JP2008198507A

JP2008198507A - Membrane electrode assembly, fuel cell, and catalyst ink

Info

Publication number: JP2008198507A
Application number: JP2007032997A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Uchida; 智久内田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2008-08-28

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain reduction of power generation capacity even though generated water in a cathode and an anode is frozen at the time of starting of a fuel cell at cold temperature. <P>SOLUTION: A unit cell 100 has a membrane electrode assembly 110. The membrane electrode assembly 110 comprises an electrolytic membrane 120, an anode side catalyst layer 130, an anode side gas diffusion layer 140, and a cathode side catalyst layer 150. A bimetal chip 152 is mixed into the cathode side catalyst layer 150. The bimetal chip 152 deforms in response to temperature changes, and forms a gap in the cathode side catalyst layer 150 at least at a sub-zero temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、膜電極接合体、この膜電極接合体を用いた燃料電池、および、膜電極接合体を製造するために用いられる触媒インクに関するものである。 The present invention relates to a membrane electrode assembly, a fuel cell using the membrane electrode assembly, and a catalyst ink used for producing the membrane electrode assembly.

従来、水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池は、プロトン伝導性を有する所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード（水素極）、および、カソード（酸素極）を接合した膜電極接合体を有しており、アノード、および、カソードには、反応ガスとしての水素、および、酸素がそれぞれ供給される。そして、アノード、および、カソードは、それぞれ上記電気化学反応を促進するための触媒層と、触媒層に上記反応ガスを拡散させつつ供給するためのガス拡散層とを備えており、カソード側の触媒層では、発電時にカソード反応によって、水（生成水）が生成される。この生成水は、カソード側の触媒層からガス拡散層を透過して、カソード反応で消費されずに燃料電池の外部に排出されるカソードオフガスとともに排出される。また、生成水は、カソード側から電解質膜を透過してアノード側に染み出す場合があり、この場合、アノード側に染み出した生成水は、アノード側の触媒層からガス拡散層を透過し、アノード反応で消費されずに燃料電池の外部に排出されるアノードオフガスとともに排出される。 Conventionally, a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen has attracted attention as an energy source. This fuel cell has a membrane electrode assembly in which an anode (hydrogen electrode) and a cathode (oxygen electrode) are joined to both surfaces of a predetermined electrolyte membrane having proton conductivity, and the anode and cathode Are supplied with hydrogen and oxygen as reaction gases, respectively. Each of the anode and the cathode includes a catalyst layer for promoting the electrochemical reaction and a gas diffusion layer for supplying the reaction gas while diffusing the reaction gas to the catalyst layer. In the layer, water (product water) is generated by the cathode reaction during power generation. This generated water passes through the gas diffusion layer from the catalyst layer on the cathode side and is discharged together with the cathode off-gas discharged outside the fuel cell without being consumed in the cathode reaction. In addition, the produced water may permeate the electrolyte membrane from the cathode side and ooze out to the anode side. In this case, the produced water oozed out to the anode side permeates the gas diffusion layer from the catalyst layer on the anode side, It is discharged together with the anode off-gas discharged outside the fuel cell without being consumed in the anode reaction.

ところで、燃料電池を氷点下の低温環境下で始動（以下、低温始動と呼ぶ）すると、生成水は、燃料電池の外部に排出される前に、カソードやアノードで凍結する場合がある。そして、この場合、カソードやアノードにおける反応ガスの拡散経路が閉塞されたり、生成水の凍結による膨張によって、触媒層に比較的大きな応力が加わり、触媒層が破損したりして、燃料電池の発電性能の低下を招くおそれがあった。 By the way, when the fuel cell is started in a low temperature environment below freezing (hereinafter referred to as a low temperature start), the generated water may be frozen at the cathode or anode before being discharged outside the fuel cell. In this case, the diffusion path of the reaction gas at the cathode or anode is blocked, or the catalyst layer is subjected to relatively large stress due to expansion due to freezing of the generated water, and the catalyst layer is damaged. There was a risk of performance degradation.

そこで、近年では、燃料電池の低温始動時に、生成水の凍結を抑制するための種々の技術が提案されている（例えば、下記特許文献１，２参照）。 Therefore, in recent years, various techniques for suppressing freezing of generated water at the time of low temperature start of the fuel cell have been proposed (for example, see Patent Documents 1 and 2 below).

特開２００５−８５５３０号公報JP 2005-85530 A 特開２００６−４８５６号公報JP 2006-4856 A

しかし、上記特許文献１，２に記載された技術によっても、生成水が凍結してしまった場合には、上記不具合を招くおそれがあった。 However, even when the techniques described in Patent Documents 1 and 2 described above are used, if the generated water is frozen, there is a risk of causing the above-described problems.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池の低温始動時に、カソードやアノードで生成水が凍結しても、発電性能の低下を抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a technology capable of suppressing a decrease in power generation performance even when generated water freezes at the cathode or the anode when the fuel cell is started at a low temperature. The purpose is to provide.

上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。
本発明の膜電極接合体は、
水素と酸素との電気化学反応によって発電する燃料電池に用いられ、所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合であって、
前記アノード、および、前記カソードのうちの少なくとも一方は、その内部に、温度変化に応じて変形する部材であって、前記膜電極接合体の温度が少なくとも氷点下のときに、前記温度変化に応じた変形によって、前記内部に空隙を形成する空隙形成部材を備えることを要旨とする。 In order to solve at least a part of the above-described problems, the present invention employs the following configuration.
The membrane electrode assembly of the present invention is
It is used in a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and is a membrane electrode junction in which an anode and a cathode are joined to both sides of a predetermined electrolyte membrane,
At least one of the anode and the cathode is a member that is deformed in accordance with a temperature change therein, and that responds to the temperature change when the temperature of the membrane electrode assembly is at least below freezing point. The gist of the invention is to provide a gap forming member that forms a gap in the interior by deformation.

先に説明したように、燃料電池による発電時には、上記電気化学反応によって、生成水が生成される。そして、この生成水は、一般に、カソードやアノードの比較的流体抵抗が低い部分を流れて、燃料電池の外部に排出される。 As described above, when water is generated by the fuel cell, generated water is generated by the electrochemical reaction. Then, this generated water generally flows through the portion of the cathode or anode where the fluid resistance is relatively low, and is discharged to the outside of the fuel cell.

