WO2002027830A1 - Electrochemical device and method of manufacturing the device - Google Patents

Description

明細書 電気化学デバイス及びその製造方法 技術分野 本発明は、 電気化学デバイス及びその製造方法に関し、 特に、 触媒の利用効率 が高い電気化学デバイス及びその製造方法に関する。 背景技術 従来、 自動車などのエネルギー源として、 あるいは電力製造などのエネルギー 源として、 ガソリン、 軽油などの化石燃料が広く用いられてきた。 この種の化石 燃料の利用によって、 飛躍的な産業の発展を実現したが、 その反面、 深刻な環境 破壊の脅威にさらされ、 さらに、 化石燃料の枯渴の虞が生じてその長期的な安定 供給に疑問が投げかけられる事態となりつつある。

そこで、 水素は、 水に含まれ、 地球上に無尽蔵に存在している上、 物質量あた りに含まれる化学エネルギー量が大きく、 また、 エネルギー源として使用すると きに、 有害物質や地球温暖化ガスなどを放出しないなどの理由から、 化石燃料に 代わるクリーンで、 かつ、 無尽蔵なエネルギー源として、 大きな注目を集めてい る。

ことに、 水素エネルギーから電気エネルギーを取り出すことができる電気エネ ルギ一発生装置の研究開発が盛んに行われており、 大規模発電から、 オンサイ ト な自家発電、 さらには、 自動車用電源としての応用が期待されている。

水素エネルギーから電気エネルギーを取り出すための電気エネルギー発生装置、 すなわち燃料電池は、 水素が供給される水素電極と、 酸素が供給される酸素電極 とを有している。 水素電極に供給された水素は、 触媒の作用によって、 プロトン (陽子） と電子に解離され、 電子は水素電極の集電体で集められ、 他方、 ブロト ンは酸素電極に運ばれる。 水素電極で集められた電子は、 負荷を経由して、 酸素 電極に運ばれる。 一方、 酸素電極に供給された酸素は、 触媒の作用により、 水素 電極から運ばれたプロ トンおよび電子と結合して、 水を生成する。 このようにし て、 水素電極と酸素電極との間に起電力が生じ、 負荷に電流が流れる。

このように、 水素エネルギーから電気エネルギーを取り出す燃料電池において は、 水素電極と酸素電極との間に起電力を生じさせるためには、 水素電極におい ては水素をプロトン （陽子） と電子に解離することが必要であり、 一方、 酸素電 極においてはプロトン、 電子及び酸素を反応させて水を生成することが必要であ る。 したがって、 水素電極においては、 水素のプロトンと電子との解離を促進す る触媒層が必要とされ、 酸素電極においては、 プロトン、 電子及び酸素の結合を 促進する触媒層が必要とされる。

この種の触媒層は、 水素電極側においては水素と接触することにより、 酸素電 極側においては酸素と接触することにより、 上述した作用をもたらすものである から、 触媒層が効果的に作用するためには、 触媒層に含まれる触媒と、 水素乃至 は酸素とが効率よく接触する必要がある。 すなわち、 触媒層に含まれる触媒と水 素乃至は酸素との接触効率が悪いと、 使用する触媒の量に比して十分な触媒作用 を得ることができず、 このため、 エネルギー生成効率が悪化するという問題が生 じてしまう。

このような問題は、 燃料電池用の水素電極及び酸素電極のみならず、 空気電池 等の他の電気化学デバイスに用いられるガス拡散電極においても同様に生じる問 題である。 発明の開示 本発明は、 上述したような実情に鑑みて提案されたものであり、 本発明の目的 は、 触媒と原料ガスとが効果的に接触することができ、 これによつてエネルギー の効率が高められた電気化学デバイス及びその製造方法を提供することである。 上述のような目的を達成するために提案される本発明に係る電気化学デバイス は、 表面の少なくとも一部に触媒が形成された炭素質材料からなるガス拡散電極 と、 ガス拡散電極の一方の面に接して設けられた電解質膜とを備え、 炭素質材料 のうち電解質膜と接する部分に形成されている触媒の量が、 電解質膜側において 電解質膜側とは反対側よりも少なく したものである。

