JP2003036860A - 電極基材およびその製造方法並びにそれを用いた燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のものに比べて燃料拡散性、排水性がよ
く、触媒層の浸み込みを抑えることができる高性能な電
極基材５およびその製造方法を提供すること。 【解決手段】 無機導電性繊維からなる多孔質導電性シ
ート１を含む電極基材５において、該シート１の電極触
媒層を設ける側の表面粗さを、ＪＩＳ Ｂ０６０１で規
定する表面粗さ（Ra）で２μｍ以上２０μｍ以下にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に用いら
れる電極基材とその製造方法等に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、周知のように低排出物、高
エネルギー効率で環境への負担の低い発電装置である。
このため、近年の地球環境保護への高まりの中で再び脚
光を浴びている。従来の大規模発電施設に比べ比較的小
規模の分散型発電施設、自動車や船舶など移動体の発電
装置、携帯電話など携帯電子機器の発電装置として、将
来的にも期待されている発電装置である。燃料電池に
は、用いられる電解質の種類により、固体高分子型、リ
ン酸型、固体酸化物型、溶融炭酸塩型、アルカリ型など
の種類がある。なかでも固体高分子型燃料電池は、他の
燃料電池に比べて、運転温度が低温で起動時間が短く、
高出力が得やすい、小型軽量化が見込める、振動に強い
などの特徴を有し移動体の電力供給源に適している。さ
らに固体高分子型燃料電池の中でも、燃料に直接メタノ
ール水溶液を供給する直接メタノール型燃料電池は、エ
ネルギー密度が高く、携帯電子機器の電力供給源に適し
ている。

【０００３】燃料電池は、発電を担う反応の起こるアノ
ードとカソードの電極と、アノードとカソード間のイオ
ン伝導体となる電解質とがそれぞれの間でセパレータで
挟まれたセルをユニットとして構成されている。電極
は、燃料拡散の促進と集（給）電を行う電極基材（集電
体とも云う）と、実際に電気化学反応場となる電極触媒
層とから構成されている。たとえば固体高分子型燃料電
池のアノード電極では、燃料が触媒表面で反応してプロ
トンと電子を生じ、電子は電極基材に伝導し、プロトン
は電解質のプロトン交換膜へと伝導する。このため、ア
ノード電極には、燃料拡散性、電子伝導性、イオン伝導
性が良好なことが要求される。一方、カソード電極で
は、酸化ガスが電極触媒層表面で、電解質から伝導して
きたプロトンと、電極基材から伝導してきた電子とが反
応して水を生成する。このため、ガス拡散性、電子伝導
性、イオン伝導性とともに、生成した水を効率よく排出
することも必要となる。

【０００４】このような要求を満たすために、これまで
電極基材にはさまざまな検討が加えられてきた。例え
ば、ガス拡散性を向上させた例として、特開平１０−２
６１４２１号公報や特開平１１−２７３６８８号公報に
記載の技術がこれまで報告されている。

【０００５】これらの公報には、ガス拡散性向上を目的
とした電極基材とするために、カーボンブラックの層を
電極基材の表面に設けた例が、記載されている。また、
電極基材（集電体）のその他の従来技術としては、特開
平６−２０７１０号公報、特開平７−３２６３６２号公
報、あるいは、特開平７−２２０７３５号公報のものが
提案されている。これらに開示された集電体は、短い長
さの炭素繊維が炭素で結着されてなる多孔質炭素板から
なるものである。

【０００６】前述のように、電極は電極基材と電極触媒
層とから構成されるが、これらの要求特性として、燃料
拡散性、電子伝導性、イオン伝導性とともに、生成した
水を効率よく排出することが求められており、特に電極
基材は、燃料拡散性、電子伝導性、排水性の点から多孔
質導電シートが用いられている。このような多孔質導電
シートの中でも、燃料拡散性向上と製造コスト低減のた
めに、織物や、紙状の抄紙体、フェルトや不織布などの
多孔質導電シートが用いられてきている。そして、この
ような多孔質導電シートからなる電極基材の表面に電極
触媒層を塗布することが行われている。

【０００７】この電極触媒層においては、前述の要求特
性に加えて、用いられる触媒が例えば、白金、ルテニウ
ムなどの高価な貴金属であるため、有効に用いられる触
媒量の向上を図ることが必要である。特に上記のような
多孔質導電シートからなる電極基材に電極触媒層を塗布
する場合においては、電極基材への電極触媒層塗液の浸
み込みが大きく、この浸み込みのために有効に用いられ
ない無駄な触媒が多くなる原因となっていた。

【０００８】ところで燃料電池は、移動体や携帯電子機
器の電力供給源として期待されているが、自動車や携帯
電話などの大量普及には大幅なコストダウンが必要であ
る。特に電極触媒層中の触媒粒子においては、上記貴金
属が用いられるために非常に高価であり、この触媒量を
低減させることが強く求められている。このため、電極
基材に浸み込んで有効に用いられない触媒をできるだけ
減らすことが必要である。このような浸み込みを抑える
手法として、特表平９−５０１５４１号公報には、触媒
を含まない中間層を設けることが開示されている。ここ
では、導電剤としてアセチレンブラックとプロトン導電
ポリマとを含む中間層が触媒の浸み込み防止に効果を有
することが開示されている。しかしながら、プロトン導
電ポリマは、親水性ポリマであり水を含みやすいためカ
ソードでの生成水の排出に支障を来たすことが懸念され
る。

【０００９】また、上述のカーボンブラック層を設けた
電極基材は、表面のカーボンブラック層は平滑ではな
く、よってその上に設けた電極触媒層が平滑にならな
い。このため、電極触媒層とプロトン交換膜との接合が
よくなく、プロトン交換膜−電極触媒層間のプロトン伝
導性が悪くなることが懸念される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題、
すなわち電極基材中への触媒の浸み込みを抑えることに
より、無駄になる触媒量を低減させ、しかもカソードで
の排水性能が良く、プロトン交換膜−電極触媒層間のプ
ロトン伝導性についても高性能である電極基材およびそ
の製造方法等を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために下記の構成を有する。

【００１２】すなわち、本発明は、無機導電性繊維を含
む多孔質の導電シートからなる電極基材において、該シ
ートの電極触媒層を設ける側の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ
０６０１で規定する中心線平均粗さ（Ra）で２μｍ以上
２０μｍ以下であることを特徴とする。

【００１３】また、本発明の電極基材の製造方法は、上
記シートの表面に、粘度が１０Ｐａ・ｓ以上である無機
導電性物質分散液を塗布することを特徴とする。

【００１４】また、本発明の電気化学装置、水電解装置
および燃料電池は、上記電極基材が適用されてなること
を特徴とする。

【００１５】さらに、本発明の移動体および携帯電子機
器は、上記燃料電池を電力供給源としてなることを特徴
とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図面を参照して説明する。

【００１７】図１ないし図３は、本発明の電極基材５が
用いられている種々の実施例の縦断面図であり、図１は
本発明の電極基材５の表面に無機導電性物質層２が設け
られた態様を、図２は図１の電極基材５の無機導電性物
質層２の表面にさらに電極触媒層３が積層された態様
を、図３はプロトン交換膜４を中心に図３の電極触媒層
付き電極基材５が両側に設けられた態様の膜−電極複合
体（ＭＥＡ）を示している。なお、本発明の電極基材５
は、図１のように通常は多孔質導電シート１の片面に無
機導電性物質２を設けたものをいうが、図示は省略した
が多孔質導電シート１の上に直接電極触媒層３を設けた
ものであっても良く、このようなものも本発明の電極基
材に含まれる。