本発明では、アノード、および、カソードのうちの少なくとも一方に、上記空隙形成部材を備えているので、この膜電極接合体を燃料電池に用いて低温始動したときに、空隙形成部材の変形によって形成された比較的流体抵抗が低い空隙内に、上記生成水を優先的に導くことができる。したがって、アノード、および、カソードのうちの少なくとも一方における、空隙以外の領域に存在する生成水の量は少なくなり、反応ガスの拡散経路が閉塞されることを抑制することができる。また、生成水の凍結時に、生成水は、まず、上記空隙内で凍結することになるので、少なくとも空隙内が生成水で満たされるまでは、生成水の膨張による応力は加わらず、生成水の膨張によって触媒層に加わる応力を緩和することができる。したがって、生成水の凍結による触媒層の破損を抑制することができる。つまり、本発明によって、燃料電池の低温始動時に、カソードやアノードで生成水が凍結しても、発電性能の低下を抑制することができる。 In the present invention, since the gap forming member is provided in at least one of the anode and the cathode, it is formed by deformation of the gap forming member when the membrane electrode assembly is used for a fuel cell at a low temperature start. The generated water can be preferentially guided into the void having a relatively low fluid resistance. Therefore, the amount of generated water existing in a region other than the voids in at least one of the anode and the cathode is reduced, and the reaction gas diffusion path can be prevented from being blocked. Further, when the produced water is frozen, the produced water is first frozen in the voids, so that stress due to the expansion of the produced water is not applied until at least the voids are filled with the produced water. The stress applied to the catalyst layer due to expansion can be relaxed. Therefore, damage to the catalyst layer due to freezing of the produced water can be suppressed. That is, according to the present invention, even when the generated water freezes at the cathode or the anode when starting the fuel cell at a low temperature, it is possible to suppress a decrease in power generation performance.

上記膜電極接合体において、
前記空隙形成部材は、バイメタルからなる粉体であるものとしてもよい。 In the membrane electrode assembly,
The gap forming member may be a powder made of bimetal.

バイメタルは、熱膨張係数が異なる２種類の金属を接合したものであるから、温度変化に応じて、一方の金属には引っ張り応力が作用し、他方の金属には圧縮応力が作用して変形する。したがって、空隙形成部材として、バイメタルからなる粉体を用いることは好適である。なお、バイメタルからなる粉体は、アノード、および、カソードのうちの少なくとも一方の面内に、ほぼ均等に分布して配置されることが好ましい。また、粉体の大きさや、配置密度は、任意に設定可能である。 A bimetal is formed by joining two kinds of metals having different coefficients of thermal expansion. Therefore, a tensile stress acts on one metal and a compressive stress acts on the other metal in response to a change in temperature. . Therefore, it is preferable to use a powder made of bimetal as the gap forming member. In addition, it is preferable that the powder which consists of bimetal is arrange | positioned substantially uniformly distributed in the surface of at least one of an anode and a cathode. Moreover, the magnitude | size of powder and arrangement | positioning density can be set arbitrarily.

上記膜電極接合体において、
前記バイメタルは、触媒金属を含むものとすることが好ましい。 In the membrane electrode assembly,
The bimetal preferably contains a catalyst metal.

こうすることによって、空隙形成部材を、空隙形成部材として用いる他、水素と酸素との電気化学反応を促進する触媒として用いることもできる。なお、触媒金属を含むバイメタルは、触媒金属と他の金属とのバイメタルであってもよいし、触媒金属同士のバイメタルであってもよい。 By doing so, the void forming member can be used not only as a void forming member but also as a catalyst for promoting an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The bimetal containing the catalyst metal may be a bimetal of the catalyst metal and another metal, or a bimetal of the catalyst metals.

上記いずれかの膜電極接合体において、
前記カソードは、前記電解質膜の一方の面に接合され、前記電気化学反応を促進するためのカソード側触媒層と、該カソード側触媒層に接合され、該カソード側触媒層に前記酸素を拡散させつつ供給するためのカソード側ガス拡散層と、を備えており、
前記空隙形成部材は、前記カソード側触媒層内に配置されているものとしてもよい。 In any of the above membrane electrode assemblies,
The cathode is bonded to one surface of the electrolyte membrane, bonded to the cathode side catalyst layer for promoting the electrochemical reaction, and bonded to the cathode side catalyst layer, and diffuses the oxygen into the cathode side catalyst layer. A cathode-side gas diffusion layer for supplying while
The gap forming member may be disposed in the cathode side catalyst layer.

こうすることによって、カソード側触媒層で生成された生成水を、カソード側触媒層内に形成された上記空隙に優先的に導くことができる。したがって、カソード側触媒層における生成水の凍結による燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる。なお、空隙赤誠部材を、カソード側ガス拡散層内に配置するようにしてもよい。 By so doing, the produced water generated in the cathode side catalyst layer can be preferentially guided to the voids formed in the cathode side catalyst layer. Therefore, it is possible to suppress a decrease in power generation performance of the fuel cell due to freezing of the produced water in the cathode side catalyst layer. In addition, you may make it arrange | position a space | gap red sincerity member in a cathode side gas diffusion layer.

上記いずれかの膜電極接合体において、
前記アノードは、前記電解質膜の一方の面に接合され、前記電気化学反応を促進するためのアノード側触媒層と、該アノード側触媒層に接合され、該アノード側触媒層に前記水素を拡散させつつ供給するためのアノード側ガス拡散層と、を備えており、
前記空隙形成部材は、前記アノード側触媒層内に配置されているものとしてもよい。 In any of the above membrane electrode assemblies,
The anode is joined to one surface of the electrolyte membrane, joined to the anode catalyst layer for promoting the electrochemical reaction, and joined to the anode catalyst layer, and diffuses the hydrogen into the anode catalyst layer. An anode side gas diffusion layer for supplying while
The gap forming member may be disposed in the anode catalyst layer.

