JP2002298868A

JP2002298868A - 固体高分子型燃料電池

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Publication number: JP2002298868A
Application number: JP2001097801A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Asano; 洋一浅野; Nobuyuki Kaneoka; 長之金岡; Nobuhiro Saito; 信広齋藤; Hiroshi Soma; 浩相馬; Masaaki Nanaumi; 昌昭七海
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-10-11
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP3779171B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高分子電解質膜と電極との間で良好な密着性が
得られ、抵抗化過電圧の増大を抑制できる廉価な固体高
分子型燃料電池を提供する。【解決手段】一対の電極２，３に挟持された高分子電解
質膜１を備え、各電極２，３は高分子電解質膜１に対向
する面に、触媒が触媒担体に担持されている触媒粒子が
イオン導伝性高分子バインダーにより一体化された触媒
層５を備える。１１０℃における動的粘弾性係数が１×
１０⁹〜１×１０¹¹Ｐａの範囲にある高分子電解質膜１
と、１１０℃における動的粘弾性係数が高分子電解質膜
１より小さいイオン導伝性高分子バインダーを用いて形
成された触媒層５とを備える。前記イオン導伝性高分子
バインダーは、１１０℃における動的粘弾性係数が前記
高分子電解質膜の１／２〜１／１０００の範囲にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高分子電解質膜を
備える固体高分子型燃料電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】石油資源が枯渇化する一方、化石燃料の
消費による地球温暖化等の環境問題が深刻化しており、
二酸化炭素の発生を伴わないクリーンな電動機用電力源
として燃料電池が注目され、広範に開発されていると共
に、一部では実用化され始めている。前記燃料電池を自
動車等に搭載する場合には、高電圧と大電流とが得やす
いことから、高分子電解質膜を用いる固体高分子型燃料
電池が好適に用いられる。

【０００３】前記固体高分子型燃料電池は、燃料極と酸
素極との一対の電極の間にイオン導伝可能な高分子電解
質膜を挟持させた構成となっており、燃料極と酸素極と
はそれぞれ拡散層と触媒層とを備え、前記触媒層で前記
高分子電解質膜に接している。また、前記触媒層は、Ｐ
ｔ等の触媒が触媒担体に担持されている触媒粒子を備
え、該触媒粒子がイオン導伝性高分子バインダーにより
一体化されることにより形成されている。

【０００４】前記固体高分子型燃料電池では、前記燃料
極に水素、メタノール等の還元性ガスを導入すると、前
記還元性ガスが前記拡散層を介して前記触媒層に達し、
前記触媒の作用によりプロトンを生成する。前記プロト
ンは、前記触媒層から前記高分子電解質膜を介して、前
記酸素極側の触媒層に移動する。

【０００５】一方、前記燃料極に前記還元性ガスを導入
すると共に、前記酸素極に空気、酸素等の酸化性ガスを
導入すると、前記プロトンが前記酸素極側の触媒層で、
前記触媒の作用により前記酸化性ガスと反応して水を生
成する。そこで、前記燃料極と酸素極とを導線により接
続することにより電流を取り出すことができる。

【０００６】従来、前記固体高分子型燃料電池では、前
記高分子電解質膜、前記触媒層のイオン導伝性高分子バ
インダーとしてパーフルオロアルキレンスルホン酸高分
子化合物（例えば、デュポン社製ナフィオン（商品
名））が広く利用されている。前記パーフルオロアルキ
レンスルホン酸高分子化合物は、スルホン化されている
ことにより優れたプロトン導伝性を備えると共に、フッ
素樹脂としての耐薬品性とを併せ備えているが、非常に
高価であるとの問題がある。

【０００７】そこで、廉価な高分子電解質膜として、近
年、分子構造にフッ素を含まないか、あるいはフッ素含
有量を低減したものが提案されている。例えば、米国特
許第５４０３６７５号明細書には、スルホン化された剛
直ポリフェニレンからなる高分子電解質膜が提案されて
いる。前記明細書記載のスルホン化された剛直ポリフェ
ニレンは、フェニレン連鎖を備える芳香族化合物を重合
して得られるポリマーをスルホン化剤と反応させること
により、該ポリマーにスルホン酸基を導入したものであ
る。

