JP5270939B2

JP5270939B2 - 燃料電池用膜電極構造体

Info

Publication number: JP5270939B2
Application number: JP2008072793A
Authority: JP
Inventors: 隆夫福水; 貴司荒井; 健多浦田; 洋之小柳; 昌昭七海
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: JP2009230950A

Description

本発明は、燃料電池用膜電極構造体に関する。

燃料電池としては、固体高分子電解質膜の両面のそれぞれに電極触媒層およびガス拡散層を有する膜電極構造体が、反応ガスの流路を有する一対のセパレータで挟持されたもの（単セル）が知られている。この燃料電池では、カソード側の電極触媒層に供給される空気中の酸素と、アノード側の電極触媒層に供給される燃料ガス中の水素との電気化学反応によって発電が行われる。
従来、膜電極構造体の電極触媒層としては、カーボン粒子（担体）に触媒金属を担持させた担持触媒と、電極電解質とを含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、このような電極触媒層では、例えば、燃料電池に電圧反転が生じると、次式（１）に示すように、担体由来の炭素と、水（生成水および加湿水）との反応が進行し得る。
Ｃ＋２Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻・・・（１）
そして、式（１）で示される反応が進行すると、触媒金属の担体であるカーボン粒子が消費されて触媒金属が電極触媒層から脱離することとなる。
そこで、このような触媒金属の脱離を防止するために、触媒金属を担体に担持させていない担体レスの電極触媒層が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
この担体レスの電極触媒層は、触媒金属としての白金黒と、電極電解質としての含フッ素イオン交換樹脂と、含フッ素化合物からなる溶媒との混合組成物を塗工し、前記溶媒を揮発させて形成されたものである。
このような担体レスの電極触媒層は、触媒金属が担体（カーボン粒子）に担持されていないので、担持触媒を含むものと異なって前記式（１）のような反応が進行することがなく触媒金属の脱離を防止することができる。つまり電極触媒層の耐久性が向上することとなる。
特開２００５−２９４２６４号公報特開２００２−１５１０８８号公報

しかしながら、従来の担体レスの電極触媒層を備えた膜電極構造体では、前記したように、電極触媒層からの触媒金属の脱離を防止することができるものの、これを用いた燃料電池の発電特性が不充分であることから更なる発電特性の向上が望まれていた。

そこで、本発明は、耐久性に優れるとともに、燃料電池の発電特性を向上させることができる担体レスの電極触媒層を備える燃料電池用膜電極構造体を提供することを課題とする。

本発明は、触媒金属と電極電解質とを含む担体レスの電極触媒層が固体高分子電解質膜の両面に形成された燃料電池用膜電極構造体において、前記電極触媒層中の細孔のうち、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積が、前記触媒金属１ｇあたり０．４７ｍＬ以上、０．６２ｍＬ以下であることを特徴とする。
この燃料電池用膜電極構造体によれば、電極触媒層中における反応ガス（水素および空気）のガス拡散性が向上するとともに、触媒金属の反応効率が高くなって、従来の燃料電池用膜電極構造体と比較して燃料電池の発電特性を向上させることができる。

また、このような燃料電池用膜電極構造体においては、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積が、前記電極触媒層１ｇあたり０．４１ｍＬ以上であることが望ましい。

また、このような燃料電池用膜電極構造体においては、前記電極触媒層中の細孔のうち、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積が、前記電極触媒層１ｇあたり０．５６ｍＬ以下であることが望ましい。

また、このような燃料電池用膜電極構造体においては、前記触媒金属の質量（Ｍ）に対する前記電極電解質の質量（Ｅ）の比（Ｅ／Ｍ）が、０．０５以上、０．１５以下であることが望ましい。

