JP6593308B2 - 燃料電池用触媒層 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池用触媒層に関する。

固体高分子型燃料電池等の燃料電池は、高分子電解質膜等からなる電極用基材と、電極用基材の一方の面に形成されたカソード側電極と、電極用基材の他方の面に形成されたアノード側電極とを含む膜−電極接合体を備える。カソード側およびアノード側の電極はいずれも、白金等の触媒と電解質樹脂とを含む触媒層と、触媒層の外側に形成されたガス拡散層とを含む。

上記触媒層の製造においては、粉末状のカーボン担体に白金等の触媒が担持された触媒担持カーボンと電解質樹脂と分散媒とを含む触媒インクが好ましく用いられる。一般的に、白金等の触媒は高価であるため使用量を少なくすることが望まれるが、その使用量を低減すると燃料電池の発電性能が低下する傾向がある。

特許文献１には、電解質樹脂として一般型電解質樹脂と高酸素透過性電解質樹脂とを併用した触媒層が開示されている（請求項１）。特許文献１において、一般型電解質樹脂の質量の割合は、一般型電解質樹脂と高酸素透過性電解質樹脂とを合わせた質量に対して、好ましくは２〜２０％である（請求項２）。
特許文献１では、電解質樹脂として一般型電解質樹脂と高酸素透過性電解質樹脂とを併用している。高酸素透過性電解質樹脂を用いることで、酸素が触媒に到達しやすくなり、触媒の活性低下が抑制されるので、上記発電性能の低下を抑制することができる（段落００２１等）。また、一般型電解質樹脂を用い、その量を好ましくは上記のように規定することで、高酸素透過性電解質樹脂を用いた場合の触媒層のひび割れを抑制することができる（段落００２２等）。

特開２０１３−０３７９４０号公報

しかしながら、本発明者が検討したところ、特許文献１に記載の構成では、触媒層のひび割れを充分に抑制できない場合があることが分かった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、触媒の活性低下と触媒層のひび割れの発生を効果的に抑制することが可能な燃料電池用触媒層を提供することを目的とする。

本発明は、以下の燃料電池用触媒層を提供する。
各粒子が空孔を有する粉末状のカーボン担体に触媒が担持された触媒担持カーボンと、
温度８０℃／相対湿度３０％の環境下における酸素透過性が２．２×１０^−１４ｍｏｌ／(ｍ・ｓ・Ｐａ）未満である第１の電解質樹脂と、
温度８０℃／相対湿度３０％の環境下における酸素透過性が２．２×１０^−１４ｍｏｌ／(ｍ・ｓ・Ｐａ）以上である第２の電解質樹脂とを含む燃料電池用触媒層であって、
前記第１の電解質樹脂の含有量が、前記カーボン担体１ｇに対して、下記式（１）で求められる値Ｘ［ｇ］以上の量である、燃料電池用触媒層。
Ｘ＝Ｓ×Ｒ／４４３６・・・（１）
（上記式（１）中、Ｓはカーボン担体の表面積［ｍ^２］であり、Ｒはカーボン担体の表面積に対するカーボン担体の最表面の面積の割合［−］である。４４３６の単位は［ｍ^２／ｇ］である。）

本明細書において、特に明記しない限り、カーボン担体の表面積に対するカーボン担体の最表面の面積の割合Ｒ［−］は、下記式（２）で定義される。
Ｒ＝Ｆ１／Ｆ２・・・（２）
（上記式（２）中、Ｆ１はフッ素含有溶媒下のサイクリックボルタンメトリから求められる二重層容量であり、Ｆ２は加湿ガス雰囲気下のサイクリックボルタンメトリから求められる二重層容量である。）
なお、フッ素含有溶媒下のサイクリックボルタンメトリおよび加湿ガス雰囲気下のサイクリックボルタンメトリの具体的な評価方法については、特開２０１１−１７１１１９号公報に記載の方法を適用するものとする。

