JP2002298867A - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】廉価で、高分子電解質膜と電極との間で良好な
密着性が得られ、抵抗化過電圧の増大を抑制できる固体
高分子型燃料電池を提供する。 【解決手段】一対の電極２，３に挟持された高分子電解
質膜１を備え、各電極２，３は高分子電解質膜１に対向
する面に触媒と触媒担体とがイオン導伝性高分子バイン
ダーにより一体化された触媒層５を備える。１１０℃に
おける動的粘弾性係数が１×１０9〜１×１０10Ｐａの
範囲にある高分子電解質膜１と、１１０℃における動的
粘弾性係数が高分子電解質膜１より小さいイオン導伝性
高分子バインダーを用いて形成された触媒層５とを備え
る。高分子電解質膜１と、電極２，３の触媒層５との間
に、１１０℃における動的粘弾性係数が高分子電解質膜
１より小さく触媒層５の該イオン導伝性高分子バインダ
ーより大きいイオン導伝性材料からなる緩衝層６を備え
る。
密着性が得られ、抵抗化過電圧の増大を抑制できる固体
高分子型燃料電池を提供する。 【解決手段】一対の電極２，３に挟持された高分子電解
質膜１を備え、各電極２，３は高分子電解質膜１に対向
する面に触媒と触媒担体とがイオン導伝性高分子バイン
ダーにより一体化された触媒層５を備える。１１０℃に
おける動的粘弾性係数が１×１０9〜１×１０10Ｐａの
範囲にある高分子電解質膜１と、１１０℃における動的
粘弾性係数が高分子電解質膜１より小さいイオン導伝性
高分子バインダーを用いて形成された触媒層５とを備え
る。高分子電解質膜１と、電極２，３の触媒層５との間
に、１１０℃における動的粘弾性係数が高分子電解質膜
１より小さく触媒層５の該イオン導伝性高分子バインダ
ーより大きいイオン導伝性材料からなる緩衝層６を備え
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高分子電解質膜を
備える固体高分子型燃料電池に関するものである。
備える固体高分子型燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】石油資源が枯渇化する一方、化石燃料の
消費による地球温暖化等の環境問題が深刻化しており、
二酸化炭素の発生を伴わないクリーンな電動機用電力源
として燃料電池が注目され、広範に開発されていると共
に、一部では実用化され始めている。前記燃料電池を自
動車等に搭載する場合には、高電圧と大電流とが得やす
いことから、高分子電解質膜を用いる固体高分子型燃料
電池が好適に用いられる。
消費による地球温暖化等の環境問題が深刻化しており、
二酸化炭素の発生を伴わないクリーンな電動機用電力源
として燃料電池が注目され、広範に開発されていると共
に、一部では実用化され始めている。前記燃料電池を自
動車等に搭載する場合には、高電圧と大電流とが得やす
いことから、高分子電解質膜を用いる固体高分子型燃料
電池が好適に用いられる。
【０００３】前記固体高分子型燃料電池は、燃料極と酸
素極との一対の電極の間にイオン導伝可能な高分子電解
質膜を挟持させた構成となっており、燃料極と酸素極と
はそれぞれ拡散層と触媒層を備え、前記触媒層で前記高
分子電解質膜に接している。また、前記触媒層は、Ｐｔ
等の触媒が触媒担体に担持されている触媒粒子を備え、
該触媒粒子がイオン導伝性高分子バインダーにより一体
化されることにより形成されている。
素極との一対の電極の間にイオン導伝可能な高分子電解
質膜を挟持させた構成となっており、燃料極と酸素極と
はそれぞれ拡散層と触媒層を備え、前記触媒層で前記高
分子電解質膜に接している。また、前記触媒層は、Ｐｔ
等の触媒が触媒担体に担持されている触媒粒子を備え、
該触媒粒子がイオン導伝性高分子バインダーにより一体
化されることにより形成されている。
【０００４】前記固体高分子型燃料電池では、前記燃料
極に水素、メタノール等の還元性ガスを導入すると、前
記還元性ガスが前記拡散層を介して前記触媒層に達し、
前記触媒の作用によりプロトンを生成する。前記プロト
ンは、前記触媒層から前記高分子電解質膜を介して、前
記酸素極側の触媒層に移動する。
極に水素、メタノール等の還元性ガスを導入すると、前
記還元性ガスが前記拡散層を介して前記触媒層に達し、
前記触媒の作用によりプロトンを生成する。前記プロト
ンは、前記触媒層から前記高分子電解質膜を介して、前
記酸素極側の触媒層に移動する。
【０００５】一方、前記燃料極に前記還元性ガスを導入
すると共に、前記酸素極に空気、酸素等の酸化性ガスを
導入すると、前記プロトンが前記酸素極側の触媒層で、
前記触媒の作用により前記酸化性ガスと反応して水を生
成する。そこで、前記燃料極と酸素極とを導線により接
続することにより電流を取り出すことができる。
すると共に、前記酸素極に空気、酸素等の酸化性ガスを
導入すると、前記プロトンが前記酸素極側の触媒層で、
前記触媒の作用により前記酸化性ガスと反応して水を生
成する。そこで、前記燃料極と酸素極とを導線により接
続することにより電流を取り出すことができる。
【０００６】従来、前記固体高分子型燃料電池では、前
記高分子電解質膜、前記触媒層のイオン導伝性高分子バ
インダーとしてパーフルオロアルキレンスルホン酸高分
子化合物（例えば、デュポン社製ナフィオン（商品
名））が広く利用されている。前記パーフルオロアルキ
レンスルホン酸高分子化合物は、スルホン化されている
ことにより優れたプロトン導伝性を備えると共に、フッ
素樹脂としての耐薬品性とを併せ備えているが、非常に
高価であるとの問題がある。
記高分子電解質膜、前記触媒層のイオン導伝性高分子バ
インダーとしてパーフルオロアルキレンスルホン酸高分
子化合物（例えば、デュポン社製ナフィオン（商品
名））が広く利用されている。前記パーフルオロアルキ
レンスルホン酸高分子化合物は、スルホン化されている
ことにより優れたプロトン導伝性を備えると共に、フッ
素樹脂としての耐薬品性とを併せ備えているが、非常に
高価であるとの問題がある。
【０００７】そこで、廉価な高分子電解質膜として、近
年、分子構造にフッ素を含まないか、あるいはフッ素含
有量を低減したものが提案されている。例えば、米国特
