KR101823207B1

KR101823207B1 - 막전극 접합체 및 연료 전지

Info

Publication number: KR101823207B1
Application number: KR1020150140328A
Authority: KR
Inventors: 츠네마사 니시다; 히로오 요시카와; 준지 나카니시
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2018-01-29
Also published as: JP2016081581A; DE102015117087A1; JP6156317B2; DE102015117087B4; US9634346B2; CN105514452B; KR20160042771A; CN105514452A; US20160104910A1

Abstract

연료 전지(10)에 사용되는 막전극 접합체(110)에 있어서, 전해질막(111)과, 상기 전해질막(111)의 제1 면에 형성되는 애노드측 촉매층(116)과, 상기 전해질막(111)의 제2 면에 형성되는 캐소드측 촉매층(114)과, 상기 애노드측 촉매층(116)에 적층되는 애노드측 가스 확산층(119)과, 상기 캐소드측 촉매층(114)에 적층되는 캐소드측 가스 확산층(118)을 포함한다. 상기 애노드측 촉매층(116)과 상기 캐소드측 촉매층(114)과 상기 애노드측 가스 확산층(119)과 상기 캐소드측 가스 확산층(118)의 두께당 단열 성능은 동일하다. 적층 방향에 있어서의 상기 애노드측 촉매층(116)의 두께를 T1, 적층 방향에 있어서의 상기 캐소드측 촉매층(114)의 두께를 T2, 적층 방향에 있어서의 상기 애노드측 가스 확산층(119)의 두께를 T3, 적층 방향에 있어서의 상기 캐소드측 가스 확산층(118)의 두께를 T4로 한 때에, T1＋T3＜T2＋T4, T1＜T2 및 T3＞T4의 관계를 모두 만족시킨다.

Description

막전극 접합체 및 연료 전지{MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY AND FUEL CELL BATTERY}

본 발명은 연료 전지에 사용되는 막전극 접합체 및 연료 전지에 관한 것이다.

일본 특허 공개 제2012-243630에는, 적층 방향에 있어서의 애노드측 촉매층의 두께가 T1이며, 적층 방향에 있어서의 캐소드측 촉매층의 두께가 T2이며, 적층 방향에 있어서의 애노드측 가스 확산층의 두께가 T3이며, 적층 방향에 있어서의 캐소드측 가스 확산층의 두께가 T4일 때에, T1＋T3≥T2＋T4, T1＜T2, T3＞T4의 관계를 만족시키는 막전극 접합체, 연료 전지가 기재되어 있다.

그러나, T1＋T3, T2＋T4의 크기의 관계에 따라서는, 캐소드측의 단열성을 높이는 것이 어려운 것을 알게 되었다. 또한, 고온 저가습 상태에서는, 애노드가 건조되기 쉽기 때문에, 캐소드에서 생성된 생성수를 애노드에 보내야 한다. 그러나, 종래의 구성에서는, 캐소드로부터 애노드로의 물의 이동을 촉진하는 것이 어려운 것도 알게 되었다.

본 발명은 캐소드측의 단열성을 애노드측의 단열성보다 높일 수 있고, 캐소드로부터 애노드로의 물의 이동을 촉진할 수 있는 막전극 접합체 및 연료 전지를 제공한다.

본 발명의 형태에 관한 연료 전지에 사용되는 막전극 접합체는, 전해질막과, 상기 전해질막의 제1 면에 형성되는 애노드측 촉매층과, 상기 전해질막의 제2 면에 형성되는 캐소드측 촉매층과, 상기 애노드측 촉매층에 적층되는 애노드측 가스 확산층과, 상기 캐소드측 촉매층에 적층되는 캐소드측 가스 확산층을 포함한다. 상기 애노드측 촉매층과 상기 캐소드측 촉매층과 상기 애노드측 가스 확산층과 상기 캐소드측 가스 확산층의 두께당 단열 성능은 동일하다. 적층 방향에 있어서의 상기 애노드측 촉매층의 두께를 T1, 적층 방향에 있어서의 상기 캐소드측 촉매층의 두께를 T2, 적층 방향에 있어서의 상기 애노드측 가스 확산층의 두께를 T3, 적층 방향에 있어서의 상기 캐소드측 가스 확산층의 두께를 T4로 한 때에, T1＋T3＜T2＋T4, T1＜T2 및 T3＞T4의 관계를 모두 만족시킨다. 이 형태에 의하면, 캐소드측의 단열성을 애노드측의 단열성보다 높일 수 있고, 캐소드로부터 애노드로의 물의 이동을 촉진할 수 있다.