こうすることによって、カソード側触媒層で生成され、電解質膜を透過してアノード側触媒層に染み出した生成水を、空隙形成部材の変形によってアノード側触媒層内に形成された空隙に優先的に導き、保持することができる。したがって、アノード側触媒層における生成水の凍結による燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる。なお、空隙形成部材を、アノード側ガス拡散層内に配置するようにしてもよい。 By doing so, the generated water generated in the cathode side catalyst layer and permeating through the electrolyte membrane and exuding into the anode side catalyst layer is preferentially given to the gap formed in the anode side catalyst layer by deformation of the gap forming member. Can be guided and held. Therefore, it is possible to suppress a decrease in power generation performance of the fuel cell due to freezing of the produced water in the anode side catalyst layer. The gap forming member may be disposed in the anode side gas diffusion layer.

本発明は、燃料電池の発明として構成することもできる。すなわち、
本発明の燃料電池は、
所定の電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合体を備える燃料電池であって、
前記膜電極接合体は、上述したいずれかの膜電極接合体であることを要旨とする。 The present invention can also be configured as a fuel cell invention. That is,
The fuel cell of the present invention comprises
A fuel cell comprising a membrane electrode assembly in which an anode and a cathode are joined to both surfaces of a predetermined electrolyte membrane,
The gist of the membrane electrode assembly is any of the membrane electrode assemblies described above.

こうすることによって、空隙形成部材の変形によって形成された空隙に、生成水を優先的に導くことができるので、燃料電池の低温始動時に、カソードやアノードで生成水が凍結しても、発電性能の低下を抑制することができる。 By doing this, the generated water can be preferentially guided to the gap formed by the deformation of the gap forming member. Therefore, even when the generated water freezes at the cathode or anode at the low temperature start of the fuel cell, the power generation performance Can be suppressed.

本発明は、触媒インクの発明として構成することもできる。すなわち、
本発明の触媒インクは、
燃料電池に用いられる膜電極接合体の触媒層を形成するための触媒インクであって、
触媒と、
電解質溶液と、
バイメタルからなる粉体と、を含むことを要旨とする。 The present invention can also be configured as an invention of a catalyst ink. That is,
The catalyst ink of the present invention is
A catalyst ink for forming a catalyst layer of a membrane electrode assembly used in a fuel cell,
A catalyst,
An electrolyte solution;
And a powder made of bimetal.

触媒としては、例えば、白金等の触媒を担持した触媒担持カーボンを用いることができる。電解質溶液としては、例えば、ナフィオン分散溶液（ナフィオンは登録商標）を用いることができる。バイメタルからなる粉体は、先に説明したように、空隙形成部材として機能する。 As the catalyst, for example, catalyst-carrying carbon carrying a catalyst such as platinum can be used. As the electrolyte solution, for example, a Nafion dispersion solution (Nafion is a registered trademark) can be used. As described above, the powder made of bimetal functions as a void forming member.

本発明の触媒インクを用いて燃料電池に用いられる膜電極接合体のカソード側触媒層や、アノード側触媒層を形成することによって、先に説明した本発明の膜電極接合体や、燃料電池を比較的容易に製造することができる。なお、上記触媒インクには、触媒、電解質溶液、バイメタルからなる粉体の他に、水や、エタノールや、ポリエチレングリコール等が含まれ得る。これらの混合割合は、任意に設定可能である。 By using the catalyst ink of the present invention to form the cathode side catalyst layer and the anode side catalyst layer of the membrane electrode assembly used in the fuel cell, the membrane electrode assembly of the present invention and the fuel cell described above are formed. It can be manufactured relatively easily. The catalyst ink may contain water, ethanol, polyethylene glycol, etc. in addition to the catalyst, electrolyte solution, and bimetallic powder. These mixing ratios can be arbitrarily set.

本発明は、上述の膜電極接合体、燃料電池、触媒インクとしての構成の他、膜電極接合体の製造方法、燃料電池の製造方法の発明として構成することもできる。 The present invention can be configured as an invention of a method for manufacturing a membrane electrode assembly and a method for manufacturing a fuel cell, in addition to the configuration as the above-described membrane electrode assembly, fuel cell, and catalyst ink.

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．燃料電池スタックの構成：
Ｂ．単セル：
Ｃ．膜電極接合体：
Ｄ．膜電極接合体の製造工程：
Ｅ．比較実験：
Ｆ．変形例： Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Fuel cell stack configuration:
B. Single cell:
C. Membrane electrode assembly:
D. Manufacturing process of membrane electrode assembly:
E. Comparative experiment:
F. Variation:

Ａ．燃料電池スタックの構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池スタック１０の外観を示す斜視図である。燃料電池スタック１０は、図示する通り、単セル１００を所定数積層して形成される。単セル１００の積層数は、燃料電池スタック１０に要求される出力に応じて任意に設定可能である。単セル１００の詳細については、後述する。 A. Fuel cell stack configuration:
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a fuel cell stack 10 as an embodiment of the present invention. The fuel cell stack 10 is formed by stacking a predetermined number of single cells 100 as shown in the figure. The number of stacked single cells 100 can be arbitrarily set according to the output required for the fuel cell stack 10. Details of the single cell 100 will be described later.

燃料電池スタック１０は、一端からエンドプレート１２、絶縁板１６、集電板１８、複数の単セル１００、集電板２０、絶縁板２２、エンドプレート１４の順に積層されて構成される。エンドプレート１２、１４は、剛性を確保するため、鋼等の金属によって形成されている。集電板１８、２０は、緻密質カーボンや銅板などガス不透過な導電性部材によって形成されている。絶縁板１６、２２は、ゴムや樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。集電板１８、２０には、それぞれ出力端子１９、２１が設けられており、燃料電池スタック１０で発電した電力を出力可能となっている。 The fuel cell stack 10 is configured by laminating an end plate 12, an insulating plate 16, a current collecting plate 18, a plurality of single cells 100, a current collecting plate 20, an insulating plate 22, and an end plate 14 in this order from one end. The end plates 12 and 14 are made of metal such as steel in order to ensure rigidity. The current collecting plates 18 and 20 are formed of a gas impermeable conductive member such as dense carbon or a copper plate. The insulating plates 16 and 22 are formed of an insulating member such as rubber or resin. The current collector plates 18 and 20 are provided with output terminals 19 and 21, respectively, so that the power generated by the fuel cell stack 10 can be output.