許第５４０３６７５号明細書には、スルホン化された剛
直ポリフェニレンからなる高分子電解質膜が提案されて
いる。前記明細書記載のスルホン化された剛直ポリフェ
ニレンは、フェニレン連鎖を備える芳香族化合物を重合
して得られるポリマーをスルホン化剤と反応させること
により、該ポリマーにスルホン酸基を導入したものであ
る。
年、分子構造にフッ素を含まないか、あるいはフッ素含
有量を低減したものが提案されている。例えば、米国特
許第５４０３６７５号明細書には、スルホン化された剛
直ポリフェニレンからなる高分子電解質膜が提案されて
いる。前記明細書記載のスルホン化された剛直ポリフェ
ニレンは、フェニレン連鎖を備える芳香族化合物を重合
して得られるポリマーをスルホン化剤と反応させること
により、該ポリマーにスルホン酸基を導入したものであ
る。
【０００８】しかしながら、前記スルホン化された剛直
ポリフェニレンは、前記パーフルオロアルキレンスルホ
ン酸高分子化合物に比較して、硬さの指標となる動的粘
弾性係数が大きく硬いために、前記スルホン化された剛
直ポリフェニレンからなる高分子電解質膜を、前記イオ
ン導伝性高分子バインダーとして前記パーフルオロアル
キレンスルホン酸高分子化合物を用いた触媒層と積層し
ようとすると、該高分子電解質膜と、前記燃料極、酸素
極との間で十分な密着性が得られにくく、該高分子電解
質膜と触媒層との界面でプロトンの授受が阻害されるた
めに、抵抗化過電圧が大きくなるとの不都合がある。
ポリフェニレンは、前記パーフルオロアルキレンスルホ
ン酸高分子化合物に比較して、硬さの指標となる動的粘
弾性係数が大きく硬いために、前記スルホン化された剛
直ポリフェニレンからなる高分子電解質膜を、前記イオ
ン導伝性高分子バインダーとして前記パーフルオロアル
キレンスルホン酸高分子化合物を用いた触媒層と積層し
ようとすると、該高分子電解質膜と、前記燃料極、酸素
極との間で十分な密着性が得られにくく、該高分子電解
質膜と触媒層との界面でプロトンの授受が阻害されるた
めに、抵抗化過電圧が大きくなるとの不都合がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、動的粘弾性係数が大きな高分子電解質膜
と、動的粘弾性係数が小さなイオン導伝性高分子バイン
ダーを用いて形成された触媒層を備える電極との間で良
好な密着性を得ることができ、抵抗化過電圧の増大を抑
制することができる廉価な固体高分子型燃料電池を提供
することを目的とする。
合を解消して、動的粘弾性係数が大きな高分子電解質膜
と、動的粘弾性係数が小さなイオン導伝性高分子バイン
ダーを用いて形成された触媒層を備える電極との間で良
好な密着性を得ることができ、抵抗化過電圧の増大を抑
制することができる廉価な固体高分子型燃料電池を提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の固体高分子型燃料電池は、一対の電極
と、両電極に挟持された高分子電解質膜とを備え、各電
極は該高分子電解質膜に対向する面に触媒が触媒担体に
担持されている触媒粒子がイオン導伝性高分子バインダ
ーにより一体化された触媒層を備える固体高分子型燃料
電池において、１１０℃における動的粘弾性係数が１×
１０9〜１×１０11Ｐａの範囲にある高分子電解質膜
と、１１０℃における動的粘弾性係数が該高分子電解質
膜より小さいイオン導伝性高分子バインダーを用いて形
成された触媒層とを備えると共に、該高分子電解質膜と
少なくとも一方の電極の触媒層との間に、１１０℃にお
ける動的粘弾性係数が該高分子電解質膜より小さく該触
媒層の該イオン導伝性高分子バインダーより大きいイオ
ン導伝性材料からなる緩衝層を備えることを特徴とす
る。
めに、本発明の固体高分子型燃料電池は、一対の電極
と、両電極に挟持された高分子電解質膜とを備え、各電
極は該高分子電解質膜に対向する面に触媒が触媒担体に
担持されている触媒粒子がイオン導伝性高分子バインダ
ーにより一体化された触媒層を備える固体高分子型燃料
電池において、１１０℃における動的粘弾性係数が１×
１０9〜１×１０11Ｐａの範囲にある高分子電解質膜
と、１１０℃における動的粘弾性係数が該高分子電解質
膜より小さいイオン導伝性高分子バインダーを用いて形
成された触媒層とを備えると共に、該高分子電解質膜と
少なくとも一方の電極の触媒層との間に、１１０℃にお
ける動的粘弾性係数が該高分子電解質膜より小さく該触
媒層の該イオン導伝性高分子バインダーより大きいイオ
ン導伝性材料からなる緩衝層を備えることを特徴とす
る。
【００１１】本発明は、前記高分子電解質膜として用い
られるイオン導伝性材料が、前記触媒層を形成するイオ
ン導伝性高分子バインダーを膜状としたときの１１０℃
における動的粘弾性係数よりも２桁程度大きい前記動的
粘弾性係数を備えているときに有用である。そこで、本
発明の前記高分子電解質膜には、１１０℃における動的
粘弾性係数が１×１０9〜１×１０11Ｐａの範囲にある
イオン導伝性材料が用いられる。前記高分子電解質膜に
用いるイオン導伝性材料として、例えば、式（１）で示
される芳香族化合物単位３０〜９５モル％と、式（２）
で示される芳香族化合物単位７０〜５モル％とからなる
共重合体の側鎖にスルホン酸基を有するスルホン化ポリ
アリーレン重合体を挙げることができる。
られるイオン導伝性材料が、前記触媒層を形成するイオ
ン導伝性高分子バインダーを膜状としたときの１１０℃
における動的粘弾性係数よりも２桁程度大きい前記動的
粘弾性係数を備えているときに有用である。そこで、本
発明の前記高分子電解質膜には、１１０℃における動的
粘弾性係数が１×１０9〜１×１０11Ｐａの範囲にある
イオン導伝性材料が用いられる。前記高分子電解質膜に
用いるイオン導伝性材料として、例えば、式（１）で示
される芳香族化合物単位３０〜９５モル％と、式（２）
で示される芳香族化合物単位７０〜５モル％とからなる
共重合体の側鎖にスルホン酸基を有するスルホン化ポリ
アリーレン重合体を挙げることができる。
【００１２】
【化５】
【００１３】
【化６】
【００１４】ここで、前記スルホン酸基は、電子吸引性
