JP4779278B2

JP4779278B2 - 固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体

Info

Publication number: JP4779278B2
Application number: JP2001299214A
Authority: JP
Inventors: 真二寺園; 康弘国狭; 栄治遠藤
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003109615A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い出力電圧を長期に渡って安定した出力を得ることが可能な固体高分子型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、原料となるガスの反応エネルギを直接電気エネルギに変換する電池であり、水素・酸素燃料電池は、その反応生成物が原理的に水のみであり地球環境への影響がほとんどない。なかでも電解質として固体高分子膜を使用する固体高分子型燃料電池は、常温でも作動でき高出力密度が得られるため、近年のエネルギ、地球環境問題への社会的要請の高まりとともに、電気自動車用電源、定置型電源等として大きな期待が寄せられている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池では、通常、固体高分子電解質としてプロトン伝導性のイオン交換膜が使用され、特にスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなるイオン交換膜が基本特性に優れている。固体高分子型燃料電池では、イオン交換膜の両面にガス拡散性の電極層を配置し、燃料である水素を含むガス及び酸化剤となる酸素を含むガス（空気等）を、それぞれアノード及びカソードに供給することにより発電を行う。
【０００４】
近年、特に住宅用や業務用ビル市場等への燃料電池実用化の要望の高まりが加速している。これらの用途では、特に高い効率での運転が要望されるため、高い電圧での運転が望まれている。また、固体高分子型燃料電池では、電解質膜の導電性を確保するためには電解質膜を加湿する必要があるが、燃料電池システム全体の効率の点から低加湿での運転が要求されている。
【０００５】
電解質膜の加湿の方式としては、外部加湿方式と内部加湿方式に大別される。外部加湿方式とは、例えば燃料電池の系の外部に備えた水が流れるタンク内に燃料ガス（水素、酸素等）を吹き込み、通過させることによりガスを加湿する方式である。また、内部加湿方式としては、例えば特開平９−３５７３７に記載のような、複数個の単位燃料電池と、単位燃料電池で発生した熱を除去する熱媒が通流する熱交換体の複数個とが積層された積層体の両側に、反応ガスを加湿するための加湿器を有した燃料電池スタックが挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方式はいずれも高い露点のガスを使用して加湿することを前提とした加湿方式であり、加湿のため供給する水分を所定の温度に昇温するエネルギが必要となり、システム全体の効率を下げる要因となる。そのため、ガスの加湿を低い温度で行うこと、すなわち低加湿のガスを使用することが要求される。したがって、燃料電池のシステムを複雑化せず効率よく安定した電池特性にて電池を運転できるように、低加湿のガスの供給によって安定に出力特性を維持することが可能な固体高分子型燃料電池であることが望まれていた。さらに、供給するガスを加湿して燃料電池に供給するのではなく、ガスを加湿することなく燃料電池に供給し運転が可能となれば、さらにシステム全体の簡略化、コストダウンが可能となる。
【０００７】
そこで本発明は、露点の低いガスを供給する条件での運転（以下、低加湿運転という）においても長期に渡って劣化が抑制され安定した出力特性を有する膜・電極接合体、及び当該膜・電極接合体を備える固体高分子型燃料電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アノード及びカソードと、前記アノードと前記カソードとの間に配置されるイオン交換膜とを備える固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体において、前記アノード及び前記カソードは、白金又は白金合金がカーボン担体に担持された触媒とスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなるイオン交換樹脂とを含む触媒層を有しており、該触媒層中の前記パーフルオロカーボン重合体の質量Ｗ_Ｆと前記カーボン担体の質量Ｗ_ｃとの質量比Ｗ_Ｆ／Ｗ_ｃが１．４〜１．６であり、前記触媒層の下記方法で電気化学的に測定される単位面積あたりのクーロン量が０．０２〜０．１クーロン／ｃｍ ^２であることを特徴とする固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体を提供する。