一方のエンドプレート１４には、燃料ガス供給口３５や、燃料ガス排出口３６や、酸化剤ガス供給口３３や、酸化剤ガス排出口３４や、冷却水供給口３１や、冷却水排出口３２が設けられている。燃料ガス供給口３５から燃料電池スタック１０に供給された燃料ガスは、エンドプレート１２に向かって流れながら各単セル１００に分配される。各単セル１００に配分された燃料ガスは、図中の上方から下方に単セル１００内の流路を流れた後、エンドプレート１４側に流れ、燃料ガス排出口３６から排出される。酸化剤ガスも同様に、酸化剤ガス供給口３３から供給された後、エンドプレート１２に向かって流れながら各単セル１００に分配され、各単セル１００内の流路を流れた後、酸化剤ガス排出口３４から排出される。燃料電池スタック１０は、このようなガスの流れを実現できるよう内部で各単セル１００のガス流路が形成されている。 One end plate 14 has a fuel gas supply port 35, a fuel gas discharge port 36, an oxidant gas supply port 33, an oxidant gas discharge port 34, a cooling water supply port 31, and a cooling water discharge port 32. Is provided. The fuel gas supplied from the fuel gas supply port 35 to the fuel cell stack 10 is distributed to each single cell 100 while flowing toward the end plate 12. The fuel gas distributed to each single cell 100 flows through the flow path in the single cell 100 from the upper side to the lower side in the drawing, then flows to the end plate 14 side, and is discharged from the fuel gas discharge port 36. Similarly, after the oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply port 33, it is distributed to each single cell 100 while flowing toward the end plate 12, and after flowing through the flow path in each single cell 100, It is discharged from the gas discharge port 34. In the fuel cell stack 10, a gas flow path of each single cell 100 is formed inside so as to realize such a gas flow.

なお、図示は省略しているが、燃料電池スタック１０には、スタック構造のいずれかの箇所における接触抵抗の増加等による電池性能の低下を抑制したり、ガスの漏洩を抑制したりするために、スタック構造の積層方向に、押圧力が加えられている。 Although not shown in the figure, the fuel cell stack 10 is used to suppress a decrease in cell performance due to an increase in contact resistance or the like in any part of the stack structure, or to suppress gas leakage. A pressing force is applied in the stacking direction of the stack structure.

Ｂ．単セル：
図２は、単セル１００の断面構造を模式的に示す説明図である。図示するように、この単セル１００は、膜電極接合体１１０の両面を、セパレータ１７０，１８０で挟むことによって構成されている。膜電極接合体１１０は、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合したものである。膜電極接合体１１０は、本発明における特徴的な部分であり、膜電極接合体１１０については、後から詳述する。 B. Single cell:
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a cross-sectional structure of the single cell 100. As shown in the figure, this single cell 100 is configured by sandwiching both surfaces of a membrane electrode assembly 110 between separators 170 and 180. The membrane electrode assembly 110 is obtained by joining an anode and a cathode to both surfaces of an electrolyte membrane having proton conductivity. The membrane electrode assembly 110 is a characteristic part in the present invention, and the membrane electrode assembly 110 will be described in detail later.

膜電極接合体１１０のアノード側に配置されるセパレータ１７０は、図示するように、溝部１７２を備える凹凸形状を有しており、溝部１７２は、燃料ガスとしての水素、および、アノードから排出されるアノードオフガスが流れるガス流路を形成する。 As illustrated, the separator 170 disposed on the anode side of the membrane electrode assembly 110 has an uneven shape including a groove portion 172. The groove portion 172 is discharged from hydrogen as fuel gas and the anode. A gas flow path through which the anode off gas flows is formed.

また、膜電極接合体１１０のカソード側に配置されるセパレータ１８０も、図示するように、溝部１８２を備える凹凸形状を有しており、溝部１８２は、酸化剤ガスとしての空気、および、カソードから排出されるカソードオフガスが流れるガス流路を形成する。 Further, as shown in the figure, the separator 180 disposed on the cathode side of the membrane electrode assembly 110 also has an uneven shape including a groove portion 182, and the groove portion 182 includes air as an oxidant gas and a cathode. A gas flow path through which the discharged cathode off gas flows is formed.

なお、図示は省略しているが、セパレータ１７０，１８０には、冷却水を流すための流路も形成されている。セパレータ１７０，１８０の材料としては、カーボンや、金属など、導電性を有する種々の材料を適用可能である。 Although not shown, the separators 170 and 180 are also formed with flow paths for flowing cooling water. As materials for the separators 170 and 180, various materials having conductivity such as carbon and metal can be used.

Ｃ．膜電極接合体：
図２に示したように、膜電極接合体１１０は、プロトン伝導性を有する電解質膜１２０の一方の面に、アノード（水素極）として、アノード側触媒層１３０と、アノード側ガス拡散層１４０とを、この順に積層し、他方の面に、カソード（酸素極）として、カソード側触媒層１５０と、カソード側ガス拡散層１６０とを、この順に積層することによって構成されている。本実施例では、電解質膜１２０として、固体高分子型の電解質膜を用いるものとした。電解質膜１２０として、他の電解質膜を用いるものとしてもよい。 C. Membrane electrode assembly:
As shown in FIG. 2, the membrane electrode assembly 110 includes an anode side catalyst layer 130, an anode side gas diffusion layer 140, and an anode (hydrogen electrode) on one surface of an electrolyte membrane 120 having proton conductivity. Are stacked in this order, and the cathode side catalyst layer 150 and the cathode side gas diffusion layer 160 are stacked in this order as the cathode (oxygen electrode) on the other surface. In this embodiment, a solid polymer electrolyte membrane is used as the electrolyte membrane 120. Other electrolyte membranes may be used as the electrolyte membrane 120.