基に隣接する芳香環には導入されず、電子吸引性基に隣
接していない芳香環にのみ導入される。従って、前記ス
ルホン化ポリアリーレン重合体では、式（１）で示され
る芳香族化合物単位のＡｒで示される芳香環にのみ、前
記スルホン酸基が導入されることとなり、式（１）で示
される芳香族化合物単位と式（２）で示される芳香族化
合物単位とのモル比を変えることにより、導入されるス
ルホン酸基の量、換言すればイオン交換容量を変えるこ
とができる。
基に隣接する芳香環には導入されず、電子吸引性基に隣
接していない芳香環にのみ導入される。従って、前記ス
ルホン化ポリアリーレン重合体では、式（１）で示され
る芳香族化合物単位のＡｒで示される芳香環にのみ、前
記スルホン酸基が導入されることとなり、式（１）で示
される芳香族化合物単位と式（２）で示される芳香族化
合物単位とのモル比を変えることにより、導入されるス
ルホン酸基の量、換言すればイオン交換容量を変えるこ
とができる。
【００１５】尚、式（１）で示される芳香族化合物単位
の芳香環の全てにスルホン酸基が導入されている必要は
なく、スルホン化の条件により、式（１）で示される芳
香環の一部分にはスルホン酸基を導入せずに用いてもよ
い。
の芳香環の全てにスルホン酸基が導入されている必要は
なく、スルホン化の条件により、式（１）で示される芳
香環の一部分にはスルホン酸基を導入せずに用いてもよ
い。
【００１６】そこで、前記スルホン化ポリアリーレン重
合体は、式（１）で示される芳香族化合物単位が３０モ
ル％未満で、式（２）で示される芳香族化合物単位が７
０モル％を超えると、前記高分子電解質膜として必要と
されるイオン交換容量が得られない。また、式（１）で
示される芳香族化合物単位が９５モル％を超え、式
（２）で示される芳香族化合物単位が５モル％未満にな
ると、導入されるスルホン酸基の量が増加して分子構造
が弱くなる。
合体は、式（１）で示される芳香族化合物単位が３０モ
ル％未満で、式（２）で示される芳香族化合物単位が７
０モル％を超えると、前記高分子電解質膜として必要と
されるイオン交換容量が得られない。また、式（１）で
示される芳香族化合物単位が９５モル％を超え、式
（２）で示される芳香族化合物単位が５モル％未満にな
ると、導入されるスルホン酸基の量が増加して分子構造
が弱くなる。
【００１７】また、前記スルホン化ポリアリーレン重合
体は、分子構造にフッ素を全く含まないか、あるいは前
記電子吸引性基としてフッ素を含むだけであるので安価
であり、固体高分子型燃料電池のコストを低減すること
ができる。
体は、分子構造にフッ素を全く含まないか、あるいは前
記電子吸引性基としてフッ素を含むだけであるので安価
であり、固体高分子型燃料電池のコストを低減すること
ができる。
【００１８】尚、前記スルホン化ポリアリーレン重合体
に代えて、ポリエーテルエーテルケトン重合体を用いて
もよい。
に代えて、ポリエーテルエーテルケトン重合体を用いて
もよい。
【００１９】そして、本発明の固体高分子型燃料電池で
は、前記高分子電解質膜と、少なくとも一方の電極の触
媒層との間に、１１０℃における動的粘弾性係数が、該
高分子電解質膜と、該触媒層を形成するイオン導伝性高
分子バインダーとの中間にあるイオン導伝性材料を緩衝
層として介在させる。このようにすると、前記緩衝層
が、一方の面では前記高分子電解質膜と密着すると共
に、他方の面では前記イオン導伝性高分子バインダーを
用いて形成された前記触媒層と密着する。従って、前記
高分子電解質膜と、前記電極とを前記緩衝層を介して密
着させることができる。
は、前記高分子電解質膜と、少なくとも一方の電極の触
媒層との間に、１１０℃における動的粘弾性係数が、該
高分子電解質膜と、該触媒層を形成するイオン導伝性高
分子バインダーとの中間にあるイオン導伝性材料を緩衝
層として介在させる。このようにすると、前記緩衝層
が、一方の面では前記高分子電解質膜と密着すると共
に、他方の面では前記イオン導伝性高分子バインダーを
用いて形成された前記触媒層と密着する。従って、前記
高分子電解質膜と、前記電極とを前記緩衝層を介して密
着させることができる。
【００２０】前記緩衝層を構成するイオン導伝性材料と
しては、例えば、前記式（１）で示される芳香族化合物
単位５０〜７０モル％と、前記式（２）で示される芳香
族化合物単位５０〜３０モル％とからなる共重合体の側
鎖にスルホン酸基を有するスルホン化ポリアリーレン重
合体を挙げることができる。
しては、例えば、前記式（１）で示される芳香族化合物
単位５０〜７０モル％と、前記式（２）で示される芳香
族化合物単位５０〜３０モル％とからなる共重合体の側
鎖にスルホン酸基を有するスルホン化ポリアリーレン重
合体を挙げることができる。
【００２１】前記スルホン化ポリアリーレン重合体は、
式（１）で示される芳香族化合物単位が３０モル％未満
で、式（２）で示される芳香族化合物単位が７０モル％
を超えると、前記イオン導伝性材料として必要とされる
イオン交換容量が得られない。また、式（１）で示され
る芳香族化合物単位が９５モル％を超え、式（２）で示
される芳香族化合物単位が５モル％未満になると、前述
のように導入されるスルホン酸基の量が増加して分子構
造が弱くなる。
式（１）で示される芳香族化合物単位が３０モル％未満
で、式（２）で示される芳香族化合物単位が７０モル％
を超えると、前記イオン導伝性材料として必要とされる
イオン交換容量が得られない。また、式（１）で示され
る芳香族化合物単位が９５モル％を超え、式（２）で示
される芳香族化合物単位が５モル％未満になると、前述
のように導入されるスルホン酸基の量が増加して分子構
造が弱くなる。
【００２２】また、前記緩衝層を構成するイオン導伝性
材料は、前記触媒層に対して良好な密着性を得るため
に、１１０℃における動的粘弾性係数が前記高分子電解
質膜の１／２〜１／１０００の範囲にあることが好まし
い。
材料は、前記触媒層に対して良好な密着性を得るため
に、１１０℃における動的粘弾性係数が前記高分子電解
質膜の１／２〜１／１０００の範囲にあることが好まし
い。
【００２３】
【発明の実施の形態】次に、添付の図面を参照しながら