本発明によれば、耐久性に優れるとともに、燃料電池の発電特性を向上させることができる担体レスの電極触媒層を備える燃料電池用膜電極構造体を提供することができる。

次に、本発明の燃料電池用膜電極構造体の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は、燃料電池用膜電極構造体の断面を示す模式図である。
図１に示すように、燃料電池用膜電極構造体（以下、単に「膜電極構造体」という）１０は、固体高分子電解質膜２０と、この固体高分子電解質膜２０の両面のそれぞれに設けられた電極触媒層１２，１２と、この電極触媒層１２，１２上に設けられたガス拡散層２１とを備えている。ちなみに、この膜電極構造体１０は、反応ガスの流路を有する一対のセパレータ（図示省略）で挟持されることで単セル（図示省略）を構成する。そして、この単セル（燃料電池）では、カソード側となる電極触媒層１２に供給される空気中の酸素と、アノード側となる電極触媒層１２に供給される燃料ガス中の水素との電気化学反応によって発電が行われる。

固体高分子電解質膜２０としては、公知のものでよく、ペルフルオロスルホン酸ポリマ等からなるものが挙げられる。

ガス拡散層２１，２１は、反応ガス（酸素および空気）を電極触媒層１２，１２に向かって拡散させるものである。このガス拡散層２１，２１としては、公知のものでよく、カーボンペーパ等のガス透過性材料からなるものが挙げられる。

電極触媒層１２，１２は、触媒金属と電極電解質とを含んでいる。触媒金属としては、白金、パラジウム等が挙げられ、電極電解質としては、高分子電解質等のイオン導電性バインダ等が挙げられる。これらの触媒金属および電極電解質は、公知のものでよい。
そして、本実施形態での電極触媒層１２，１２は、担体レスであって、この担体レスの電極触媒層１２，１２は、周知のとおり、担持触媒を含むものとは異なって、カーボン粒子等の担体に担持されていない触媒金属を含むものである。つまり、この電極触媒層１２，１２では、触媒金属のそれ自体が電極電解質に分散している。

また、この電極触媒層１２，１２は、後記する製造方法を使用して製造することで形成された微細な細孔を有している。そして、電極触媒層１２，１２中の細孔のうち、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積が、触媒金属１ｇあたり０．４７ｍＬ以上となっている。

また、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積は、電極触媒層１ｇあたり０．４１ｍＬ以上であることが望ましい。

そして、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積は、触媒金属１ｇあたり０．６２ｍＬ以下であるとともに、電極触媒層１ｇあたり０．５６ｍＬ以下であることが望ましい。

また、このような電極触媒層１２，１２に含まれる電極電解質は、触媒金属の質量（Ｍ）に対する電極電解質の質量（Ｅ）の比（質量比（Ｅ／Ｍ））で、０．０５以上、０．１５以下となることが望ましい。

次に、本実施形態に係る膜電極構造体１０の作用効果について説明する。
この膜電極構造体１０では、前記したように、燃料電池（単セル）が構成されて発電が行われる際に、電極触媒層１２，１２中の細孔のうち、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積は、触媒金属１ｇあたり０．４７ｍＬ以上となっているので、電極触媒層１２，１２中における反応ガス（水素および空気）のガス拡散性が向上するとともに、触媒金属の反応効率が高くなって、従来の燃料電池用膜電極構造体と比較して燃料電池の発電特性を向上させることができる。

また、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積が電極触媒層１２の１ｇあたり０．４１ｍＬ以上となっている膜電極構造体１０は、より確実に発電性能を向上させることができる。

そして、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積が、触媒金属１ｇあたり０．６２ｍＬ以下であるとともに、電極触媒層１２の１ｇあたり０．５６ｍＬ以下となっている膜電極構造体１０では、良好な発電性能を維持することができる。
また、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積が、触媒金属１ｇあたり０．６２ｍＬを超えるとともに、電極触媒層１２の１ｇあたり０．５６ｍＬを超える膜電極構造体１０を作製しようとすると、後記する触媒ペーストの調製時に、使用する混合機等で触媒、電解質等の原料に加える物理的エネルギーを可能な限り小さくする必要がある。その一方で、加える物理的エネルギーを小さくし過ぎると、触媒、電解質等の混合が不充分となる上に、脆い電極触媒層１２しか形成されない恐れや生産性が悪くなる場合もある。つまり、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積が、触媒金属１ｇあたり０．６２ｍＬ以下であるとともに、電極触媒層１２の１ｇあたり０．５６ｍＬ以下とすることによって、電極触媒層１２の原料の混合を充分に行うことができるとともに、強度に優れ、生産性を向上させることも可能となる。

