(57)【要約】【課題】この発明は、燃料電池用電極およびそれを用いた膜電極接合体に関し、電極内の白金触媒が溶出することを防止しつつ、電位変動サイクルに対して耐性を有する燃料電池用の電極およびそれを用いた膜電極接合体を提供することを目的とする。【解決手段】導電性担体に白金粒子が担持された電極触媒と、前記電極触媒の近傍、かつ、前記白金粒子がイオン化して前記電極触媒から溶出することを防止できる範囲内に配置された弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物と、を備えることを特徴とする燃料電池用電極。【選択図】図２
2009252540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性担体に白金粒子が担持された電極触媒と、
前記電極触媒の近傍、かつ、前記白金粒子がイオン化して前記電極触媒から溶出することを防止できる範囲内に配置された弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物と、
を備えることを特徴とする燃料電池用電極。
【請求項２】
前記弱酸性高分子化合物が、リン酸基、ホスホン酸基およびカルボン酸基からなる群から選ばれる少なくとも１種を有する高分子化合物であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用電極。
【請求項３】
前記塩基性高分子化合物が、アミノ基を有する高分子化合物であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用電極。
【請求項４】
前記塩基性高分子化合物が、ポリイミダゾール、ポリチアゾール、ポリオキサゾール、ポリ（ピリジン）、ポリ（ピリミジン）、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾールおよびポリベンズオキサゾールからなる群から選ばれる少なくとも１つの高分子化合物であることを特徴とする、請求項１または３に記載の燃料電池用電極。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池用電極を用いた燃料電池用膜電極接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池用電極に関し、より詳細には、長時間の電位変動サイクルに対して高い耐性を有する燃料電池用電極およびそれを用いた膜電極接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池において、その電極内の触媒粒子が溶出することに起因する性能劣化を防止する技術がある。例えば、特許文献１には、電極内に、イオン化した白金触媒を還元するトラップ材を含んだ燃料電池が開示されている。白金触媒のイオン化は、燃料電池の運転条件に応じて起こると考えられ、このイオン化した白金触媒が電極内から溶出することで、電極内の触媒量が低下し、結果、燃料電池の性能が劣化する可能性があった。このため、特許文献１では、イオン化した白金触媒をトラップ材で白金へ還元し、電極内の白金触媒量の低下を防止している。こうすることで、燃料電池の電池寿命を長くすることが可能となる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１７４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池の電池寿命をより長くするためには、燃料電池の起動および停止により生じる電位変動サイクルに対して耐性を有する必要がある。先述した特許文献１のトラップ材は、具体的には、酸化処理することで還元性官能基が表面に導入されたカーボン担体である。しかし、この表面に導入された官能基は、電位変動サイクルを繰り返すと、カーボン担体表面上から解離してしまう場合がある。そして、解離してしまった場合には、還元性官能基として機能することができなくなってしまう。したがって、特許文献１のトラップ材は、必ずしも電位変動に対して耐性を有するものではなかった。
【０００５】
この発明は、上述の課題を解決するためになされたものである。すなわち、電極内の白金触媒が溶出することを防止しつつ、電位変動サイクルに対して耐性を有する燃料電池用の電極およびそれを用いた膜電極接合体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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池用電極であって、
導電性担体に白金粒子が担持された電極触媒と、