本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図
１は本実施形態の固体高分子型燃料電池の構成を示す説
明的断面図、図２は図１示の固体高分子型燃料電池のＱ
値を測定する装置の説明図、図３は図２の装置によるＱ
値の測定例を示すグラフ、図４は高分子電解質膜の１１
０℃における動的粘弾性係数に対する緩衝層の１１０℃
における動的粘弾性係数の比とＱ値との関係を示すグラ
フである。
本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図
１は本実施形態の固体高分子型燃料電池の構成を示す説
明的断面図、図２は図１示の固体高分子型燃料電池のＱ
値を測定する装置の説明図、図３は図２の装置によるＱ
値の測定例を示すグラフ、図４は高分子電解質膜の１１
０℃における動的粘弾性係数に対する緩衝層の１１０℃
における動的粘弾性係数の比とＱ値との関係を示すグラ
フである。
【００２４】本実施形態の固体高分子型燃料電池は、図
１示のように、高分子電解質膜１が酸素極２と燃料極３
との間に挟持されており、酸素極２と燃料極３とは、い
ずれも拡散層４と、拡散層４上に形成された触媒層５と
を備え、触媒層５と高分子電解質膜３との間に緩衝層６
を備えている。
１示のように、高分子電解質膜１が酸素極２と燃料極３
との間に挟持されており、酸素極２と燃料極３とは、い
ずれも拡散層４と、拡散層４上に形成された触媒層５と
を備え、触媒層５と高分子電解質膜３との間に緩衝層６
を備えている。
【００２５】各拡散層４は外面側に密着するセパレータ
７を備えている。また、セパレータ７は、酸素極２では
空気等の酸素含有気体が流通される酸素通路２ａを、燃
料極３では水素等の燃料ガスが流通される燃料通路３ａ
を、拡散層４側に備えている。
７を備えている。また、セパレータ７は、酸素極２では
空気等の酸素含有気体が流通される酸素通路２ａを、燃
料極３では水素等の燃料ガスが流通される燃料通路３ａ
を、拡散層４側に備えている。
【００２６】前記固体高分子型燃料電池において、高分
子電解質膜１としては、例えば、式（１）で示される芳
香族化合物単位３０〜９５モル％と、式（２）で示され
る芳香族化合物単位７０〜５モル％とからなるポリアリ
ーレン重合体を濃硫酸と反応させることによりスルホン
化し、側鎖にスルホン酸基を導入したスルホン化ポリア
リーレン重合体を用いる。前記スルホン化ポリアリーレ
ン重合体は、１１０℃における動的粘弾性係数が１×１
０9〜１×１０11Ｐａの範囲にある。
子電解質膜１としては、例えば、式（１）で示される芳
香族化合物単位３０〜９５モル％と、式（２）で示され
る芳香族化合物単位７０〜５モル％とからなるポリアリ
ーレン重合体を濃硫酸と反応させることによりスルホン
化し、側鎖にスルホン酸基を導入したスルホン化ポリア
リーレン重合体を用いる。前記スルホン化ポリアリーレ
ン重合体は、１１０℃における動的粘弾性係数が１×１
０9〜１×１０11Ｐａの範囲にある。
【００２７】
【化７】
【００２８】
【化８】
【００２９】前記式（１）に対応するモノマーとして、
例えば、２，５−ジクロロ−４’−フェノキシベンゾフ
ェノン等を挙げることができる。また、前記式（２）に
対応するモノマーとして、例えば、４，４’−ジクロロ
ベンゾフェノン、４，４’−ビス（４−クロロベンゾイ
ル）ジフェニルエーテル等を挙げることができる。
例えば、２，５−ジクロロ−４’−フェノキシベンゾフ
ェノン等を挙げることができる。また、前記式（２）に
対応するモノマーとして、例えば、４，４’−ジクロロ
ベンゾフェノン、４，４’−ビス（４−クロロベンゾイ
ル）ジフェニルエーテル等を挙げることができる。
【００３０】前記スルホン化ポリアリーレン重合体は、
Ｎ−メチルピロリドン等の溶媒に溶解し、キャスト法に
より所望の乾燥膜厚に製膜することにより、高分子電解
質膜１とされる。
Ｎ−メチルピロリドン等の溶媒に溶解し、キャスト法に
より所望の乾燥膜厚に製膜することにより、高分子電解
質膜１とされる。
【００３１】前記固体高分子型燃料電池において、酸素
極２、燃料極３の拡散層４はカーボンペーパーと下地層
とからなり、例えばカーボンブラックとポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）とを所定の重量比で混合し、
エチレングリコール等の有機溶媒に均一に分散したスラ
リーを、該カーボンペーパーの片面に塗布、乾燥させて
該下地層とすることにより形成される。
極２、燃料極３の拡散層４はカーボンペーパーと下地層
とからなり、例えばカーボンブラックとポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）とを所定の重量比で混合し、
エチレングリコール等の有機溶媒に均一に分散したスラ
リーを、該カーボンペーパーの片面に塗布、乾燥させて
該下地層とすることにより形成される。
【００３２】また、触媒層５は、例えばカーボンブラッ
ク（ファーネスブラック）に白金を所定の重量比で担持
させた触媒粒子を、パーフルオロアルキレンスルホン酸
高分子化合物等をイソプロパノール、ｎ−プロパノール
等の溶媒に溶解してなるイオン導伝性高分子バインダー
と所定の重量比で均一に混合した触媒ペーストを、所定
の白金量となるように下地層８上にスクリーン印刷し、
乾燥することにより形成される。前記乾燥は、例えば、
６０℃で１０分間行ったのち、１２０℃で減圧乾燥する
ことにより行う。前記パーフルオロアルキレンスルホン
酸高分子化合物は、１１０℃における動的粘弾性係数が
６．５×１０7Ｐａ程度である。
ク（ファーネスブラック）に白金を所定の重量比で担持
させた触媒粒子を、パーフルオロアルキレンスルホン酸
高分子化合物等をイソプロパノール、ｎ−プロパノール
等の溶媒に溶解してなるイオン導伝性高分子バインダー
と所定の重量比で均一に混合した触媒ペーストを、所定
の白金量となるように下地層８上にスクリーン印刷し、
乾燥することにより形成される。前記乾燥は、例えば、
６０℃で１０分間行ったのち、１２０℃で減圧乾燥する
ことにより行う。前記パーフルオロアルキレンスルホン
酸高分子化合物は、１１０℃における動的粘弾性係数が