【０００８】しかしながら、前記スルホン化された剛直
ポリフェニレンは、前記パーフルオロアルキレンスルホ
ン酸高分子化合物に比較して、硬さの指標となる動的粘
弾性係数が大きく硬いために、前記スルホン化された剛
直ポリフェニレンからなる高分子電解質膜を、前記イオ
ン導伝性高分子バインダーとして前記パーフルオロアル
キレンスルホン酸高分子化合物を用いた触媒層と積層し
ようとすると、該高分子電解質膜と、前記燃料極、酸素
極との間で十分な密着性が得られにくく、該高分子電解
質膜と触媒層との界面でプロトンの授受が阻害されるた
めに、抵抗化過電圧が大きくなるとの不都合がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、高分子電解質膜と電極との間で良好な密
着性を得ることができ、抵抗化過電圧の増大を抑制する
ことができる廉価な固体高分子型燃料電池を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の固体高分子型燃料電池は、一対の電極
と、両電極に挟持された高分子電解質膜とを備え、各電
極は該高分子電解質膜に対向する面に触媒が触媒担体に
担持されている触媒粒子がイオン導伝性高分子バインダ
ーにより一体化された触媒層を備える固体高分子型燃料
電池において、１１０℃における動的粘弾性係数が１×
１０⁹〜１×１０¹¹Ｐａの範囲にある高分子電解質膜
と、１１０℃における動的粘弾性係数が該高分子電解質
膜より小さいイオン導伝性高分子バインダーを用いて形
成された触媒層とを備えることを特徴とする。

【００１１】本発明の固体高分子型燃料電池によれば、
前記高分子電解質膜として１１０℃における動的粘弾性
係数が１×１０⁹〜１×１０¹¹Ｐａの範囲にある高分子
電解質膜を用いると共に、前記触媒層のイオン導伝性高
分子バインダーを、その１１０℃における動的粘弾性係
数が前記高分子電解質膜より小さいものとしたので、前
記高分子電解質膜と前記電極の触媒層との間で良好な密
着性を得ることができる。従って、前記高分子電解質膜
と電極との間で抵抗化過電圧の増大を抑制することがで
き、優れた発電性能を得ることができる。

【００１２】前記イオン導伝性高分子バインダーは、前
記高分子電解質膜との間で良好な密着性を得るために、
１１０℃における動的粘弾性係数が該高分子電解質膜の
１／２〜１／１０００の範囲にあることが好ましい。前
記イオン導伝性高分子バインダーの１１０℃における動
的粘弾性係数が前記高分子電解質膜の１／２よりも大き
いと、該高分子電解質膜に対する密着性が低減する。ま
た、前記イオン導伝性高分子バインダーの１１０℃にお
ける動的粘弾性係数が前記高分子電解質膜の１／１００
０より小さいと、該イオン導伝性高分子バインダーと該
高分子電解質膜との硬さの違いが大きくなり、良好な密
着性が得られないことがある。

【００１３】前記高分子電解質膜としては、例えば、式
（１）で示される芳香族化合物単位３０〜９５モル％
と、式（２）で示される芳香族化合物単位７０〜５モル
％とからなる共重合体の側鎖にスルホン酸基を有するス
ルホン化ポリアリーレン重合体を用いることができる。

【００１４】

【化５】

【００１５】

【化６】

【００１６】ここで、前記スルホン酸基は、電子吸引性
基に隣接する芳香環には導入されず、電子吸引性基に隣
接していない芳香環にのみ導入される。従って、前記ス
ルホン化ポリアリーレン重合体では、式（１）で示され
る芳香族化合物単位のＡｒで示される芳香環にのみ、前
記スルホン酸基が導入されることとなり、式（１）で示
される芳香族化合物単位と式（２）で示される芳香族化
合物単位とのモル比を変えることにより、導入されるス
ルホン酸基の量、換言すればイオン交換容量を調整する
ことができる。

【００１７】そこで、前記スルホン化ポリアリーレン重
合体は、式（１）で示される芳香族化合物単位が３０モ
ル％未満で、式（２）で示される芳香族化合物単位が７
０モル％を超えると、前記高分子電解質膜として必要と
されるイオン交換容量が得られない。また、式（１）で
示される芳香族化合物単位が９５モル％を超え、式
（２）で示される芳香族化合物単位が５モル％未満にな
ると、導入されるスルホン酸基の量が増加して分子構造
が弱くなる。