前記電極触媒の近傍、かつ、前記白金粒子がイオン化して前記電極触媒から溶出することを防止できる範囲内に配置された弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記弱酸性高分子化合物が、リン酸基、ホスホン酸基およびカルボン酸基からなる群から選ばれる少なくとも１種を有する高分子化合物であることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記塩基性高分子化合物が、アミノ基を有する高分子化合物であることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１または第３の発明において、
前記塩基性高分子化合物が、ポリイミダゾール、ポリチアゾール、ポリオキサゾール、ポリ（ピリジン）、ポリ（ピリミジン）、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾールおよびポリベンズオキサゾールからなる群から選ばれる少なくとも１つの高分子化合物であることを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第１乃至第４のいずれかに記載の燃料電池用電極を用いた膜電極接合体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１〜第４の発明は、電極内に弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物を含む。この高分子化合物は、電極内の白金触媒が白金イオンとなって溶出することを防止する機能を有する。このため、触媒性能の劣化を防止した燃料電池用電極を提供することができる。また、この高分子化合物は、燃料電池の作動電位範囲において安定であり、燃料電池の電位変動サイクルに対する耐性が高い。このため、電池寿命の長い燃料電池用電極を提供することができる。
【００１２】
第５の発明によれば、燃料電池の触媒性能劣化を防止した、電池寿命の長い燃料電池用膜電極接合体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の燃料電池用電極を含む、燃料電池用膜電極接合体の構成を説明するための模式図である。図１に示す膜電極接合体は、固体高分子型燃料電池に用いられるものである。
【００１５】
図１に示す膜電極接合体は、電解質膜１０を有している。この電解質膜１０の両側にはアノード極２０及びカソード極３０が配置されている。アノード極２０及びカソード極３０の両外側にはセパレータ４０が配置されている。アノード極２０側のセパレータ４０には水素経路５０が接続され、水素経路５０には水素供給源（図示せず）が接続されている。水素供給源から、水素経路５０及びセパレータ４０を介してアノード極２０に水素が供給され、アノード極２０から水素経路５０側に未反応の水素を含むオフガスが排出される。一方、カソード極３０側のセパレータ４０には酸素経路６０が接続されている。酸素経路６０及びセパレータ４０を介してカソード極３０に空気が供給され、カソード極３０から酸素経路６０側に、未反応の酸素を含む空気オフガス、および反応により発生した水が排出される。
【００１６】
この膜電極接合体が燃料電池の一部として機能する場合、アノード極２０およびカソード極３０においては、次式（１）および（２）に示す反応が起こることになる。
アノード極：Ｈ２  →  ２Ｈ＋＋２ｅ−        ・・・（１）
カソード極：Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−  →  ２Ｈ２Ｏ        ・・・（２）
この（１）および（２）の反応をまとめると、燃料電池全体では次式（３）のように水の生成反応が起きることになる。
２Ｈ２＋Ｏ２  →  ２Ｈ２Ｏ        ・・・（３）
このときの電子がアノード極２０およびカソード極３０の集電板（図示せず）を介して移動し、これにより電流が流れて発電することになる。燃料電池においては、この上式（１）および（２）の反応が起こるように、アノード極２０およびカソード極３０には、白金粒子が触媒として添加されている。この白金粒子は、通常、カーボン等の導電性担体に担持された状態でアノード極２０およびカソード極３０に含まれている。
【００１７】
ところで、この白金粒子がイオン化して溶出することに起因する、燃料電池の性能劣化が知られている。図２は、白金のｐＨ／電極電位図である。図２に示すように、白金は、強酸性の下では白金金属として存在する場合と、白金イオンとして存在する場合とがある。具体的には、白金は、強酸性の下、電極電位０．９０Ｖ以下では白金金属として存在し、０．９５Ｖ〜１．１０Ｖでは白金イオンとして存在する。
【００１８】