本発明に係る電気化学デバイスは、 炭素質材料のうち電解質膜と接する部分で は、 電解質膜側の方が電解質膜側とは反対側よりも触媒の量が少ないので、 触媒 が電解質膜によって覆われることが少なく、 触媒と原料ガスとを効果的に接触さ せることができる。 これにより、 エネルギーの効率が高められた電気化学デバイ スを提供することができる。

本発明に係る電気化学デバイスは、 燃料電池であり、 あるいは空気電池である _c 本発明において用いられる炭素質材料は、 複数の繊維状力一ポンの集合体から なるものを用いることが好ましい。 更に、 繊維状カーボンは、 少なく とも針状黒 鉛を含むことが好ましい。

また、 繊維状力一ボンは、 少なく とも力一ボンナノチューブを含むことが好ま しい。

本発明において、 触媒は、 白金、 白金合金、 パラジウム、 マグネシウム、 チ夕 ン、 マンガン、 ランタン、 バナジウム、 ジルコニウム、 二ヅケル一ランタン合金、 チタン—鉄合金、 イ リジウム、 ロジウム及び金からなる群より選ばれた 1の材料 からなる。

また、 本発明に係る電気化学デバイスの製造方法は、 炭素質材料からなるシー トを成形するシート成形工程と、 シートの一方の面から気相成膜法によって触媒 層を形成する触媒形成工程と、 シートの他方の面に電解質膜を貼設する貼設工程 とを備える。

本発明方法は、 シートの一方の面から気相成膜法によって触媒層を形成すると ともに、 シートの他方の面に電解質膜を貼設していることから、 シートのうち電 解質膜と接する部分では、 電解質膜側の方が電解質膜側とは反対側よりも触媒の 量が少なくなり、 電解質膜によって覆われる触媒を低減することができる。 これ により、 触媒と原料ガスとを効果的に接触させることができ、 エネルギーの効率 が高められた電気化学デバイスを製造することが可能となる。

本発明方法において用いられる炭素質材料は、 複数の繊維状力一ボンの集合体 からなるものを用いることが好ましい。 更に、 繊維状カーボンは、 少なく とも針 状黒鉛を含むことが好ましい。

また、 繊維状力一ボンは、 少なくともカーボンナノチューブを含むことが好ま しい。

本発明に係る製造方法において、 シート成形工程は、 繊維状カーボンを分散液 中に導入しこれを濾過するものである。

本発明方法に用いられる気相成膜法は、 スパッタリング法、 真空蒸着法、 パル スレ一ザデポジション法のいずれかが用いられる。

である。

本発明方法は、 更に触媒形成工程の後、 シートの一方の面に炭素質材料を形成 する工程を備える。 この工程を備えることにより、 シートの機械的強度を高める ことが可能となる。

本発明の更に他の目的、 本発明によって得られる具体的な利点は、 以下に説明 される実施例の説明から一層明らかにされるであろう。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明が適用された燃料電池の概略構成を示す図である。

図 2は、 プロトン伝導体部と酸素電極若しくは水素電極との界面を拡大して示 す略断面図である。

図 3は、 本発明が適用された空気電池の概略構成を示す図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の好ましい実施態様につき、 図面を参照して詳細に説明する。 本発明が適用された燃料電池は、 図 1に示すにょうに、 酸素電極 1と、 燃料電 極である水素電極 2と、 酸素電極 1及び水素電極 2に挟持された電解質膜である プロトン伝導体部 3とを備えている。 酸素電極 1は、 繊維状力一ボン集合体から なる電極基体 4とその表面に形成された触媒層 5によって構成され、 同様に、 水 素電極 2は、 繊維状カーボン集合体からなる電極基体 6とその表面に形成された 触媒層 7によって構成されている。 触媒の種類としては、 白金、 白金合金、 パラ ジゥム、 マグネシウム、 チタン、 マンガン、 ランタン、 バナジウム、 ジルコニゥ ム、 ニッケル一ランタン合金、 チタン一鉄合金、 イ リジウム、 ロジウム、 金など があるが、 好ましいのは、 白金及び白金合金である。 '