【００１８】また、前記スルホン化ポリアリーレン重合
体は、分子構造にフッ素を全く含まないか、あるいは前
記電子吸引性基としてフッ素を含むだけであるので安価
であり、固体高分子型燃料電池のコストを低減すること
ができる。

【００１９】また、１１０℃における動的粘弾性係数が
前記高分子電解質膜より小さいイオン導伝性高分子バイ
ンダーとしては、例えば、式（１）で示される芳香族化
合物単位５０〜７０モル％と、式（３）で示される芳香
族化合物単位５０〜３０モル％とからなる共重合体の側
鎖にスルホン酸基を有するスルホン化ポリアリーレン重
合体を用いることができる。

【００２０】

【化７】

【００２１】前記イオン導伝性高分子バインダーに用い
るスルホン化ポリアリーレン重合体は、式（１）で示さ
れる芳香族化合物単位は前記高分子電解質膜の場合と同
一であるが、式（３）で示される芳香族化合物単位は、
式（２）で示される芳香族化合物単位に対してａが２以
上である点で異なっている。この結果、前記スルホン化
ポリアリーレン重合体は、ポリエーテル鎖が長くなり、
前記高分子電解質膜より柔らかくなる。

【００２２】前記スルホン化ポリアリーレン重合体は、
式（１）で示される芳香族化合物単位が５０モル％未満
で、式（３）で示される芳香族化合物単位が５０モル％
を超えると、前記イオン導伝性高分子バインダーとして
必要とされるイオン交換容量が得られないことがある。
また、式（１）で示される芳香族化合物単位が７０モル
％を超え、式（３）で示される芳香族化合物単位が３０
モル％未満になると、前述のように導入されるスルホン
酸基の量が増加して分子構造が弱くなる。

【００２３】尚、前記スルホン化ポリアリーレン重合体
に代えて、ポリエーテルエーテルケトン重合体を用いて
もよい。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、添付の図面を参照しながら
本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図
１は図１は本実施形態の固体高分子型燃料電池の構成を
示す説明的断面図、図２は図１示の固体高分子型燃料電
池のＱ値を測定する装置の説明図、図３は図２の装置に
よるＱ値の測定例を示すグラフ、図４は高分子電解質膜
の１１０℃における動的粘弾性係数に対するイオン導伝
性高分子バインダーの１１０℃における動的粘弾性係数
の比と、発電電位との関係を示すグラフである。

【００２５】本実施形態の固体高分子型燃料電池は、図
１示のように、高分子電解質膜１が酸素極２と燃料極３
との間に挟持されており、酸素極２と燃料極３とは、い
ずれも拡散層４と、拡散層４上に形成された触媒層５と
を備えている。

【００２６】各拡散層４は外面側に密着するセパレータ
６を備えている。また、セパレータ６は、酸素極２では
空気等の酸素含有気体が流通される酸素通路２ａを、燃
料極３では水素等の燃料ガスが流通される燃料通路３ａ
を、拡散層４側に備えている。

【００２７】前記固体高分子型燃料電池において、高分
子電解質膜１としては、例えば、式（１）で示される芳
香族化合物単位３０〜９５モル％と、式（２）で示され
る芳香族化合物単位７０〜５モル％とからなるポリアリ
ーレン重合体を濃硫酸と反応させることによりスルホン
化し、側鎖にスルホン酸基を導入したスルホン化ポリア
リーレン重合体を用いる。前記スルホン化ポリアリーレ
ン重合体は、１１０℃における動的粘弾性係数が１×１
０⁹〜１×１０¹¹Ｐａの範囲にある。

【００２８】

【化８】

【００２９】

【化９】

【００３０】前記式（１）に対応するモノマーとして、
例えば、２，５−ジクロロ−４’−フェノキシベンゾフ
ェノン等を挙げることができる。また、前記式（２）に
対応するモノマーとして、例えば、４，４’−ジクロロ
ベンゾフェノン、４，４’−ビス（４−クロロベンゾイ
ル）ジフェニルエーテル等を挙げることができる。