【０００９】
上記構成により、本発明の膜・電極接合体は低加湿運転においても長期にわたって安定した出力特性を維持できる。本発明における触媒層中に含まれるイオン交換樹脂は、官能基としてスルホン酸基を有し含水しているので、触媒層中のＷ_Ｆ／Ｗ_Ｃが１〜２の範囲であれば、イオン交換樹脂量が充分に多く、低加湿運転でも安定した出力が維持できるものと思われる。
【００１０】
Ｗ_Ｆ／Ｗ_Ｃが１よりも小さい場合には、触媒層中におけるイオン交換樹脂量が相対的に少ないため、低加湿運転での長期にわたる運転では触媒層中のイオン交換樹脂の乾燥により樹脂の収縮が進行すると触媒を被覆する樹脂の面積が少なくなるおそれがある。その結果、反応サイトの面積が減少するため、電池の耐久性に問題が生じやすい。また、Ｗ_Ｆ／Ｗ_Ｃが２よりも大きい場合には、触媒層中における燃料ガス（水素や酸素）の拡散が抑制され、初期出力特性が極端に低くなるおそれがある。このような観点から、本発明ではＷ_Ｆ／Ｗ_Ｃは１〜２であり、より好ましくは１．２〜１．８である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明においては、Ｗ_Ｆ／Ｗ_Ｃの値が上記範囲を満たす触媒層は、電気化学的に測定される触媒層の単位面積あたりのクーロン量が０．０２〜０．１クーロンであることが好ましい。この範囲であれば、反応に必要な触媒表面積を充分に確保できており、長期にわたって安定した運転が可能である。クーロン量が０．０２クーロン未満であると初期からの出力特性が低くなるおそれがある。また、０．１クーロンよりも大きくするには触媒層を厚くする必要があり、触媒層が厚すぎるとガスの拡散性が低下したり、生成水の排出を阻害するおそれがある。単位面積あたりのクーロン量の値として、より好ましくは０．０３〜０．０６Ｃ／ｃｍ^２である。
【００１２】
ここで、触媒層の単位面積あたりのクーロン量は、以下の方法で測定できる。燃料電池用発電用セルに膜・電極接合体を組み込み、アノード側に水素ガスを流し参照極とし、カソード側には窒素ガスを流し作用極とし、これにポテンシオスタットを接続し、さらに電位をスイープするためにファンクションジェネレーターを使用して、サイクリックボルタンメトリー法の測定を行う。この操作によりカソード側の触媒層のクーロン量を求める。また、アノード側の触媒層のクーロン量を測定するには、上記の測定において、カソード側に水素ガスを流し参照極とし、アノード側には窒素ガスを流し作用極として同様に測定を行えばよい。
【００１３】
上記サイクリックボルタンメトリー法の測定条件としては、アノード側、カソード側それぞれに供給するガスを、いずれも実際に燃料電池を運転する条件と同じ条件で加湿して供給する。なお、ガスの流量は測定結果にほとんど影響を与えない因子であるため適宜設定できるが、好ましくは水素ガスが１０〜２００ｃｃ／分、窒素ガスが１０〜２０００ｃｃ／分である。本発明における電気化学的に測定される単位面積あたりのクーロン量は、このサイクリックボルタンメトリー法により電位の幅１４０ｍＶ〜４００ｍＶの間で測定される、金属触媒（白金又は白金合金）の表面に吸着する水素の量を単位面積あたりの電気量（単位クーロン）として算出した値である。
【００１４】
一般的に、触媒である白金又は白金合金表面の反応活性な面積は、白金又は白金合金の表面に吸着する水素の量で評価できるため、サイクリックボルタンメトリー法を用いて白金又は白金合金の表面に吸着する水素のピーク面積を求めれば触媒の反応活性な面積を表す指標となる。触媒層の単位面積あたりのクーロン量は、水素の吸着によるピーク面積から算出される値であるから、触媒の反応活性な面積の指標となる。図１に、上記サイクリックボルタンメトリー法により、後述する実施例の例１のカソードの触媒層について測定したサイクリックボルタモグラムを示す図を示す。図１における斜線部が白金又は白金合金の表面に吸着する水素のピーク面積である。
【００１５】