また、このような電極触媒層１２，１２に含まれる電極電解質が触媒金属に対する電極電解質の質量比で０．０５以上となっている膜電極構造体１０では、電極電解質がバインダとして作用するので電極触媒層１２，１２の成形性が良好となる。また、電極電解質が触媒金属に対する電極電解質の質量比で０．１５以下となっている膜電極構造体１０では、電極電解質中に分散する触媒金属に対する反応ガス（水素ガスおよび空気）の到達性が良好となって発電性能が向上する。

また、膜電極構造体１０は、担体レスの電極触媒層１２を備えており、触媒金属が担体（カーボン粒子）に担持されていないので、担持触媒を含む電極触媒層を備える膜電極構造体と異なって、前記式（１）のような反応が進行することがなく触媒金属の脱離を防止することができる。つまり、膜電極構造体１０では、電極触媒層１２の耐久性が向上することとなる。

次に、膜電極構造体１０（図１参照）の製造方法について説明する。
この製造方法は、触媒金属と電極電解質と溶媒とを含む触媒ペースト（触媒組成物）を調製する工程と、この触媒ペーストを薄層化して電極触媒層１２（図１参照）を形成する工程とを有している。この製造方法では、触媒ペーストに更に界面活性剤を添加することができる。

触媒金属および電極電解質としては、前記したものでよい。
溶媒としては、例えば、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、２−メチル−２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、２−メチル−１−プロパノール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、３−メチル−２−ブタノール、２，２−ジメチル−１−プロパノール等が挙げられる。
界面活性剤としては、低沸点を示す非イオン系界面活性剤が好ましく、更に好ましくは低沸点（１８０℃以下）を示すアルキレングリコール系界面活性剤である。具体的なアルキレングリコール系界面活性剤としては、３，５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、３−メチル−１−ブチン−３−オール、３−メチル−１−ペンチン−３−オール、２，４，７，９−テトラメチル−５−デシン−４，７ジオール等が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用することもできる。

触媒ペーストは、これらの触媒金属と電極電解質と溶媒とを混合して調製される。ちなみに、前記した界面活性剤は、次に説明する触媒ペーストの混合程度を調整する際に必要に応じて触媒ペーストの調製時に使用される。つまり、触媒ペーストを調製する際に、混合程度が良好になるほど前記した特定の細孔径の細孔容積は小さくなっていく傾向にある。これとは逆に混合程度を抑えるほど前記した細孔容積は大きくなっていく傾向にある。

触媒ペーストの混合程度の調整は、混合機の種類や、混合機の運転条件を適宜に選定することで行われる。

触媒ペーストの調製に使用可能な混合機としては、公知のものでよく、例えば、３次元攪拌機、ボールミル、ビーズミル等が挙げられる。

なお、触媒ペーストの調製を行う際には、触媒金属は、予め純水と混合した後に、電極電解質、および溶媒、ならびに必要に応じての界面活性剤と混合することが望ましい。このように予め触媒金属と純水とを混合することによって触媒金属の燃焼を防止することができる。

電極電解質の配合量は、触媒金属に対する電極電解質の前記質量比（Ｅ／Ｍ）となるように設定されることが望ましい。

溶媒の配合量は、後記する塗工時における触媒ペーストの固形分濃度で１５．０〜２０．０質量％となるように設定すればよい。

次に、得られた触媒ペーストを使用して電極触媒層１２（図１参照）が形成される。本実施形態では、転写法によって電極触媒層１２を形成する方法について説明する。この工程では、まず、触媒ペーストが剥離シート上にドクターブレード等を使用した公知の方法で塗工される。この塗工工程によって、触媒ペーストは薄層化される。

剥離シートとしては、例えば、プラスチックフィルムの表面にフッ素樹脂加工を施した撥水性シートを好適に使用することができる。
触媒ペーストの塗工量は、剥離シートに塗工した単位面積あたりの触媒ペーストに含まれる触媒金属の質量換算で０．０１〜１．５０ｍｇ／ｃｍ^２程度が望ましい。