【００３１】前記スルホン化ポリアリーレン重合体は、
Ｎ−メチルピロリドン等の溶媒に溶解し、キャスト法に
より所望の乾燥膜厚に製膜することにより、高分子電解
質膜１とされる。

【００３２】前記固体高分子型燃料電池において、酸素
極２、燃料極３の拡散層４はカーボンペーパーと下地層
とからなり、例えばカーボンブラックとポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）とを所定の重量比で混合し、
エチレングリコール等の有機溶媒に均一に分散したスラ
リーを、該カーボンペーパーの片面に塗布、乾燥させて
該下地層とすることにより形成される。

【００３３】また、触媒層５は、例えばカーボンブラッ
ク（ファーネスブラック）に白金を所定の重量比で担持
させた触媒粒子を、イオン導伝性高分子バインダーと所
定の重量比で均一に混合した触媒ペーストを、所定の白
金量となるように下地層７上にスクリーン印刷し、乾燥
することにより形成される。前記乾燥は、例えば、６０
℃で１０分間行ったのち、１２０℃で減圧乾燥すること
により行う。

【００３４】前記イオン導伝性高分子バインダーとして
は、例えば、前記式（１）で示される芳香族化合物単位
５０〜７０モル％と、式（３）で示される芳香族化合物
単位５０〜３０モル％とからなるポリアリーレン重合体
を濃硫酸と反応させることによりスルホン化し、側鎖に
スルホン酸基を導入したスルホン化ポリアリーレン重合
体をＮ−メチルピロリドン等の溶媒に溶解したものを用
いることができる。

【００３５】

【化１０】

【００３６】また、前記イオン導伝性高分子バインダー
として、パーフルオロアルキレンスルホン酸高分子化合
物（例えば、デュポン社製ナフィオン（商品名））をＮ
−メチルピロリドン等の溶媒に溶解したものを用いるこ
ともできる。

【００３７】前記イオン導伝性高分子バインダーは、１
１０℃における動的粘弾性係数が、前記高分子電解質膜
の１／２〜１／１０００の範囲にある。

【００３８】そして、高分子電解質膜１を、酸素極２、
燃料極３の触媒層５に挟持された状態でホットプレスす
ることにより、前記固体高分子型燃料電池が形成され
る。前記ホットプレスは、例えば、８０℃、５ＭＰａで
２分間の１次プレスの後、１６０℃、４ＭＰａで１分間
の２次プレスを施すことにより行うことができる。

【００３９】次に、実施例及び比較例を示す。

【００４０】

【実施例１】本実施例では、まず、式（４）で示される
スルホン化ポリアリーレン重合体をＮ−メチルピロリド
ンに溶解し、キャスト法により乾燥膜厚５０μｍ、イオ
ン交換容量２．３ｍｅｑ／ｇの高分子電解質膜１を調製
した。

【００４１】

【化１１】

【００４２】次に、カーボンブラックとポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）とをカーボンブラック：ＰＴ
ＦＥ＝４：６の重量比で混合し、エチレングリコールに
均一に分散したスラリーを調製し、該スラリーをカーボ
ンペーパーの片面に塗布、乾燥することにより下地層と
し、カーボンペーパーと下地層とからなる拡散層４を形
成した。

【００４３】次に、カーボンブラックに白金をカーボン
ブラック：白金＝１：１の重量比で担持させた触媒粒子
を、パーフルオロアルキレンスルホン酸高分子化合物
（デュポン社製ナフィオン（商品名））をＮ−メチルピ
ロリドンに溶解してなるイオン導伝性高分子バインダー
と触媒粒子：バインダー＝８：５の重量比で均一に混合
して触媒ペーストを調製した。次に、前記触媒ペースト
を０．５ｍｇ／ｃｍ²の白金量となるように前記下地層
上にスクリーン印刷し、乾燥することにより触媒層５を
形成した。前記乾燥は、６０℃で１０分間行ったのち、
１２０℃で減圧乾燥することにより行った。