또한, 상기 형태에 있어서, 상기 애노드측 촉매층과 상기 캐소드측 촉매층과 상기 애노드측 가스 확산층과 상기 캐소드측 가스 확산층은, 카본을 포함해도 된다. 단열성을 결정하는 인자는 주로 카본이다. 애노드측 촉매층과 캐소드측 촉매층의 촉매를 담지하는 카본이 포함되어 있고, 애노드측 가스 확산층과 캐소드측 가스 확산층도 카본을 포함하고 있으므로, 캐소드측의 단열성을 애노드측의 단열성보다도 크게 할 수 있다. 그 결과, 캐소드로부터 애노드로의 물의 이동을 촉진할 수 있다.

또한, 본 발명은 다양한 형태로 실현하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상기 막전극 접합체 외에, 상기 막전극 접합체를 구비하는 연료 전지 등의 형태로 실현할 수도 있다.

본 발명의 예시적인 실시예의 특징과, 이점과, 기술적 및 산업적인 의의는 동등한 부호가 동등한 요소를 나타내는 이하에 첨부하는 도면에 의해 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태로서의 연료 전지의 구성을 도시하는 개략 사시도.
도 2는 유닛 셀의 산화제 가스 배출 구멍 근방을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 3은 MEGA(110)의 구성을 도시하는 설명도.
도 4는 각 샘플의 촉매층과 가스 확산층의 두께를 통합한 설명도.
도 5는 (T2＋T4)/(T1＋T3)의 값과, 캐소드로부터 애노드로의 물의 이동량의 관계를 나타내는 설명도.

도 1은 본 발명의 실시 형태로서의 연료 전지(10)의 구성을 도시하는 개략 사시도이다. 연료 전지(10)는 연료 전지 셀인 유닛 셀(100)을 Z 방향(이하, 「적층 방향」이라고도 칭함)으로 복수 적층하고, 한 쌍의 엔드 플레이트(170F, 170E)에 의해 끼움 지지한 스택 구조를 갖고 있다. 연료 전지(10)는 전단부측의 엔드 플레이트(170F)와 유닛 셀(100) 사이에, 전단부측의 절연판(165F)을 개재시켜 전단부측의 터미널 플레이트(160F)를 갖는다. 연료 전지(10)는 후단부측의 엔드 플레이트(170E)와 유닛 셀(100) 사이에도, 마찬가지로, 후단부측의 절연판(165E)을 개재시켜 후단부측의 터미널 플레이트(160E)를 갖는다. 유닛 셀(100)과, 터미널 플레이트(160F, 160E)와, 절연판(165F, 165E) 및 엔드 플레이트(170F, 170E)는, 각각, 대략 직사각 형상의 외형을 갖는 플레이트 구조를 갖고 있고, 긴 변이 X 방향(수평 방향)이며 짧은 변이 Y 방향(수직 방향, 연직 방향)을 따르도록 배치되어 있다.

전단부측에 있어서의 엔드 플레이트(170F)와 절연판(165F)과 터미널 플레이트(160F)는, 연료 가스 공급 구멍(172in) 및 연료 가스 배출 구멍(172out)과, 복수의 산화제 가스 공급 구멍(174in) 및 산화제 가스 배출 구멍(174out)과, 복수의 냉각수 공급 구멍(176in) 및 냉각수 배출 구멍(176out)을 갖는다. 이들 공급 구멍 및 배출 구멍은, 각 유닛 셀(100)의 대응하는 위치에 형성되어 있는 각각의 구멍(도시하지 않음)과 연결하여, 각각에 대응하는 가스 또는 냉각수의 공급 매니폴드와 배출 매니폴드를 구성한다. 그 한편, 후단부측에 있어서의 엔드 플레이트(170E)와 절연판(165E)과 터미널 플레이트(160E)에는, 이들 공급 구멍 및 배출 구멍은 형성되어 있지 않다. 이것은, 반응 가스(연료 가스, 산화제 가스) 및 냉각수를 전단부측의 엔드 플레이트(170F)로부터 각각의 유닛 셀(100)에 대해 공급 매니폴드를 통해 공급하면서, 각각의 유닛 셀(100)로부터의 배출 가스 및 배출수를 전단부측의 엔드 플레이트(170F)로부터 외부에 대해 배출 매니폴드를 통해 배출하는 타입의 연료 전지인 것에 의한다. 단, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 전단부측의 엔드 플레이트(170F)로부터 반응 가스 및 냉각수를 공급하고, 후단부측의 엔드 플레이트(170E)로부터 배출 가스 및 배출수가 외부로 배출되는 타입 등의 다양한 타입으로 할 수 있다.