なお、上記サイクリックボルタンメトリー法における開始電位は、膜・電極接合体における電解質膜のアノード側からカソード側への水素のリーク量等に依存すると考えられるが、本発明者らは検討を重ねた結果、１４０ｍＶ〜４００ｍＶの範囲での測定は再現性がよく信頼性が高いと判断し、この範囲を測定条件として定めた。
【００１６】
本発明では、カソード、アノードの少なくとも一方の触媒層がＷ_Ｆ／Ｗ_ｃが１〜２を満たすが、特にカソードの触媒層がこの範囲を満たすことが好ましい。固体高分子型燃料電池を住宅用や業務用ビル用に使用することを想定した場合、エネルギ効率を高くするために特にカソード側をより低加湿で運転する必要があるためである。アノードにはメタンやメタノール等のガスを改質器で改質して得られる水素ガスを供給することが想定されるが、改質には通常、２５０〜３００℃程度の温度が必要なためその排熱を利用すれば露点の高いガスを供給できるため、アノードのほうがカソードよりシステム的にガスを高露点にしやすいためである。
【００１７】
上記観点から、アノード側に供給する水素を含むガスは６０〜９０℃の露点を有するガスを供給することが好ましく、カソードに供給するガスは４０〜８０℃の露点を有するようにすることが好ましい。より出力特性を安定させるには、カソード、アノードともに触媒層がＷ_Ｆ／Ｗ_ｃが１〜２を満たすようにし、かつアノードには６０〜９０℃の露点を有するガスを、カソードには４０〜８０℃の露点を有するガスを供給することが好ましい。
【００１８】
さらにアノード、カソードともに供給されるガスの露点が上記条件を満たす場合は、より好ましくはアノードの触媒層のＷ_Ｆ／Ｗ_ｃを１．２〜１．６とし、カソードの触媒層のＷ_Ｆ／Ｗ_ｃを１．３〜１．８として、アノードの触媒層のＷ_Ｆ／Ｗ_ｃをカソードの触媒層のＷ_Ｆ／Ｗ_ｃ以下の値とする。すなわち、高露点のガスの供給をしやすいアノードのほうが触媒層中のイオン交換樹脂が乾燥しにくく反応サイトが減少しにくいので、アノードのほうがカソードよりＷ_Ｆ／Ｗ_ｃを低くしても出力特性を維持できる。
【００１９】
なお、カソード、アノードに供給するガスの露点の調整は、例えば、露点を６０℃とするなら、６０℃に維持した温水中にガスを通した後にカソード又はアノードに当該ガスを供給すればよい。なお、ガスが流れる配管に露点計を設置することにより、正確な露点を測定することができる。
【００２０】
カソードには酸素を含む酸化剤ガスが供給され、カソードでは反応により水が生成する。そのため、表面にガスの流路となる溝が形成されたセパレータをカソードに隣接して配置して酸化剤ガスをカソードに供給する場合、ガスの流路の入口近くを流れるガスは低加湿であっても、ガスの流路の出口近くを流れるガスは生成水により高く加湿されたガスとなる。したがって、ガスの流路の入口領域近傍の膜・電極接合体は特に乾燥しやすく、ガスの流路の出口領域近傍では膜・電極接合体は乾燥しにくい。
【００２１】
本発明において使用される触媒としては、細孔の発達したカーボン材料に白金又は白金合金を担持させた担持触媒が好ましい。細孔の発達したカーボン材料としては、カーボンブラックや活性炭などが好ましく使用できる。カーボンブラックとしては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなどが挙げられ、また活性炭は、種々の炭素原子を含む材料を炭化、賦活処理して得られる。
【００２２】
また、カーボン担体に白金又は白金合金を担持させた触媒を用いるが、白金合金を使用すると、電極触媒としての安定性や活性をさらに付与させることもできる。白金合金としては、白金以外の白金族の金属（ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム）、鉄、チタン、金、銀、クロム、マンガン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ケイ素、レニウム、亜鉛、及びスズからなる群から選ばれる１種以上と白金との合金が好ましく、該白金合金には白金と合金化される金属との金属間化合物が含有されていてもよい。
【００２３】
白金又は白金合金の担持率（担持触媒全質量に対する白金又は白金合金の質量の割合）は、２０〜７０質量％、特に３０〜５５質量％が好ましい。この範囲であれば、高い出力を得られる。担持率が２０質量％未満では、充分な出力を得られないおそれがあり、７０質量％を超えると、白金又は白金合金の粒子を分散性よく担体となるカーボン材料に担持できないおそれがある。
【００２４】
また、白金又は白金合金の一次粒子径は、高活性なガス拡散電極を得るためには１〜２０ｎｍであることが好ましく、特には、反応活性の点で白金又は白金合金の表面積を大きく確保できる２〜５ｎｍであることが好ましい。