燃料電池スタック１０における発電時に、膜電極接合体１１０のカソード側触媒層１５０では、水素と酸素との電気化学反応によって、生成水が生成され、この生成水は、カソード側ガス拡散層１６０を透過して、燃料電池スタック１０の外部に排出される。そして、先に説明したように、燃料電池スタック１０の低温始動時に、カソード内で生成水が凍結すると、カソードにおける反応ガスの拡散経路が閉塞されたり、生成水の凍結による膨張によって、カソード側触媒層１５０に比較的大きな応力が加わり、カソード側触媒層１５０が破損したりして、燃料電池スタック１０の発電性能の低下を招くおそれがある。そこで、本実施例では、膜電極接合体１１０のカソード側触媒層１５０に、上述した生成水の凍結による不具合を抑制するための不具合対策が施されている。 At the time of power generation in the fuel cell stack 10, generated water is generated in the cathode side catalyst layer 150 of the membrane electrode assembly 110 by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and this generated water permeates the cathode side gas diffusion layer 160. Then, the fuel cell stack 10 is discharged to the outside. As described above, when the generated water freezes in the cathode at the time of starting the fuel cell stack 10 at a low temperature, the diffusion path of the reaction gas in the cathode is blocked, or the cathode side catalyst is expanded by freezing of the generated water. There is a possibility that a relatively large stress is applied to the layer 150 and the cathode-side catalyst layer 150 is damaged, leading to a decrease in the power generation performance of the fuel cell stack 10. Therefore, in this embodiment, a countermeasure against defects is taken for the cathode-side catalyst layer 150 of the membrane electrode assembly 110 to suppress the above-described defects caused by freezing of the generated water.

図２の左下に、カソード側触媒層１５０の拡大図を模式的に示した。図示するように、本実施例の膜電極接合体１１０は、カソード側触媒層１５０内にバイメタルからなる粉体（以下、バイメタルチップ１５２と呼ぶ）が混入されている。そして、このバイメタルチップ１５２は、カソード側触媒層１５０の面内に、ほぼ均等に分布して配置されている。なお、バイメタルチップ１５２は、図の右下に示したように、第１の金属１５２ａ、および、第２の金属１５２ｂからなる。本実施例では、第１の金属１５２ａとして、白金（Ｐｔ）を用い、第２の金属１５２ｂとして、銀（Ａｇ）を用いるものとした。このバイメタルチップ１５２は、例えば、白金の粉末上に銀を蒸着したり、白金と銀とを接合したクラッド材を解砕したりすることによって形成することができる。バイメタルチップ１５２は、本発明における空隙形成部材に相当する。 An enlarged view of the cathode side catalyst layer 150 is schematically shown in the lower left of FIG. As shown in the drawing, in the membrane electrode assembly 110 of this example, powder made of bimetal (hereinafter referred to as a bimetal chip 152) is mixed in the cathode side catalyst layer 150. The bimetal chips 152 are arranged almost uniformly in the plane of the cathode side catalyst layer 150. The bimetal chip 152 is composed of a first metal 152a and a second metal 152b as shown in the lower right of the figure. In this embodiment, platinum (Pt) is used as the first metal 152a, and silver (Ag) is used as the second metal 152b. The bimetal chip 152 can be formed, for example, by vapor-depositing silver on platinum powder or by crushing a clad material obtained by bonding platinum and silver. The bimetal chip 152 corresponds to the gap forming member in the present invention.

図３は、カソード側触媒層１５０におけるバイメタルチップ１５２の作用を説明するための説明図である。図３（ａ）に、常温時におけるバイメタルチップ１５２、および、カソード側触媒層１５０の状態を示した。また、図３（ｂ）に、低温時（氷点下）におけるバイメタルチップ１５２、および、カソード側触媒層１５０の状態を示した。図３（ａ）に示したように、常温時には、バイメタルチップ１５２の全体が、カソード側触媒層１５０を構成する他の部材と、ほぼ隙間なく接している。 FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the operation of the bimetal tip 152 in the cathode side catalyst layer 150. FIG. 3A shows the state of the bimetal chip 152 and the cathode side catalyst layer 150 at normal temperature. FIG. 3B shows the state of the bimetal chip 152 and the cathode side catalyst layer 150 at a low temperature (below freezing point). As shown in FIG. 3A, at the normal temperature, the entire bimetal chip 152 is in contact with other members constituting the cathode catalyst layer 150 with almost no gap.

バイメタルは、熱膨張係数が異なる２種類の金属を接合したものであるから、温度変化に応じて、一方の金属には引っ張り応力が作用し、他方の金属には圧縮応力が作用して変形する。本実施例におけるバイメタルチップ１５２では、白金（第１の金属１５２ａ）の熱膨張係数よりも、銀（第２の金属１５２ｂ）の熱膨張係数の方が大きいので、常温時には、図３に示したように、変形していないバイメタルチップ１５２が、低温時には、図３（ｂ）に示したように、銀側に反るように変形する。そして、この変形によって、カソード側触媒層１５０内の銀（第２の金属１５２ｂ）と他の部材との境界部には、空隙１５４が形成される。 A bimetal is formed by joining two kinds of metals having different coefficients of thermal expansion. Therefore, a tensile stress acts on one metal and a compressive stress acts on the other metal in response to a change in temperature. . In the bimetal chip 152 in this example, since the thermal expansion coefficient of silver (second metal 152b) is larger than that of platinum (first metal 152a), the temperature is as shown in FIG. In this way, the undeformed bimetal chip 152 is deformed so as to warp on the silver side as shown in FIG. As a result of this deformation, a gap 154 is formed at the boundary between the silver (second metal 152b) in the cathode-side catalyst layer 150 and another member.