次に、剥離シートに塗工された触媒ペーストは、乾燥炉で８０〜１２０℃で、５〜１５分程度乾燥した後に、用意された固体高分子電解質膜２０（図１参照）の両面に転写される。この転写工程は、具体的には、１００〜１８０℃程度の温度で行うことが望ましい。また、この転写工程は、０．５〜５．０ＭＰａ程度の加圧下に行われる。そして、剥離シートを除去することによって固体高分子電解質膜２０の両面には、電極触媒層１２が形成されることとなる。

次に、電極触媒層１２上にガス拡散層２１（図１参照）が形成されることによって、膜電極構造体１０が完成する。このガス拡散層２１は、例えば、カーボンシート等のガス透過性材料を電極触媒層１２側に１００〜１８０℃程度の加熱下に０．５〜５．０ＭＰａ程度で加圧し、相互に接合させることによって形成することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
前記実施形態では、薄層化した触媒ペーストを固体高分子電解質膜２０に転写して電極触媒層１２を形成したが、本発明は固体高分子電解質膜２０に触媒ペーストを塗工して電極触媒層１２を形成してもよい。

次に、本発明の膜電極構造体およびその製造方法を実施例に基づいて更に具体的に説明する。
（実施例１〜実施例４ならびに比較例１〜比較例３）
これらの実施例および比較例では、触媒と純水との混合物に、溶媒としての１−プロパノール（関東化学社製ＮＰＡ、純度９９．９％）と、電極電解質とを混合して触媒ペーストを調製した。触媒としては、Johnson Matthey社製の白金黒HiSPEC 1000（平均粒径１１ｎｍ、比表面積２７ｍ^２／ｇ（ＢＥＴ実測値））を使用した。
そして、電極電解質としては、デュポン社製含フッ素イオン交換樹脂溶液ナフィオン（登録商標）DE2020CS（イオン交換容量１．０６ｍｅｑ／ｇ）を使用した。触媒の質量（Ｍ）に対する電極電解質の質量（Ｅ）の比（Ｅ／Ｍ）は、表１に示す割合とした。この比は、表１中、「触媒金属に対する電極電解質の質量比」として記す。

また、実施例１、実施例２、比較例１、および比較例２では、更に界面活性剤（日信化学工業社製、サーフィノール６１（３，５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オール））を触媒ペースト中の固形分質量に対して１質量％となるように配合して触媒ペーストを調製した。表１中では、「界面活性剤の添加の有無」の欄で、「有」として記した。なお、前記した１−プロパノールは、後記する塗工時における触媒ペーストの固形分濃度が１５．０〜２０．０質量％となるように配合した。

表1に示した攪拌・粉砕条件としては、ａは、３次元攪拌機でビーズやボールを入れずに１０分間攪拌するものである。ｂは、ボールミルのテフロン（登録商標）容器に、１０ｍｍΦのテフロン（登録商標）コーティングの鉄心入りボールを入れて１００ｒｐｍで２時間攪拌するものである。ｃは、ボールミルのテフロン（登録商標）容器に、３ｍｍΦのジルコニアボールを入れて１００ｒｐｍで２時間攪拌するものである。ｄは、０．３ｍｍΦのビーズを用いたビーズミルで１時間攪拌するものである。ｅは、０．３ｍｍΦのビーズを用いたビーズミルで３時間攪拌するものである。

次に、前記した触媒ペーストを剥離シート上に塗工した。このときの触媒ペーストの塗工量は、塗工した単位面積あたりの触媒ペーストに含まれる白金（Ｐｔ）の質量換算で０．５ｍｇ／ｃｍ^２とした。

