(57)【要約】【課題】高分子電解質膜のガス遮断性の問題と高分子電解質膜の化学耐久性（耐ラジカル性）の両者を同時に解決する高分子電解質膜を提供する。【解決手段】フッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜が溶融圧着で一体化された固体高分子型燃料電池用ハイブリッド膜。特に、フッ素系高分子電解質膜が、加水分解によりプロトン伝導性を発揮する高分子電解質前駆体（Ｆ型高分子電解質）からなる固体高分子型燃料電池用ハイブリッド膜。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜が溶融圧着で一体化された固体高分子型燃料電池用ハイブリッド膜。
【請求項２】
前記フッ素系高分子電解質膜が、加水分解によりプロトン伝導性を発揮する高分子電解質前駆体（Ｆ型高分子電解質）からなることを特徴とする請求項１に記載の固体高分子型燃料電池用ハイブリッド膜。
【請求項３】
フッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜を溶融圧着（ホットプレス）して一体化することを特徴とする固体高分子型燃料電池用ハイブリッド膜の製造方法。
【請求項４】
前記フッ素系高分子電解質膜が、加水分解によりプロトン伝導性を発揮する高分子電解質前駆体（Ｆ型高分子電解質）からなることを特徴とする請求項３に記載の固体高分子型燃料電池用ハイブリッド膜の製造方法。
【請求項５】
前記溶融圧着（ホットプレス）を２００℃以上の温度で行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の固体高分子型燃料電池用ハイブリッド膜の製造方法。
【請求項６】
一対の電極触媒層と、電極触媒層に挟持された高分子電解質膜とからなる固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体（ＭＥＡ）であって、前記高分子電解質膜は、カソード側にフッ素系高分子電解質膜が配され、アノード側に炭化水素系高分子電解質膜が配され、これらフッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜が溶融圧着で一体化されたハイブリッド膜であることを特徴とする固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体。
【請求項７】
前記フッ素系高分子電解質膜が、加水分解によりプロトン伝導性を発揮する高分子電解質前駆体（Ｆ型高分子電解質）からなることを特徴とする請求項６に記載の固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体。
【請求項８】
一対の電極触媒層と、電極触媒層に挟持された高分子電解質膜とからなる固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体（ＭＥＡ）の製造方法であって、カソード側にフッ素系高分子電解質膜を配し、アノード側に炭化水素系高分子電解質膜を配し、これらフッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜を溶融圧着（ホットプレス）して一体化することを特徴とする固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。
【請求項９】
一対の電極触媒層と、電極触媒層に挟持された高分子電解質膜とからなる固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体（ＭＥＡ）の製造方法であって、カソード側にフッ素系高分子電解質膜を配し、アノード側に炭化水素系高分子電解質膜を配し、これらフッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜からなる高分子電解質膜の両側を、一対の電極触媒層で挟持し、溶融圧着（ホットプレス）して一体化することを特徴とする固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。
【請求項１０】
前記フッ素系高分子電解質膜が、加水分解によりプロトン伝導性を発揮する高分子電解質前駆体（Ｆ型高分子電解質）からなることを特徴とする請求項８又は９に記載の固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。
【請求項１１】