先に説明したように、カソード側触媒層１５０で生成された生成水は、カソード側ガス拡散層１６０を透過して、外部に排出される。このとき、生成水は、比較的流体抵抗が低い部分を流れる。本実施例の膜電極接合体１１０では、燃料電池スタック１０の低温始動時に、カソード側触媒層１５０に形成された空隙１５４における流体抵抗が、その他の部分における流体抵抗よりも低くなるので、空隙１５４内に生成水を優先的に導くことができる。したがって、空隙１５４以外の領域に存在する生成水の量は少なくなり、カソード側触媒層１５０における空気の拡散経路が閉塞されることを抑制することができる。また、生成水の凍結時に、生成水は、まず、空隙１５４内で凍結することになるので、少なくとも空隙１５４内が生成水で満たされるまでは、空隙１５４以外の領域には、生成水の膨張による応力は加わらず、生成水の膨張によってカソード側触媒層１５０に加わる応力を緩和することができる。したがって、生成水の凍結によるカソード側触媒層１５０の破損を抑制することができる。 As described above, the generated water generated in the cathode side catalyst layer 150 passes through the cathode side gas diffusion layer 160 and is discharged to the outside. At this time, the generated water flows through a portion having a relatively low fluid resistance. In the membrane electrode assembly 110 of this embodiment, when the fuel cell stack 10 is started at a low temperature, the fluid resistance in the gap 154 formed in the cathode side catalyst layer 150 is lower than the fluid resistance in the other portions. The produced water can be preferentially guided inside. Accordingly, the amount of generated water existing in the region other than the gap 154 is reduced, and the air diffusion path in the cathode catalyst layer 150 can be prevented from being blocked. In addition, since the generated water is first frozen in the gap 154 when the generated water is frozen, at least until the inside of the gap 154 is filled with the generated water, the generated water expands in a region other than the gap 154. However, the stress applied to the cathode catalyst layer 150 due to the expansion of the generated water can be relaxed. Therefore, damage to the cathode side catalyst layer 150 due to freezing of the produced water can be suppressed.

Ｄ．膜電極接合体の製造工程：
上述した膜電極接合体１１０は、以下に説明する製造工程によって製造することができる。図４は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１１０の製造工程の一例を示す説明図である。 D. Manufacturing process of membrane electrode assembly:
The membrane electrode assembly 110 described above can be manufactured by a manufacturing process described below. FIG. 4 is an explanatory view showing an example of a manufacturing process of a membrane electrode assembly (MEA) 110.

まず、アノード側触媒層１３０、および、カソード側触媒層１５０を形成するために用いられるアノード用触媒インク、および、カソード用触媒インクを用意する（ステップＳ１００）。本実施例におけるアノード用触媒インクは、触媒としての白金担持カーボンと、水と、エタノールと、ポリエチレングリコールと、電解質溶液としてのナフィオン分散溶液（ナフィオンは登録商標）とを混合したものである。また、カソード用触媒インクは、白金担持カーボンと、バイメタルチップ１５２と、水と、エタノールと、ポリエチレングリコールと、ナフィオン分散溶液とを混合したものである。これらの混合割合は、任意に設定可能である。このカソード用触媒インクを用いることによって、バイメタルチップ１５２がほぼ均等に分布して配置されたカソード側触媒層１５０を容易に形成することができる。 First, an anode catalyst ink and a cathode catalyst ink used to form the anode catalyst layer 130 and the cathode catalyst layer 150 are prepared (step S100). The catalyst ink for anode in this example is a mixture of platinum-supporting carbon as a catalyst, water, ethanol, polyethylene glycol, and Nafion dispersion solution (Nafion is a registered trademark) as an electrolyte solution. The cathode catalyst ink is a mixture of platinum-supported carbon, bimetal chip 152, water, ethanol, polyethylene glycol, and Nafion dispersion. These mixing ratios can be arbitrarily set. By using this cathode catalyst ink, it is possible to easily form the cathode-side catalyst layer 150 in which the bimetal chips 152 are arranged almost uniformly.

次に、電解質膜１２０の両面に、それぞれアノード用触媒インク、および、カソード用触媒インクを塗布して乾燥させることによって、アノード側触媒層１３０、および、カソード側触媒層１５０を形成する（ステップＳ１１０）。 Next, the anode side catalyst layer 130 and the cathode side catalyst layer 150 are formed by applying and drying the anode catalyst ink and the cathode catalyst ink on both surfaces of the electrolyte membrane 120, respectively (step S110). ).

次に、アノード側触媒層１３０、および、カソード側触媒層１５０の表面に、カーボンペーパをホットプレスによって接合し、アノード側ガス拡散層１４０、および、カソード側ガス拡散層１６０を形成する（ステップＳ１２０）。 Next, carbon paper is joined to the surfaces of the anode-side catalyst layer 130 and the cathode-side catalyst layer 150 by hot pressing to form the anode-side gas diffusion layer 140 and the cathode-side gas diffusion layer 160 (step S120). ).

以上の製造工程によって、膜電極接合体１１０を製造することができる。さらに、この膜電極接合体１１０を、セパレータ１７０，１８０を介在させて、複数積層することによって、燃料電池スタック１０を製造することができる。 The membrane electrode assembly 110 can be manufactured by the above manufacturing process. Furthermore, the fuel cell stack 10 can be manufactured by stacking a plurality of the membrane electrode assemblies 110 with the separators 170 and 180 interposed therebetween.

Ｅ．比較実験：
本実施例の膜電極接合体１１０の効果を確認するため、以下に説明する比較実験を行った。用意した試料は、２種類であり、カソード側触媒層１５０内にバイメタルチップ１５２を配置した本実施例の膜電極接合体１１０を用いた単セル１００と、カソード側触媒層１５０内にバイメタルチップ１５２を配置していない膜電極接合体を用いた、比較例としての単セルである。なお、実施例の単セル１００におけるカソード側触媒層１５０の白金の目付量と、比較例の単セルにおけるカソード側触媒層の白金の目付量は、同じである。 E. Comparative experiment:
In order to confirm the effect of the membrane electrode assembly 110 of the present example, a comparative experiment described below was performed. The prepared samples are of two types, the single cell 100 using the membrane electrode assembly 110 of the present example in which the bimetal tip 152 is arranged in the cathode side catalyst layer 150, and the bimetal tip 152 in the cathode side catalyst layer 150. It is the single cell as a comparative example using the membrane electrode assembly which has not arranged. The basis weight of platinum in the cathode side catalyst layer 150 in the unit cell 100 of the example is the same as the basis weight of platinum in the cathode side catalyst layer in the unit cell of the comparative example.

上述した２つの単セルを、それぞれ、セル温度が−２０（℃）、電流密度が０．３（Ａ／ｃｍ²）の条件下で、発電を行い、３０分後の電圧を比較した。その結果、実施例の単セル１００では、０．３１（Ｖ）であったのに対し、比較例の単セルでは、０．０４（Ｖ）だった。この結果から、本実施例の膜電極接合体１１０を用いた単セル１００において、生成水の凍結による発電性能の低下を抑制することができることを確認することができた。 The two single cells described above were each subjected to power generation under the conditions of a cell temperature of −20 (° C.) and a current density of 0.3 (A / cm ² ), and the voltages after 30 minutes were compared. As a result, it was 0.31 (V) in the single cell 100 of the example, whereas it was 0.04 (V) in the single cell of the comparative example. From this result, it was confirmed that in the single cell 100 using the membrane electrode assembly 110 of this example, it was possible to suppress a decrease in power generation performance due to freezing of generated water.