酸素電極 1の電極基体 4からは、 図 1に示すように、 正極リード 8が導出され、 水素電極 2の電極基体 6からは負極リード 9が導出されており、 これら正極リ一 ド 8及び負極リード 9は、 図示しない負荷に接続される。 酸素電極 1側において は、 空気 1 0が導入口 1 1から流路 1 2に供給され、 排出口 1 3から排出される ように構成されており、 水素電極 2側においては、 水素供給源 1 4より供給され る水素 1 5が、 導入口 1 6から流路 1 7に供給され、 排出口 1 8から.排出される ように構成されている。

導入口 1 6から流路 1 7に供給された水素 1 5は、 繊維状カーボン集合体から なる電極基体 6を介してその表面に形成された触媒層 7に達し、 触媒作用によつ てプロ トンと電子とに解離される。 このうち電子は、 電極基体 6を経由して負極 リード 9へ移動し、 図示しない負荷へ供給され、 プロ トンは、 プロ トン伝導体部 3を経由して酸素電極 1側へ移動する。 一方、 導入口 1 1から流路 1 2に供給さ れた酸素 1 0は、 繊維状カーボン集合体からなる電極基体 4を介してその表面に 形成された触媒層 5に達し、 触媒作用によって、 プロ トン伝導体部 3より供給さ れるブロ トン及び正極リ一ド 8を介して負荷より供給される電子と結合して水と なる。 このようにして、 所望の起電力が取り出される。

ここで、 プロ トン伝導体部 3は、 水素 1 5の透過を防止するとともにプロ トン を透過させる膜であり、 その材料は特に限定されないが、 炭素を主成分とする炭 素質材料を母体とし、 これにプロ トン解離性の基が導入されてなる材料を用いる ことが好ましい。 尚、 「プロ トン解離性の基」 とは、 「プロ トンが電離により離 脱し得る官能基」 であることを意味する。

プロ トン伝導体部 3の母体となる炭素質材料には、 炭素を主成分とするもので あれば、 任意の材料を使用することができるが、 プロ トン解離性の基を導入した 後に、 イオン導電性が電子伝導性よりも大であることが必要である。 ここで、 母 体となる炭素質材料としては、 具体的には、 炭素原子の集合体である炭素クラス 夕一や、 力一ボンチューブを含む炭素質材料を挙げることができる。

炭素クラス夕一には種々のものがあり、 フラーレンや、 フラ一レン構造の少な く とも一部に開放端を持つもの、 ダイヤモンド構造を持つもの等が好適である。 もちろんこれらに限らず、 ブロ トン解離性の基を導入した後にイオン導電性が電 子伝導性よりも大であるものであればいかなるものであってもよい。

プロ トン伝導体部 3の母体となる炭素質材料としては、 フラーレンを選択する ことが最も好ましく、 これにプロ トン解離性の基、 例えば一 O H基、 一 O S 0 ₃ H 基、 —C O〇H基、 一 S 0 ₃ H基、 一 O P O ( 0 H ) ₂基が導入された材料をプロ トン伝導体部 3の材料として用いることが好ましい。

プロ トン伝導体部 3の材料として上記炭素を主成分とする炭素質材料を母体と する材料以外の材料、 例えば、 パーフルォロスルホン酸樹脂等を用いてもよい。 水素供給源 1 4としては、 水素ボンべ、 水素吸蔵合金若しくは炭素質水素吸蔵 材料を用いることができ、 炭素質水素吸蔵材料としては、 フラーレン、 力一ボン ナノファイバ一、 カーボンナノチューブ、 炭素スス、 ナノカプセル、 バヅキーォ 二オン、 カーボンファイバー等が挙げられる。