この電極電位を燃料電池の作動電位とすると、電極内の白金の挙動が推定できる。すなわち、白金は、強酸性の下、燃料電池の作動電位０．９０Ｖ以下では白金金属として存在し、０．９５Ｖ〜１．１０Ｖでは白金イオンとして存在すると推定できる。
【００１９】
そして、燃料電池の作動電位範囲は、概ね０．９０Ｖ以下である。このため、白金は、電極内では、白金金属として存在することが考えられる。しかし、実際には、燃料電池を運転する、例えば、強酸性下において燃料電池の作動、停止といった電位変動を繰り返すことで、電極内の白金粒子がイオン化する場合がある。さらに、電極内からこのイオン化した白金粒子が溶出した場合には、電極内の触媒量が低下する。この結果、燃料電池の性能が劣化する場合がある。
【００２０】
一方、図２に示すように、弱酸性の下では、白金は、白金金属または白金酸化物として存在する。また、白金は、図２に示す弱酸性下のみならず、塩基性下であっても同様の挙動を示す。言い換えれば、弱酸性〜塩基性下では、白金は、白金イオンとして存在することはないことになる。
【００２１】
そこで、実施の形態１では、弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物が、カソード極３０の白金金属の近傍、かつ、白金金属がイオン化して溶出することを防止できる範囲内に配置される。こうすることで、白金金属の近傍に弱酸性〜塩基性の系を配置し、この系の近傍に移動してきた白金イオンを白金金属として変化させる。この結果、白金金属が白金イオンとなって溶出することを防止できる。
【００２２】
さらに、この弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物は、上述した燃料電池の作動電位範囲において分解等することがなく安定である。このため、燃料電池を実際に運転することで作動電位の変化が繰り返されたとしても、白金粒子のイオン化を、繰り返して防止することが可能となる。
【００２３】
次に、図３を用いて、実施の形態１の燃料電池用電極を含む、燃料電池用膜電極接合体を詳細に説明する。図３は、図１の点線（Ａ）で囲む部分を拡大して表した模式図である。
【００２４】
＜カソード極＞
図３に示すように、カソード極３０は、カーボン等からなる導電性担体３２に、白金粒子３４が担持された電極用の担持体（以下、「電極触媒」ともいう。）を含む。カソード極３０は、また、弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物３６を含む。
【００２５】
（白金粒子）
カソード極３０に含まれる白金粒子３４は、カソード極３０における反応の活性化エネルギーを下げて、Ｈ２Ｏ生成反応を進行させるために用いられる触媒である。また、この触媒の粒径（平均粒径）としては、１〜３０ｎｍであることが好ましく、１〜１０ｎｍであることがより好ましく、１〜５ｎｍであることが特に好ましい。触媒の粒径が上記の範囲内であれば、白金粒子３４の有効電極面積が増加して触媒活性が高くなることから好ましい。
【００２６】
（導電性担体）
カソード極３０に含まれる導電性担体３２としては、白金粒子３４をその表面に分散して担持させるために十分な比表面積を有し、同時に、集電体として十分な電子導電性を有しているものであればよい。導電性担体３２としては、導電性カーボン粒子が好ましく、好ましい導電性カーボン粒子として、カーボンブラック粒子を挙げることができる。また、導電性担体３２は、ＢＥＴ比表面積が２５０〜１，６００ｍ２／ｇであることが好ましく、７００〜１，４００ｍ２／ｇであるとより好ましい。導電性担体３２のＢＥＴ比表面積が上記数値の範囲内であれば、白金粒子３４をその表面に高分散して担持することができるため好ましい。
【００２７】
（弱酸性高分子化合物）
カソード極３０に含まれる弱酸性の高分子化合物は、電極触媒において、白金粒子３４が白金イオン化することを防止できる、弱酸性の官能基を有する高分子化合物であることが好ましい。弱酸性の官能基を有する高分子化合物としては、具体的には、リン酸基、ホスホン酸基およびカルボン酸基からなる群から選ばれる少なくとも１種を有する高分子化合物であることが好ましい。この弱酸性を有する高分子化合物としては、リン酸基、ホスホン酸基、カルボン酸基を有する重合性モノマー１種以上を重合させた高分子化合物、または、この重合性モノマーに他の重合性モノマーを共重合させて得られる高分子化合物を好ましく例示できる。また、この弱酸性の高分子化合物は、単独で使用しても、２種以上を同時に使用しても良い。
【００２８】
上記リン酸基、ホスホン酸基、カルボン酸基を有する重合性モノマーとしては、これらの基を含有するアクリル、メタクリル、スチリル、ビニル、マレイル等の重合性不飽和結合を有する化合物であり、これらの基は直接又はアルキレン基、アリーレン基等の連結鎖を経て間接的に、重合性不飽和結合に連結される。
【００２９】