복수의 산화제 가스 공급 구멍(174in)은, 전단부측의 엔드 플레이트(170F)의 하단부의 외측 테두리부에 X 방향(긴 변 방향)을 따라 배치되어 있고, 복수의 산화제 가스 배출 구멍(174out)은, 상단부의 외측 테두리부에 X 방향을 따라 배치되어 있다. 연료 가스 공급 구멍(172in)은, 전단부측의 엔드 플레이트(170F)의 우측 단부의 외측 테두리부의 Y 방향(짧은 변 방향) 상단부에 배치되어 있고, 연료 가스 배출 구멍(172out)은, 좌측 단부의 외측 테두리부의 Y 방향의 하단부에 배치되어 있다. 복수의 냉각수 공급 구멍(176in)은, 연료 가스 공급 구멍(172in)의 하측에 Y 방향을 따라 배치되어 있고, 복수의 냉각수 배출 구멍(176out)은, 연료 가스 배출 구멍(172out)의 상측에 Y 방향을 따라 배치되어 있다.

전단부측의 터미널 플레이트(160F) 및 후단부측의 터미널 플레이트(160E)는, 각 유닛 셀(100)의 발전 전력의 집전판이며, 도시하지 않은 단자로부터 집전한 전력을 외부로 출력한다.

도 2는 유닛 셀(100)의 산화제 가스 배출 구멍(174out) 근방을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 유닛 셀(100)은 막전극 접합체(110)[이하 「MEGA(110)」라고 칭함]와, 시일 부재(140)와, 캐소드측 세퍼레이터(130)와, 애노드측 세퍼레이터(120)와, 가스 유로 부재(150)와, 실링 플레이트(151)를 구비한다. 산화제 가스 공급 구멍(174in) 근방에 대해서는, 상하 방향이 반대로 될 뿐이며, 동일한 구성이므로, 설명을 생략한다.

시일 부재(140)는 MEGA(110)를 외측 테두리로부터 지지하는 부재이며, 수지에 의해 형성되어 있다. 시일 부재(140)는 캐소드측 세퍼레이터(130)와, 애노드측 세퍼레이터(120)와 접착하고, 산화제 가스나 연료 가스, 냉각수의 누설을 시일한다. 시일 부재(140)의 캐소드측에는, 실링 플레이트(151)가 배치되어 있다. 실링 플레이트(151)는 금속제의 판이며, 일부가 산화제 가스 배출 구멍(174out) 내로 돌출되어 있다. MEGA(110)와 시일 부재(140)와 실링 플레이트(151)의 캐소드측에는, 가스 유로 부재(150)가 배치되어 있다. 가스 유로 부재(150)는 산화제 가스를 흐르게 하기 위한 유로이며, 예를 들어 익스팬드 메탈에 의해 형성되어 있다. 단, 익스팬드 메탈 대신에 다른 종류의 금속 다공체에 의해 형성되어 있어도 된다. 가스 유로 부재(150)는 실링 플레이트(151)와 동일 위치까지 산화제 가스 배출 구멍(174out) 내로 돌출되어 있다. 또한, 도 2에 있어서, 캐소드측 세퍼레이터(130), 가스 유로 부재(150), 실링 플레이트(151)가 돌출되어 있는 크기에 대해서는, 모식적으로 도시하고 있다.

가스 유로 부재(150)의 인접한 유닛 셀(100)측에 캐소드측 세퍼레이터(130)가 배치된다. 캐소드측 세퍼레이터(130)는 금속제의 판이며, 일부가 산화제 가스 배출 구멍(174out) 내로 돌출되어 있다. MEGA(110)와 시일 부재(140)의 가스 유로 부재(150)와 반대측의 면에는, 애노드측 세퍼레이터(120)가 배치된다. 애노드측 세퍼레이터(120)는 요철이 있는 금속제의 플레이트이다. 애노드측 세퍼레이터(120)는 산화제 가스 배출 구멍(174out) 내로 돌출되어 있지 않다. 애노드측 세퍼레이터(120)와 MEGA(110) 사이에는 연료 가스 유로(128)가 형성되고, 애노드측 세퍼레이터(120)와 캐소드측 세퍼레이터(130) 사이에는, 냉매 유로(129)가 형성된다.