【００２５】
本発明における触媒層には、上述の担持触媒に加え、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体が含まれる。通常、担持触媒は当該重合体により被覆されており、この重合体の繋がっている経路を通ってプロトン（Ｈ^＋）が移動する。
【００２６】
スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体としては、特に、ＣＦ_２＝ＣＦ_２に基づく重合単位とＣＦ_２＝ＣＦ−（ＯＣＦ_２ＣＦＸ）_ｍ−Ｏ_ｐ−（ＣＦ_２）_ｎ−ＳＯ_３Ｈに基づく重合単位（式中、Ｘはフッ素原子又はトリフルオロメチル基であり、ｍは０〜３の整数であり、ｎは１〜１２の整数であり、ｐは０又は１である。）とを含む共重合体が好ましい。なお本明細書においてパーフルオロカーボン重合体とは、炭素原子とフッ素原子のみからなる重合体だけではなく、スルホン酸基以外の水素原子が全てフッ素原子と置換されていれば例えばエーテル結合性の酸素原子等を含有するものも含むものとする。
【００２７】
また、本発明におけるイオン交換膜も、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなることが好ましく、特に、ＣＦ_２＝ＣＦ_２に基づく重合単位とＣＦ_２＝ＣＦ−（ＯＣＦ_２ＣＦＸ）_ｍ−Ｏ_ｐ−（ＣＦ_２）_ｎ−ＳＯ_３Ｈに基づく重合単位（とを含む共重合体からなることが好ましい。
【００２８】
本発明における膜・電極接合体は、アノードの触媒層、イオン交換膜及びカソードの触媒層のみからなってもよいが、アノード、カソードともに触媒層の外側にカーボンペーパーやカーボンクロスのような導電性多孔質基材からなるガス拡散層が配置されるとさらに好ましい。ガス拡散層は集電体としても機能するので、本明細書ではガス拡散層を有する場合はガス拡散層と触媒層とを合わせて電極というものとする。
【００２９】
本発明の膜・電極接合体を備える固体高分子型燃料電池では、カソードには酸素を含むガス、アノードには水素を含むガスが供給される。具体的には、例えばガスの流路となる溝が形成されたセパレータを膜・電極接合体の両方の電極の外側に配置し、ガスの流路にガスを流すことにより膜・電極接合体に燃料となるガスを供給する。上述したように、本発明の膜・電極接合体は、特に低加湿運転のときに効果が高い。
【００３０】
本発明の膜・電極接合体を製造する方法としては、イオン交換膜の上に触媒層を直接形成し必要に応じガス拡散層で挟み込む方法、カーボンペーパー等のガス拡散層となる基材上に触媒層を形成しこれをイオン交換膜と接合する方法、及び平板上に触媒層を形成しこれをイオン交換膜に転写した後平板を剥離し、さらに必要に応じガス拡散層で挟み込む方法等の各種の方法が採用できる。
【００３１】
触媒層の形成方法としては、担持触媒とスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体とを分散媒に分散させた分散液を用いて（必要に応じて撥水剤、造孔剤、増粘剤、希釈溶媒等を加え）、イオン交換膜、ガス拡散層、又は平板上に噴霧、塗布、濾過等により形成させる公知の方法が採用できる。触媒層をイオン交換膜上に直接形成しない場合は、触媒層とイオン交換膜とは、ホットプレス法、接着法（特開平７−２２０７４１参照）等により接合することが好ましい。
【００３２】
【実施例】
以下、実施例（例１、２）及び比較例（例３、４）を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００３３】
［例１］
白金をカーボン担体に触媒全質量の５４％含まれるように担持してなる触媒（田中貴金属工業社製）を１．０ｇと、ＣＦ_２＝ＣＦ_２／ＣＦ_２＝ＣＦＯＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）Ｏ（ＣＦ_２）_２ＳＯ_３Ｈ共重合体（イオン交換容量１．１ミリ当量／ｇ乾燥樹脂、以下、共重合体Ａという）をエタノールに分散させた固形分濃度９質量％の液７．２ｇと蒸留水６．５ｇを混合した。この混合液をホモジナイザー（ポリトロン、ＫＩＮＥＭＡＴＩＣＡ社製）で分散させ、これを触媒層形成用塗工液ａとした。このとき、この塗工液ａ中に含まれるイオン交換樹脂の質量（Ｗ_Ｆ）と触媒中のカーボンの質量（Ｗ_Ｃ）の質量比Ｗ_Ｆ／Ｗ_Ｃは１．４であった。
【００３４】