上記リン酸基、ホスホン酸基、カルボン酸基を有する重合性モノマーと共重合させるモノマー成分としては、例えば、下記（１）〜（１０）に挙げる化合物を例示することができる。
（１）２−ヒドロキシエチルアクリレート又は２−ヒドロキシエチルメタクリレート等
の脂肪族水酸基を有するアクリル酸エステル類、及びメタクリル酸エステル類。
（２）アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸アミル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸−２−クロロエチル、グリシジルアクリレート等のアルキルアクリレート。
（３）メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸−２−クロロエチル、グリシジルメタクリレート等のアルキルメタクリレート。
（４）アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ−エチルアクリルアミド、Ｎ−ヘキシルメタクリルアミド、Ｎ−シクロヘキシルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ−フェニルアクリルアミド、Ｎ−ニトロフェニルアクリルアミド、Ｎ−エチル−Ｎ−フェニルアクリルアミド等のアクリルアミドもしくはメタクリルアミド。
（５）エチルビニルエーテル、２−クロロエチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、オクチルビニルエーテル、フェニルビニルエーテル等のビニルエーテル類。
（６）ビニルアセテート、ビニルクロロアセテート、ビニルブチレート、安息香酸ビニル等のビニルエステル類。
（７）スチレン、α−メチルスチレン、メチルスチレン、クロロメチルスチレン等のスチレン類。
（８）メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、プロピルビニルケトン、フェニルビニルケトン等のビニルケトン類。
（９）Ｎ−ビニルピロリドン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル。
（１０）マレイミド、ｎ−メチルマレイミド、ｎ−シクロヘキシルマレイミド、ｎ−フェニルマレイミド等の不飽和イミド類。
【００３０】
また、これら弱酸性の高分子化合物の共重合の方法としては、従来知られている、グラフト共重合法、ブロック共重合法、ランダム共重合法等が挙げられる。
【００３１】
（塩基性高分子化合物）
また、カソード極３０に含まれる塩基性の高分子化合物は、電極触媒において、白金粒子３４が白金イオン化することを防止できる、アミノ基を有する高分子化合物であることが好ましい。アミノ基を有する高分子化合物としては、具体的には、アミノ基を有する重合性モノマー１種以上を重合させた高分子化合物であることが好ましい。また、この重合性モノマーに他の重合性モノマーを共重合させて得られる高分子化合物を使用してもよい。
【００３２】
アミノ基を有する高分子化合物の重合性モノマーとしては、アミノ基を含有するアクリル、メタクリル、スチリル、ビニル、マレイル等の重合性不飽和結合を有する化合物であり、これらの基は直接又はアルキレン基、アリーレン基等の連結鎖を経て間接的に、重合性不飽和結合に連結される。また、アミノ基を有する重合性モノマーと共重合させるモノマー成分としては、リン酸基、ホスホン酸基、カルボン酸基またはこれらの基の塩を有する重合性モノマーと共重合させるモノマー成分として例示した化合物と同様の化合物が例示できる。
【００３３】
また、カソード極３０に含まれる塩基性の高分子化合物としては、イミダゾール、チアゾール、チアジアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール等の塩基性かつ芳香族性窒素含有５員環芳香族構造又はピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン等の塩基性かつ芳香族性窒素含有６員環芳香族構造を有するモノマー単位を主な構成成分とした高分子化合物であることが好ましい。また、これらのモノマー単位内にアミノ基が導入された高分子化合物も、好ましい塩基性高分子化合物として例示できる。
【００３４】
これらのモノマー単位を主な構成成分とした高分子化合物としては、ポリイミダゾール、ポリチアゾール、ポリオキサゾール、ポリ（ピリジン）、ポリ（ピリミジン）、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾールおよびポリベンズオキサゾールを例示することができる。実施の形態１で用いる塩基性高分子化合物は、これらポリイミダゾール、ポリチアゾール、ポリオキサゾール、ポリ（ピリジン）、ポリ（ピリミジン）、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズチアゾールおよびポリベンズオキサゾール群から選ばれる少なくとも１つの塩基性高分子化合物を含むことが好ましい。さらに、これら塩基性高分子化合物は、上述したアミノ基を有する塩基性高分子化合物との混合物であってもよい。