도 3은 MEGA(110)의 구성을 도시하는 설명도이다. MEGA(110)는, 전해질막(111)과, 캐소드측 촉매층(114)과, 애노드측 촉매층(116)과, 캐소드측 가스 확산층(118)과, 애노드측 가스 확산층(119)을 구비한다. 전해질막(111)은 프로톤 전도성을 갖는 전해질막이며, 예를 들어 퍼플루오로카본술폰산 폴리머와 같은 불소계 전해질 수지(이온 교환 수지)가 사용된다.

캐소드측 촉매층(114)과, 애노드측 촉매층(116)은 촉매(예를 들어, 백금)를 담지한 카본을 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 애노드측 촉매층(116)은 전해질막(111)의 제1 면의 전체 영역에 걸쳐 도포 시공되어 있지만, 캐소드측 촉매층(114)은 전해질막(111)의 제2 면 중 일부의 영역(발전 영역)에만 도포 시공되어 있다. 이 이유는, 애노드측 촉매층(116)은 캐소드측 촉매층(114)에 비해 단위 면적당 촉매량이 적어도 되기 때문에(전형적으로는 1/2 이하이고, 예를 들어 약 1/3), 전해질막(111)의 제1 면의 전체 영역에 촉매를 도포 시공해도 과도한 낭비가 되지 않는 반면, 도포 시공 공정이 간단해지기 때문이다.

캐소드측 촉매층(114) 상에는, 캐소드측 가스 확산층(118)이 배치되고, 애노드측 촉매층(116) 상에는, 애노드측 가스 확산층(119)이 배치되어 있다. 캐소드측 가스 확산층(118) 및 애노드측 가스 확산층(119)은 카본페이퍼로 형성되어 있다. 단, 카본페이퍼 대신에 카본 부직포로 형성되어 있어도 된다.

본 실시 형태에서는, 애노드측 촉매층(116)의 적층 방향의 두께를 T1, 캐소드측 촉매층(114)의 적층 방향의 두께를 T2, 애노드측 가스 확산층(119)의 적층 방향의 두께를 T3, 캐소드측 가스 확산층(118)의 적층 방향의 두께를 T4로 하면, 이하의 3개의 식을 모두 만족시킨다.

<식 1>

T1＋T3＜T2＋T4

<식 2>

T1＜T2

<식 3>

T3＞T4

또한, 식 1과 식 3을 만족시키면, 식 2는 필연적으로 만족된다.

식 1, 즉, 캐소드측 촉매층(114)과 캐소드측 가스 확산층(118)의 두께의 합 (T2＋T4)가 애노드측 촉매층(116)과 애노드측 가스 확산층(119)의 두께의 합 (T1＋T3)보다도 큰 것을 만족시키면, 캐소드측[캐소드측 촉매층(114)과 캐소드측 가스 확산층(118)]의 단열성을, 애노드측[애노드측 촉매층(116)과 애노드측 가스 확산층(119)]의 단열성보다도 높일 수 있다. 여기서, 단열성을 결정하는 인자는, 주로 카본이다. 캐소드측 촉매층(114), 애노드측 촉매층(116)은 촉매를 담지하는 카본을 갖고 있다. 캐소드측 가스 확산층(118), 애노드측 가스 확산층(119)은 카본페이퍼로 형성되어 있으므로, 기재에 탄소 섬유를 포함한다. 또한, 캐소드측 가스 확산층(118), 애노드측 가스 확산층(119)은 발수층을 갖는 경우, 발수층을 구성하는 재료로서, 카본 입자를 포함한다. 이와 같이, 캐소드측 촉매층(114), 애노드측 촉매층(116), 캐소드측 가스 확산층(118), 애노드측 가스 확산층(119)은 단열을 결정하는 인자인 카본을 포함하고, 두께에 대한 단열 성능은, 촉매층이거나, 가스 확산층인 것에 관계없이 거의 동일하다. 즉, 촉매층과 가스 확산층의 두께당 단열 성능은, 거의 동일하다. 따라서, 단열성의 대소는, 촉매층과 가스 확산층의 합계의 두께로 평가 가능하다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 캐소드측 촉매층(114)의 적층 방향의 두께 T2는, 애노드측 촉매층(116)의 적층 방향의 두께 T1보다도 크게 형성되어 있다. 이에 의해, 캐소드측 촉매층(114)의 단열성을 애노드측 촉매층의 단열성보다도 높일 수 있다. 또한, 식 1을 만족시키면, 캐소드측의 단열성을 애노드측의 단열성보다도 높여, 물을 애노드측으로 이동시킬 수 있지만, 또한 식 2를 만족시킴으로써, 캐소드측 촉매층(114)에서 생성한 생성수를 애노드측 촉매층(116)에 보다 효과적으로 확산시킬 수 있다. 캐소드측의 단열성이 애노드측의 단열성보다도 높으면, 캐소드의 온도가 애노드의 온도보다도 높아진다. 그 결과, 캐소드측의 수증기 분압이 애노드측의 수증기 분압보다도 높아진다. 수증기 분압의 차에 의해, 캐소드로부터 애노드로의 물의 이동이 촉진된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 애노드측 가스 확산층(119)의 적층 방향의 두께 T3은, 캐소드측 가스 확산층(118)의 두께 T4보다도 두껍게 형성되어 있다. 식 3을 만족시킴으로써, 캐소드측 가스 확산층(118)에 있어서의 가스 확산성을, 애노드측 가스 확산층(119)에 있어서의 가스 확산성보다도 크게 할 수 있어, 캐소드측 가스 확산층(118)의 배수성을 향상시킬 수 있다.