【００１８】図１において、多孔質導電シート１は、燃
料の拡散および電子の伝導を担うもので、特に限定され
るものではないが、例えば導電性物質を主たる構成材と
することが好ましい。この導電性物質としては、ポリア
クリロニトリルからの焼成体、ピッチからの焼成体、黒
鉛及び膨張黒鉛などの炭素材、ステンレススチール、モ
リブデン、チタンなどが例示される。導電性物質の形態
は繊維状あるいは粒子状など特に限定されないが、電極
性能の点から繊維状の形態の無機導電性繊維が好まし
い。なかでも燃料電池などの電気化学装置に用いる場合
は、腐食と電気抵抗の点から、炭素繊維を用いるのが好
ましい。

【００１９】炭素繊維としては、その素材はポリアクリ
ロニトリル（ＰＡＮ）、ピッチ、あるいは低沸点有機化
合物を原料とするものが好ましい。低沸点有機化合物と
は例えば、ベンゼン、ナフタレン、クレオトール油など
が例示できる。これらの中でも特にＰＡＮ系炭素繊維が
好ましい。ＰＡＮ系炭素繊維はピッチ系炭素繊維に比べ
て圧縮強さ、引張破断伸度が大きく、折れにくい。この
ことは炭素繊維を構成する炭素の結晶化の相異によると
考えられる。折れにくい炭素繊維を得るためには、炭素
繊維の熱処理温度は２，５００℃以下が好ましく、２，
０００℃以下がより好ましい。

【００２０】多孔質導電シート１の形態としては、織布
あるいは不織布構造を有するシートいずれの構造でもよ
い。織布構造としては、無機導電性繊維のフィラメント
を織ってなるフィラメント織布、紡績糸を織って織布と
した後導電性を付与した紡績糸織布などを用いることが
できる。フィラメント織布の具体例としては、炭素繊維
フィラメントを束ねてストランドにし、これを織ってな
る炭素繊維フィラメント織布が挙げられ、紡績糸織布の
具体例としては、ＰＡＮ系繊維を紡績し、この紡績糸を
織って織布とした後、焼成してなる炭素繊維紡績糸織布
が挙げられる。また、不織布構造のシートとしては、抄
紙体、フェルト、不織布など、繊維が不規則な構造を有
しているシートが挙げられる。抄紙体は、繊維あるいは
粒子とバインダーとを溶解または分散した液を用い、こ
れを紙抄きの原理で網の上にすくい上げることにより得
られる、薄く平らな紙状の構造体である。抄紙体が長さ
１０ｍｍ程度の短繊維を用いるのに対し、長さ２５ｍｍ
程度の比較的長い繊維を用いてこの繊維同士を絡めるこ
とにより得られるのがフェルトや不織布である。また、
かぎ針状のもので繊維を引っかけて絡めたものがフェル
ト、空気流や水流で絡めたものが不織布となる。これら
の布帛において、特に炭素繊維を用いた場合、耐炎化紡
績糸を用いた平織物を炭化あるいは黒鉛化した織布、耐
炎化糸をニードルパンチ法やウォータージェットパンチ
法などによる不織布加工をした後に炭化あるいは黒鉛化
した不織布、耐炎化糸あるいは炭化糸あるいは黒鉛化糸
を用いた抄紙法によるマット不織布などが好ましく用い
られる。例えば、東レ（株）製カーボンペーパーＴＧＰ
シリーズ、ＳＯシリーズ、Ｅ−ＴＥＫ社製カーボンクロ
スなどである。また、導電性向上のために補助剤として
カーボンブラックなどの導電性粒子や、炭素繊維などの
導電性繊維を添加することもできる。

【００２１】これら多孔質導電シート１の目付として
は、１０〜２２０ｇ／ｍ２が好ましく、より好ましくは
２０〜１２０ｇ／ｍ２である。多孔質導電シートの目付
が１０ｇ／ｍ２を下回ると多孔質導電シートの強度が低
くなる傾向がある。また、多孔質導電シート表面に、無
機導電性物質層２を設けることが困難になる。さらに、
高分子電解質膜、触媒層、電極基材の一体化時や電池に
組んだときに電極基材が薄くなり触媒層に埋没して面方
向への拡散・透過効果が不十分になる傾向がある。一
方、目付が２２０ｇ/ｍ２を越えると電池に組んだ時に
電極基材が厚くなり抵抗が大きくなる。

【００２２】所望により設ける無機導電性物質層２は、
電極基材中への触媒の浸み込みを抑えることにより、無
駄になる触媒量を低減させ、さらに上に設けた電極触媒
層の表面を平滑にして、プロトン交換膜−電極触媒層間
のプロトン伝導性を向上させるためのもので、その構成
材としては、例えば、種々の黒鉛質や炭素質の単素材、
あるいは、金属や半金属が挙げられる。本発明の電極を
電気化学装置に用いる場合には、無機導電性物質として
は、耐食性の観点から炭素材を用いることが好ましい。
このような炭素材としては、オイルファーネスブラッ
ク、アセチレンブラック、サーマルブラック、チャネル
ブラックなどのカーボンブラックが、電子導電性と粒径
から好ましい。オイルファーネスブラックとしては、キ
ャボット社製バルカンＸＣ−７２、バルカンＰ、ブラッ
クパールズ８８０、ブラックパールズ１１００、ブラッ
クパールズ１３００，ブラックパールズ２０００、リー
ガル４００、ライオン社製ケッチェンブラックＥＣ、三
菱化学社製＃３１５０、＃３２５０などが挙げられ、ア
セチレンブラックとしては電気化学工業社製デンカブラ
ックなどが挙げられる。上記の炭素材の中でも、無機導
電性物質層の電気抵抗が低くなるという点で、キャボッ
ト社製バルカンＸＣ−７２、ライオン社製ケッチェンブ
ラックＥＣ、電気化学工業社製デンカブラック、あるい
はこれらの混合物が好ましい。また、無機導電性物質層
の構造は、特に限定されるものではないが、電子伝導性
と燃料拡散性および排水性を良好にするためには、多孔
質構造を有することは有効な実施態様である。特に、表
面側が密であり、多孔質シート側が粗である非対称多孔
質構造とすることは、触媒の浸み込みを抑えるために
は、さらに好ましい実施態様である。無機導電性物質層
を非対称多孔質構造とする方法は特に限定されないが、
例えば、多孔質シート側に嵩高い無機導電性物質を設
け、表面側により嵩の低い無機導電性物質を設けること
により、非対称多孔質構造を発現させることができる。
また、無機導電性物質を、無機導電性物質層の構造を実
質的に維持する樹脂溶液に分散させ、この分散液を多孔
質シートに塗布した後、樹脂溶液に混和するが樹脂を溶
解させにくいいわゆる樹脂に対する貧溶媒に浸漬する、
いわゆる湿式凝固法においても、非対称多孔質構造を発
現させることができる。無機導電性物質の嵩高さは、無
機導電性物質の比表面積（ｍ２／ｇ）をもって評価する
ことができる。すなわち、比表面積が低い無機導電性物
質の方が、より嵩高い無機導電性物質である。無機導電
性物質の比表面積の測定方法は特に限定されないが、例
えば窒素吸着法により求めることができる。窒素吸着法
とは、脱気した無機導電性物質を液体窒素に浸漬させ、
平衡時における無機導電性物質表面に吸着した窒素量を
測定し、この値から比表面積を算出する手法のことであ
る。無機導電性物質の比表面積は好ましくは１ｍ２／ｇ
〜２０００ｍ２／ｇ、より好ましくは１０ｍ２／ｇ〜１
０００ｍ２／ｇである。比表面積は、前記数値範囲の上
限値を上回ると無機導電性物質の製造が困難になり、前
記数値範囲の下限を下回ると無機導電性物質層の表面粗
さを前記数値範囲の上限値以下にすることが困難とな
り、好ましくないことがある。