そして、触媒ペーストを塗工した剥離シートを６５ｍｍ×８ｍｍに切り取ったものを１３枚用意した。次いで、これらに塗工した触媒ペーストを１００℃で１０分、乾燥炉にて乾燥させた。つまり、次に説明する固体高分子電解質膜２０に形成する電極触媒層１２，１２と同様のものを剥離シート上に形成した。この電極触媒層１２について、細孔容積を全自動細孔分布測定装置にて測定した。全自動細孔分布測定装置としては、Quanta Chrome社製、Pore Master 60−GTを使用した。そして、この測定では、電極触媒層１２中の細孔のうち、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積を求めた。その結果を表１に白金１ｇあたりの細孔容積（ｍＬ／Ｐｔ・ｇ）、および電極触媒層１２の１ｇあたりの細孔容積（ｍＬ／層・ｇ）として示す。

次に、剥離シートに塗工した触媒ペーストを固体高分子電解質膜２０の両面に転写して固体高分子電解質膜２０と電極触媒層１２，１２との接合体（ＣＣＭ）を作製した。この転写は、１００℃で３．９ＭＰａ（４０ｋｇｆ／ｃｍ^２）の加圧下に行われた。このＣＣＭの両面にガス拡散層２１，２１を形成することで膜電極構造体１０を作製した。このガス拡散層２１，２１は、ＣＣＭの両面にカーボンペーパを接合することによって形成された。なお、このカーボンペーパの接合は、１２０℃で２．９ＭＰａ（３０ｋｇｆ／ｃｍ^２）の加圧下に行われた。
なお、固体高分子電解質膜２０には、ナフィオン（登録商標）膜（デュポン社製、NRE-212）を使用した。

そして、前記した実施例および比較例ごとに作製された膜電極構造体１０について燃料電池（単セル）を作製した。
この単セルは、膜電極構造体１０を一対のセパレータで挟持することで作製された。ちなみに、この単セルは、その縦横の寸法が４×１２．５ｃｍであって、その反応ガスの流路がラビリンス形状となっており、その電極面積が５０ｃｍ^２となっている。

次に、この単セルを使用して１Ａ／ｃｍ^２の条件で発電を行った際のセル電圧を測定した。この単セルの運転条件としては、セル温度が８０℃、水素極側の湿度が１００％、空気極側の湿度が１００％、水素利用率が５０％、空気利用率が３０％、水素圧が１００ｋＰａ（Ｇ）、空気圧が１００ｋＰａ（Ｇ）に設定された。
各実施例および各比較例での単セルのセル電圧を表１に示す。

（膜電極構造体の評価）
ここで参照する図２は、実施例および比較例で得られた膜電極構造体における電極触媒層中の細孔のうち、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積と、この膜電極構造体を使用した単セル（燃料電池）のセル電圧との関係を示すグラフであり、（ａ）は、横軸を触媒金属１ｇあたりの細孔容積（ｍＬ／Ｐｔ・ｇ）とし、縦軸をセル電圧（ｍＶ）として表したものであり、（ｂ）は、横軸を電極触媒層１ｇあたりの細孔容積（ｍＬ／層・ｇ）とし、縦軸をセル電圧（ｍＶ）として表したものである。

図２（ａ）に示すように、触媒金属１ｇあたりの電極触媒層１２，１２の細孔容積と、セル電圧との関係において、細孔容積が０．４７ｍＬ／Ｐｔ・ｇおよび０．６２ｍＬ／Ｐｔ・ｇの位置で変曲点が見出された。具体的には、細孔容積が０．４７ｍＬ／Ｐｔ・ｇないし０．６２ｍＬ／Ｐｔ・ｇの範囲で、膜電極構造体１０のセル電圧は、６００ｍＶ程度にも及んでいる。そして、細孔容積が０．４７ｍＬ／Ｐｔ・ｇ未満の範囲、および０．６２ｍＬ／Ｐｔ・ｇを超える範囲では、セル電圧が低下することが判明した。

そして、図２（ｂ）に示すように、電極触媒層１２，１２の１ｇあたりの細孔容積と、セル電圧との関係において、細孔容積が０．４１ｍＬ／層・ｇおよび０．５６ｍＬ／層・ｇの位置で変曲点が見出された。具体的には、細孔容積が０．４１ｍＬ／層・ｇないし０．５６ｍＬ／層・ｇの範囲で、膜電極構造体１０のセル電圧は、６００ｍＶ程度にも及んでいる。そして、細孔容積が０．４１ｍＬ／層・ｇ未満の範囲、および０．５６ｍＬ／層・ｇを超える範囲では、セル電圧が低下することが判明した。