図 2は、 プロ トン伝導体部 3と酸素電極 1若しくは水素電極 2との界面を拡大 して示す略断面図である。

図 2に示されるように、 酸素電極 1若しくは水素電極 2を構成する電極基体 4、 6は、 複数の繊維状カーボン 3 0の集合によって構成され、 その表面には触媒 3 1が担持されている。 また、 繊維状カーボン 3 0のうちプロ トン伝導体部 3に接 しているものについては、 その一部がプロ トン伝導体部 3の内部に埋設しており、 当該埋設している部分においては、 触媒 3 1の形成量が露出している部分よりも 少なくなつている。 尚、 当該埋設している部分においては、 触媒 3 1が形成され ていないことが好ましいが、 現実には、 埋設している部分において触媒 3 1 を完 全に排除することは困難であるため、 図 2に示されるように、 埋設している部分 において触媒 3 1の量が低減されていればよい。

このように、 本実施態様による燃料電池においては、 酸素電極 1若しくは水素 電極 2が複数の繊維状カーボン 3 0の集合によって構成され、 その表面に触媒 3 1が担持されている一方、 繊維状カーボン 3 0のうちプロ トン伝導体部 3によつ て覆われている部分については、 当該覆われている部分において触媒 3 1の形成 量が露出している部分よりも少ないことから、 触媒 3 1の利用効率が非常に高い ₍ すなわち、 繊維状力一ポン 3 0のうち、 プロ トン伝導体部 3によって覆われてい る部分については、 当該覆われている部分は酸素 1 0若しくは水素 1 5と接する ことがないため、 当該部分に触媒 3 1 を形成しても触媒としての作用を果たさな いところ、 本実施態様による燃料電池においては、 このような部分について触媒 3 1の形成量が低減されていることから、 触媒 3 1の利用効率が非常に高い。 こ のため、 燃料電池のエネルギー生成効率を高めることが可能となる。

次に、 本発明に係る燃料電池の製造方法について説明する。

まず、 酸素電極 1及び水素電極 2を作製すべく、 所定の面積を有するフィルタ と、 繊維状力一ボンが混入された分散液とを準備する。 繊維状カーボンとしては、 カーボンナノチューブや針状黒鉛が挙げられるが、 繊維状力一ボンとして力一ポ ンナノチューブを選択した場合、 これらは非常に微細な繊維状物質であるため、 互いに絡み合いやすい反面、 密度が高いためガス透過性が低いという難点がある 一方、 繊維状カーボンとして針状黒鉛を選択した場合、 針状黒鉛はカーボンナノ チューブと比べると太い繊維状 （針状） 物質であるため、 ガス透過性は十分に高 いが、 互いに絡み合いにくいという難点がある。 したがって、 上記分散液に混入 すべき繊維状力一ポンとしては、 カーボンナノチューブと針状黒鉛とを所定の割 合で混合することが好ましい。

ここで、 カーボンナノチューブとは、 直径が約数ナノメートル以下、 代表的に は 1 . 2〜 1 . 7ナノメートル程度のチューブ状炭素質であり、 単層のチューブ からなるシングルウォール力一ポンナノチューブ （ S W C N T ) と、 2つ以上の 層が同心円的に重なっているマルチウォール力一ボンナノチューブ （MW C N T ) の 2種類が知られている。 その長さは、 特に限定されないが、 代表的には、 数マイクロメ一トル程度である。 また、 力一ボンナノファイバ一とは、 カーポン ナノチューブのうちその直径が特に大きいものを言い、 代表的には、 その直径は 数ナノメートル以上、 巨大なものでは 1マイクロメ一トルに達する。 以下の説明 において、 「カーボンナノチューブ」 とは、 カーポンナノファイバーを含むもの とする。 力一ポンナノチューブは、 グラフアイ トのロヅ ドを用いたアーク放電法によつ て生成することができる。

フィル夕としては、 分散液を濾過し、 これに混入された力一ボンナノチューブ 及び針状黒鉛を採集可能であればよく、 ガラス繊維からなるフィルタを用いるこ とが好ましい。 また、 分散液としては、 水、 メタノール ' ェ夕ノ一ル等のアルコ —ル類及びトルエンの混合液に、 微量の水酸化ナト リゥムを添加した混合液を用 いればよい。 ここで、 水酸化ナト リウムは、 力一ボンナノチューブ及び針状黒鉛 の凝集を防止する役割を果たす。