【００２３】また、無機導電性物質層２が、表面側が密
であり、多孔質シート側が粗である非対称多孔質構造で
ある場合には、密な側の無機導電性物質の比表面積をＳ
Ａ（ｍ２／ｇ）、粗な側の無機導電性物質の比表面積を
ＳＢ（ｍ２／ｇ）とすると、これらの関係が１＜ＳＡ／
ＳＢ≦２０００、より好ましくは１．１≦ＳＡ／ＳＢ≦
１００であることが好ましい。ここでＳＡ／ＳＢが前記
数値範囲の上限値を上回ると、密な側の無機導電性物質
層の燃料拡散性が悪くなって好ましくなく、また、ＳＡ
／ＳＢが前記数値範囲の下限値を下回ることは、実質的
に無機導電性物質層が非対称多孔質構造とならないこと
を意味する。

【００２４】ところで、本発明は、上述したように電極
基材５として、電子伝導性、燃料拡散性そして排水性に
優れる多孔質導電シート１を用いる際に、問題となる該
基材中への触媒の浸み込みを極力抑制することを目的と
し、そのために電極基材の電極触媒層３側表面、すなわ
ち電極基材５として、図１または図２で説明した電極基
材１の片面に無機導電性物質層２を設ける態様のものを
採用する場合には無機質導電物質層２の電極触媒層３側
表面を、また、多孔質導電シート１の表面に直接電極触
媒層３を設ける態様のものを採用する場合には電極触媒
層１の電極触媒層３側表面の表面粗さを、２μｍ以上２
０μｍ以下にすることを特徴とするものである。もし、
電極基材の表面粗さが２μｍを下回ると、電極基材の燃
料拡散性が悪くなる傾向があり、２０μｍを越えると、
電極基材への触媒の浸み込みが多くなって好ましくな
い。このようなことから、より好ましい表面粗さは３μ
ｍ以上１５μｍ以下である。かかる表面粗さにすると、
さらに燃料拡散性と電極基材への触媒浸み込み阻止性が
向上する。

【００２５】ここで、本発明で言う表面粗さとは、JIS
B0601で規定する表面粗さの規格のうち、中心線平均粗
さ（Ra）として定義するものである。この中心線平均粗
さ（Ra）は、粗さ曲線からその中心線の方向に測定長さ
lの部分を抜き取り、この抜き取り部分の中心線をX軸、
縦倍率の方向をY軸、粗さ曲線をy=f(x)で表したとき、
次の式によって求められる値をマイクロメートル（μ
m）で表したものである。

【００２６】

【数１】

【００２７】上記中心線平均粗さRaを測定する装置は、
JIS B0601に準じた測定のできる表面粗さ測定器であれ
ば特に限定はされないが、例えば、（株）キーエンス製
超深度表面形状測定顕微鏡（形式：VK-8500）や、
（株）小坂研究所製表面粗さ測定器（形式：SE-3300）
を用いることができる。

【００２８】また、無機導電性物質の形態は粒子状であ
ることが望ましい。粒子状以外の形態であると、無機導
電性物質層２の前述した表面粗さを前記数値範囲の上限
値以下に設定しにくくなる傾向があるためである。この
粒径としては、好ましくは１０ｎｍ〜２０μm、より好
ましくは２０ｎｍ〜１００ｎｍである。粒径が前記数値
範囲の下限値を下回ると無機導電性物質の製造が困難に
なり、一方、前記数値範囲の上限値を上回ると無機導電
性物質層の表面粗さを前記数値範囲の上限値以下にする
ことが困難となる傾向がある。

【００２９】次に、本発明の電極基材の製造方法の一実
施態様例について、説明する。

【００３０】まず、耐炎化紡績糸を用いて平織物を作成
し、この平織物を炭化することにより炭素繊維織物を作
成する。これは図１、２における多孔質導電シート１に
相当する。次に、無機導電性物質の分散液を炭素繊維織
物上に塗布して、無機導電性物質層を形成する。これは
図１、２における無機導電性物質層２に相当する。この
無機導電性物質層をプレスまたは研磨することにより、
表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６０１における中心線平均粗さ
（Ｒａ）で２μｍ以上２０μｍ以下にする。次に、電極
触媒分散液を無機導電性物質層上に塗布して、電極触媒
層を作成する。これは図２における電極触媒層３に相当
する。

【００３１】多孔質導電シートに無機導電性物質を積層
する方法としては、シート表面に分散液を塗布して製造
することも好ましく、さらに無機導電性物質分散液の粘
度としては１０Ｐａ・ｓ以上、より好ましくは２０Ｐａ
・ｓ以上であるのが好ましい。無機導電性物質分散液の
粘度が１０Ｐａ・ｓを下回ると、多孔質導電シートに塗
布した際に無機導電性物質がシート内に浸み込み易くな
り、多孔質導電シート表面に無機導電性物質層を設ける
ことが困難になる傾向がある。無機導電性物質分散液に
は、界面活性剤を添加することもできる。界面活性剤を
添加することにより、無機導電性物質が分散液になじみ
やすくなり、分散液が安定化する効果が得られる。ま
た、無機導電性物質分散液の粘度を下げる効果があり、
すなわち同じ粘度の無機導電性物質分散液でも界面活性
剤を添加することにより、より無機導電性物質の濃度を
高くすることができる。

【００３２】無機導電性物質分散液の粘度は、JIS K540
0 で規定する「塗料一般試験方法４．５．３ 回転粘度
計法」に準じて測定することができる。粘度を測定する
装置は特に限定されるものではないが、例えば、（株）
東京計器製B型粘度計Ｂ８Ｌを用いることができる。

【００３３】本発明における電極基材の製造方法として
は特に限定されるものではないが、多孔質導電シート１
表面に無機導電性物質層２を設けた後、表面をプレスし
て製造することも好ましい実施態様である。プレスの方
法としては特に限定されるものではないが、ロールプレ
ス、平板プレスなどを用いることができる。また、プレ
ス効率を高めるために、加熱することも好ましい実施態
様である。プレスの圧力としては０．１ＭＰａ以上１０
ＭＰａ以下、より好ましくは１ＭＰａ以上５ＭＰａ以下
であることが好ましい。圧力が前記数値範囲の下限値を
下回ると、無機導電性物質層の表面に設ける電極触媒層
塗液の浸み込みが多くなって好ましくなく、前記数値範
囲の上限値を上回ると、無機導電性物質層の燃料拡散性
が悪くなって好ましくない。プレスの温度としては、無
機導電性物質層が変形しやすい温度であれば、特に限定
されるものではない。また、無機導電性物質層が変形し
やすい温度は、無機導電性物質層を構成する物質に依存
し、一概には特定し難いが、例えば無機導電性物質層に
ＰＴＦＥが含まれる場合には、３２７℃以上４００℃以
下、より好ましくは３５０℃以上３９０℃以下が好まし
く、四フッ化エチレン-パーフルオロビニルエーテル共
重合体（ＰＦＡ）が含まれる場合には、３１０℃以上４
００℃以下、より好ましくは３３０℃以上３９０℃以下
が好ましく、四フッ化エチレン-六フッ化プロピレン共
重合体（ＦＥＰ）が含まれる場合には、２５０℃以上３
２０℃以下、より好ましくは２７０℃以上３００℃以下
が好ましい。プレス温度が前記数値範囲の下限値を下回
ると、無機導電性物質層が変形しにくくなって好ましく
なく、前記数値範囲の上限値を上回ると、無機導電性物
質層の中のフッ素化合物が分解しやすくなる傾向があ
る。無機導電性物質層２に界面活性剤が含まれる場合
は、プレス前に界面活性剤の分解温度にまで加熱して予
備焼成を行い、界面活性剤を分解させることも、無機導
電性物質層の燃料透過性を向上させる上で好ましい実施
態様である。