도 4는 각 샘플의 촉매층과 가스 확산층의 두께를 통합한 설명도이다. 또한, 이들 두께는, 연료 전지(10)를 체결한 상태에 있어서의 값이다. 또한, 도 4에서는, 식 1 대신에 (T2＋T4)/(T1＋T3)을 사용하고 있다. (T2＋T4)/(T1＋T3)의 값이 1보다 크면, 식 1을 만족시킨다.

샘플 1은 애노드측 촉매층의 두께 T1이 3.5㎛이고, 캐소드측 촉매층의 두께 T2가 10.5㎛이고, 애노드측 가스 확산층의 두께 T3이 159㎛이고, 캐소드측 가스 확산층의 두께 T4가 156㎛이다. 샘플 1은 식 1∼3을 모두 만족시키고 있다.

샘플 2는 애노드측 촉매층의 두께 T1이 3.5㎛이고, 캐소드측 촉매층의 두께 T2가 20㎛이고, 애노드측 가스 확산층의 두께 T3이 159㎛이고, 캐소드측 가스 확산층의 두께 T4가 156㎛이다. 샘플 2는 식 1∼3을 모두 만족시키고 있다.

샘플 3은 애노드측 촉매층의 두께 T1이 10.5㎛이고, 캐소드측 촉매층의 두께 T2가 10.5㎛이고, 애노드측 가스 확산층의 두께 T3이 159㎛이고, 캐소드측 가스 확산층의 두께 T4가 159㎛이다. 샘플 3은 T1＝T2, T3＝T4, T1＋T3＝T2＋T4이며, 식 1∼3의 모두를 만족시키고 있지 않다.

샘플 4는 애노드측 촉매층의 두께 T1이 10.5㎛이고, 캐소드측 촉매층의 두께 T2가 20㎛이고, 애노드측 가스 확산층의 두께 T3이 159㎛이고, 캐소드측 가스 확산층의 두께 T4가 126㎛이다. 샘플 4는 식 2, 3을 만족시키고 있지만, T1＋T3＞T2＋T4로, 식 1을 만족시키고 있지 않다.

도 5는 (T2＋T4)/(T1＋T3)의 값과, 캐소드로부터 애노드로의 물의 이동량의 관계를 나타내는 설명도이다. 물의 이동량에 대해서는, 이하와 같이 측정하였다. Step1로서, 유닛 셀(100)에 산화 가스 및 애노드 가스를 공급하여 발전을 행하였다. 그 후, 유닛 셀의 발전을 정지하였다. 유닛 셀(100)의 애노드 및 캐소드에는, 물이 잔존하였다. Step2로서, 애노드의 애노드 가스를 공급하여, 애노드측에 잔존한 물을 배수하였다. 또한, 캐소드측에는, 물이 잔존하고 있었다. Step3으로서, 유닛 셀(100)의 무게 X1을 측정하였다. Step4로서, 유닛 셀(100)을 방치하였다. 이 결과, 캐소드에 잔존하고 있었던 물이 애노드로 이동하였다. Step5로서, 애노드의 애노드 가스를 공급하여, 애노드측의 물을 배수하였다. 또한, 이때 배수된 물은, 캐소드로부터 이동해 온 것이다. Step6으로서, 유닛 셀(100)의 무게 X2를 측정하였다. Step7로서, 캐소드로부터 애노드로의 물의 이동량을 계산하였다. 물의 이동량은, X1-X2로 산출하였다.