（実施例５）
次に、本実施例では、触媒として、前記したJohnson Matthey社製の白金黒HiSPEC 1000を使用し、電極電解質として、前記したデュポン社製含フッ素イオン交換樹脂溶液ナフィオン（登録商標）DE2020CSを使用した。触媒の質量（Ｍ）に対する電極電解質の質量（Ｅ）の比（Ｅ／Ｍ）は、表２に示す割合とした。この比は、表２中、「触媒金属に対する電極電解質の質量比」として記す。溶媒として、前記した１−プロパノールを使用し、界面活性剤として、前記したサーフィノール６１を使用するとともに、前記した実施例と同様にして、触媒ペーストを調製した。そして、調製した触媒ペーストを使用した以外は、前記した実施例と同様にして膜電極構造体１０を作製した。ちなみに、表２に示すように、触媒ペーストに電極電解質を含まないものでは、電極触媒層１２，１２の形成が困難となって膜電極構造体１０を作製することができなかった。つまり、この実施例５で得られた膜電極構造体１０の電極触媒層１２，１２は、表２に示す０．０５〜０．２０の質量比（Ｅ／Ｍ）で電極電解質を含むものとなった。この膜電極構造体１０ごとに燃料電池（単セル）を作製した。

この単セルは、膜電極構造体を一対のセパレータで挟持することで作製された。ちなみに、この単セルは、その縦横の寸法が６×６ｃｍであり、その反応ガスの流路が直線溝状に形成されている。

次に、この単セルを使用して１Ａ／ｃｍ^２の条件で発電を行った際のセル電圧を測定した。この単セルの運転条件としては、セル温度が７２℃、水素極側の湿度が１００％、空気極側の湿度が１００％、水素利用率が１８％、空気利用率が１４％、水素圧が１００ｋＰａ（Ｇ）、空気圧が１００ｋＰａ（Ｇ）に設定された。測定した単セルのセル電圧を表２に示す。
表２から明らかなように、０．０５、０．１０、および０．１５の質量比で電極電解質を含むものは、所期のセル電圧を示した。これに対し、質量比が０．２０のものは、セル電圧が測定限界未満となった。
以上のことから、電極触媒層１２，１２に含まれる電極電解質の含有率は、５〜１５質量％が望ましいことが判明した。

燃料電池用膜電極構造体の断面を示す模式図である。実施例および比較例で得られた膜電極構造体における電極触媒層中の細孔のうち、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積と、この膜電極構造体を使用した単セル（燃料電池）のセル電圧との関係を示すグラフであり、（ａ）は、横軸を触媒金属１ｇあたりの細孔容積（ｍＬ／Ｐｔ・ｇ）とし、縦軸をセル電圧（ｍＶ）として表したものであり、（ｂ）は、横軸を電極触媒層１ｇあたりの細孔容積（ｍＬ／層・ｇ）とし、縦軸をセル電圧（ｍＶ）として表したものである。

符号の説明

１０燃料電池用膜電極構造体
１２電極触媒層
２０固体高分子電解質膜
２１ガス拡散層

Claims

触媒金属と電極電解質とを含む担体レスの電極触媒層が固体高分子電解質膜の両面に形成された燃料電池用膜電極構造体において、
前記電極触媒層中の細孔のうち、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積が、前記触媒金属１ｇあたり０．４７ｍＬ以上、０．６２ｍＬ以下であることを特徴とする燃料電池用膜電極構造体。
前記電極触媒層中の細孔のうち、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積が、前記電極触媒層１ｇあたり０．４１ｍＬ以上であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用膜電極構造体。
前記電極触媒層中の細孔のうち、細孔径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下である細孔の細孔容積が、前記電極触媒層１ｇあたり０．５６ｍＬ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池用膜電極構造体。
前記触媒金属の質量（Ｍ）に対する前記電極電解質の質量（Ｅ）の比（Ｅ／Ｍ）が、０．０５以上、０．１５以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池用膜電極構造体。