【００３４】さらに、多孔質導電シート表面に無機導電
性物質層を設けた後、表面を研磨して製造することも好
ましい実施態様である。研磨基材としては特に限定され
るものではないが、研磨布、研磨紙、研磨ベルト、研磨
シート、研磨ディスク、ブラシロールなどを用いること
ができる。また、研磨材としては特に限定されるもので
はないが、アルミナ、ジルコニア、溶融アルミナ、炭化
けい素、ガーネット、エメリーなどを用いることができ
る。

【００３５】図１、２の本発明の多孔質導電シートから
なる電極基材、あるいは該電極基材と電極触媒層、図３
の固体電解質膜から構成される膜−電極複合体（ＭＥ
Ａ）は、種々の電気化学装置に適応することができる。
なかでも、水電解装置や燃料電池が好ましく、さらに燃
料電池の中でも、固体高分子型燃料電池や直接メタノー
ル型燃料電池に好適である。

【００３６】さらに、本発明の電極基材を用いた燃料電
池の用途としては、特に限定されることなく考えられる
が、固体高分子型燃料電池において有用な用途である移
動体の電力供給源が好ましいものである。特に、乗用
車、バス、トラックなどの自動車や、船舶、鉄道なども
好ましい移動体である。さらに直接メタノール型燃料電
池において有用な用途である携帯電子機器の電力供給源
も好ましいものである。特に、携帯電話やコンピュータ
ー、ナビゲーションシステムなども好ましい携帯電子機
器である。

【００３７】

【実施例】以下、図１ないし図３、実施例および比較例
により、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに
限定されるものでない。また、以下の実施例および比較
例において、粘度は全て（株）東京計器製B型粘度計Ｂ
８Ｌを用い、２５℃の温度において測定を行い、表面粗
さは全て（株）キーエンス製超深度表面形状測定顕微鏡
VK-8500を用いて測定を行った。

【００３８】実施例１ （１）無機導電性物質分散液の作成 図１の無機導電性物質層２として、無機導電性物質を得
るため、界面活性剤（ＴＲＩＴＯＮ Ｘ−１１４、ナカ
ライテスク（株）より購入）１２ｇ、アセチレンブラッ
ク（ＤＥＮＫＡ ＢＬＡＣＫ、電気化学工業（株）製、
窒素比表面積６１ｍ２／ｇ）６ｇ、ＰＴＦＥ水分散液
（ポリフロンＰＴＦＥ、ダイキン工業（株）製）２．５
ｇ、水３９．５ｇを混合し、ホモジナイザーで十分にか
くはんした。得られた分散液の粘度は、８００Ｐａ・ｓ
であった。

【００３９】（２）電極基材の作成 また、多孔質導電シート１として、炭素繊維織物（Ｅ−
ＴＥＫ製クロス、タイプＡ、目付け１１６ｇ／ｍ２）に
ＰＴＦＥ水分散液（ポリフロンＰＴＦＥ、ダイキン工業
（株）製）を含浸、乾燥させた。得られた織物のＰＴＦ
Ｅ含有率は２０ｗｔ％であった。この織物の片面に
（１）で作成した分散液を塗布し、直ちに１００℃にて
乾燥させた。得られた織物のアセチレンブラック付き量
は２ｍｇ／ｃｍ２であった。この織物に３８０℃、３Ｍ
Ｐａの圧力をかけ、３ＭＰａの圧力を保ったまま１５分
間かけて室温に冷却するプレスを行い、電極基材を得
た。得られた電極基材の無機導電性物質が付着している
側（平滑な側）の表面粗さは９μmであった。

【００４０】（３）電極触媒層付き電極基材の作成 Aldrich社製Nafion溶液に、触媒担持カーボン（触媒：
Ｐｔ、カーボン：Cabot社製ValcanXC-72、白金担持量：
５０重量％）を、白金とNafionの重量比が１：０．５に
なるように加え、よく撹拌して触媒−ポリマ組成物を調
製した。この触媒−ポリマ組成物を、（２）で作成した
電極基材の平滑な側に塗布し、直ちに乾燥して、電極触
媒層付き電極基材５を作成した。得られた電極触媒層付
き電極基材の電極触媒層は、白金の付着量０．５ｍｇ／
ｃｍ２であった。

【００４１】（４）膜−電極接合体の作成および評価 図３の膜−電極接合体として、上記（３）で作成した２
枚の電極触媒層付き電極基材の間に、プロトン交換膜
（DuPont社製Nafion１１２）を、電極触媒層がプロトン
交換膜に接するように挟み、１３０℃、５MPaの条件で
ホットプレスし、接合体とした。得られた接合体を燃料
電池セルに組み込み、常圧（大気圧）の水素および空気
を供給し、運転温度７０℃の条件で、電流−電圧（Ｉ−
Ｖ）特性を測定した。最高出力は４５０ｍＷ／ｃｍ２で
あり、優れた高出力特性を示した。

【００４２】比較例１ （１）電極基材の作成 炭素繊維織物（Ｅ−ＴＥＫ製クロス、タイプＡ、目付け
１１６ｇ／ｍ２）にＰＴＦＥ水分散液（ポリフロンＰＴ
ＦＥ、ダイキン工業（株）製）を含浸、乾燥後、３８０
℃にて焼成を行った。得られた電極基材のＰＴＦＥ含有
率は２０ｗｔ％であり、表面粗さは３０μmであった。

【００４３】（２）電極触媒層付き電極基材の作成 上記（１）で作成した電極基材の片面に、実施例１
（３）と同様にして触媒−ポリマ組成物を塗布し、直ち
に乾燥して、電極触媒層付き電極基材を作成した。得ら
れた電極触媒層付き電極基材の電極触媒層は、白金の付
着量０．５ｍｇ／ｃｍ２であった。

【００４４】（３）膜−電極接合体の作成および評価 上記（２）で作成した電極触媒層付き電極基材を用い
て、実施例１（４）と同様にして膜−電極接合体を作成
し、Ｉ−Ｖ特性を測定した。最高出力は１００ｍＷ／ｃ
ｍ２であり、実施例１よりも劣る出力特性であった。電
極基材の表面粗さが実施例１に比べて粗く、電極触媒層
が電極基材にしみ込み、プロトン交換膜と電極触媒との
間に良好な接合界面を形成できなかったためと考えられ
る。