도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, (T2＋T4)/(T1＋T3)의 값이 커지면, 캐소드로부터 애노드로의 물의 이동량이 많아지는 것을 알 수 있다. 또한, (T2＋T4)/(T1＋T3)의 값이 1을 초과하면, 즉, (T1＋T3)＜(T2＋T4)을 만족시키면, 그래프의 기울기가 커지고, 캐소드로부터 애노드로의 물의 이동량이 보다 촉진되는 것을 알 수 있다.

이상, 본 실시 형태에 따르면, 막전극 접합체(110)는 적층 방향에 있어서의 애노드측 촉매층(116)의 두께를 T1, 적층 방향에 있어서의 캐소드측 촉매층(114)의 두께를 T2, 적층 방향에 있어서의 애노드측 가스 확산층(119)의 두께를 T3, 적층 방향에 있어서의 캐소드측 가스 확산층(118)의 두께를 T4로 한 때에, T1＋T3＜T2＋T4, T1＜T2 및 T3＞T4의 관계를 모두 만족시키므로, 캐소드측의 단열성을 애노드측의 단열성보다도 크게 할 수 있고, 캐소드로부터 애노드로의 물의 이동량을 촉진할 수 있다.

상기 실시 형태에서는, 단열성을 결정하는 인자는, 주로 카본이라고 하고, 캐소드측 촉매층(114), 애노드측 촉매층(116)에 있어서, 촉매를 담지하는 담체로서 카본을 사용하고, 캐소드측 가스 확산층(118), 애노드측 가스 확산층(119)으로서, 기재에 탄소 섬유를 포함하는 카본페이퍼를 사용하였다. 그러나, 촉매를 담지하는 담체로서는, 카본을 포함하지 않는 담체이어도 된다. 예를 들어 카본 대신에 제올라이트, 알루미나, 세라믹 등의 담체를 사용해도 된다. 이러한 경우에도, 촉매를 담지하는 담체로서 카본을 사용한 경우와 마찬가지로, 촉매층과 가스 확산층의 합계의 두께에 의해 단열성이 결정된다.

이상, 몇 가지의 실시예에 기초하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명해 왔지만, 상기한 발명의 실시 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이고, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 그 취지 및 특허청구범위를 일탈함 없이, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는 그 등가물이 포함되는 것은 물론이다.

Claims

연료 전지에 사용되는 막전극 접합체에 있어서,
전해질막(111)과,
상기 전해질막(111)의 제1 면에 형성되는 애노드측 촉매층(116)과,
상기 전해질막(111)의 제2 면에 형성되는 캐소드측 촉매층(114)과,
상기 애노드측 촉매층(116)에 적층되는 애노드측 가스 확산층(119)과,
상기 캐소드측 촉매층(114)에 적층되는 캐소드측 가스 확산층(118)을 포함하고,
상기 애노드측 촉매층(116)과 상기 캐소드측 촉매층(114)과 상기 애노드측 가스 확산층(119)과 상기 캐소드측 가스 확산층(118)의 두께당 단열 성능은 동일하고,
적층 방향에 있어서의 상기 애노드측 촉매층(116)의 두께를 T1, 적층 방향에 있어서의 상기 캐소드측 촉매층(114)의 두께를 T2, 적층 방향에 있어서의 상기 애노드측 가스 확산층(119)의 두께를 T3, 적층 방향에 있어서의 상기 캐소드측 가스 확산층의 두께(118)을 T4로 한 때에, T1＋T3＜T2＋T4, T1＜T2 및 T3＞T4의 관계를 모두 만족시키는 것을 특징으로 하는, 막전극 접합체.
제1항에 있어서,
상기 애노드측 촉매층(116)과 상기 캐소드측 촉매층(114)과 상기 애노드측 가스 확산층(119)과 상기 캐소드측 가스 확산층(118)은 카본을 포함하는, 막전극 접합체.
제1항 또는 제2항에 기재된 상기 막전극 접합체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지.