請求項６又は７に記載の膜−電極接合体を有する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用ハイブリッド膜、その製造方法、固体高分子型燃料電池に使用可能なイオン交換膜の両面に触媒担持ガス拡散電極が接合された膜−電極接合体、その製造方法、及びそれを有する固体高分子型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、将来の新エネルギー技術の柱の一つとして期待されている。電解質として高分子からなるイオン交換膜を用いた固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣまたはＰＥＭＦＣ）は、低温における作動、小型軽量化が可能などの特徴から、自動車などの移動体および民生用携帯機器への適用が検討されている。特に、固体高分子型燃料電池を搭載した燃料電池自動車は究極のエコロジーカーとして社会的な関心が高まっている。
【０００３】
固体高分子電解質は、高分子鎖中にスルホン酸基等の電解質基を有する固体高分子材料であり、特定のイオンと強固に結合したり、陽イオン又は陰イオンを選択的に透過する性質を有している。特に、パーフルオロスルホン酸膜に代表されるフッ素系電解質膜は、化学的安定性が非常に高いことから、過酷な条件下で使用される燃料電池用イオン交換膜として賞用されている。
【０００４】
例えば、改質ガス燃料電池は、プロトン伝導性のイオン交換膜の両面に一対の電極を設け、メタン、メタノール等、低分子の炭化水素を改質することにより得られる水素ガスを燃料ガスとして一方の電極（燃料極）へ供給し、酸素ガスあるいは空気を酸化剤として異なる電極（空気極）へ供給し、起電力を得るものである。
【０００５】
燃料電池の場合、イオン交換膜と電極の界面に形成された触媒層において過酸化物が生成し、生成した過酸化物が拡散しながら過酸化物ラジカルとなって劣化反応を起こすので、耐酸化性に乏しい炭化水素系電解質膜を使用することができない。そのため、燃料電池や水電解においては、一般に、高いプロトン伝導性を有するパーフルオロスルホン酸膜が用いられている。
【０００６】
現在、固体高分子型燃料電池に使用されるイオン交換膜としては、デュポン社のナフィオン（登録商標）、旭硝子社のフレミオン（登録商標）、旭化成社のアシプレックス（登録商標）に代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸膜が用いられている。
これらのイオン交換膜を固体高分子型燃料電池に適用するには、燃料の酸化能、酸化剤の還元能を有する触媒を、前記イオン交換膜の両面にそれぞれ配置し、その外側にガス拡散電極を配置した構造の膜−電極接合体を用いる。
【０００７】
即ち、その構造は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜からなるイオン交換膜の両面に、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒反応層を形成する。次に、触媒反応層の外面に、燃料ガスの通気性と電子伝導性を併せ持つ、ガス拡散層を形成する。一般的にガス拡散層には、カーボンペーパーまたはカーボンクロスが用いられている。前述した触媒反応層とガス拡散層とを併せて電極と呼ぶ。
【０００８】
次に、供給する燃料ガスのリーク、及び二種類の燃料ガスの混合防止に、ガスシール材やガスケットを電極周囲にイオン交換膜を挟む形で配置する。このガスシール材やガスケットと、電極及びイオン交換膜と一体化して予め組み立て、膜−電極接合体（ＭＥＡ：Membrane−Electrode−Assembly）と呼ぶ。
【０００９】
ＭＥＡの外側には、これを機械的に固定するとともに、隣接したＭＥＡを互いに電気的に直列で接続するための導電性と気密性を有するセパレータを配置する。セパレータのＭＥＡと接触する部分には、電極面に反応ガスを供給し、生成ガスや余剰ガスを運び去るためのガス流路を形成する。ガス流路はセパレータと別に設けることもできるが、セパレータの表面に溝を設けてガス流路とする方法が一般的である。この一対のセパレータでＭＥＡを固定した構造を基本単位である単電池とする。
【００１０】
この単電池を直列に複数連結し、燃料ガスを供給する配管治具であるマニホールドを配置し、燃料電池が構成される。
【００１１】
ところで、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）は発電時において、（１）アノード側のＨ２ガスが膜を透過してカソード触媒上でＯ２ガスと直接反応し、セル性能が低下するという問題と、（２）カソード側の副反応で生成するＨ２Ｏ２により電解質膜が化学劣化し、セル耐久性が低下するという問題があった。