【００４５】比較例２ （１）電極基材の作成 炭素繊維織物（Ｅ−ＴＥＫ製クロス、タイプＡ、目付け
１１６ｇ／ｍ２）にＰＴＦＥ水分散液（ポリフロンＰＴ
ＦＥ、ダイキン工業（株）製）を含浸、乾燥させた。得
られた織物のＰＴＦＥ含有率は２０ｗｔ％であった。こ
の織物の片面に実施例１（１）で作成した分散液を塗布
し、直ちに１００℃にて乾燥させた。この織物を３８０
℃で焼成した。得られた織物のアセチレンブラック付き
量は２ｍｇ／ｃｍ２であり、無機導電性物質が付着して
いる側の表面粗さは２５μmであった。

【００４６】（２）電極触媒層付き電極基材の作成 上記（１）で作成した電極基材の無機導電性物質が付着
している側に、実施例１（３）と同様にして触媒−ポリ
マ組成物を塗布し、直ちに乾燥して、電極触媒層付き電
極基材を作成した。得られた電極触媒層付き電極基材の
電極触媒層は、白金の付着量０．５ｍｇ／ｃｍ２であっ
た。

【００４７】（３）膜−電極接合体の作成および評価 上記（２）で作成した電極触媒層付き電極基材を用い
て、実施例１（４）と同様にして膜−電極接合体を作成
し、Ｉ−Ｖ特性を測定した。最高出力は２００ｍＷ／ｃ
ｍ２であり、実施例１よりも劣る出力特性であった。電
極基材の表面粗さが実施例１に比べて粗く、電極触媒層
が電極基材にしみ込み、プロトン交換膜と電極触媒との
間に良好な接合界面を形成できなかったためと考えられ
る。

【００４８】比較例３ （１）電極基材の作成 炭素繊維織物（Ｅ−ＴＥＫ製クロス、タイプＡ、目付け
１１６ｇ／ｍ２）にＰＴＦＥ水分散液（ポリフロンＰＴ
ＦＥ、ダイキン工業（株）製）を含浸、乾燥させた。得
られた織物のＰＴＦＥ含有率は２０ｗｔ％であった。こ
の織物の片面に実施例１（１）で作成した分散液を塗布
し、直ちに１００℃にて乾燥させた。得られた織物のア
セチレンブラック付き量は５ｍｇ／ｃｍ２であった。こ
の織物に３８０℃、１００ＭＰａの圧力をかけ、１００
ＭＰａの圧力を保ったまま１５分間かけて室温に冷却す
るプレスを行い、電極基材を得た。得られた電極基材の
無機導電性物質が付着している側（平滑な側）の表面粗
さは１μmであった。

【００４９】（２）電極触媒層付き電極基材の作成 上記（１）で作成した電極基材の片面に、実施例１
（３）と同様にして触媒−ポリマ組成物を塗布し、直ち
に乾燥して、電極触媒層付き電極基材を作成した。得ら
れた電極触媒層付き電極基材の電極触媒層は、白金の付
着量０．５ｍｇ／ｃｍ２であった。

【００５０】（３）膜−電極接合体の作成および評価 上記（２）で作成した電極触媒層付き電極基材を用い
て、実施例１（４）と同様にして膜−電極接合体を作成
し、Ｉ−Ｖ特性を測定した。最高出力は１００ｍＷ／ｃ
ｍ２であり、実施例１よりも劣る出力特性であった。電
極基材の表面粗さが実施例１に比べて細かく、生成水が
電極基材に詰まってガス拡散性が悪くなったためと考え
られる。

【００５１】比較例４ （１）無機導電性物質分散液の作成 界面活性剤（ＴＲＩＴＯＮ Ｘ−１１４、ナカライテス
ク（株）より購入）０．５ｇ、アセチレンブラック（Ｄ
ＥＮＫＡ ＢＬＡＣＫ、電気化学工業（株）製、粒径４
２ｎｍ）２ｇ、ＰＴＦＥ水分散液（ポリフロンＰＴＦ
Ｅ、ダイキン工業（株）製）０．８３ｇ、水１２．９ｇ
を混合し、ホモジナイザーで十分にかくはんした。得ら
れた分散液の粘度は、１Ｐａ・ｓであった。

【００５２】（２）電極基材の作成 炭素繊維織物（Ｅ−ＴＥＫ製クロス、タイプＡ、目付け
１１６ｇ／ｍ２）にＰＴＦＥ水分散液（ポリフロンＰＴ
ＦＥ、ダイキン工業（株）製）を含浸、乾燥させた。得
られた織物のＰＴＦＥ含有率は２０ｗｔ％であった。こ
の織物の片面に（１）で作成した分散液を塗布し、直ち
に１００℃にて乾燥させた。得られた織物のアセチレン
ブラック付き量は２ｍｇ／ｃｍ２であった。この織物に
３８０℃、３ＭＰａの圧力をかけ、３ＭＰａの圧力を保
ったまま１５分間かけて室温に冷却するプレスを行い、
電極基材を得た。得られた電極基材の無機導電性物質が
付着している側の表面粗さは２５μmであった。

【００５３】（３）電極触媒層付き電極基材の作成 上記（２）で作成した電極基材の無機導電性物質が付着
している側に、実施例１（３）と同様にして触媒−ポリ
マ組成物を塗布し、直ちに乾燥して、電極触媒層付き電
極基材を作成した。得られた電極触媒層付き電極基材の
電極触媒層は、白金の付着量０．５ｍｇ／ｃｍ２であっ
た。

【００５４】（４）膜−電極接合体の作成および評価 上記（３）で作成した電極触媒層付き電極基材を用い
て、実施例１（４）と同様にして膜−電極接合体を作成
し、Ｉ−Ｖ特性を測定した。最高出力は２００ｍＷ／ｃ
ｍ２であり、実施例１よりも劣る出力特性であった。無
機導電性物質分散液の粘度が実施例１に比べて低く、無
機導電性物質が織物にしみ込んだため、電極基材の表面
粗さが実施例１に比べて粗くなり、電極触媒層が電極基
材にしみ込み、プロトン交換膜と電極触媒との間に良好
な接合界面を形成できなかったためと考えられる。

【００５５】実施例２ （１）電極基材の作成 炭素繊維織物（Ｅ−ＴＥＫ製クロス、タイプＡ、目付け
１１６ｇ／ｍ２）にＰＴＦＥ水分散液（ポリフロンＰＴ
ＦＥ、ダイキン工業（株）製）を含浸、乾燥させた。得
られた織物のＰＴＦＥ含有率は２０ｗｔ％であった。こ
の織物の片面に実施例１（１）で作成した分散液を塗布
し、直ちに１００℃にて乾燥させた。得られた織物のア
セチレンブラック付き量は２ｍｇ／ｃｍ２であった。こ
の織物を２８０℃のオーブンで２時間かけて脱界面活性
剤処理を行った。この織物に３８０℃、３ＭＰａの圧力
をかけ、３ＭＰａの圧力を保ったまま１５分間かけて室
温に冷却するプレスを行い、電極基材を得た。得られた
電極基材の無機導電性物質が付着している側（平滑な
側）の表面粗さは９μmであった。

【００５６】（２）電極触媒層付き電極基材の作成 上記（１）で作成した電極基材の無機導電性物質が付着
している側に、実施例１（３）と同様にして触媒−ポリ
マ組成物を塗布し、直ちに乾燥して、電極触媒層付き電
極基材を作成した。得られた電極触媒層付き電極基材の
電極触媒層は、白金の付着量０．５ｍｇ／ｃｍ２であっ
た。