次に、 フィルタを用いて、 分散液を濾過する。 これにより、 フィル夕の表面に はカーボンナノチューブ及び針状黒鉛の混合体が堆積する。. このとき、 カーボン ナノチューブ及び針状黒鉛はいずれも繊維質であることから、 フィルタの表面に おいて多数の力一ボンナノチューブ及び針状黒鉛同士が互いに絡み合い、 一体化 してシート状となる。 このとき、 後の工程にて行う触媒 3 1の形成を効果的に行 うためには、 シード自体の機械的強度が不足しない限りにおいて、 当該シートを できるだけ薄く形成することが望ましい。

次に、 フィル夕の表面に形成されたシート状のカーボンナノチューブ及び針状 黒鉛の集合体をフィル夕の表面から剥がし、 これをスパッタリング用のチャンバ

—内に導入する。

次に、 スパッタリング用のチャンバ一内において、 シート状のカーボンナノチ ュ一ブ集合体に対し、 スパッタ リング法により触媒 3 1 を成膜する。 触媒の種類 としては、 白金、 白金合金、 パラジウム、 マグネシウム、 チタン、 マンガン、 ラ ンタン、 バナジウム、 ジルコニウム、 ニッケル一ランタン合金、 チタン一鉄合金、 イ リジウム、 ロジウム、 金などがあるが、 好ましいのは、 白金及び白金合金であ る。 このとき、 スパッタ リング法によれば、 シート状の力一ボンナノチューブ集 合体のうち、 夕一ゲッ 卜に対して露出している部分にのみ触媒 3 1が形成される。 すなわち、 陰となっている部分には実質的に触媒 3 1は形成されない。 ここでは、 スパッタ リングにおいてターゲッ トに向いている面をシートの 「表面」 と定義し、 逆の面を 「裏面」 と定義する。

次に、 かかるシートに、 プロ トン伝導体部 3に用いられる材料と同じプロ トン 伝導材料を塗布する。 例えば、 プロ トン伝導体部 3の材料として、 フラーレンに プロトン解離性の基である一 O H基が導入された材料 （フラレノール） を用いた 場合、 かかるシートにフラレノールを塗布する。

これにより、 酸素電極 1及び水素電極 2が完成する。

次に、 このようにして完成した酸素電極 1及び水素電極 2の裏面にてプロトン 伝導体部 3を挟持し、 酸素電極 1側には、 空気 1 0の導入口 1 1、 流路 1 2及び 排出口 1 3を設け、 水素電極 2側には、 水素 1 5の導入口 1 6、 流路 1 7及び排 出口 1 8を設けることによって、 本実施態様による燃料電池が完成する。

本発明にかかる方法によれば、 シ一卜の表面から触媒 3 1をスパッ夕リングし ているため、 .シートの裏面には実質的に触媒 3 1が形成されない。 このため、 か かるシ一卜を酸素電極 1及び水素電極 2とし、 その裏面にてプロトン伝導体部 3 を挟持して燃料電池を構成すれば、 酸素電極 1及び水素電極 2を構成する繊維状 カーボン 3 0のうち、 プロトン伝導体部 3によって覆われる部分における触媒 3 1の量を低減することが可能となる。 これにより、 触媒 3 1の利用効率が非常に 高くなるため、 触媒 3 1の使用量に対して、 燃料電池のエネルギー生成効率を高 めることが可能となる。