【００１２】
上記問題が起こる理由として、（１）は膜のガス遮断性の問題、（２）は膜の化学耐久性（耐ラジカル性）の問題が挙げられる。
【００１３】
現在ＰＥＦＣ用電解質膜の主流になっているものとして、炭化水素系電解質膜とフッ素系電解質膜の二者が挙げられる。炭化水素系電解質膜はガス遮断性に優れるが耐ラジカル性に乏しく、一方フッ素系電解質膜は逆に耐ラジカル性に優れるもののガス遮断性が乏しい。すなわち現状では上記２つの問題を同時に解決する様な都合の良い膜が存在しない。
【００１４】
これら炭化水素系電解質膜とフッ素系電解質膜の特性を下記表１に示す。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
現状では化学耐久性とガス遮断性の両方に優れた膜が無い。
【００１７】
パーフルオロスルホン酸膜に代表されるフッ素系電解質膜は、Ｃ−Ｆ結合を有しているために化学的安定性が非常に高く、上述した燃料電池用の他、食塩電解用イオン交換膜、ハロゲン化水素酸電解用の固体高分子電解質膜としても用いられ、さらにはプロトン伝導性を利用して、湿度センサ、ガスセンサ、酸素濃縮器等にも広く応用されているものである。
【００１８】
しかしながら、フッ素系電解質は製造が困難で、非常に高価であること、耐熱性が低いという欠点がある。そのため、フッ素系電解質膜は、自動車用の低公害動力源としての固体高分子型燃料電池等、民生用への応用を困難なものとしていた。
【００１９】
これに対し、炭化水素系電解質膜は、ナフィオンに代表されるフッ素系電解質膜と比較すると、製造が容易で低コストという利点がある。そこで、フッ素系電解質膜と同等以上の耐酸化性を有し、しかも低コストで製造可能な固体高分子電解質膜を得るために、従来から種々の試みがなされている。
【００２０】
例えば、下記特許文献１には、炭化フッ素系ビニルモノマと炭化水素系ビニルモノマとの共重合によって作られた主鎖と、スルホン酸基を有する炭化水素系側鎖とから構成される、スルホン酸型ポリスチレン−グラフト−エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）膜が提案されている。また、前述したスルホン酸型ポリスチレン−グラフト−ＥＴＦＥ膜に類似のスルホン酸型ポリスチレングラフト樹脂膜に架橋を導入することにより、酸化劣化時の低分子量成分の脱離を抑制し、燃料電池用の電解質膜としての耐久性を向上させる試みがなされている。
【００２１】
また、下記特許文献２及び３には、炭化フッ素系ビニルモノマと炭化水素系ビニルモノマとの共重合によって作られた膜に、α，β，β−トリフルオロスチレンをグラフト重合させ、これにスルホン酸基を導入して固体高分子電解質膜とした、スルホン酸型ポリ（トリフルオロスチレン）−グラフト−ＥＴＦＥ膜が提案されている。これは、前記のスルホン酸基を導入したポリスチレン側鎖部の化学的安定性が十分ではないとの認識を前提に、スチレンの代わりに、スチレンをフッ素化したα，β，β-トリフルオロスチレンを用いたものである。
【００２２】
この他、炭化水素系イオン交換膜としては、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン（下記特許文献４など）、スルホン化ポリエーテルスルホン（下記特許文献５など）、スルホン化ポリスルホン（下記特許文献６など）、スルホン化ポリフェニレンサルファイド（下記特許文献７など）やスルホン化ポリイミド（下記特許文献８など）などの耐熱芳香族高分子のスルホン化物、また、ＳＥＢＳ（スチレン−（エチレン−ブチレン）−スチレンの略）のスルホン化物（下記特許文献９など）、プロトン伝導性付与剤と有機高分子化合物の複合材料からなるプロトン伝導性膜（下記特許文献１０など）なども提案されている。
【００２３】
しかしながら、これらの炭化水素系イオン交換膜については、高伝導度が要求され、スルホン酸基を多く含み、高伝導性を発揮するためには、加湿する必要があるにも関わらず、加湿のために、含水膨潤しやすいという性質があった。そのため発電時に加湿を行なう際に、炭化水素系イオン交換膜が膨潤し、イオン交換膜と電極触媒層の剥離が起こるという問題があった。
【００２４】
【特許文献１】特開平９−１０２３２２号公報
【特許文献２】米国特許第４，０１２，３０３号
【特許文献３】米国特許第４，６０５，６８５号
【特許文献４】特開平６−９３１１４号公報
【特許文献５】特開平１０―４５９１３号公報
【特許文献６】特開平９−２４５８１８号公報
【特許文献７】特表平１１−５１０１９８号公報