【００５７】（３）膜−電極接合体の作成および評価 上記（２）で作成した電極触媒層付き電極基材を用い
て、実施例１（４）と同様にして膜−電極接合体を作成
し、Ｉ−Ｖ特性を測定した。最高出力は４５０ｍＷ／ｃ
ｍ２であり、優れた高出力特性を示した。

【００５８】実施例３ （１）電極基材の作成 カーボンペーパー（東レ（株）製、ＴＧＰ−Ｈ−０６
０、目付け８３ｇ／ｍ２）にＰＴＦＥ水分散液（ポリフ
ロンＰＴＦＥ、ダイキン工業（株）製）を含浸、乾燥さ
せた。得られたカーボンペーパーのＰＴＦＥ含有率は２
０ｗｔ％であった。このカーボンペーパーの片面に実施
例１（１）で作成した分散液を塗布し、直ちに１００℃
にて乾燥させた。得られたカーボンペーパーのアセチレ
ンブラック付き量は、１ｍｇ／ｃｍ２であった。このカ
ーボンペーパーに３８０℃、３ＭＰａの圧力をかけ、３
ＭＰａの圧力を保ったまま１５分間かけて室温に冷却す
るプレスを行い、電極基材を得た。得られた電極基材の
無機導電性物質が付着している側（平滑な側）の表面粗
さは９μmであった。

【００５９】（２）電極触媒層付き電極基材の作成 上記（１）で作成した電極基材の無機導電性物質が付着
している側に、実施例１（３）と同様にして触媒−ポリ
マ組成物を塗布し、直ちに乾燥して、電極触媒層付き電
極基材を作成した。得られた電極触媒層付き電極基材の
電極触媒層は、白金の付着量０．５ｍｇ／ｃｍ２であっ
た。

【００６０】（３）膜−電極接合体の作成および評価 上記（２）で作成した電極触媒層付き電極基材を用い
て、実施例１（４）と同様にして膜−電極接合体を作成
し、Ｉ−Ｖ特性を測定した。最高出力は４５０ｍＷ／ｃ
ｍ２であり、優れた高出力特性を示した。

【００６１】比較例５ （１）電極基材の作成 カーボンペーパー（東レ（株）製、ＴＧＰ−Ｈ−０６
０、目付け８３ｇ／ｍ２）にＰＴＦＥ水分散液（ポリフ
ロンＰＴＦＥ、ダイキン工業（株）製）を含浸、乾燥
後、３８０℃にて焼成を行った。得られた電極基材のＰ
ＴＦＥ含有率は２０ｗｔ％であり、表面粗さは２１μm
であった。

【００６２】（２）電極触媒層付き電極基材の作成 上記（１）で作成した電極基材の片面に、実施例１
（３）と同様にして触媒−ポリマ組成物を塗布し、直ち
に１００℃にて乾燥して、電極触媒層付き電極基材を作
成した。得られた電極触媒層付き電極基材の電極触媒層
は、白金の付着量０．５ｍｇ／ｃｍ２であった。

【００６３】（３）膜−電極接合体の作成および評価 上記（２）で作成した電極触媒層付き電極基材を用い
て、実施例１（４）と同様にして膜−電極接合体を作成
し、Ｉ−Ｖ特性を測定した。最高出力は３５０ｍＷ／ｃ
ｍ２であり、実施例３よりも劣る出力特性であった。電
極基材の表面粗さが実施例３に比べて粗く、電極触媒層
が電極基材にしみ込み、プロトン交換膜と電極触媒との
間に良好な接合界面を形成できなかったためと考えられ
る。

【００６４】比較例６ （１）電極基材の作成 長さ１２ｍｍにカットしたＰＡＮ系炭素繊維（直径７μ
ｍ）の短繊維を水中で分散、金網上に抄造し、炭素短繊
維を結着する高分子物質であるポリビニルアルコールと
酢酸ビニルの混合物からなるエマルジョンを付着させて
乾燥し、炭素繊維紙からなる多孔質導電シートを得た。
この炭素繊維紙を焼成し、目付５ｇ／ｍ２のカーボンペ
ーパーを得た。このカーボンペーパーに、ＰＴＦＥ水分
散液（ポリフロンＰＴＦＥ、ダイキン工業（株）製）を
含浸、乾燥させた。得られた多孔質導電シートのＰＴＦ
Ｅ含有率は２０ｗｔ％であった。この多孔質導電シート
の片面に実施例１（１）で作成した分散液を塗布しよう
としたが、うまく塗布することができず、無機導電性物
質層を形成することができなかった。多孔質導電シート
の目付けが低すぎたためと考えられる。

【００６５】実施例４ （１）比表面積の小さい無機導電性物質分散液の作成 界面活性剤（ＴＲＩＴＯＮ Ｘ−１１４、ナカライテス
ク（株）より購入）１２ｇ、アセチレンブラック（ＤＥ
ＮＫＡ ＢＬＡＣＫ、電気化学工業（株）製、窒素比表
面積６１ｍ２／ｇ）６ｇ、ＰＴＦＥ水分散液（ポリフロ
ンＰＴＦＥ、ダイキン工業（株）製）２．５ｇ、水３
９．５ｇを混合し、ホモジナイザーで十分にかくはんし
た。得られた分散液の粘度は、８００Ｐａ・ｓであっ
た。

【００６６】（２）比表面積の大きい無機導電性物質分
散液の作成 界面活性剤（ＴＲＩＴＯＮ Ｘ−１１４、ナカライテス
ク（株）より購入）１２ｇ、オイルファーネスブラック
（ValcanXC-72、Cabot社製、窒素比表面積２５４ｍ２／
ｇ）６ｇ、ＰＴＦＥ水分散液（ポリフロンＰＴＦＥ、ダ
イキン工業（株）製）２．５ｇを混合し、ホモジナイザ
ーで十分にかくはんした。得られた分散液の粘度が１０
０Ｐａ・ｓとなるように、水を加えて調整した。

【００６７】（３）無機導電性物質の表面側が密である
非対称構造に形成された電極基材の作成 比較例１ 上記（１）で作成した電極基材の片面に（１）で作成し
た比表面積の小さい無機導電性物質分散液を塗布し、直
ちに１００℃にて乾燥させた。得られた織物のアセチレ
ンブラック付き量は１ｍｇ／ｃｍ２であった。その上
に、さらに（２）で作成した比表面積の大きい無機導電
性物質分散液を塗布し、直ちに１００℃にて乾燥させ
た。得られた織物のオイルファーネスブラック付き量は
１ｍｇ／ｃｍ２であった。このようにして、無機導電性
物質の表面側が密である非対称構造に形成された電極基
材を得た。得られた電極基材の無機導電性物質が付着し
ている側（平滑な側）の表面粗さは１０μmであった。

【００６８】（４）電極触媒層付き電極基材の作成 上記（３）で作成した電極基材の無機導電性物質が付着
している側に、実施例１（３）と同様にして触媒−ポリ
マ組成物を塗布し、直ちに乾燥して、電極触媒層付き電
極基材を作成した。得られた電極触媒層付き電極基材の
電極触媒層は、白金の付着量０．５ｍｇ／ｃｍ２であっ
た。

【００６９】（５）膜−電極接合体の作成および評価 上記（４）で作成した電極触媒層付き電極基材を用い
て、実施例１（４）と同様にして膜−電極接合体を作成
し、Ｉ−Ｖ特性を測定した。最高出力は４５０ｍＷ／ｃ
ｍ２であり、優れた高出力特性を示した。

