
比較例３のＭＥＡは、単に拡散層上に触媒層を塗工して製造された触媒層付き拡散層を電解質膜に熱圧着することにより製造される。すなわち、拡散層上への撥水層の形成や撥水層上へのＶＧＣＦの配置は行われない。触媒層付き拡散層の電解質膜への圧着方法については実施例と同様である。比較例４のＭＥＡは、電解質膜上に高分子ポリマーからなるバインダ層を形成し、バインダ層上に触媒層を定着させた後、撥水層およびＶＧＣＦを配置した拡散層を熱圧着（１００〜１４０℃、１〜１０ＭＰａ）することにより製造される。
【００５０】
上述した実施例のＭＥＡ１００および４つの比較例のＭＥＡを用いて行ったＩ−Ｖ性能試験の結果を表２に示す。Ｉ−Ｖ性能試験では、セル温度が８０℃、電流密度が１平方センチメートルあたり０．２アンペアの条件下におけるセル電圧を計測した。
【００５１】
【表２】
2009026679.tif 000004
【００５２】
表２に示すように、実施例のＭＥＡ１００は、良好なＩ−Ｖ性能を発揮した。これは、ＶＧＣＦ１３８によって電解質膜１１０と触媒層との接合が強化されたことに加え、ＶＧＣＦ１３８が電解質膜１１０と撥水層との間を電気的に接続する導電パスとして機能したことによるものと考えられる。比較例４のＭＥＡも、実施例のＭＥＡ１００と同様に良好なＩ−Ｖ性能を発揮した。ただし、比較例４のＭＥＡでは、電解質膜へのバインダ層としての高分子ポリマーの塗布によってＭＥＡ内の電解質成分の比率が増加したため、高負荷領域ではフラッディングによる性能低下が発生した。
【００５３】
一方、比較例１および比較例３のＭＥＡのＩ−Ｖ性能は、実施例のＭＥＡ１００と比較して低かった。この理由は、比較例１については、撥水層表面からＶＧＣＦの先端までの距離Ｔｆが実施例より短く、ＶＧＣＦが電解質膜内部に侵入していないため、電解質膜と触媒層との接合強度が実施例と比較して弱いためと考えられる。また、比較例３については、撥水層が設けられていないためにフラッディングが発生したこと、撥水層の分だけ電極間距離が短い上に拡散層の電解質膜への食い込みが発生しやすいためにリーク電流が増大したこと、などが理由として挙げられる。なお、比較例２のＭＥＡは、球状粒子構造を有するＢＭＡＢの存在により電解質膜と触媒層との接合ができず、Ｉ−Ｖ性能の評価および後述の耐久性能の評価を実行できなかった。
【００５４】
次に、耐久性能試験の結果を表３に示す。耐久性能試験として、８０℃の温水への浸漬（６０分）と液体窒素への浸漬（６０分）とを交互に繰り返して層間剥離の有無を調べる冷熱サイクル耐久試験を行った。表３において、「○」はその時点で層間剥離が発生しなかったことを示し、「×」はその時点で層間剥離が発生したことを示す。
【００５５】
【表３】
2009026679.tif 000005
【００５６】
表３に示すように、実施例のＭＥＡ１００は、良好な耐久性能を有することが確認された。これに対し、比較例１のＭＥＡは、上述したようにＶＧＣＦが電解質膜内部に侵入していないと考えられ、実施例のＭＥＡ１００と比較して耐久性能が低かった。比較例３のＭＥＡは、拡散層の電解質膜への食い込みにより耐久性能が向上しているものと考えられ、実施例のＭＥＡ１００と同程度の耐久性能を発揮した。比較例４のＭＥＡは、バインダ層としての高分子ポリマーの存在によってＭＥＡ内が過剰に保水されやすく、電解質膜の膨潤収縮によって電解質膜と触媒層との接合が不安定になったと考えられ、実施例のＭＥＡ１００と比較して耐久性能が低かった。
【００５７】
以上説明した性能評価試験により、実施例のＭＥＡ１００は、Ｉ−Ｖ性能および耐久性能の両面において、比較例と比較して良好な性能を有することが確認された。
【００５８】
Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５９】
Ｂ−１．変形例１：
上記実施例の燃料電池１０の構成は、あくまで一例であり、他の構成を採用することも可能である。例えば、ＭＥＡ１００の電極（アノード電極１２０およびカソード電極１３０）が触媒層、拡散層、撥水層以外の他の層を有するとしてもよいし、逆に電極が撥水層を有しないとしてもよい。
【００６０】
また、上記実施例では撥水層がＶＧＣＦ１３８を有するとしているが、触媒層に対して電解質膜とは反対側に配置された層であれば、撥水層以外の層がＶＧＣＦを有するとしてもよい。例えば、拡散層がＶＧＣＦを有するとしてもよく、この場合には、ＶＧＣＦは拡散層の表面から撥水層および触媒層を介して電解質膜内部まで達するように形成される。
【００６１】
また、上記実施例ではカソード側およびアノード側の両方の撥水層がＶＧＣＦ１３８を有するとしているが、カソード側およびアノード側のいずれか一方の撥水層のみがＶＧＣＦ１３８を有するとしてもよい。
【００６２】
また、上記実施例におけるＭＥＡの製造方法（図３）では、触媒層１３２をＶＧＣＦ１３８側に塗工しているが（ステップＳ１４０）、触媒層１３２を電解質膜１１０側に配置した後、ＶＧＣＦ１３８が配置された撥水層１３４と触媒層１３２とを接合するものとしてもよい。
【００６３】
Ｂ−２．変形例２：
上記実施例におけるＶＧＣＦの代わりに、他の針状構造炭素繊維を用いてもよい。他の針状構造炭素繊維としては、例えばカーボンナノチューブが挙げられる。また、上記実施例におけるＶＧＣＦの代わりに、他の針状構造の導電材料を用いてもよい。他の針状構造の導電材料としては、例えばウィスカ（針状単結晶）が挙げられる。ＶＧＣＦの代わりに、耐食性や導電性のバランスの良いもの（例えばチタン）を用いても、上記実施例におけるＶＧＣＦを用いた燃料電池と同等の性能が得られるものと考えられる。
【００６４】
また、上記実施例における各層の厚さやＶＧＣＦ１３８の長さ等はあくまで一例であり、厚さや長さを実施例中に示した値とは異なる値に設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施例の燃料電池１０の構成を概略的に示す説明図である。
【図２】実施例の燃料電池１０の詳細な断面構成を示す説明図である。
【図３】実施例の燃料電池１０に用いられるＭＥＡ１００の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１０…燃料電池
１００…ＭＥＡ
１１０…電解質膜
１２０…アノード電極
１２２…アノード側触媒層
１２４…アノード側撥水層
１２６…アノード側拡散層
１３０…カソード電極
１３２…カソード側触媒層
１３４…カソード側撥水層
１３６…カソード側拡散層
１３８…気相成長炭素繊維
２００…セパレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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