６．５×１０7Ｐａ程度である。
【００３３】また、緩衝層６は、例えば、前記式（１）
で示される芳香族化合物単位５０〜７０モル％と、式
（２）で示される芳香族化合物単位５０〜３０モル％と
からなるポリアリーレン重合体を濃硫酸と反応させるこ
とによりスルホン化し、側鎖にスルホン酸基を導入した
スルホン化ポリアリーレン重合体を用いて形成される。
前記スルホン化ポリアリーレン重合体は、１１０℃にお
ける動的粘弾性係数が前記高分子電解質膜１と触媒層５
のイオン導伝性高分子バインダーとの中間である、１．
６×１０10〜１．５×１０10Ｐａの範囲にある。
で示される芳香族化合物単位５０〜７０モル％と、式
（２）で示される芳香族化合物単位５０〜３０モル％と
からなるポリアリーレン重合体を濃硫酸と反応させるこ
とによりスルホン化し、側鎖にスルホン酸基を導入した
スルホン化ポリアリーレン重合体を用いて形成される。
前記スルホン化ポリアリーレン重合体は、１１０℃にお
ける動的粘弾性係数が前記高分子電解質膜１と触媒層５
のイオン導伝性高分子バインダーとの中間である、１．
６×１０10〜１．５×１０10Ｐａの範囲にある。
【００３４】前記スルホン化ポリアリーレン重合体は、
Ｎ−メチルピロリドン等の溶媒に溶解し、酸素極２、燃
料極３の触媒層５上にキャストすることにより所望の乾
燥膜厚の緩衝層６とする。
Ｎ−メチルピロリドン等の溶媒に溶解し、酸素極２、燃
料極３の触媒層５上にキャストすることにより所望の乾
燥膜厚の緩衝層６とする。
【００３５】そして、高分子電解質膜１を、酸素極２、
燃料極３の緩衝層６に挟持された状態でホットプレスす
ることにより、前記固体高分子型燃料電池が形成され
る。前記ホットプレスは、例えば、８０℃、５ＭＰａで
２分間の１次プレスの後、１６０℃、４ＭＰａで１分間
の２次プレスを施すことにより行うことができる。
燃料極３の緩衝層６に挟持された状態でホットプレスす
ることにより、前記固体高分子型燃料電池が形成され
る。前記ホットプレスは、例えば、８０℃、５ＭＰａで
２分間の１次プレスの後、１６０℃、４ＭＰａで１分間
の２次プレスを施すことにより行うことができる。
【００３６】次に、実施例及び比較例を示す。
【００３７】
【実施例１】本実施例では、まず、式（３）で示される
スルホン化ポリアリーレン重合体をＮ−メチルピロリド
ンに溶解し、キャスト法により乾燥膜厚５０μｍ、イオ
ン交換容量２．３ｍｅｑ／ｇの高分子電解質膜１を調製
した。
スルホン化ポリアリーレン重合体をＮ−メチルピロリド
ンに溶解し、キャスト法により乾燥膜厚５０μｍ、イオ
ン交換容量２．３ｍｅｑ／ｇの高分子電解質膜１を調製
した。
【００３８】
【化９】
【００３９】次に、カーボンブラックとポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）とをカーボンブラック：ＰＴ
ＦＥ＝４：６の重量比で混合し、エチレングリコールに
均一に分散したスラリーを調製し、該スラリーをカーボ
ンペーパーの片面に塗布、乾燥することにより下地層と
し、カーボンペーパーと下地層とからなる拡散層４を形
成した。
オロエチレン（ＰＴＦＥ）とをカーボンブラック：ＰＴ
ＦＥ＝４：６の重量比で混合し、エチレングリコールに
均一に分散したスラリーを調製し、該スラリーをカーボ
ンペーパーの片面に塗布、乾燥することにより下地層と
し、カーボンペーパーと下地層とからなる拡散層４を形
成した。
【００４０】次に、ファーネスブラックに白金をファー
ネスブラック：白金＝１：１の重量比で担持させた触媒
粒子を、パーフルオロアルキレンスルホン酸高分子化合
物（デュポン社製ナフィオン（商品名））をイソプロパ
ノール・ｎ−プロパノールに溶解してなるイオン導伝性
高分子バインダーと触媒粒子：バインダー＝８：５の重
量比で均一に混合して触媒ペーストを調製した。次に、
前記触媒ペーストを０．５ｍｇ／ｃｍ2の白金量となる
ように下地層８上にスクリーン印刷し、乾燥することに
より触媒層５を形成した。前記乾燥は、６０℃で１０分
間行ったのち、１２０℃で減圧乾燥することにより行っ
た。
ネスブラック：白金＝１：１の重量比で担持させた触媒
粒子を、パーフルオロアルキレンスルホン酸高分子化合
物（デュポン社製ナフィオン（商品名））をイソプロパ
ノール・ｎ−プロパノールに溶解してなるイオン導伝性
高分子バインダーと触媒粒子：バインダー＝８：５の重
量比で均一に混合して触媒ペーストを調製した。次に、
前記触媒ペーストを０．５ｍｇ／ｃｍ2の白金量となる
ように下地層８上にスクリーン印刷し、乾燥することに
より触媒層５を形成した。前記乾燥は、６０℃で１０分
間行ったのち、１２０℃で減圧乾燥することにより行っ
た。
【００４１】次に、式（４）で示されるポリエーテルエ
ーテルケトン重合体をＮ−メチルピロリドンに溶解し、
酸素極２、燃料極３の触媒層５上にキャストすることに
より乾燥膜厚５μｍ、イオン交換容量１．５ｍｅｑ／ｇ
の緩衝層６を形成した。
ーテルケトン重合体をＮ−メチルピロリドンに溶解し、
酸素極２、燃料極３の触媒層５上にキャストすることに
より乾燥膜厚５μｍ、イオン交換容量１．５ｍｅｑ／ｇ
の緩衝層６を形成した。
【００４２】
【化１０】
【００４３】次に、高分子電解質膜１を、酸素極２、燃
料極３の緩衝層６に挟持された状態でホットプレスする
ことにより、図１示の固体高分子型燃料電池を形成し
た。前記ホットプレスは、８０℃、５ＭＰａで２分間の
１次プレスの後、１６０℃、４ＭＰａで１分間の２次プ
レスを施すことにより行った。
料極３の緩衝層６に挟持された状態でホットプレスする
ことにより、図１示の固体高分子型燃料電池を形成し
た。前記ホットプレスは、８０℃、５ＭＰａで２分間の
１次プレスの後、１６０℃、４ＭＰａで１分間の２次プ
レスを施すことにより行った。
【００４４】高分子電解質膜１と緩衝層６との動的粘弾
性係数は、レオメトリック・サイエンス社製の粘弾性ア
ナライザー−ＲＳＡＩＩ（商品名）を用い、引張モード
で測定した。測定条件は、周波数１０Ｈｚ（６２．８ｒ
ａｄ／秒）、歪み０．０５％とし、窒素気流中、室温〜
３５０℃の温度範囲とし、１１０℃のときの測定値を動
的粘弾性係数とした。この結果、本実施例の高分子電解