【００４４】次に、高分子電解質膜１を、酸素極２、燃
料極３の触媒層５に挟持された状態でホットプレスする
ことにより、図１示の固体高分子型燃料電池を形成し
た。前記ホットプレスは、８０℃、５ＭＰａで２分間の
１次プレスの後、１６０℃、４ＭＰａで１分間の２次プ
レスを施すことにより行った。

【００４５】高分子電解質膜１とイオン導伝性高分子バ
インダーとの動的粘弾性係数は、レオメトリック・サイ
エンス社製の粘弾性アナライザー−ＲＳＡＩＩ（商品
名）を用い、引張モードで測定した。測定条件は、周波
数１０Ｈｚ（６２．８ｒａｄ／秒）、歪み０．０５％と
し、窒素気流中、室温〜３５０℃の温度範囲とし、１１
０℃のときの測定値を動的粘弾性係数とした。この結
果、本実施例の高分子電解質膜１の１１０℃における動
的粘弾性係数は４×１０¹⁰Ｐａ、イオン導伝性高分子バ
インダーの１１０℃における動的粘弾性係数は６．７×
１０⁷Ｐａであった。結果を表１に示す。

【００４６】次に、図２示の装置を用いて、本実施例の
固体高分子型燃料電池の高分子電解質膜１と、酸素極
２、燃料極３との密着性の指標としてのＱ値を測定し
た。

【００４７】図２示の装置は、高分子電解質膜１の片面
のみに図１示の酸素極２及び燃料極３と同一の構成の電
極１１を設けたものを、水槽１２の底部に配設し、水槽
１２に収容されたｐＨ１の硫酸水溶液１３に、電極１１
の高分子電解質膜１を接触させるようにしたものであ
る。図２の装置は、硫酸水溶液１３中に浸漬された参照
極１４と対照極１５とを備え、参照極１４、対照極１
５、電極１１の拡散層４はそれぞれポテンショスタッド
１６に接続されている。また、電極１１は、図１示の酸
素極２の酸素通路２ａまたは燃料極３の燃料通路３ａに
対応してガス通路１１ａを備えており、ガス通路１１ａ
に流通される窒素ガスと接触自在に構成されている。

【００４８】図２の装置では、ポテンショスタッド１６
により拡散層４と硫酸水溶液１３間に電圧をかけると、
硫酸水溶液１３中のプロトンが高分子電解質膜１を透過
して電極１１に達し、電子の授受を行う。すなわち、プ
ロトンが触媒層５中の白金表面に接触することにより白
金からプロトンに電子が渡される。尚、図２の装置で
は、電極１１中の触媒層５における白金量を０．５ｇ／
ｃｍ²としている。

【００４９】また、逆電圧をかけた場合は、吸着した水
素原子から電子が白金に渡されプロトンとして硫酸水溶
液中に拡散する。

【００５０】そこで、電圧を−０．５Ｖから１Ｖまでス
キャンすると、図３示のように、プロトンの吸着側のピ
ーク面積からＱ値を求めることができる。ここで、Ｑ値
は電極１１の面積当たりの電荷量（Ｃ／ｃｍ²）を示
し、この値が大きいほど、電極と高分子電解質膜との密
着性が高いことを示す指標となる。

【００５１】本実施例の固体高分子型燃料電池では、前
記Ｑ値は０．１５Ｃ／ｃｍ²であった。結果を表１に示
す。

【００５２】次に、本実施例の固体高分子型燃料電池の
発電電位と、前記イオン導伝性高分子バインダーのイオ
ン導伝率とを測定した。

【００５３】前記発電電位は、酸素極２に空気、燃料極
３に純水素を供給し、酸素極２、燃料極３とも圧力１０
０ｋＰａ、利用率５０％、相対湿度５０％、温度８５℃
の発電条件で、電流密度０．２Ａ／ｃｍ²のときのセル
電位を測定した。本実施例の固体高分子型燃料電池で
は、前記発電電位は、０．８１Ｖであった。結果を表１
に示す。