【００７０】実施例５ （１）比表面積の小さい無機導電性物質分散液の作成 界面活性剤（ＴＲＩＴＯＮ Ｘ−１１４、ナカライテス
ク（株）より購入）１２ｇ、アセチレンブラック（ＤＥ
ＮＫＡ ＢＬＡＣＫ、電気化学工業（株）製、窒素比表
面積６１ｍ２／ｇ）６ｇ、ＰＴＦＥ水分散液（ポリフロ
ンＰＴＦＥ、ダイキン工業（株）製）２．５ｇ、水３
９．５ｇを混合し、ホモジナイザーで十分にかくはんし
た。得られた分散液の粘度は、８００Ｐａ・ｓであっ
た。

【００７１】（２）比表面積の大きい無機導電性物質分
散液の作成 界面活性剤（ＴＲＩＴＯＮ Ｘ−１１４、ナカライテス
ク（株）より購入）１２ｇ、オイルファーネスブラック
（ケッチェンブラックＥＣ、ライオン社製、窒素比表面
積１０００ｍ２／ｇ）６ｇ、ＰＴＦＥ水分散液（ポリフ
ロンＰＴＦＥ、ダイキン工業（株）製）２．５ｇを混合
し、ホモジナイザーで十分にかくはんした。得られた分
散液の粘度が１００Ｐａ・ｓとなるように、水を加えて
調整した。

【００７２】（３）無機導電性物質の表面側が密である
非対称構造に形成された電極基材の作成 比較例１ 上記（１）で作成した電極基材の片面に（１）で作成し
た比表面積の小さい無機導電性物質分散液を塗布し、直
ちに１００℃にて乾燥させた。得られた織物のアセチレ
ンブラック付き量は１ｍｇ／ｃｍ２であった。その上
に、さらに（２）で作成した比表面積の大きい無機導電
性物質分散液を塗布し、直ちに１００℃にて乾燥させ
た。得られた織物のオイルファーネスブラック付き量は
１ｍｇ／ｃｍ２であった。このようにして、無機導電性
物質の表面側が密である非対称構造に形成された電極基
材を得た。得られた電極基材の無機導電性物質が付着し
ている側（平滑な側）の表面粗さは１０μmであった。

【００７３】（４）電極触媒層付き電極基材の作成 （３）で作成した電極基材の無機導電性物質が付着して
いる側に、実施例１（３）と同様にして触媒−ポリマ組
成物を塗布し、直ちに乾燥して、電極触媒層付き電極基
材を作成した。得られた電極触媒層付き電極基材の電極
触媒層は、白金の付着量０．５ｍｇ／ｃｍ２であった。 （５） 膜−電極接合体の作成および評価 （４）で作成した電極触媒層付き電極基材を用いて、実
施例１（４）と同様にして膜−電極接合体を作成し、Ｉ
−Ｖ特性を測定した。最高出力は４５０ｍＷ／ｃｍ２で
あり、優れた高出力特性を示した。

【００７４】実施例６ （１）電極基材の作成 比較例２（１）で作成した電極基材の無機導電性物質が
付着している側の表面を、紙ヤスリ（１０００番手）で
研磨した。得られた電極基材の無機導電性物質が付着し
ている側の表面粗さは１０μｍであった。

【００７５】（２）電極触媒層付き電極基材の作成 上記（１）で作成した電極基材の無機導電性物質が付着
している側に、実施例１（３）と同様にして触媒−ポリ
マ組成物を塗布し、直ちに乾燥して、電極触媒層付き電
極基材を作成した。得られた電極触媒層付き電極基材の
電極触媒層は、白金の付着量０．５ｍｇ／ｃｍ２であっ
た。

【００７６】（３）膜−電極接合体の作成および評価 上記（２）で作成した電極触媒層付き電極基材を用い
て、実施例１（４）と同様にして膜−電極接合体を作成
し、Ｉ−Ｖ特性を測定した。最高出力は４５０ｍＷ／ｃ
ｍ２であり、優れた高出力特性を示した。

【００７７】実施例７ （１）多孔質構造を有する電極触媒層付き電極基材の作
成 Aldrich社製Nafion溶液に、触媒担持カーボン（触媒：
Ｐｔ、カーボン：Cabot社製ValcanXC-72、白金担持量：
５０重量％）を、白金とNafionの重量比が１：０．５に
なるように加え、よく撹拌して触媒−ポリマ組成物を調
製した。この触媒−ポリマ組成物を、実施例１（１）お
よび（２）で作成した電極基材の平滑な側に塗布し、直
ちに酢酸ブチルに浸漬して、三次元網目多孔質構造を有
する電極触媒層が付いた電極基材を作成した。得られた
電極触媒層付き電極基材の電極触媒層は、白金の付着量
０．５ｍｇ／ｃｍ２であった。

【００７８】（２）膜−電極接合体の作成および評価 上記（１）で作成した電極触媒層付き電極基材を用い
て、実施例１（４）と同様にして膜−電極接合体を作成
し、Ｉ−Ｖ特性を測定した。最高出力は５００ｍＷ／ｃ
ｍ２であり、優れた高出力特性を示した。

【００７９】実施例８ （１）電極触媒層付き電極基材の作成 Aldrich社製Nafion溶液に、触媒担持カーボン（触媒：
Ｐｔ・Ru、カーボン：ライオン社製ケッチェンブラック
ＥＣ、白金担持量：3０重量％、ルテニウム担持量：24
重量％）を、カーボンとNafionの重量比が１：０．５に
なるように加え、よく撹拌して触媒−ポリマ組成物を調
製した。この触媒−ポリマ組成物を、実施例１（２）で
作成した電極基材の平滑な側に塗布し、直ちに乾燥し
て、電極触媒層付き電極基材を作成した。得られた電極
触媒層付き電極基材の電極触媒層は、白金の付着量１．
０ｍｇ／ｃｍ２であった。

【００８０】（２）膜−電極接合体の作成および評価 上記（１）で作成した電極触媒層付き電極基材および実
施例１（３）で作成した電極触媒層付き電極基材の間
に、プロトン交換膜（DuPont社製Nafion１１２）を、電
極触媒層がプロトン交換膜に接するように挟み、１３０
℃、５MPaの条件でホットプレスし、接合体とした。得
られた接合体を燃料電池セルに組み込み、常圧（大気
圧）の５０ｍｏｌ％メタノール水溶液および空気を供給
し、運転温度２５℃の条件で、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特
性を測定した。最高出力は５０ｍＷ／ｃｍ２であり、優
れた高出力特性を示した。

【００８１】比較例７ （１）電極触媒層付き電極基材の作成 Aldrich社製Nafion溶液に、触媒担持カーボン（触媒：
Ｐｔ・Ru、カーボン：ライオン社製ケッチェンブラック
ＥＣ、白金担持量：3０重量％、ルテニウム担持量：24
重量％）を、カーボンとNafionの重量比が１：０．５に
なるように加え、よく撹拌して触媒−ポリマ組成物を調
製した。この触媒−ポリマ組成物を、比較例２（１）で
作成した電極基材の無機導電性物質が付着している側に
塗布し、直ちに乾燥して、電極触媒層付き電極基材を作
成した。得られた電極触媒層付き電極基材の電極触媒層
は、白金の付着量１．０ｍｇ／ｃｍ２であった。