【００３５】
これらの塩基性高分子化合物は、公知の技術により製造することができる。例えば、ポリベンズイミダゾールは、芳香族テトラアミンと芳香族時カルボン酸フェニルエステルからは、溶融−固相重合縮合によって、あるいは、ポリリン酸を重合溶媒と同時に縮合剤としても用いることによって製造することができる。
【００３６】
上述した弱酸性高分子化合物および塩基性高分子化合物は、弱酸性高分子化合物または塩基性高分子化合物の単独で使用してもよいし、これらの２種以上を同時に使用しても良い。すなわち、カソード極３０から白金粒子３４が白金イオンとなって溶出することを防止する限りにおいて、単独または同時に使用することができる。
【００３７】
また、弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物は、プロトンを伝導させるアイオノマー中に分散されていることが好ましい。弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物は、このアイオノマー中に均一に分散された状態でカソード極３０内に含まれていることが好ましい。このアイオノマーは、特に限定されず、公知のものを用いることができる。アイオノマーとしては、具体的には、ＮＡＦＩＯＮ（デュポン社、登録商標）、ＦＬＥＭＩＯＮ（旭硝子株式会社、登録商標）、ＡＣＩＰＬＥＸ（旭化成ケミカルズ株式会社、登録商標）等が挙げられる。
【００３８】
ところで、弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物３６は、このアイオノマーと弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物３６との混合物に１〜１０質量パーセント含まれることが好ましく、２〜８質量パーセント含まれることがより好ましい。上記の数値の範囲内であれば、カソード極としての性能を維持しつつ白金粒子３４の溶出を効果的に防止することができるため好ましい。
【００３９】
カソード極３０の作製は、電極触媒を含む溶媒に、弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物３６を分散させたアイオノマーを混合することにより行われる。具体的には、まず、アイオノマーに弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物３６を加え、十分撹拌することで、アイオノマー中に弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物３６を分散させた分散溶液を得る。次に、この分散溶液を、別途作製した電極触媒を含む溶媒に、超音波ホモジナイザー等を用いて混合することで混合溶液を得る。カソード極３０は、得られた混合溶液を電解質膜１０に塗布し、その後、溶媒を除去することで作製される。
【００４０】
＜アノード極＞
図３に示すアノード極２０は、電極触媒を含む。電極触媒としては、カソード極３０に用いられる電極触媒と同様の電極触媒が挙げられる。また、アノード極２０は、アイオノマーを含んでもよい。好ましいアイオノマーとしては、カソード極３０に用いられるアイオノマーと同一の材料が挙げられる。アノード極２０は、従来の燃料電池用電極において用いられているように、電極触媒を含む溶媒にアイオノマーを混合した触媒インクを電解質膜１０に塗布し、この触媒インクに含まれる溶媒を除去することにより作製される。
【００４１】
＜電解質膜＞
図３に示す電解質膜１０は、プロトンをアノード極２０からカソード極３０へ伝導する役割をもつプロトン交換膜である。プロトン交換膜としては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。好ましいプロトン交換膜としては、カソード極３０に用いられるアイオノマーと同一の材料が挙げられる。
【００４２】
実施の形態１の膜電極接合体は、電解質膜１０の両面にアノード極２０およびカソード極３０を形成することで作製することができる。膜電極接合体の作製は、アノード極２０およびカソード極３０を電解質膜１０の上に直接塗布し、溶媒を除去することにより行うことが好ましい。なお、アノード極２０およびカソード極３０を別途作製し、電解質膜１０を挟持した後、ホットプレス等で膜電極接合体を作製することもできる。
【００４３】