以上説明した本実施例の燃料電池スタック１０によれば、膜電極接合体１１０のカソード側触媒層１５０内にバイメタルチップ１５２を配置しているので、この膜電極接合体１１０を燃料電池スタック１０に用いて低温始動したときに、バイメタルチップ１５２の変形によって形成された比較的流体抵抗が低い空隙１５４内に、上記生成水を優先的に導き、カソードにおける反応ガスの拡散経路が閉塞されることを抑制することができる。また、生成水の凍結時に、生成水の膨張によってカソード側触媒層１５０に加わる応力を緩和し、カソード側触媒層１５０の破損を抑制することができる。つまり、本実施例の燃料電池スタック１０によって、燃料電池スタック１０の低温始動時に、カソードで生成水が凍結しても、発電性能の低下を抑制することができる。 According to the fuel cell stack 10 of the present embodiment described above, since the bimetal chip 152 is disposed in the cathode side catalyst layer 150 of the membrane electrode assembly 110, the membrane electrode assembly 110 is attached to the fuel cell stack 10. The generated water is preferentially guided into the gap 154 formed by deformation of the bimetal tip 152 and having a relatively low fluid resistance when the low temperature start is performed, and the diffusion path of the reaction gas at the cathode is blocked. Can be suppressed. Further, when the generated water is frozen, the stress applied to the cathode side catalyst layer 150 due to the expansion of the generated water can be relieved, and damage to the cathode side catalyst layer 150 can be suppressed. That is, the fuel cell stack 10 of the present embodiment can suppress a decrease in power generation performance even if the generated water freezes at the cathode when the fuel cell stack 10 is started at a low temperature.

Ｆ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。 F. Variation:
As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, and implementation in various aspects is possible within the range which does not deviate from the summary. It is. For example, the following modifications are possible.

Ｆ１．変形例１：
上記実施例では、膜電極接合体１１０のカソード側触媒層１５０内にバイメタルチップ１５２を配置するものとしたが、アノード側触媒層１３０内にバイメタルチップを配置するようにしてもよい。こうすることによって、カソード側触媒層１５０で生成され、電解質膜１２０を透過してアノード側触媒層１３０に染み出した生成水を、カソード側と同様に、バイメタルチップによってアノード側触媒層１３０内に形成された空隙１５４内に優先的に導き、アノード側触媒層１３０における水素の拡散経路が閉塞されることを抑制することができる。ことができる。また、生成水の凍結によるアノード側触媒層１３０の破損を抑制することもできる。なお、アノード側触媒層１３０内にバイメタルチップを配置するためには、カソード側触媒層１５０と同様に、アノード用触媒インクに、予めバイメタルチップを混合しておけばよい。 F1. Modification 1:
In the above embodiment, the bimetal tip 152 is arranged in the cathode side catalyst layer 150 of the membrane electrode assembly 110. However, the bimetal tip may be arranged in the anode side catalyst layer 130. By doing so, the generated water that is generated in the cathode side catalyst layer 150 and permeates through the electrolyte membrane 120 and exudes into the anode side catalyst layer 130 is introduced into the anode side catalyst layer 130 by the bimetal tip in the same manner as the cathode side. It is possible to lead preferentially into the formed void 154 and prevent the hydrogen diffusion path in the anode catalyst layer 130 from being blocked. be able to. In addition, damage to the anode catalyst layer 130 due to freezing of the produced water can be suppressed. In order to dispose the bimetal tip in the anode side catalyst layer 130, the bimetal tip may be mixed in advance with the anode catalyst ink in the same manner as the cathode side catalyst layer 150.

Ｆ２．変形例２：
上記実施例では、膜電極接合体１１０のカソード側触媒層１５０内にバイメタルチップ１５２を配置するものとしたが、本発明は、これに限られない。アノード、および、カソードのうちの少なくとも一方に、バイメタルチップ１５２等の空隙形成部材を配置するようにすればよい。したがって、ガス拡散層内や、触媒層とガス拡散層との界面に、バイメタルチップ１５２を配置するようにしてもよい。 F2. Modification 2:
In the above embodiment, the bimetal chip 152 is disposed in the cathode side catalyst layer 150 of the membrane electrode assembly 110, but the present invention is not limited to this. A gap forming member such as the bimetal chip 152 may be disposed on at least one of the anode and the cathode. Therefore, the bimetal chip 152 may be disposed in the gas diffusion layer or at the interface between the catalyst layer and the gas diffusion layer.

Ｆ３．変形例３：
上記実施例の膜電極接合体１１０では、バイメタルチップ１５２として、白金と銀とのバイメタルを用いるものとしたが、本発明は、これに限られず、他のバイメタルを用いるようにしてもよい。ただし、バイメタルチップ１５２として、触媒金属を含むバイメタルを用いることが好ましい。バイメタルチップ１５２に触媒金属を含むバイメタルを用いることによって、バイメタルチップ１５２を、空隙形成部材として用いる他、水素と酸素との電気化学反応を促進する触媒として用いることもできる。なお、触媒金属を含むバイメタルは、触媒金属と他の金属とのバイメタルであってもよいし、触媒金属同士のバイメタルであってもよい。 F3. Modification 3:
In the membrane electrode assembly 110 of the above embodiment, a bimetal of platinum and silver is used as the bimetal chip 152. However, the present invention is not limited to this, and another bimetal may be used. However, it is preferable to use a bimetal containing a catalytic metal as the bimetal chip 152. By using a bimetal containing a catalytic metal for the bimetal chip 152, the bimetal chip 152 can be used as a catalyst for promoting an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in addition to being used as a gap forming member. The bimetal containing the catalyst metal may be a bimetal of the catalyst metal and another metal, or a bimetal of the catalyst metals.