本発明の燃料電池用触媒層では、電解質樹脂として一般型電解質樹脂である第１の電解質樹脂と高酸素透過性電解質樹脂である第２の電解質樹脂とを併用する。
本発明の燃料電池用触媒層において、一般型電解質樹脂の含有量は上記式（１）で求められる値Ｘ以上である。かかる含有量では、カーボン担体粒子の最表面が一般型電解質樹脂によって良好に被覆され、カーボン担体粒子同士が互いに静電反発してカーボン担体粒子同士の凝集が抑制され、触媒層のひび割れを効果的に抑制することができる。
これに対して、カーボン担体１ｇに対して、一般型電解質樹脂の含有量が上記式（１）で求められる値Ｘ未満である場合、カーボン担体粒子の最表面が一般型電解質樹脂によって良好に被覆されず、カーボン担体粒子同士の凝集が起こり、触媒層のひび割れが生じる恐れがある。
一般型電解質樹脂の量が多くなると、一般型電解質樹脂の存在が触媒への酸素透過を妨げる恐れがあるが、高酸素透過性電解質樹脂を併用することで、触媒への酸素透過を充分に確保でき、触媒の活性低下を効果的に抑制することができる。この結果、燃料電池は、安定的に良好な電池性能を発現することができる。
以上の作用効果によって、本発明によれば、触媒の活性低下と触媒層のひび割れの発生を効果的に抑制することが可能な燃料電池用触媒層を提供することができる。

前記触媒担持カーボンは、前記カーボン担体の前記空孔内に前記触媒が担持されたものであることが好ましい。カーボン担体粒子の最表面に触媒が存在している場合、カーボン担体粒子の最表面上の触媒が一般型電解質樹脂によって被覆されて活性が低下し、このことが電池性能の低下を招く恐れがある。これに対して、カーボン担体粒子の空孔内に触媒が担持された触媒担持カーボンを用いることで、一般型電解質樹脂によって触媒が被覆されることが効果的に抑制され、触媒の活性低下を効果的に抑制することができる。この結果、燃料電池は、安定的に良好な電池性能を発現することができる。

前記触媒担持カーボンは、１〜２０ｎｍの空孔モード径を有し、空孔径３ｎｍ以上５ｎｍ未満の空孔容積が７ｃｃ／ｇ以上である前記カーボン担体の空孔内に前記触媒が担持されたものであることが好ましい。かかる構成では、一般型電解質樹脂によって触媒が被覆されることが効果的に抑制されるので触媒の活性低下が効果的に抑制され、かつ、カーボン担体の空孔内に充分な量の触媒が担持されるので、触媒が安定的に高活性を発現することができる。この結果、燃料電池は、安定的に高い電池性能を発現することができる。
本明細書において、特に明記しない限り、空孔モード径および空孔容積はガス吸着法により測定するものとし、具体的な評価方法は、野呂 純二、加藤 敦、ぶんせき、2009, 7, 349.に記載の方法を適用するものとする。

本発明によれば、触媒の活性低下と触媒層のひび割れの発生を効果的に抑制することが可能な燃料電池用触媒層を提供することができる。

本発明に係る一実施形態の燃料電池の模式断面図である。 ［実施例］の項で用いた触媒担持カーボンの空孔径３ｎｍ以上５ｎｍ未満の空孔容積ＰＶと触媒活性との関係を示すグラフである。 試験例１−１〜１−４で得られた触媒層のＳＥＭ表面写真である。 試験例２−１〜２−４で得られた触媒層のＳＥＭ表面写真である。 電解質樹脂として一般型電解質樹脂のみを用いた場合の、カーボン担体に対する一般型電解質樹脂の質量比と酸素透過阻害性との関係の測定例を示すグラフである。

図面を参照して、本発明に係る一実施形態の燃料電池の構成について、説明する。ここでは、固体高分子型燃料電池を例として説明するが、本発明は任意の燃料電池に適用可能である。図１は、固体高分子型燃料電池の単セルの模式断面図である。

固体高分子型燃料電池１は、電解質膜１１と、電解質膜１１の一方の面に形成されたカソード電極１２Ａと、電解質膜１１の他方の面に形成されたアノード電極１２Ｂとを含む膜−電極接合体１０を備える。固体高分子型燃料電池１はさらに、膜−電極接合体１０の外側に、カソード側セパレータ２０Ａとアノード側セパレータ２０Ｂとを備える。
図中、符号２１Ａは酸化ガス流路であり、符号２１Ｂは燃料ガス流路である。酸化ガスとしては、酸素ガスおよび空気等が挙げられる。燃料ガスとしては、水素ガスおよびメタノールガス等が挙げられる。

電解質膜１１はスルホン酸基を有する含フッ素イオン交換樹脂等の電解質からなり、プロトン伝導性を有する膜である。市販の電解質膜としては、デュポン社製のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ：登録商標）膜、旭化成社製のアシプレックス（Ａｃｉｐｌｅｘ：登録商標）膜、および旭硝子社製のフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ：登録商標）膜等が挙げられる。