【特許文献８】特表２０００−５１０５１１号公報
【特許文献９】特表平１０−５０３７８８号公報
【特許文献１０】特開２０００−９０９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明は、高分子電解質膜のガス遮断性の問題と高分子電解質膜の化学耐久性（耐ラジカル性）の両者を同時に解決する高分子電解質膜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】
【００２６】
本発明者は、炭化水素系高分子電解質膜とフッ素系高分子電解質膜の両者の長所である、炭化水素系高分子電解質膜はガス遮断性に優れ、フッ素系高分子電解質膜は耐ラジカル性に優れることに着目し、両者を組み合わせることで、上記の問題を同時に解決する優れた電解質膜が得られることを見出し、本発明に到達した。
【００２７】
即ち、第１に、本発明は、固体高分子型燃料電池用ハイブリッド膜の発明であり、フッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜が溶融圧着で一体化されたハイブリッド膜である。
【００２８】
前記フッ素系高分子電解質膜としては、加水分解によりプロトン伝導性を発揮する高分子電解質前駆体（Ｆ型高分子電解質）でも、既にプロトン伝導性基を有する高分子電解質（Ｈ型高分子電解質）でも良いが、後述するように溶融圧着性と溶融温度の点で、本発明には加水分解によりプロトン伝導性を発揮する高分子電解質前駆体（Ｆ型高分子電解質）が好ましい。
【００２９】
第２に、本発明は、上記の固体高分子型燃料電池用ハイブリッド膜の製造方法の発明であり、フッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜を溶融圧着（ホットプレス）して一体化することを特徴とする。
【００３０】
フッ素系高分子電解質膜として、加水分解によりプロトン伝導性を発揮する高分子電解質前駆体（Ｆ型高分子電解質）が好ましいことは上述の通りである。
【００３１】
−ＳＯ３Ｈ基を有するフッ素系高分子電解質膜（Ｈ型高分子電解質）は、ガラス転移点が約９０℃であり、熱分解点が１５０℃前後である。一方、炭化水素系高分子電解質膜はガラス転移２００℃以上と硬い。両者の接着性を良くする為には２００℃以上で溶融圧着したいが、フッ素系高分子電解質膜の熱分解点が１５０℃なのでそれが出来ない。もし、フッ素系高分子電解質膜（Ｈ型高分子電解質）を用いて２００℃以上で溶融圧着すると、部分的にフッ素高分子電解質系膜の熱分解が発生し、両者の界面抵抗が増大し、発電性能低下の原因になる。そこで、本発明のハイブリッド膜の製造方法では、溶融圧着（ホットプレス）を２００℃以上の温度で行うことが可能となり、両者の接着性を向上させることが出来る。
【００３２】
第３に、本発明は、一対の電極触媒層と、電極触媒層に挟持された高分子電解質膜とからなる固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体（ＭＥＡ）の発明であって、前記高分子電解質膜は、カソード側にフッ素系高分子電解質膜が配され、アノード側に炭化水素系高分子電解質膜が配され、これらフッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜が溶融圧着で一体化されたハイブリッド膜であることを特徴とする。
【００３３】
フッ素系高分子電解質膜として、加水分解によりプロトン伝導性を発揮する高分子電解質前駆体（Ｆ型高分子電解質）が好ましいことは上述の通りである。
【００３４】
第４に、本発明は、一対の電極触媒層と、電極触媒層に挟持された高分子電解質膜とからなる固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体（ＭＥＡ）の製造方法の発明であって、カソード側にフッ素系高分子電解質膜を配し、アノード側に炭化水素系高分子電解質膜を配し、これらフッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜を溶融圧着（ホットプレス）して一体化することを特徴とする。
【００３５】