この塗工液ａを、１５ｃｍ角に切断したポリプロピレン製の基材フィルムの上にバーコータで塗工し、８０℃の乾燥器内で１５分乾燥させて触媒層ａを作製した。なお、触媒層ａ形成前の基材フィルムと触媒層ａ形成後の基材フィルムの質量を測定することにより、触媒層ａに含まれる白金の量を算出したところ０．５ｍｇ／ｃｍ^２であった。
【００３５】
次に、固体高分子電解質膜として、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる厚さ５０μｍのイオン交換膜（商品名：フレミオン、旭硝子社製、イオン交換容量１．１）を使用し、この膜の両面にホットプレス法により上記の触媒層ａを転写して、電極面積が２５ｃｍ^２である膜・触媒層接合体を作製した。
【００３６】
［例２］
白金担持カーボンのかわりに、白金−ルテニウム合金が触媒全体の５３．５質量％（白金：ルテニウムが質量比で３０．１：２３．４）カーボン担体に担持された触媒（田中貴金属工業社製）２．０ｇを用い、共重合体Ａのエタノール分散液の量を１６．６ｇとし、蒸留水の量を１５．１ｇとした以外は例１と同様にして触媒層形成用塗工液ｂを調製した。ここで、この塗工液ｂに含まれるイオン交換樹脂の質量と触媒中のカーボンの質量との質量比Ｗ_Ｆ／Ｗ_Ｃは１．６であった。この塗工液ｂを塗工液ａと同様にポリプロピレン製の基材フィルム上に塗工し、触媒層ｂを作製した。触媒層ｂ中の白金−ルテニウム合金の量は０．６５ｍｇ／ｃｍ^２であった。
触媒層ａはカソードのみに用い、アノードには触媒層ｂを用いた以外は例１でと同様にして有効電極面積が２５ｃｍ^２である膜・触媒層接合体を作製した。
【００３７】
［例３］
例１における塗工液ａの調製においてイオン交換樹脂の質量と触媒中のカーボンの質量との質量比Ｗ_Ｆ／Ｗ_Ｃが０．９となるようにイオン交換樹脂と触媒の混合比を変更した以外は、塗工液ａと同様にして触媒層形成用塗工液ｃを作製した。この塗工液ｃを塗工液ａと同様にポリプロピレン製の基材フィルム上に塗工し、触媒層ｃを作製した。触媒層ｃ中の白金の量は０．３ｍｇ／ｃｍ^２であった。
カソード、アノードともに触媒層ｃを用いた以外は例１でと同様にして有効電極面積が２５ｃｍ^２である膜・触媒層接合体を作製した。
【００３８】
［例４］
例１における塗工液ａの調製においてイオン交換樹脂の質量と触媒中のカーボンの質量との質量比Ｗ_Ｆ／Ｗ_Ｃが２．２となるようにイオン交換樹脂と触媒の混合比を変更した以外は、塗工液ａと同様にして触媒層形成用塗工液ｄを作製した。この塗工液ｄを塗工液ａと同様にポリプロピレン製の基材フィルム上に塗工し、触媒層ｄを作製した。触媒層ｄ中の白金の量は１．４ｍｇ／ｃｍ^２であった。
カソード、アノードともに触媒層ｄを用いた以外は例１でと同様にして有効電極面積が２５ｃｍ^２である膜・触媒層接合体を作製した。
【００３９】
（評価）
例１〜４で得られた各膜・触媒層接合体を、厚さ６０μｍのカーボンペーパー（東レ社製）からなるガス拡散層２枚の間に挟んで膜・電極接合体をそれぞれ得て、発電用セルに組み込み、常圧にて、水素（利用率７０％）／空気（利用率４０％）を供給し、セル温度７５℃において固体高分子型燃料電池の初期特性評価及び電流密度０．２Ａ／ｃｍ^２における耐久性評価を実施した。アノード側の露点は７０℃、カソード側の露点は５５℃となるように、それぞれ水素及び空気を加湿してセル内に供給した。
【００４０】
初期特性は、発電用セルに組み込んだ状態で、アノード側に露点７０℃の水素ガスを５３ｃｃ／分で、カソード側に露点５５℃の窒素ガスを２２２ｃｃ／分で供給し、アノード側を参照極、カソード側を作用極として、ポテンシオスタットとファンクションジェネレーターを組み合わせた測定用装置でカソード側のサイクリックボルタンメトリー（ＣＶ）を測定した。さらに、膜／電極接合体を取り外して反転させ、上記と同様の方法によりアノード側のＣＶの測定を行い、カソード、アノードそれぞれについて触媒層の単位面積あたりの電気化学的なクーロン量を測定した。
【００４１】
クーロン量の測定結果を表１に、セルの出力電圧の初期特性及び経時変化を表２に示す。また、図１に、例１のカソード側の触媒層のサイクリックボルタンメトリー法によって測定されたサイクリックボルタモグラムを示す。図１中、斜線部は、水素の吸着ピークを示す。さらに、図２に例１〜４の各膜・電極接合体を電流密度０．２Ａ／ｃｍ^２で連続運転したときの経過時間とセル電圧の関係を示す。
【００４２】
【表１】

【００４３】
【表２】

【００４４】
【発明の効果】