質膜１の１１０℃における動的粘弾性係数は４×１０10
Ｐａ、緩衝層６の１１０℃における動的粘弾性係数は
１．５×１０9Ｐａであった。
性係数は、レオメトリック・サイエンス社製の粘弾性ア
ナライザー−ＲＳＡＩＩ（商品名）を用い、引張モード
で測定した。測定条件は、周波数１０Ｈｚ（６２．８ｒ
ａｄ／秒）、歪み０．０５％とし、窒素気流中、室温〜
３５０℃の温度範囲とし、１１０℃のときの測定値を動
的粘弾性係数とした。この結果、本実施例の高分子電解
質膜１の１１０℃における動的粘弾性係数は４×１０10
Ｐａ、緩衝層６の１１０℃における動的粘弾性係数は
１．５×１０9Ｐａであった。
【００４５】尚、触媒層５のイオン導伝性高分子バイン
ダーに用いたパーフルオロアルキレンスルホン酸高分子
化合物の１１０℃における動的粘弾性係数は前述のよう
に、６．５×１０7Ｐａ程度である。
ダーに用いたパーフルオロアルキレンスルホン酸高分子
化合物の１１０℃における動的粘弾性係数は前述のよう
に、６．５×１０7Ｐａ程度である。
【００４６】次に、本実施例の固体高分子型燃料電池の
発電電位と、高分子電解質膜１と酸素極２、燃料極３と
の密着性の指標としてのＱ値とを測定した。
発電電位と、高分子電解質膜１と酸素極２、燃料極３と
の密着性の指標としてのＱ値とを測定した。
【００４７】前記発電電位は、酸素極２、燃料極３とも
圧力１００ｋＰａ、利用率５０％、相対湿度５０％、温
度８５℃の発電条件で、電流密度０．２Ａ／ｃｍ2のと
きのセル電位を測定した。本実施例の固体高分子型燃料
電池では、前記発電電位は、０．７０Ｖであった。結果
を表１に示す。
圧力１００ｋＰａ、利用率５０％、相対湿度５０％、温
度８５℃の発電条件で、電流密度０．２Ａ／ｃｍ2のと
きのセル電位を測定した。本実施例の固体高分子型燃料
電池では、前記発電電位は、０．７０Ｖであった。結果
を表１に示す。
【００４８】また、前記Ｑ値は、図２示の装置を用いて
測定する。図２示の装置は、高分子電解質膜１の片面の
みに図１示の酸素極２及び燃料極３と同一の構成の電極
１１を設けたものを、水槽１２の底部に配設し、水槽１
２に収容されたｐＨ１の硫酸水溶液１３に、電極１１の
高分子電解質膜１を接触させるようにしたものである。
図２の装置は、硫酸水溶液１３中に浸漬された参照極１
４と対照極１５とを備え、参照極１４、対照極１５、電
極１１の拡散層４はそれぞれポテンショスタッド１６に
接続されている。また、電極１１は、図１示の酸素極２
の酸素通路２ａまたは燃料極３の燃料通路３ａに対応し
てガス通路１１ａを備えており、ガス通路１１ａに流通
される窒素ガスと接触自在に構成されている。
測定する。図２示の装置は、高分子電解質膜１の片面の
みに図１示の酸素極２及び燃料極３と同一の構成の電極
１１を設けたものを、水槽１２の底部に配設し、水槽１
２に収容されたｐＨ１の硫酸水溶液１３に、電極１１の
高分子電解質膜１を接触させるようにしたものである。
図２の装置は、硫酸水溶液１３中に浸漬された参照極１
４と対照極１５とを備え、参照極１４、対照極１５、電
極１１の拡散層４はそれぞれポテンショスタッド１６に
接続されている。また、電極１１は、図１示の酸素極２
の酸素通路２ａまたは燃料極３の燃料通路３ａに対応し
てガス通路１１ａを備えており、ガス通路１１ａに流通
される窒素ガスと接触自在に構成されている。
【００４９】図２の装置では、ポテンショスタッド１６
により拡散層４と硫酸水溶液１３間に電圧をかけると、
硫酸水溶液１３中のプロトンが高分子電解質膜１を透過
して電極１１に達し、電子の授受を行う。すなわち、プ
ロトンが触媒層５中の白金表面に接触することにより白
金からプロトンに電子が渡される。尚、図２の装置で
は、電極１１中の触媒層５における白金量を０．５ｇ／
ｃｍ2としている。
により拡散層４と硫酸水溶液１３間に電圧をかけると、
硫酸水溶液１３中のプロトンが高分子電解質膜１を透過
して電極１１に達し、電子の授受を行う。すなわち、プ
ロトンが触媒層５中の白金表面に接触することにより白
金からプロトンに電子が渡される。尚、図２の装置で
は、電極１１中の触媒層５における白金量を０．５ｇ／
ｃｍ2としている。
【００５０】また、逆電圧をかけた場合は、吸着した水
素原子から電子が白金に渡されプロトンとして硫酸水溶
液中に拡散する。
素原子から電子が白金に渡されプロトンとして硫酸水溶
液中に拡散する。
【００５１】そこで、電圧を−０．５Ｖから１Ｖまでス
キャンすると、図３示のように、プロトンの吸着側のピ
ーク面積からＱ値を求めることができる。ここで、Ｑ値
は電極１１の面積当たりの電荷量（Ｃ／ｃｍ2）を示
し、この値が大きいほど、電極と高分子電解質膜との密
着性が高いことを示す指標となる。
キャンすると、図３示のように、プロトンの吸着側のピ
ーク面積からＱ値を求めることができる。ここで、Ｑ値
は電極１１の面積当たりの電荷量（Ｃ／ｃｍ2）を示
し、この値が大きいほど、電極と高分子電解質膜との密
着性が高いことを示す指標となる。
【００５２】本実施例の固体高分子型燃料電池では、前
記Ｑ値は０．０９１であった。次に、高分子電解質膜１
の１１０℃における動的粘弾性係数に対する緩衝層６の
１１０℃における動的粘弾性係数の比（緩衝層６／高分
子電解質膜１；以下、動的粘弾性係数比と略記する）と
Ｑ値との関係を図４に示す。
記Ｑ値は０．０９１であった。次に、高分子電解質膜１
の１１０℃における動的粘弾性係数に対する緩衝層６の
１１０℃における動的粘弾性係数の比（緩衝層６／高分
子電解質膜１；以下、動的粘弾性係数比と略記する）と
Ｑ値との関係を図４に示す。
【００５３】
【実施例２】本実施例では、式（５）で示されるスルホ
ン化ポリアリーレン重合体を用いてイオン交換容量１．
９ｍｅｑ／ｇの緩衝層６を構成した以外は、実施例１と
全く同一にして、図１示の固体高分子型燃料電池を形成
した。
ン化ポリアリーレン重合体を用いてイオン交換容量１．
９ｍｅｑ／ｇの緩衝層６を構成した以外は、実施例１と
全く同一にして、図１示の固体高分子型燃料電池を形成
した。
【００５４】
【化１１】
【００５５】次に、実施例１と全く同一にして緩衝層６
の１１０℃における動的粘弾性係数、固体高分子型燃料