第５に、本発明は、一対の電極触媒層と、電極触媒層に挟持された高分子電解質膜とからなる固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体（ＭＥＡ）の製造方法の発明であって、カソード側にフッ素系高分子電解質膜を配し、アノード側に炭化水素系高分子電解質膜を配し、これらフッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜からなる高分子電解質膜の両側を、一対の電極触媒層で挟持し、溶融圧着（ホットプレス）して一体化することを特徴とする。この発明では、固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体の製造において、フッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜だけでなく、同時に一対の電極触媒層をも溶融圧着（ホットプレス）する。
【００３６】
フッ素系高分子電解質膜が、加水分解によりプロトン伝導性を発揮する高分子電解質前駆体（Ｆ型高分子電解質）が好ましいことは上述の通りである。
【００３７】
第６に、本発明は、上記の膜−電極接合体を有する固体高分子型燃料電池である。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の、高分子電解質膜は、カソード側にフッ素系高分子電解質膜が配され、アノード側に炭化水素系高分子電解質膜が配され、これらフッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜が溶融圧着で一体化されたハイブリッド膜を用いることで、燃料電池運転時のカソード側での透過水素と酸素の直接反応による電圧降下を抑制するとともに、カソード近傍の電解質化学劣化を抑制する。これにより、燃料電池の出力性能及び耐久性能が向上する。特に、電流密度及びイオン伝導度を維持しつつ、耐久後の出力電圧を向上させる。
【００３９】
又、フッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜が溶融圧着で一体化する際に、フッ素系高分子電解質前駆体を高温溶融圧着することにより両者の界面抵抗が減少し、性能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１に、本発明の膜−電極接合体（ＭＥＡ）の模式図を示す。図１に示すように、炭化水素系高分子電解質膜とフッ素系高分子電解質膜を貼り合せて、ハイブリッド電解質膜を作製する。両高分子電解質の長所を利用し、電池性能向上を実現する。即ち、アノード側に炭化水素系膜を配置し、Ｈ２透過を抑制するとともに、カソード側にフッ素系膜を配置し、化学劣化を抑制する。
【００４１】
図２に、本発明のハイブリッド電解質膜の作製の一例を示す。図２では、フッ素系高分子電解質膜として既にプロトン交換基−ＳＯ３Ｈ基を有するフッ素系電解質膜（Ｈ型高分子電解質）を用い、該Ｈ型高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜をホットプレスによる溶融圧着する。この場合、Ｈ型高分子電解質は、ガラス転移点が約９０℃であり、熱分解点が１５０℃前後である。一方、炭化水素系電解質膜はガラス転移２００℃以上と硬い。両者の接着性を良くする為には２００℃以上で溶融圧着したいが、フッ素電解質系膜の熱分解点が１５０℃なのでそれが出来ないという問題は残る。
【００４２】
図３に、本発明のハイブリッド電解質膜の作製の他の例を示す。図３では、プロトン化前の−ＳＯ２Ｆ型を有するフッ素系電解質膜（Ｆ型高分子電解質）を用い、該Ｆ型高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜をホットプレスによる溶融圧着する。この場合、Ｆ型高分子電解質は、ガラス転移点が室温以下であり、熱分解点が３００℃前後であり、軟化点が２００℃前後であるため、炭化水素系電解質膜のガラス転移２００℃以上で溶融圧着できる。このため、両者の接着性が向上する。
【００４３】
本発明において用いられるフッ素系高分子電解質の内、プロトン伝導性を有する高分子電解質（Ｈ型高分子電解質という）とはスルホン酸基等有し、特に後工程で変性させなくてもそれ自体がプロトン伝導性を有するものである。又、本発明で用いる、加水分解によりプロトン伝導性を発揮する高分子電解質前駆体（単に高分子電解質前駆体やＦ型高分子電解質という）とは、後工程で加水分解処理や酸型化処理を行うことによってスルホン酸基等のプロトン伝導性基に変性される前駆体基、例えば−ＳＯ２Ｆ基、−ＳＯ２Ｃｌ基など、を有するものである。
【００４４】
本発明において炭化水素系高分子電解質は、分子鎖のいずれかにＣ−Ｈ結合を有し、かつ電解質基を導入することが可能なものを意味する。また、電解質基とは、スルホン酸基、カルボン酸基等、電解質イオンを有する官能基をいう。
【００４５】