カソード電極１２Ａは、電解質膜１１側から、カソード側触媒層１３Ａとカソード側ガス拡散層１４Ａとの積層構造を有する。同様に、アノード電極１２Ｂは、電解質膜１１側から、アノード側触媒層１３Ｂとアノード側ガス拡散層１４Ｂとの積層構造を有する。

触媒層１３Ａ、１３Ｂは、各粒子が空孔を有する粉末状のカーボン担体に触媒が担持された触媒担持カーボンと、電解質樹脂とを含む。
カーボン担体の材料としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック等が好ましい。
触媒としては、白金、金、およびパラジウム等の貴金属触媒が好ましい。
本実施形態において、触媒層１３Ａ、１３Ｂは、電解質樹脂として、一般型電解質樹脂である第１の電解質樹脂と、高酸素透過性電解質樹脂である第２の電解質樹脂とを併用する。
本明細書において、「一般型電解質樹脂」は、温度８０℃／相対湿度３０％の環境下における酸素透過性が２．２×１０^−１４ｍｏｌ／(ｍ・ｓ・Ｐａ）未満の電解質樹脂であり、「高酸素透過性電解質樹脂」は、温度８０℃／相対湿度３０％の環境下における酸素透過性が２．２×１０^−１４ｍｏｌ／(ｍ・ｓ・Ｐａ）以上の電解質樹脂である。
触媒層１３Ａ、１３Ｂは、電解質膜１１上に、触媒担持カーボンと第１の電解質樹脂（一般型電解質樹脂）と第２の電解質樹脂（高酸素透過性電解質樹脂）と分散媒とを含む触媒インクを塗布し、乾燥することで、形成することができる。

本明細書において、特に明記しない限り、「電解質樹脂の酸素透過性」は、厚さ０．２ｍｍ程度の電解質樹脂膜（キャスト成形膜等）をサンプルとし、リニアスイープボルタンメトリ（ＬＳＶ）法により、温度８０℃／相対湿度３０％の条件で測定されたデータである。

一般型電解質樹脂としては、基本骨格中に脂肪族環構造が少ない／もしくは含まれていない一般的な含フッ素イオン交換樹脂、具体的にはスルホン酸基を有する含フッ素イオン交換樹脂等を用いることができる。市販の一般型電解質樹脂としては、デュポン社製のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ：登録商標）、旭化成社製のアシプレックス（Ａｃｉｐｌｅｘ：登録商標）、および旭硝子社製のフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ：登録商標）等が挙げられる。
高酸素透過性電解質樹脂としては、特開２００３−３６８５６号公報の請求項１〜４等に開示されているような、基本骨格に脂肪族環構造を有する含フッ素イオン交換樹脂、好ましくは脂肪族環構造を有するパーフルオロカーボンに由来する繰り返し単位を含む重合体を用いることができる。

触媒インクに用いられる分散媒としては、水等が挙げられる。分散性向上の観点から、分散媒には必要に応じて、界面活性剤を添加することができる。界面活性剤としては、非イオン系界面活性剤が好ましい。

本実施形態において、触媒層１３Ａ、１３Ｂ中の第１の電解質樹脂（一般型電解質樹脂）の含有量は、カーボン担体１ｇに対して、下記式（１）で求められる値Ｘ［ｇ］以上の量である。
Ｘ＝Ｓ×Ｒ／４４３６・・・（１）
（上記式（１）中、Ｓはカーボン担体の表面積［ｍ^２］であり、Ｒはカーボン担体の表面積に対するカーボン担体の最表面の面積の割合［−］である。４４３６の単位は［ｍ^２／ｇ］である。）

一般型電解質樹脂の含有量が上記式（１）で求められる値Ｘ以上である場合、カーボン担体粒子の最表面が一般型電解質樹脂によって良好に被覆され、カーボン担体粒子同士が互いに静電反発してカーボン担体粒子同士の凝集が抑制され、触媒層１３Ａ、１３のひび割れを効果的に抑制することができる。
これに対して、カーボン担体１ｇに対して、一般型電解質樹脂の含有量が式上記（１）で求められる値Ｘ未満である場合、カーボン担体粒子の最表面が一般型電解質樹脂によって良好に被覆されず、カーボン担体粒子同士の凝集が起こり、触媒層１３Ａ、１３のひび割れが生じる恐れがある。