電池の発電電位、Ｑ値を測定した。本実施例の緩衝層６
の１１０℃における動的粘弾性係数は１．５×１０10Ｐ
ａ、発電電位は０．７４Ｖ、Ｑ値は０．１であった。
尚、本実施例の高分子電解質膜１は実施例１と同一であ
り、その１１０℃における動的粘弾性係数は４×１０10
Ｐａである。
の１１０℃における動的粘弾性係数、固体高分子型燃料
電池の発電電位、Ｑ値を測定した。本実施例の緩衝層６
の１１０℃における動的粘弾性係数は１．５×１０10Ｐ
ａ、発電電位は０．７４Ｖ、Ｑ値は０．１であった。
尚、本実施例の高分子電解質膜１は実施例１と同一であ
り、その１１０℃における動的粘弾性係数は４×１０10
Ｐａである。
【００５６】発電電位の測定結果を表１に、動的粘弾性
係数比とＱ値との関係を図４に示す。
係数比とＱ値との関係を図４に示す。
【００５７】
【実施例３】本実施例では、パーフルオロアルキレンス
ルホン酸高分子化合物（旭硝子株式会社製フレミオン
（商品名））を用いて緩衝層６を構成した以外は、実施
例１と全く同一にして、図１示の固体高分子型燃料電池
を形成した。
ルホン酸高分子化合物（旭硝子株式会社製フレミオン
（商品名））を用いて緩衝層６を構成した以外は、実施
例１と全く同一にして、図１示の固体高分子型燃料電池
を形成した。
【００５８】次に、実施例１と全く同一にして緩衝層６
の１１０℃における動的粘弾性係数、固体高分子型燃料
電池の発電電位、Ｑ値を測定した。本実施例の緩衝層６
の１１０℃における動的粘弾性係数は７．０×１０7Ｐ
ａ、発電電位は０．７０Ｖ、Ｑ値は０．１１であった。
尚、本実施例の高分子電解質膜１は実施例１と同一であ
り、その１１０℃における動的粘弾性係数は４×１０10
Ｐａである。
の１１０℃における動的粘弾性係数、固体高分子型燃料
電池の発電電位、Ｑ値を測定した。本実施例の緩衝層６
の１１０℃における動的粘弾性係数は７．０×１０7Ｐ
ａ、発電電位は０．７０Ｖ、Ｑ値は０．１１であった。
尚、本実施例の高分子電解質膜１は実施例１と同一であ
り、その１１０℃における動的粘弾性係数は４×１０10
Ｐａである。
【００５９】発電電位の測定結果を表１に、動的粘弾性
係数比とＱ値との関係を図４に示す。
係数比とＱ値との関係を図４に示す。
【００６０】
【実施例４】本実施例では、前記式（５）で示されるス
ルホン化ポリアリーレン重合体を用いてイオン交換容量
１．９ｍｅｑ／ｇの高分子電解質膜１を構成した以外
は、実施例１と全く同一にして、図１示の固体高分子型
燃料電池を形成した。
ルホン化ポリアリーレン重合体を用いてイオン交換容量
１．９ｍｅｑ／ｇの高分子電解質膜１を構成した以外
は、実施例１と全く同一にして、図１示の固体高分子型
燃料電池を形成した。
【００６１】次に、実施例１と全く同一にして固体高分
子型燃料電池の発電電位、Ｑ値を測定した。本実施例の
固体高分子型燃料電池の発電電位は０．７６Ｖ、Ｑ値は
０．１であった。尚、本実施例の高分子電解質膜１は実
施例２の緩衝層６と同一であり、その１１０℃における
動的粘弾性係数は１．５×１０10Ｐａである。また、本
実施例の緩衝層６は実施例１と同一であり、その１１０
℃における動的粘弾性係数は１．５×１０9Ｐａであ
る。
子型燃料電池の発電電位、Ｑ値を測定した。本実施例の
固体高分子型燃料電池の発電電位は０．７６Ｖ、Ｑ値は
０．１であった。尚、本実施例の高分子電解質膜１は実
施例２の緩衝層６と同一であり、その１１０℃における
動的粘弾性係数は１．５×１０10Ｐａである。また、本
実施例の緩衝層６は実施例１と同一であり、その１１０
℃における動的粘弾性係数は１．５×１０9Ｐａであ
る。
【００６２】発電電位の測定結果を表１に、動的粘弾性
係数比とＱ値との関係を図４に示す。
係数比とＱ値との関係を図４に示す。
【００６３】
【比較例１】本比較例では、緩衝層６を全く設けなかっ
た以外は、実施例１と全く同一にして、図１示の固体高
分子型燃料電池を形成した。
た以外は、実施例１と全く同一にして、図１示の固体高
分子型燃料電池を形成した。
【００６４】次に、実施例１と全く同一にして固体高分
子型燃料電池の発電電位、Ｑ値を測定した。本実施例の
固体高分子型燃料電池の発電電位は０．６２Ｖ、Ｑ値は
０．０６であった。尚、本実施例の高分子電解質膜１は
実施例１と同一であり、その１１０℃における動的粘弾
性係数は４×１０10Ｐａである。
子型燃料電池の発電電位、Ｑ値を測定した。本実施例の
固体高分子型燃料電池の発電電位は０．６２Ｖ、Ｑ値は
０．０６であった。尚、本実施例の高分子電解質膜１は
実施例１と同一であり、その１１０℃における動的粘弾
性係数は４×１０10Ｐａである。
【００６５】発電電位の測定結果を表１に示す。尚、本
比較例では緩衝層６が設けられていないので動的粘弾性
係数比は算出できない。
比較例では緩衝層６が設けられていないので動的粘弾性
係数比は算出できない。
【００６６】
【比較例２】本比較例では、前記式（３）で示されるス
ルホン化ポリアリーレン重合体を用いてイオン交換容量
１．５ｍｅｑ／ｇの緩衝層６を構成した以外は、実施例
１と全く同一にして、図１示の固体高分子型燃料電池を
形成した。
ルホン化ポリアリーレン重合体を用いてイオン交換容量
１．５ｍｅｑ／ｇの緩衝層６を構成した以外は、実施例
１と全く同一にして、図１示の固体高分子型燃料電池を
形成した。
【００６７】次に、実施例１と全く同一にして緩衝層６
の１１０℃における動的粘弾性係数、固体高分子型燃料
電池の発電電位、Ｑ値を測定した。本比較例の緩衝層６
の１１０℃における動的粘弾性係数は６．５×１０10Ｐ
ａ、発電電位は０．５８Ｖ、Ｑ値は０．０２であった。
尚、本実施例の高分子電解質膜１は実施例１と同一であ
り、その１１０℃における動的粘弾性係数は４×１０10
Ｐａであって、緩衝層６の１１０℃における動的粘弾性
係数の方が大きくなっている。
の１１０℃における動的粘弾性係数、固体高分子型燃料
電池の発電電位、Ｑ値を測定した。本比較例の緩衝層６
の１１０℃における動的粘弾性係数は６．５×１０10Ｐ
ａ、発電電位は０．５８Ｖ、Ｑ値は０．０２であった。
尚、本実施例の高分子電解質膜１は実施例１と同一であ
り、その１１０℃における動的粘弾性係数は４×１０10