本発明の固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体は、燃料電池の連続運転による経時的な劣化が抑制されているので、耐久性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】例１のカソード側の触媒層のサイクリックボルタンメトリー法によって測定されたサイクリックボルタモグラムを示す図
【図２】例１〜４の各膜・電極接合体を電流密度０．２Ａ／ｃｍ^２で連続運転したときの経過時間とセル電圧の関係を示す図

Claims

アノード及びカソードと、前記アノードと前記カソードとの間に配置されるイオン交換膜とを備える固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体において、前記アノード及び前記カソードは、白金又は白金合金がカーボン担体に担持された触媒とスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなるイオン交換樹脂とを含む触媒層を有しており、該触媒層中の前記パーフルオロカーボン重合体の質量Ｗ_Ｆと前記カーボン担体の質量Ｗ_ｃとの質量比Ｗ_Ｆ／Ｗ_ｃが１．４〜１．６であり、前記触媒層の下記方法で電気化学的に測定される単位面積あたりのクーロン量が０．０２〜０．１クーロン／ｃｍ ^２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。
（クーロン量の測定方法）
燃料電池用発電用セルに膜・電極接合体を組み込み、アノード側に水素ガスを流し参照極とし、カソード側には窒素ガスを流し作用極とし、これにポテンシオスタットを接続し、さらに電位をスイープするためにファンクションジェネレーターを使用して、サイクリックボルタンメトリー法の測定を行う。この操作によりカソード側の触媒層のクーロン量を求める。また、アノード側の触媒層のクーロン量を測定するには、上記の測定において、カソード側に水素ガスを流し参照極とし、アノード側には窒素ガスを流し作用極として同様に測定を行う。上記サイクリックボルタンメトリー法の測定条件としては、アノード側、カソード側それぞれに供給するガスを、いずれも実際に燃料電池を運転する条件と同じ条件で加湿して供給する。電気化学的に測定される単位面積あたりのクーロン量は、このサイクリックボルタンメトリー法により電位の幅１４０ｍＶ〜４００ｍＶの間で測定される、金属触媒（白金又は白金合金）の表面に吸着する水素の量を単位面積あたりの電気量（単位クーロン）として算出した値である。
アノード及びカソードと、前記アノードと前記カソードとの間に配置されるイオン交換膜とを有する膜・電極接合体を備え、該膜・電極接合体のアノードに水素を含むガスを供給し、カソードに酸素を含むガスを供給する固体高分子型燃料電池において、前記アノード及び前記カソードは、白金又は白金合金がカーボン担体に担持された触媒とスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなるイオン交換樹脂とを含む触媒層を有しており、該触媒層中の前記パーフルオロカーボン重合体の質量Ｗ_Ｆと前記カーボン担体の質量Ｗ_ｃとの質量比Ｗ_Ｆ／Ｗ_ｃが１．４〜１．６であり、前記触媒層の下記方法で電気化学的に測定される単位面積あたりのクーロン量が０．０２〜０．１クーロン／ｃｍ ^２であり、かつ前記水素を含むガスは、６０〜９０℃の露点を有し、前記酸素を含むガスは、４０〜８０℃の露点を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池。
（クーロン量の測定方法）
燃料電池用発電用セルに膜・電極接合体を組み込み、アノード側に水素ガスを流し参照極とし、カソード側には窒素ガスを流し作用極とし、これにポテンシオスタットを接続し、さらに電位をスイープするためにファンクションジェネレーターを使用して、サイクリックボルタンメトリー法の測定を行う。この操作によりカソード側の触媒層のクーロン量を求める。また、アノード側の触媒層のクーロン量を測定するには、上記の測定において、カソード側に水素ガスを流し参照極とし、アノード側には窒素ガスを流し作用極として同様に測定を行う。上記サイクリックボルタンメトリー法の測定条件としては、アノード側、カソード側それぞれに供給するガスを、いずれも実際に燃料電池を運転する条件と同じ条件で加湿して供給する。電気化学的に測定される単位面積あたりのクーロン量は、このサイクリックボルタンメトリー法により電位の幅１４０ｍＶ〜４００ｍＶの間で測定される、金属触媒（白金又は白金合金）の表面に吸着する水素の量を単位面積あたりの電気量（単位クーロン）として算出した値である。