【００８２】（２）膜−電極接合体の作成および評価 上記（１）で作成した電極触媒層付き電極基材および比
較例２（２）で作成した電極触媒層付き電極基材を用い
て、実施例７（２）と同様にして膜−電極接合体を作成
し、Ｉ−Ｖ特性を測定した。最高出力は２０ｍＷ／ｃｍ
２であり、実施例８よりも劣る出力特性であった。電極
基材の表面粗さが実施例８に比べて粗く、電極触媒層が
電極基材にしみ込み、プロトン交換膜と電極触媒との間
に良好な接合界面を形成できなかったためと考えられ
る。

【００８３】実施例９ （１）無機導電性物質分散液の作成 界面活性剤（ＴＲＩＴＯＮ Ｘ−１１４、ナカライテス
ク（株）より購入）１２ｇ、アセチレンブラック（ＤＥ
ＮＫＡ ＢＬＡＣＫ、電気化学工業（株）製、窒素比表
面積６１ｍ２／ｇ）６ｇ、ＰＴＦＥ水分散液（ポリフロ
ンＰＴＦＥ、ダイキン工業（株）製）２．５ｇ、水３
９．５ｇを混合し、ホモジナイザーで十分にかくはんし
た。分散液の粘度を高めるため、かくはん中に６０℃ま
で加熱し、水分の一部を蒸発させた。得られた分散液の
粘度は、１６００Ｐａ・ｓであった。

【００８４】（２）電極基材の作成 炭素繊維織物（Ｅ−ＴＥＫ製クロス、タイプＡ、目付け
１１６ｇ／ｍ２）の片面に（１）で作成した分散液を塗
布し、直ちに１００℃にて乾燥させた。得られた織物の
アセチレンブラック付き量は２ｍｇ／ｃｍ２であった。
この織物に３８０℃、３ＭＰａの圧力をかけ、３ＭＰａ
の圧力を保ったまま１５分間かけて室温に冷却するプレ
スを行い、電極基材を得た。得られた電極基材の無機導
電性物質が付着している側（平滑な側）の表面粗さは９
μmであった。

【００８５】（３）電極触媒層付き電極基材の作成 上記（２）で作成した電極基材の無機導電性物質が付着
している側に、実施例１（３）と同様にして触媒−ポリ
マ組成物を塗布し、直ちに乾燥して、電極触媒層付き電
極基材を作成した。得られた電極触媒層付き電極基材の
電極触媒層は、白金の付着量０．５ｍｇ／ｃｍ２であっ
た。

【００８６】（４）膜−電極接合体の作成および評価 上記（３）で作成した電極触媒層付き電極基材を用い
て、実施例１（４）と同様にして膜−電極接合体を作成
し、Ｉ−Ｖ特性を測定した。最高出力は４５０ｍＷ／ｃ
ｍ２であり、優れた高出力特性を示した。

【００８７】

【発明の効果】本発明により、従来のものに比べて燃料
拡散性、排水性がよく、触媒層の浸み込みを抑えること
ができ、さらに触媒層とプロトン交換膜との間のプロト
ン伝導性が高い高性能な電極基材およびその製造方法を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電極基材の一実施例の縦断面図であ
る。

【図２】図１の電極基材とは異なる態様の本発明の電極
基材の縦断面図である。

【図３】図２の電極基材とは異なる態様の本発明の電極
基材の縦断面図である。

【符号の説明】

１……多孔質導電シート ２……無機質導電性物質層 ３……電極触媒層 ４……プロトン交換膜 ５……電極基材（本発明）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H018 AA01 AS00 BB00 BB03 BB08 CC06 DD06 DD08 DD10 EE05 HH00 HH02 HH03 5H026 AA06 AA08 CX03 CX04 EE05

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無機導電性繊維からなる多孔質の導電シ
   ートを含む電極基材において、該シートの電極触媒層を
   設ける側の表面粗さが、ＪＩＳ Ｂ０６０１で規定する
   中心線平均粗さ（Ra）で２μm以上２０μm以下であるこ
   とを特徴とする電極基材。
2. 【請求項２】 多孔質導電シートの表面に、さらに無機
   導電性物質層が設けられていることを特徴とする請求項
   １記載の電極基材。
3. 【請求項３】 無機導電性物質が粒子状の形態を有する
   ことを特徴とする請求項２記載の電極基材。
4. 【請求項４】 無機導電性物質が炭素材であることを特
   徴とする請求項２または３に記載の電極基材。
5. 【請求項５】 炭素材がカーボンブラックであることを
   特徴とする請求項４記載の電極基材。
6. 【請求項６】 無機導電性物質層は、表面側が密であ
   り、多孔質導電シート側が粗である非対称多孔質構造に
   形成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれ
   かに記載の電極基材。
7. 【請求項７】 無機導電性物質層は、表面側の無機導電
   性物質の比表面積をＳＡ（ｍ２／ｇ）、多孔質導電シー
   ト側の無機導電性物質の比表面積をＳＢ（ｍ２／ｇ）と
   するとき、これらの関係が１＜ＳＡ／ＳＢ≦２０００で
   あることを特徴とする請求項６記載の電極基材。
8. 【請求項８】 多孔質導電シートが無機導電性繊維を用
   いたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれ
   かに記載の電極基材。
9. 【請求項９】 無機導電性繊維が炭素繊維であることを
   特徴とする請求項８記載の電極基材。
10. 【請求項１０】 炭素繊維が、ポリアクリロニトリル、
    ピッチ、あるいは低沸点有機化合物を原料とするもので
    あることを特徴とする請求項９記載の電極基材。
11. 【請求項１１】 多孔質導電シートが、織布、抄紙体、
    フェルト、不織布のいずれかであることを特徴とする請
    求項１〜１０のいずれかに記載の電極基材。
12. 【請求項１２】 多孔質導電シートの目付けが１０〜２
    ２０ｇ／ｍ２であることを特徴とする請求項１〜１１の
    いずれかに記載の電極基材。
13. 【請求項１３】 多孔質導電シートの表面に、粘度が１
    ０Ｐａ・ｓ以上である無機導電性物質分散液を塗布する
    ことを特徴とする請求項２記載の電極基材の製造方法。
14. 【請求項１４】 多孔質導電シートの表面に無機導電性
    物質層を設けた後、無機導電性物質層の表面をプレスま
    たは研磨することを特徴とする請求項２記載の電極基材
    の製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１〜１２のいずれかに記載の電
    極基材を用いた膜−電極複合体。
16. 【請求項１６】 請求項１〜１２のいずれかに記載の電
    極基材を用いた電気化学装置。
17. 【請求項１７】 請求項１〜１２のいずれかに記載の電
    極基材を用いた水電解装置。
18. 【請求項１８】 請求項１〜１２のいずれかに記載の電
    極基材を用いた燃料電池。
19. 【請求項１９】 請求項１〜１２のいずれかに記載の電
    極基材を用いた固体高分子型燃料電池。
20. 【請求項２０】 請求項１〜１２のいずれかに記載の電
    極基材を用いた直接メタノール型燃料電池。
21. 【請求項２１】 請求項１８〜２０のいずれかに記載の
    燃料電池を電力供給源とする移動体。
22. 【請求項２２】 請求項１８〜２０のいずれかに記載の
    燃料電池を電力供給源とする自動車。
23. 【請求項２３】 請求項１８〜２０のいずれかに記載の
    燃料電池を電力供給源とする携帯電子機器。