次に、 本発明の好ましいさらに他の実施態様について説明する。

図 3は、 本発明の好ましいさらに他の実施態様にかかる空気電池の概略的構成 を示す図面である。

図 3に示されるように、 本実施態様にかかる空気電池 （空気一亜鉛電池） は、 空気極 2 1と、 負極 2 2と、 空気極 2 1及び負極 2 2に挟持された電解質 2 3と を備えている。 空気極 2 1は、 繊維状力一ボンの集合体からなる電極基体とその 表面に形成された触媒層によって構成されており、 負極 2 2は、 厚さ 1 0 0マイ クロメートルの亜鉛板によって構成されている。 また、 空気極 2 1の電極基体か らは正極リード 2 4が導出され、 負極 2 2からは負極リード 2 5が導出されてお り、 これら正極リード 2 4及び負極リード 2 5は、 図示しない負荷に接続される < 空気極 2 1、 負極 2 2及びこれらに挟持された電解質 2 3は、 厚さ 3ミ リメ一ト ルのテフ口ン板 2 6 a及び 2 6 bによって挟持されており、 これらテフ口ン板 2 6 a及び 2 6 bは、 ボルト 2 7 a及び 2 7 bによって固定されている。 さらに、 テフロン板 2 6 bには、 空気極 2 1に空気を供給するための複数の空気孔 2 8が 形成されている。 空気孔 2 8の直径は、 1. 5ミ リメートルである。

このような構成からなる空気電池は、 次の方法で作製することができる。 まず、 上述各実施態様による方法により、 繊維状カーボンの集合体の表面に触 媒層を形成することによって空気極 2 1を作製する。 この空気極 2 1の裏面に、 電解質 2 3として塩化亜鉛の水溶液をゲル化させたものを厚み約 50マイクロメ —トルに塗布し、 さらに、 負極 2 2を接合する。 そして、 この接合体の両面をテ フロン板 2 6 a及び 2 6 bでしつかり挟み込んで、 ポルト 27 a及び 2 7 bによ り固定する。 これにより空気電池が完成する。

このようにして製造された空気電池は、 空気極 2 1においては式 （ 1 ) に示さ れる反応が進行し、 負極 2 2においては式 （2 ) に示される反応が進行する。

0₂+ 2 H₂〇 + 4 e- → 40Η_ · · · ( 1 )

Z n+ 20H → Z n (OH) ₂+ 2 e- · · · ( 2 ) したがって、 全体としては式 （3) に示される反応が進行することになり、 所 定の起電力を得ることができる。

1/ 20₂+Z n + H₂0 → Z n (OH) ₂ · · · (3) 本実施態様にかかる空気電池においても、 空気極 2 1を構成する繊維状カーボ ンのうち、 その表面が電解質 2 3によって覆われている部分については、 触媒の 形成量が露出している部分よりも少ないことから、 触媒の利用効率が非常に高く なる。 このため、 本実施態様にかかる空気電池のエネルギー効率を高めることが 可能となる。

本発明は、 以上の実施態様に限定されることなく、 本発明の要旨を変更しない 範囲で種々の変更が可能であり、 それらも本発明に包含されるものである。 例えば、 上述した実施態様においては、 シート状の繊維状力一ボン集合体の表 面に触媒を形成する方法としてスパッ夕 リング法を用いているが、 繊維状カーボ ンの表面に触媒を形成する方法としてはスパッ夕 リング法に限定されず、 他の方 法、 例えば、 真空蒸着法やパルスレーザデポジション法等の他の気相成膜法を用 いても良い。

また、 上述の実施態様においては、 触媒を形成した繊維状カーボン集合体から なるシートをそのまま酸素電極 1及び水素電極 2としているが、 当該シートの表 面に力一ポンシ一トを貼設し、 これによつて酸素電極 1及び水素電極 2を構成し ても構わない。 繊維状カーボン集合体からなるシートは、 上述の通り、 薄く形成 することが好ましいため、 その物理的強度が不足するおそれがあるが、 シートの 表面にカーボンシートを貼設すれば、 強度を高めることが可能となる。 さらに、 繊維状力一ボン集合体からなるシートの表面に、 触媒 3 1をスパヅタ リングした 後、 繊維状カーポン 30が含まれた分散液を用いた濾過を引き続き行うことによ り、 当該シートの表面にさらに繊維状カーボン集合体を集積させて酸素電極 1及 び水素電極 2としてもよい。

さらに、 作製された燃料電池の燃料ガスとして、 水素ガスを使用しているが、 燃料ガスとしては水素ガスに限定されず、 他の燃料ガス、 例えばメタノールを気 化させたガスを用いても良い。 この場合、 メタノールを気化させたガスが供給さ れる負極においては、 式 （4) に示される反応が進行し、 空気が供給される酸素 電極 1 (正極） においては式 （5) に示される反応が進行する。