一般的に、触媒担持カーボンに対する一般型電解質樹脂の添加量が多くなると、一般型電解質樹脂の存在が触媒への酸素透過を妨げる恐れがある。電解質樹脂として一般型電解質樹脂のみを用いた場合の、カーボン担体に対する一般型電解質樹脂の質量比と酸素透過阻害性（酸素濃度を希薄にして発電した際の限界電流値の逆数で評価）との関係の測定例を図５に示す。本実施形態では、一般型電解質樹脂である第１の電解質樹脂と高酸素透過性電解質樹脂である第２の電解質樹脂とを併用することで、触媒への酸素透過を充分に確保でき、触媒の活性低下を効果的に抑制することができる。この結果、固体高分子型燃料電池１は、安定的に良好な電池性能を発現することができる。

本実施形態において、触媒担持カーボンは、カーボン担体の空孔内に触媒が担持されたものであることが好ましい。カーボン担体粒子の最表面に触媒が存在している場合、カーボン担体粒子の最表面上の触媒が一般型電解質樹脂によって被覆されて活性が低下し、このことが電池性能の低下を招く恐れがある。これに対して、カーボン担体粒子の空孔内に触媒が担持された触媒担持カーボンを用いることで、一般型電解質樹脂によって触媒が被覆されることが効果的に抑制され、触媒の活性低下を効果的に抑制することができる。この結果、固体高分子型燃料電池１は、安定的に良好な電池性能を発現することができる。

触媒層１３Ａ、１３Ｂにおいて、触媒担持カーボンは、１〜２０ｎｍの空孔モード径を有し、空孔径３ｎｍ以上５ｎｍ未満の空孔容積が７ｃｃ／ｇ以上であるカーボン担体の空孔内に触媒が担持されたものであることが好ましい。かかる構成では、一般型電解質樹脂によって触媒が被覆されることが効果的に抑制されるので触媒の活性低下が効果的に抑制され、かつ、カーボン担体の空孔内に充分な量の触媒が担持されるので、触媒が安定的に高活性を発現することができる。この結果、固体高分子型燃料電池１は、安定的に高い電池性能を発現することができる。

カソード側ガス拡散層１４Ａは、電解質膜１１側から、カソード側マイクロポーラス層１５Ａとカソード側基材１６Ａとの積層構造を有する。同様に、アノード側ガス拡散層１４Ｂは、電解質膜１１側から、アノード側マイクロポーラス層１５Ｂとアノード側基材１６Ｂとの積層構造を有する。ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂは、ガス透過性および水透過性を有する。ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂは、基材１６Ａ、１６Ｂ上に、マイクロポーラス層形成用ペースト組成物を塗布し、乾燥および焼成してマイクロポーラス層１５Ａ、１５Ｂを形成することで、製造することができる。

基材１６Ａ、１６Ｂは導電性多孔質材料からなる。基材１６Ａ、１６Ｂの材料としては、黒鉛、膨張黒鉛、およびナノカーボン等の各種カーボン；ステンレススチール、モリブデン、およびチタン等の金属等が挙げられる。基材１６Ａ、１６Ｂの形態としては、繊維状、粒子状、織布、および不織布等が挙げられる。基材１６Ａ、１６Ｂとしては、カーボンペーパー、カーボンクロス、およびカーボンフェルト（カーボン不織布）等が好ましく、ガス拡散層１４Ａ、１４Ｂの撥水性向上の観点から公知の撥水処理が施されていることが望ましい。

マイクロポーラス層形成用ペースト組成物は、導電性材料と撥水性材料と分散媒とを含む。
導電性材料としては、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、および炭素繊維等の各種カーボンが好ましい。中でも、電子伝導性に優れ、比表面積が大きく、純度が高くて使いやすいことから、アセチレンブラック等のカーボンブラック等が好ましい。
撥水性材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂が好ましい。ＰＴＦＥは、エマルジョンの形態でマイクロポーラス層形成用ペースト組成物に配合することができる。なお、ＰＴＦＥは、テトラフルオロエチレンの単独重合体であってもよいし、クロロトリフルオロエチレンおよびヘキサフルオロプロピレン等のハロゲン化オレフィン；パーフルオロアルキルビニルエーテル等の他のフッ素系単量体に由来する単位を含む変性ＰＴＦＥであってもよい。