【００５４】また、前記イオン導伝率は、前記イオン導
伝性高分子バインダーを膜状にし、、交流二端子法で測
定した印加電圧１Ｖ、周波数１０ｋＨｚ時の抵抗値と膜
厚とから、面方向のイオン導伝率を求めた。前記抵抗値
の測定は、２５℃、相対湿度９０％の雰囲気下で行っ
た。また、前記膜厚の測定は、前記抵抗値測定後、前記
イオン導伝性高分子バインダーを膜状にしたサンプル
を、２５℃、相対湿度５０％の雰囲気下に１２時間以上
放置した後に行った。本実施例の固体高分子型燃料電池
では、前記イオン導伝率は、０．１２Ｓ／ｃｍであっ
た。結果を表１に示す。

【００５５】また、高分子電解質膜の１１０℃における
動的粘弾性係数に対するイオン導伝性高分子バインダー
の１１０℃における動的粘弾性係数の比と、発電電位と
の関係を図４に示す。

【００５６】

【実施例２】本実施例では、式（５）で示されるスルホ
ン化ポリエーテルエーテルケトン重合体（イオン交換容
量１．５ｍｅｑ／ｇ）をイオン導伝性高分子バインダー
に用いた以外は、実施例１と全く同一にして、図１示の
固体高分子型燃料電池を形成した。

【００５７】

【化１２】

【００５８】次に、実施例１と全く同一にしてイオン導
伝性高分子バインダーの１１０℃における動的粘弾性係
数、固体高分子型燃料電池のＱ値、発電電位、イオン伝
導率を測定した。

【００５９】本実施例のイオン導伝性高分子バインダー
の１１０℃における動的粘弾性係数は１．５×１０⁹Ｐ
ａであった。また、本実施例の固体高分子型燃料電池の
Ｑ値は０．１３５Ｃ／ｃｍ²、発電電位は０．７３Ｖ、
イオン伝導率は０．１４であった。結果を表１に示す。

【００６０】また、高分子電解質膜の１１０℃における
動的粘弾性係数に対するイオン導伝性高分子バインダー
の１１０℃における動的粘弾性係数の比と、発電電位と
の関係を図４に示す。

【００６１】

【実施例３】本実施例では、式（６）で示されるスルホ
ン化ポリアリーレン重合体（イオン交換容量１．７ｍｅ
ｑ／ｇ）をイオン導伝性高分子バインダーに用いた以外
は、実施例１と全く同一にして、図１示の固体高分子型
燃料電池を形成した。

【００６２】

【化１３】

【００６３】次に、実施例１と全く同一にしてイオン導
伝性高分子バインダーの１１０℃における動的粘弾性係
数、固体高分子型燃料電池のＱ値、発電電位、イオン伝
導率を測定した。

【００６４】本実施例のイオン導伝性高分子バインダー
の１１０℃における動的粘弾性係数は１．５×１０¹⁰Ｐ
ａであった。また、本実施例の固体高分子型燃料電池の
Ｑ値は０．０９Ｃ／ｃｍ²、発電電位は０．６９Ｖ、イ
オン伝導率は０．１４であった。結果を表１に示す。

【００６５】また、高分子電解質膜の１１０℃における
動的粘弾性係数に対するイオン導伝性高分子バインダー
の１１０℃における動的粘弾性係数の比と、発電電位と
の関係を図４に示す。

【００６６】

【実施例４】本実施例では、式（７）で示されるスルホ
ン化ポリエーテルエーテルケトン重合体（イオン交換容
量２．０ｍｅｑ／ｇ）をイオン導伝性高分子バインダー
に用いた以外は、実施例１と全く同一にして、図１示の
固体高分子型燃料電池を形成した。

【００６７】

【化１４】

【００６８】次に、実施例１と全く同一にしてイオン導
伝性高分子バインダーの１１０℃における動的粘弾性係
数、固体高分子型燃料電池のＱ値、発電電位、イオン伝
導率を測定した。

【００６９】本実施例のイオン導伝性高分子バインダー
の１１０℃における動的粘弾性係数は１．８×１０⁹Ｐ
ａであった。また、本実施例の固体高分子型燃料電池の
Ｑ値は０．０９Ｃ／ｃｍ²、発電電位は０．６９Ｖ、イ
オン伝導率は０．０８であった。結果を表１に示す。

【００７０】また、高分子電解質膜の１１０℃における
動的粘弾性係数に対するイオン導伝性高分子バインダー
の１１０℃における動的粘弾性係数の比と、発電電位と
の関係を図４に示す。