以上のように、実施の形態１によれば、電極内の白金粒子が溶出することを防止しつつ、電位変動サイクルに対しても耐性を有する燃料電池用の電極を提供することができる。また、白金粒子の溶出の防止は、電極内の触媒量の減少による燃料電池の性能劣化を防止だけではなく、電極から電解質膜１０に移動した白金イオンの析出による電解質膜１０の劣化をも防止することが可能となる。
【００４４】
なお、実施の形態１では、カソード極３０が弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物３６を含んでいる。しかし、アノード極２０がこの弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物３６を含んでいてもよい。電極が白金粒子３４を含んでいる場合、白金粒子３４のイオン化が考えられるためである。したがって、アノード極２０およびカソード極３０が弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物３６を含んでもよい。
【実施例１】
【００４５】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００４６】
＜実施例＞
１．ポリベンズイミダゾールを含む触媒インクの作製
（１）触媒インクに使用した物質
（i）白金担持率が６０％である白金担持カーボン
（ii）Ｎａｆｉｏｎ（商品名：ＤＥ２０２０。Ｄｕ  Ｐｏｎｔ（株）製）
（iii）ポリベンズイミダゾール（ポリ（２，２’-（ｍ−フェニレン）-５，５’−ビベンズイミダゾール。シグマアルドリッチジャパン（株）製）
（２）比率
（i）：（（ii）＋（iii））の重量比が５：２となるように調製した。また、ここで、（i）：（（ii）＋（iii））の固形分比が１：１となるように調整した。また、（（ii）＋（iii））中の（iii）の含有率が５％となるように調製した。
（３）触媒インクの調製方法
（i）に純水を加え、撹拌させて触媒粉に水をなじませた。その後、（ii）および（iii）を加え、十分撹拌させた後、超音波ホモジナイザーで混合処理した。得られた混合溶液に脱泡処理を施すことで触媒インクを調製した。
【００４７】
２．膜電極接合体の作製
得られた触媒インクを、スプレー法により電解質膜に塗布し、オーブン中で加熱、真空乾燥を行うことで触媒インクに含まれている溶媒を除去した。その後、電極基材としてカーボンペーパーを触媒層にホットプレスすることで圧着させた。この結果、ベンズイミダゾールを触媒インク中に含む膜電極接合体を得た。
【００４８】
＜比較例＞
上記実施例において、（iii）を混合せずに触媒インクを作製した。
【００４９】
３．膜電極接合体の評価方法
サイクリックボルタンメトリー測定法により耐久試験を行うことで評価をした。
作製した膜電極接合体を燃料電池セルに組み込み、セル温度８０℃、飽和加湿条件下において、電位変動測定により耐久試験を行った。電位変動測定は、印加する電位を開放電圧および０．７Ｖとして、２０秒間隔でこれらの電位の印加を切り替えることで行った。得られたサイクリックボルタモグラフに基づいて、膜電極接合体の触媒層中のＰｔ有効表面積を測定した。
【００５０】
図４は、膜電極接合体の白金の電気化学的有効表面積の結果を示す。図４の実施例に示すように、Ｐｔ捕捉剤を含む触媒インクを用いることで、約１３０時間（約１２，０００回の電位変動サイクル）の耐久試験を行った後であっても、高い状態のＰｔ有効表面積を維持することができた。一方、比較例に示すように、Ｐｔ捕捉剤を含まない触媒インクを用いた膜電極接合体では、約６５時間（約６，０００回の電位変動サイクル）の耐久試験を行ったところで、Ｐｔ有効表面積が５０％を下回る結果となった。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施の形態１における燃料電池用膜電極接合体の構成を説明するための模式図である。
【図２】白金のｐＨ／電極電位図である。
【図３】実施の形態１における燃料電池用膜電極接合体について説明するための図である。
【図４】実施の形態１で作製した膜電極接合体をサイクリックボルタンメトリー測定法により耐久試験し、耐久時間に対する白金の電気化学的有効表面積を表したグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１０  電解質膜
２０  アノード極
３０  カソード極
３２  導電性担体
３４  白金粒子
３６  弱酸性高分子化合物および／または塩基性高分子化合物
【図１】
2009252540.tif 000003
【図２】
2009252540.tif 000004
【図３】
2009252540.tif 000005
【図４】
2009252540.tif 000006