炭化水素系高分子電解質の具体例としては、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、直鎖型フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、架橋型フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、直鎖型ポリスチレン樹脂、架橋型ポリスチレン樹脂、直鎖型ポリ（トリフルオロスチレン）樹脂、架橋型（トリフルオロスチレン）樹脂、ポリ（２、３−ジフェニル−１、４−フェニレンオキシド）樹脂、ポリ（アリルエーテルケトン）樹脂、ポリ（アリレンエーテルスルホン）樹脂、ポリ（フェニルキノサンリン）樹脂、ポリ（ベンジルシラン）樹脂、ポリスチレン−グラフト−エチレンテトラフルオロエチレン樹脂、ポリスチレン−グラフト−ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリスチレン−グラフト−テトラフルオロエチレン樹脂、等が一例として挙げられる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００４７】
下記仕様の高分子電解質膜について、所定の方法により電極触媒を転写後、ペーパー拡散層を貼り合わせ、出力性能及び耐久性能を比較評価した。
【００４８】
［比較例１］
Ｎａｆｉｏｎ１０００（商標名）２０μｍにアノード／カソード電極層をそれぞれ接合した。
【００４９】
［比較例２］
炭化水素系高分子電解質膜であるスルホン酸化ポリエーテルケトン膜を用い、これにアノード／カソード電極層をそれぞれ接合した。
【００５０】
［実施例１］
フッ素系高分子電解質膜であるＮａｆｉｏｎ１０００（商標名）と炭化水素系高分子電解質膜であるスルホン酸化ポリエーテルケトン膜を１３０℃でホットプレスしてハイブリッド膜を作製した。これにアノード／カソード電極層をそれぞれ接合した。
【００５１】
［実施例２］
Ｎａｆｉｏｎ１０００（商標名）の前駆体（側鎖末端‐ＳＯ２Ｆ型）とスルホン酸化ポリエーテルケトン膜を２３０℃でホットプレスした後、アルカリ・酸処理により‐ＳＯ２Ｆをプロトン化したハイブリッド膜を作製した。これにアノード／カソード電極層をそれぞれ接合した。
【００５２】
ここで、各比較例及び実施例は、膜厚・触媒面積は全て同程度に調整した。
下記表２に、各電流密度における初期出力電圧を示す。又、下記表３に、耐久時間に対する出力電圧＠０．１Ａ／ｃｍ２を示す。
【００５３】
【表２】
2009059604.tif 000004
【００５４】
【表３】
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【００５５】
又、図４に、飽和含水時の各電解質膜のイオン伝導度を比較した。
【００５６】
表２、表３及び図４の結果より、本発明のハイブリッド膜を用いた燃料電池は、フッ素系高分子電解質のみや炭化水素系高分子電解質のみを高分子電解質交換膜として用いる従来法の燃料電池に比べて、発電性能が向上していることが分る。特に、加水分解によりプロトン伝導性を発揮する高分子電解質前駆体（Ｆ型高分子電解質）を用い、高温で溶融圧着した実施例２のハイブリッド膜を用いた燃料電池は、電流密度及びイオン伝導度を維持しつつ、耐久後の出力電圧を向上させることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
炭化水素系高分子電解質膜とフッ素系高分子電解質膜を溶融圧着して一体化したハイブリッド膜を用い、カソード側に化学耐久性の高いフッ素系高分子電解質膜を配置し、アノード側にＨ２透過性の低い炭化水素系高分子電解質膜を配置することで、燃料電池の出力性能及び耐久性能が向上する。特に、電流密度及びイオン伝導度を維持しつつ、耐久後の出力電圧を向上させることが出来る。これにより、燃料電池の実用化と普及に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の膜−電極接合体（ＭＥＡ）の模式図を示す。
【図２】プロトン交換基−ＳＯ３Ｈ型を有するフッ素系高分子電解質膜（Ｈ型高分子電解質）を用いたハイブリッド電解質膜の作製の例を示す。
【図３】プロトン化前の−ＳＯ２Ｆ型を有するフッ素系高分子電解質膜（Ｆ型高分子電解質）を用いたハイブリッド電解質膜の作製の例を示す。
【図４】飽和含水時の各高分子電解質膜のイオン伝導度を比較したグラフを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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