【００７１】

【比較例１】本比較例では、式（８）で示されるスルホ
ン化ポリアリーレン重合体（イオン交換容量２．４ｍｅ
ｑ／ｇ）をイオン導伝性高分子バインダーに用いた以外
は、実施例１と全く同一にして、図１示の固体高分子型
燃料電池を形成した。

【００７２】

【化１５】

【００７３】次に、実施例１と全く同一にしてイオン導
伝性高分子バインダーの１１０℃における動的粘弾性係
数、固体高分子型燃料電池のＱ値、発電電位、イオン伝
導率を測定した。

【００７４】本比較例のイオン導伝性高分子バインダー
の１１０℃における動的粘弾性係数は６．７×１０¹⁰Ｐ
ａであって、高分子電解質膜１よりも大きかった。ま
た、本比較例の固体高分子型燃料電池のＱ値は０．０５
Ｃ／ｃｍ²、発電電位は０．６１Ｖ、イオン伝導率は
０．０７であった。結果を表１に示す。

【００７５】また、高分子電解質膜の１１０℃における
動的粘弾性係数に対するイオン導伝性高分子バインダー
の１１０℃における動的粘弾性係数の比と、発電電位と
の関係を図４に示す。

【００７６】

【表１】

【００７７】表１及び図４から、１１０℃における動的
粘弾性係数が高分子電解質膜よりも小さいイオン導伝性
高分子バインダーを用いる実施例１〜４では、１１０℃
における動的粘弾性係数が高分子電解質膜よりも大きい
イオン導伝性高分子バインダーを用いる比較例１に比較
して、Ｑ値が大であり、従って発電電位も高いことが明
らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体高分子型燃料電池の構成を示
す説明的断面図。

【図２】図１示の固体高分子型燃料電池のＱ値を測定す
る装置の説明図。

【図３】図２の装置によるＱ値の測定例を示すグラフ。

【図４】高分子電解質膜の１１０℃における動的粘弾性
係数に対するイオン導伝性高分子バインダーの１１０℃
における動的粘弾性係数の比と、発電電位との関係を示
すグラフ。

【符号の説明】

１…高分子電解質膜、２，３…電極、５…触媒層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者齋藤信広埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者相馬浩埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者七海昌昭埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内Ｆターム(参考） 4J032 CB03 CF01 CG01 5H018 AA06 AS01 BB01 BB03 BB06 BB08 BB12 DD08 EE03 EE08 EE17 EE18 HH05 HH08 HH09 5H026 AA06 CX05 CX07 EE18 HH05 HH08 HH09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極と、両電極に挟持された高分子
電解質膜とを備え、各電極は該高分子電解質膜に対向す
る面に触媒が触媒担体に担持されている触媒粒子がイオ
ン導伝性高分子バインダーにより一体化された触媒層を
備える固体高分子型燃料電池において、１１０℃における動的粘弾性係数が１×１０⁹〜１×１
０¹¹Ｐａの範囲にある高分子電解質膜と、１１０℃にお
ける動的粘弾性係数が該高分子電解質膜より小さいイオ
ン導伝性高分子バインダーを用いて形成された触媒層と
を備えることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項２】前記イオン導伝性高分子バインダーは、１
１０℃における動的粘弾性係数が前記高分子電解質膜の
１／２〜１／１０００の範囲にあることを特徴とする請
求項１記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項３】前記高分子電解質膜は、式（１）で示され
る芳香族化合物単位３０〜９５モル％と、式（２）で示
される芳香族化合物単位７０〜５モル％とからなる共重
合体の側鎖にスルホン酸基を有するスルホン化ポリアリ
ーレン重合体からなることを特徴とする請求項１または
請求項２記載の固体高分子型燃料電池。【化１】【化２】
【請求項４】前記イオン導伝性高分子バインダーは、式
（１）で示される芳香族化合物単位５０〜７０モル％
と、式（３）で示される芳香族化合物単位５０〜３０モ
ル％とからなる共重合体の側鎖にスルホン酸基を有する
スルホン化ポリアリーレン重合体からなることを特徴と
する請求項１記載の固体高分子型燃料電池。【化３】【化４】