CH₃OH + H₂0 → C0₂+ 6 H + + 6 e- · · · ( 4 ) 6 H ⁺ + 3/20₂+ 6 e - → 3 H₂0 · . · ( 5) したがって、 全体としては式 （6) に示される反応が進行することになり、 所 定の起電力を得ることができる。

CH₃OH + 3/2 O 2 → C 0₂+ 2 H2O . . . (6) 但し、 燃料ガスとしてメタノールを気化させたガスを用いた場合、 水の他に二 酸化炭素が生成される。 産業上の利用可能性 以上説明したように、 本発明によれば、 ガス拡散電極が複数の繊維状カーボン の集合によって構成され、 繊維状力一ボンのうち電解質膜によって覆われている 部分については、 触媒の形成量が露出している部分よりも少ないことから、 触媒 の利用効率が非常に高く、 これにより、 電気化学デバイスのエネルギー効率を高 めることが可能となる。

Claims

請求の範囲

1 . 表面の少なく とも一部に触媒が形成された炭素質材料からなるガス拡散電極 と、

前記ガス拡散電極の一方の面に接して設けられた電解質膜とを備え、

前記炭素質材料のうち前記電解質膜と接する部分に形成されている触媒の量が、 前記電解質膜側において前記電解質膜側とは反対側よりも少ないことを特徴とす る電気化学デバイス。

2 . 前記電気化学デバイスが、 燃料電池であることを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の電気化学デバイス。

3 . 前記電気化学デバイスが、 空気電池であることを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の電気化学デバイス。

4 . 前記炭素質材料が、 複数の繊維状力一ボンの集合体からなることを特徴とす る請求の範囲第 1項記載の電気化学デバイス。

5 . 前記繊維状力一ボンが、 少なく とも針状黒鉛を含むことを特徴とする請求の 範囲第 1項記載の電気化学デバイス。

6 . 前記繊維状カーボンが、 少なく ともカーボンナノチューブを含むことを特徴 とする請求の範囲第 4項記載の電気化学デバイス。

7 . 前記触媒が、 白金、 白金合金、 パラジウム、 マグネシウム、 チタン、 マンガ ン、 ランタン、 バナジウム、 ジルコニウム、 ニッケル一ランタン合金、 チタン一 鉄合金、 イ リジウム、 ロジウム及び金からなる群より選ばれた 1の材料からなる ことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の電気化学デバイス。

8 . 電気化学デバイスの製造方法において、

炭素質材料からなるシートを成形するシート成形工程と、

前記シートの一方の面から気相成膜法によつて触媒層を形成する触媒形成工程 と、

前記シートの他方の面に電解質膜を貼設する貼設工程と

を備える電気化学デバイスの製造方法。

9 . 前記炭素質材料が、 繊維状カーボンからなることを特徴とする請求の範囲第 8項記載の電気化学デバイスの製造方法。

1 0 . 前記繊維状力一ボンが、 少なく とも針状黒鉛を含むことを特徴とする請求 の範囲第 9項記載の電気化学デバイスの製造方法。

1 1 . 前記繊維状カーボンが、 少なく とも力一ボンナノチューブを含むことを特 徴とする請求の範囲第 9項記載の電気化学デバイスの製造方法。

1 2 . 前記シート成形工程が、 前記繊維状カーボンを分散液中に導入し、 これを 濾過するものであることを特徴とする請求の範囲第 9項記載の電気化学デバイス の製造方法。

1 3 . 前記気相成膜法が、 スパッタ リング法であることを特徴とする請求の範囲 第 8項記載の電気化学デバイスの製造方法。

1 4 . 前記気相成膜法が、 真空蒸着法であることを特徴とする請求の範囲第 8項 記載の電気化学デバイスの製造方法。

1 5 . 前記気相成膜法が、 パルスレーザデポジション法であることを特徴とする 請求の範囲第 8項記載の電気化学デバイスの製造方法。

1 6 . 前記触媒形成工程の後、 前記シートの前記一方の面に炭素質材料を形成す る工程をさらに備えることを特徴とする請求の範囲第 8項記載の電気化学デバイ スの製造方法。