マイクロポーラス層形成用ペースト組成物に用いられる分散媒としては、水等が挙げられる。分散性向上の観点から、分散媒には必要に応じて、界面活性剤を添加することができる。界面活性剤としては、非イオン系界面活性剤が好ましい。なお、ＰＴＦＥをエマルジョンの形態で添加する場合、エマルジョン中の液体成分はマイクロポーラス層形成用ペースト組成物の分散媒に含まれる。

上記構造の固体高分子型燃料電池１では、外部より酸化ガス流路２１Ａに供給された酸化ガスの一部がカソード側ガス拡散層１４Ａを介してカソード側触媒層１３Ａに供給される。
一方、外部より燃料ガス流路２１Ｂに供給された燃料ガスの一部がアノード側ガス拡散層１４Ｂを介してアノード側触媒層１３Ｂに供給され、触媒存在下の反応により水素イオン（プロトン）が生成される。
アノード側触媒層１３Ｂで生成された水素イオンは電解質膜１１を選択的に透過し、カソード側触媒層１３Ａにおいて、触媒存在下で酸素および電子と反応して、水を生成する。生成された水は、カソード側ガス拡散層１４Ａを介して外部に排出される。
燃料電池では、上記のような水素と酸素の化学反応によって、電気エネルギー（発電）が生じる。

以上説明したように、本実施形態によれば、触媒の活性低下と触媒層のひび割れの発生を効果的に抑制することが可能な燃料電池用触媒層１３Ａ、１３Ｂを提供することができる。

以下、試験例について説明する。
「材料」
用いた材料は以下の通りである。
＜カーボン担体（Ｃ）＞
以下の２種類のカーボン担体（Ｃ）を用意した。
（Ｃ１）１〜２０ｎｍの空孔モード径を有し、空孔径３ｎｍ以上５ｎｍ未満の空孔容積ＰＶが７．７ｃｃ／ｇであり、表面積Ｓが１０００ｍ^２／ｇであり、表面積に対する最表面の割合Ｒが０．６５であるカーボン担体。
（Ｃ２）１〜２０ｎｍの空孔モード径を有し、空孔径３ｎｍ以上５ｎｍ未満の空孔容積ＰＶが９．２ｃｃ／ｇであり、表面積Ｓが１１５０ｍ^２／ｇであり、表面積に対する最表面の割合Ｒが０．７０であるカーボン担体。
各カーボン担体（Ｃ）の主な物性データを表１に示す。

＜触媒担持カーボン（ＰｔＣ）＞
触媒として白金触媒（Ｐｔ）を用意し、公知方法にて上記の２種のカーボン担体（Ｃ１）〜（Ｃ２）の空孔内にそれぞれ担持させて、触媒担持カーボン（ＰｔＣ１）〜（ＰｔＣ２）を得た。カーボン担体に対する白金触媒の担持量はいずれも、４０質量％とした。
各触媒担持カーボン（ＰｔＣ）の主な製造条件を表１に示す。
各触媒担持カーボン（ＰｔＣ）の空孔径３ｎｍ以上５ｎｍ未満の空孔容積ＰＶと触媒活性との関係を図２に示す。なお、触媒活性は、セル温度６０°で、相対湿度８０％のガス雰囲気下にて、一定電圧（０．８８Ｖ）に保持した後、２００ｓｅｃ経過後に流れる電流を測定することで求めた。

＜電解質樹脂＞
以下の２種類の電解質樹脂（ＥＲ）を用意した。
（ＥＲ１）：スルホン酸基を有するアイオノマー樹脂、ＩＥＣが１.１ｍｅｑ／ｇであり、温度８０℃／相対湿度３０％の環境下における酸素透過性が０．７×１０^−１４ｍｏｌ／(ｍ・ｓ・Ｐａ）である一般型電解質樹脂、
（ＥＲ２）：スルホン酸基を有するアイオノマー樹脂、ＩＥＣが１.２ｍｅｑ／ｇであり、温度８０℃／相対湿度３０％の環境下における酸素透過性が２．５×１０^−１４ｍｏｌ／(ｍ・ｓ・Ｐａ）である高酸素透過性電解質樹脂。
なお、「ＩＥＣ」は、アイオノマー樹脂の質量当たりのスルホン酸基当量である。