Ｐａであって、緩衝層６の１１０℃における動的粘弾性
係数の方が大きくなっている。
【００６８】発電電位の測定結果を表１に、動的粘弾性
係数比とＱ値との関係を図４に示す。
係数比とＱ値との関係を図４に示す。
【００６９】
【表１】
【００７０】図４から、緩衝層６の１１０℃における動
的粘弾性係数が、高分子電解質膜１の１１０℃における
動的粘弾性係数より小さく、触媒層５のイオン導伝性高
分子バインダーの１１０℃における動的粘弾性係数より
大きい実施例１〜４の固体高分子型燃料電池によれば、
緩衝層６の１１０℃における動的粘弾性係数が、高分子
電解質膜１の１１０℃における動的粘弾性係数より大き
い比較例２の固体高分子型燃料電池よりもＱ値が大き
く、高分子電解質膜１と、酸素極２、燃料極３との密着
性が優れていることが明らかである。
的粘弾性係数が、高分子電解質膜１の１１０℃における
動的粘弾性係数より小さく、触媒層５のイオン導伝性高
分子バインダーの１１０℃における動的粘弾性係数より
大きい実施例１〜４の固体高分子型燃料電池によれば、
緩衝層６の１１０℃における動的粘弾性係数が、高分子
電解質膜１の１１０℃における動的粘弾性係数より大き
い比較例２の固体高分子型燃料電池よりもＱ値が大き
く、高分子電解質膜１と、酸素極２、燃料極３との密着
性が優れていることが明らかである。
【００７１】また、表１から、前記のように高分子電解
質膜１と、酸素極２、燃料極３との密着性が優れている
実施例１〜４の固体高分子型燃料電池によれば、緩衝層
６を設けない比較例１、緩衝層６の１１０℃における動
的粘弾性係数が、高分子電解質膜１の１１０℃における
動的粘弾性係数より大きい比較例２の固体高分子型燃料
電池よりも大きな発電電位が得られることが明らかであ
る。
質膜１と、酸素極２、燃料極３との密着性が優れている
実施例１〜４の固体高分子型燃料電池によれば、緩衝層
６を設けない比較例１、緩衝層６の１１０℃における動
的粘弾性係数が、高分子電解質膜１の１１０℃における
動的粘弾性係数より大きい比較例２の固体高分子型燃料
電池よりも大きな発電電位が得られることが明らかであ
る。
【００７２】尚、本実施形態では、酸素極２と燃料極３
との両方に緩衝層６を設けるようにしているが、どちら
か一方だけに緩衝層６を設けるようにしてもよい。
との両方に緩衝層６を設けるようにしているが、どちら
か一方だけに緩衝層６を設けるようにしてもよい。
【図１】本発明に係る固体高分子型燃料電池の構成を示
す説明的断面図。
す説明的断面図。
【図２】図１示の固体高分子型燃料電池のＱ値を測定す
る装置の説明図。
る装置の説明図。
【図３】図２の装置によるＱ値の測定例を示すグラフ。
【図４】高分子電解質膜の１１０℃における動的粘弾性
係数と、緩衝層の１１０℃における動的粘弾性係数との
比とＱ値との関係を示すグラフ。
係数と、緩衝層の１１０℃における動的粘弾性係数との
比とＱ値との関係を示すグラフ。
１…高分子電解質膜、 ２，３…電極、 ５…触媒層、
６…緩衝層。
６…緩衝層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 // Ｃ０８Ｌ 65:00 Ｃ０８Ｌ 65:00 (72)発明者 齋藤 信広 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 相馬 浩 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 七海 昌昭 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 4F071 AA69 AF06Y AF37 AH15 FA01 FA05 FB05 FC01 FC05 4J032 CA01 CA03 CA04 CB04 CB05 CC01 CG01 5H018 AA06 AS01 BB01 BB03 BB06 BB08 BB12 DD08 EE03 EE08 EE17 EE19 HH05 HH08 HH09 5H026 AA06 CX05 CX07 EE18 HH05 HH08 HH09
Claims (4)
- 【請求項１】一対の電極と、両電極に挟持された高分子
電解質膜とを備え、各電極は該高分子電解質膜に対向す
る面に触媒が触媒担体に担持されている触媒粒子がイオ
ン導伝性高分子バインダーにより一体化された触媒層を
備える固体高分子型燃料電池において、 １１０℃における動的粘弾性係数が１×１０9〜１×１
０11Ｐａの範囲にある高分子電解質膜と、１１０℃にお
ける動的粘弾性係数が該高分子電解質膜より小さいイオ
ン導伝性高分子バインダーを用いて形成された触媒層と
を備えると共に、該高分子電解質膜と少なくとも一方の
電極の触媒層との間に、１１０℃における動的粘弾性係
数が該高分子電解質膜より小さく該触媒層の該イオン導
伝性高分子バインダーより大きいイオン導伝性材料から
なる緩衝層を備えることを特徴とする固体高分子型燃料
電池。 - 【請求項２】前記高分子電解質膜は、式（１）で示され
る芳香族化合物単位３０〜９５モル％と、式（２）で示
される芳香族化合物単位７０〜５モル％とからなる共重
合体の側鎖にスルホン酸基を有するスルホン化ポリアリ
ーレン重合体からなることを特徴とする請求項１記載の
固体高分子型燃料電池。 【化１】 【化２】 - 【請求項３】前記緩衝層を構成するイオン導伝性材料
は、式（１）で示される芳香族化合物単位５０〜７０モ
ル％と、式（２）で示される芳香族化合物単位５０〜３
０モル％とからなる共重合体の側鎖にスルホン酸基を有
するスルホン化ポリアリーレン重合体からなることを特
徴とする請求項１または請求項２記載の固体高分子型燃
料電池。 【化３】 【化４】 - 【請求項４】前記緩衝層を構成するイオン導伝性材料
は、１１０℃における動的粘弾性係数が前記高分子電解
質膜の１／２〜１／１０００の範囲にあることを特徴と
する請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の固体高
分子型燃料電池。
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