Ｆ４．変形例４：
上記実施例では、燃料電池スタック１０のすべての単セル１００に、膜電極接合体１１０を用いるものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、燃料電池スタック１０の積層方向の両端部に配置される膜電極接合体のみに、上記実施例の膜電極接合体１１０を適用し、積層方向の中央部に配置される膜電極接合体には、上記膜電極接合体１１０を適用しないようにしてもよい。「端部に配置される膜電極接合体」は、最端部に配置される１枚の膜電極接合体に限らず、複数枚であってもよい。燃料電池スタック１０の両端部に配置された膜電極接合体は、放熱によって中央部に配置された膜電極接合体よりも温度が低くなり、両端部に配置された膜電極接合体において、生成水の凍結が生じやすいからである。 F4. Modification 4:
In the above embodiment, the membrane electrode assembly 110 is used for all the single cells 100 of the fuel cell stack 10, but the present invention is not limited to this. For example, the membrane electrode assembly 110 of the above embodiment is applied only to the membrane electrode assemblies disposed at both ends in the stacking direction of the fuel cell stack 10, and the membrane electrode assembly disposed in the center in the stacking direction is applied. The membrane electrode assembly 110 may not be applied. The “membrane electrode assembly disposed at the end” is not limited to one membrane electrode assembly disposed at the end, and may be a plurality of sheets. The temperature of the membrane electrode assembly disposed at both ends of the fuel cell stack 10 is lower than that of the membrane electrode assembly disposed at the center due to heat dissipation, and in the membrane electrode assembly disposed at both ends, the generated water This is because freezing is likely to occur.

Ｆ５．変形例５：
上記実施例の燃料電池スタック１０では、単セル１００を構成するセパレータ１７０，１８０は、それぞれ凹凸形状を有するものとしたが、本発明は、これに限られない。セパレータ１７０，１８０の代わりに、内部にガス流路や、冷却水流路が形成された平坦な形状のセパレータを用いるものとしてもよい。 F5. Modification 5:
In the fuel cell stack 10 of the above-described embodiment, the separators 170 and 180 constituting the single cell 100 each have an uneven shape, but the present invention is not limited to this. Instead of the separators 170 and 180, a flat separator having a gas channel or a cooling water channel formed therein may be used.

本発明の一実施例としての燃料電池スタック１０の外観を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an appearance of a fuel cell stack 10 as one embodiment of the present invention. 単セル１００の断面構造を模式的に示す説明図である。3 is an explanatory diagram schematically showing a cross-sectional structure of a single cell 100. FIG. カソード側触媒層１５０におけるバイメタルチップ１５２の作用を説明するための説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the operation of a bimetal tip 152 in the cathode side catalyst layer 150. 膜電極接合体１１０の製造工程の一例を示す説明図である。5 is an explanatory view showing an example of a manufacturing process of the membrane electrode assembly 110.

Explanation of symbols

１０…燃料電池スタック
１２…エンドプレート
１４…エンドプレート
１６…絶縁板
１８…集電板
１９…出力端子
２０…集電板
２２…絶縁板
３１…冷却水供給口
３２…冷却水排出口
３３…酸化剤ガス供給口
３４…酸化剤ガス排出口
３５…燃料ガス供給口
３６…燃料ガス排出口
１００…単セル
１１０…膜電極接合体
１２０…電解質膜
１３０…アノード側触媒層
１４０…アノード側ガス拡散層
１５０…カソード側触媒層
１５２…バイメタルチップ
１５２ａ…第１の金属（白金）
１５２ｂ…第２の金属（銀）
１５４…空隙
１６０…カソード側ガス拡散層
１７０…セパレータ
１７２…溝部
１８０…セパレータ
１８２…溝部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 12 ... End plate 14 ... End plate 16 ... Insulating plate 18 ... Current collecting plate 19 ... Output terminal 20 ... Current collecting plate 22 ... Insulating plate 31 ... Cooling water supply port 32 ... Cooling water discharge port 33 ... Oxidation Agent gas supply port 34 ... Oxidant gas discharge port 35 ... Fuel gas supply port 36 ... Fuel gas discharge port 100 ... Single cell 110 ... Membrane electrode assembly 120 ... Electrolyte membrane 130 ... Anode side catalyst layer 140 ... Anode side gas diffusion layer 150 ... Cathode side catalyst layer 152 ... Bimetal chip 152a ... First metal (platinum)
152b ... second metal (silver)
154: Gaps 160 ... Cathode side gas diffusion layer 170 ... Separator 172 ... Groove 180 ... Separator 182 ... Groove

Claims

It is used in a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and is a membrane electrode junction in which an anode and a cathode are joined to both sides of a predetermined electrolyte membrane,
At least one of the anode and the cathode is a member that is deformed in accordance with a temperature change therein, and that responds to the temperature change when the temperature of the membrane electrode assembly is at least below freezing point. A gap forming member that forms a gap in the interior by deformation;
Membrane electrode assembly.

The membrane electrode assembly according to claim 1,
The gap forming member is a powder made of bimetal,
Membrane electrode assembly.

The membrane electrode assembly according to claim 2, wherein
The bimetal includes a catalytic metal,
Membrane electrode assembly.

A membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 3,
The cathode is bonded to one surface of the electrolyte membrane, bonded to the cathode side catalyst layer for promoting the electrochemical reaction, and bonded to the cathode side catalyst layer, and diffuses the oxygen into the cathode side catalyst layer. A cathode-side gas diffusion layer for supplying while
The gap forming member is disposed in the cathode catalyst layer.
Membrane electrode assembly.

A membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 4,
The anode is joined to one surface of the electrolyte membrane, joined to the anode catalyst layer for promoting the electrochemical reaction, and joined to the anode catalyst layer, and diffuses the hydrogen into the anode catalyst layer. An anode side gas diffusion layer for supplying while
The gap forming member is disposed in the anode catalyst layer.
Membrane electrode assembly.

A fuel cell comprising a membrane electrode assembly in which an anode and a cathode are joined to both surfaces of a predetermined electrolyte membrane,
The membrane electrode assembly is the membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 5.
Fuel cell.

A catalyst ink for forming a catalyst layer of a membrane electrode assembly used in a fuel cell,
A catalyst,
An electrolyte solution;
Including bimetallic powder,
Catalyst ink.