［触媒インクの製造例１−１〜１−４、２−１〜２−４］
上記２種類の触媒担持カーボン（ＰｔＣ１）〜（ＰｔＣ２）のうちのいずれか１種１ｇに対して、０〜０．２ｇの電解質樹脂（ＥＲ１）（一般型電解質樹脂）および０．６５ｇの電解質樹脂（ＥＲ２）（高酸素透過性電解質樹脂）を添加し、これらを分散媒（イオン交換水およびエタノール）を用いて分散させて、触媒インク（Ｉ１１）〜（Ｉ１４）、（Ｉ２１）〜（Ｉ２４）を調製した。各製造例の触媒インクの固形分組成を表２、表３に示す。表２、表３中の配合量の単位は「ｇ」である。

［試験例１−１〜１−４、２−１〜２−４］
試験例１−１〜１−４および試験例２−１〜２−４の各例においては、用いる触媒インクを変更する以外は同様の条件で、得られた触媒インクをテフロン（登録商標）シート上にバーコータで塗布し、乾燥させて、触媒層を形成した。各試験例の主な製造条件を表２、表３に示す。

［評価項目および評価方法］
（ＳＥＭ観察）
各試験例において得られた触媒層について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて表面を観察し、ひび割れの有無を評価した。

［評価結果］
各試験例において得られた触媒層のＳＥＭ表面写真を図３、図４に示す。各試験例の評価結果（ひび割れの有無）を表２、表３に示す。
試験例１−１〜１−４で用いたカーボン担体は、Ｘ［ｇ］＝Ｓ×Ｒ／４４３６＝０．１４６５である。カーボン担体１ｇに対する一般型電解質樹脂の添加量をＸ［ｇ］未満とした試験例１−１、１−２において触媒層のひび割れが見られたのに対して、カーボン担体１ｇに対して一般型電解質樹脂の添加量をＸ［ｇ］以上とした試験例１−３、１−４において触媒層のひび割れが見られなかった。
試験例２−１〜２−４で用いたカーボン担体は、Ｘ［ｇ］＝Ｓ×Ｒ／４４３６＝０．１８１５である。カーボン担体１ｇに対する一般型電解質樹脂の添加量をＸ［ｇ］未満とした試験例２−１〜２−３において触媒層のひび割れが見られたのに対して、カーボン担体１ｇに対して一般型電解質樹脂の添加量をＸ［ｇ］以上とした試験例２−４において触媒層のひび割れが見られなかった。

本発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適宜設計変更が可能である。

１ 固体高分子型燃料電池
１０ 膜−電極接合体
１１ 電解質膜
１２Ａ カソード電極
１２Ｂ アノード電極
１３Ａ カソード側触媒層
１３Ｂ アノード側触媒層
１４Ａ カソード側ガス拡散層
１４Ｂ アノード側ガス拡散層
１５Ａ カソード側マイクロポーラス層
１５Ｂ アノード側マイクロポーラス層
１６Ａ カソード側基材
１６Ｂ アノード側基材
２０Ａ カソード側セパレータ
２０Ｂ アノード側セパレータ
２１Ａ 酸化ガス流路
２１Ｂ 燃料ガス流路

Claims (1)

1. 各粒子が空孔を有する粉末状のカーボン担体に触媒が担持された触媒担持カーボンと、
   温度８０℃／相対湿度３０％の環境下における酸素透過性が２．２×１０^−１４ｍｏｌ／(ｍ・ｓ・Ｐａ）未満である第１の電解質樹脂と、
   温度８０℃／相対湿度３０％の環境下における酸素透過性が２．２×１０^−１４ｍｏｌ／(ｍ・ｓ・Ｐａ）以上である第２の電解質樹脂とを含む燃料電池用触媒層であって、
   前記触媒担持カーボンは、１〜２０ｎｍの空孔モード径を有し、空孔径３ｎｍ以上５ｎｍ未満の空孔容積が７ｃｃ／ｇ以上である前記カーボン担体の空孔内に前記触媒が担持されたものであり、
   前記第１の電解質樹脂の含有量が、前記カーボン担体１ｇに対して、下記式（１）で求められる値Ｘ［ｇ］以上の量である、燃料電池用触媒層。
   Ｘ＝Ｓ×Ｒ／４４３６・・・（１）
   （上記式（１）中、Ｓはカーボン担体の表面積［ｍ^２］であり、Ｒはカーボン担体の表面積に対するカーボン担体の最表面の面積の割合［−］である。４４３６の単位は［ｍ^２／ｇ］である。）