直接附着于构成膜电极接合体的气体扩散层的由碳纤维构成的无纺布或复写纸、碳布等。 [0083] 本发明可使用的金属催化剂具有发挥电化学反应的催化作用的功能。阳极催化剂 层所使用的金属催化剂只要是在氢的氧化反应上具有催化作用，就没有特别限制，同样可 使用公知的催化剂。另外，阴极催化剂层所使用的金属催化剂也只要是在氧的还原反应上 具有催化作用，就没有特别限制，同样可使用公知的催化剂。具体而言，可选自铂、钌、铱、 铑、钯、锇、妈、铅、铁、铜、银、络、钴、镍、猛、银、钼、镓、错等金属及它们的合金等。
[0084] 其中，为了提高催化活性、对一氧化碳等的耐中毒性、耐热性等，优选使用至少含 有铂的催化剂。即，金属催化剂优选为铂，或优选含有铂和铂以外的金属成分，更优选为铂 或含铂合金。这种金属催化剂能够发挥高活性。上述合金的组成也取决于进行合金化的 金属的种类，但可以将铂的含量设为30~90原子％，且将与铂合金化的金属的含量设为 10~70原子％。此外，合金通常是在金属元素中添加有一种以上的金属元素或非金属元素 的合金，是具有金属性质的合金的总称。在合金的组织中具有成分元素成为单独的晶体可 以说是混合物的共晶合金、成分元素完全溶解成为固溶体的物质、成分元素形成金属间化 合物或金属和非金属的化合物的物质等，在本申请中，哪一种物质都可以。此时，阳极催化 剂层所使用的金属催化剂及阴极催化剂层所使用的金属催化剂可从上述中适当选择。在本 说明书中，只要没有特别说明，阳极催化剂层用及阴极催化剂层用的金属催化剂的说明关 于两者都是同样的定义。但是，阳极催化剂层及阴极催化剂层的金属催化剂不需要相同，可 适当选择，以使其发挥如上所述的所期望的作用。
[0085] 在本实施方式中，金属催化剂（催化剂成分）的比表面积为30m2/g载体以下。金 属催化剂的比表面积优选为5~30m2/g载体，特别优选为10~20m2/g载体。金属催化剂 表面为亲水性，通过催化反应生成的水容易吸附。因此，水容易保持在储存金属催化剂的细 小孔内。当细小孔内保持水时，气体的输送路径变窄，且，水中的反应气体的扩散速度延迟， 因此，气体的输送性下降。相对于此，通过使金属催化剂的比表面积为上述的范围比较小， 能减少吸附于金属催化剂表面的水的量。其结果，水难以保持在细小孔内，在催化剂中，进 一步降低催化剂中的含水量。因此，能降低反应气体的输送阻力。有效地利用金属催化剂。 另外，本发明的"金属催化剂的比表面积"采用由以下的实施例记载的方法测量的值。
[0086]金属催化剂（催化剂成分）的形状或大小只要是比表面积为上述范围的值，则并 没有特别限制，可采用与公知的催化剂成分同样的形状及大小。作为形状，例如可使用粒 状、鳞片状、层状等，但优选为粒状。此时，金属催化剂（金属催化剂粒子）的平均粒径没 有特别限制，但优选为超过3nm的大小，更优选为超过3nm~30nm，特别优选为超过3nm~ 10nm。如果金属催化剂的平均粒径为超过3nm，则使金属催化剂的比表面积变小。其结果， 如上所述，能减少吸附于金属催化剂表面的水的量，确保较多的有助于反应气体的输送的 细小孔。因此，能够进一步降低反应气体输送阻力。另外，也能够防止电位变化引起的溶出， 能够抑制时效性的性能下降。因此，能够进一步提高催化活性，即，能够更有效地促进催化 反应。另一方面，如果金属催化剂粒子的平均粒径为30nm以下，则能够用简便的方法使金 属催化剂担载于载体的细小孔内部，能够降低金属催化剂的电解质覆盖率。此外，本发明的 "金属催化剂粒子的平均粒径"可采用由以下的实施例记载的方法测量的值。
[0087]另外，金属催化剂相对于催化剂的比例（有时也称为催化剂担载率）为，相对于催 化剂的总重量（载体与金属催化剂的合计重量），被担载的金属催化剂的重量所占的比例。 该催化剂担载率优选为40重量％以下。进一步，催化剂担载率更优选为30重量％以下。催 化剂担载率的下限优选为5重量％，更优选为20重量％。只要催化剂担载率为上述范围，能 得到金属催化剂的比表面积小的催化剂。其结果，能减少吸附于金属催化剂表面的水的量， 确保较多的有助于反应气体的输送的细小孔。因此，能够进一步降低反应气体输送阻力，很 快地输送反应气体。而且，能有效地利用金属催化剂，其结果，能进一步提高催化活性。即， 能够更有效地促进催化反应。另外，根据本方式，从使用金属催化剂比较小、经济上的观点 出发也优选。另外，本发明的"催化剂担载率"为通过测量担载金属催化剂之前的载体和担 载金属催化剂之后的催化剂的重量而求出的值。
[0088][催化剂层]
[0089]如上所述，本发明的催化剂能够降低气体输送阻力，且能够发挥高催化活性，即， 根据本实施方式，能够促进催化反应。因此，本发明的催化剂可优选用于燃料电池用的电极 催化剂层。即，根据本发明的一实施方式，提供含有上述的催化剂及电解质的燃料电池用电 极催化剂层（有时也称为催化剂层）。在该催化剂层中，降低反应气体相对于金属催化剂的 表面的输送阻力。
[0090]图3是表示本发明一实施方式的催化剂层的催化剂及电解质的关系的示意图。如 图3所示，在本发明的催化剂层内，催化剂由电解质26覆盖，但电解质26不会侵入到催化 剂（催化剂载体23)的细小孔24内。因此，载体23表面的金属催化剂22与电解质26接 触，但担载于细小孔24内部的金属催化剂22与电解质26为非接触状态。细小孔内的金属 催化剂通过与电解质以非接触状态形成氧气和水的三相界面，能够确保金属催化剂的反应 活性面积。
[0091] 本发明的催化剂也可以存在于阴极催化剂层或阳极催化剂层中的任一层中，但优 选在阴极催化剂层中使用。这是因为如上所述，本发明的催化剂通过即使不与电解质接触 也形成与水的三相界面，能够有效地利用催化剂，但在阴极催化剂层中形成水。
[0092] 电解质没有特别限制，但优选为离子传导性的高分子电解质。上述高分子电解质 因为发挥的是传递在燃料极侧的催化剂活物质周边产生的质子的作用，所以也称为质子传 导性高分子。
[0093] 该高分子电解质没有特别限定，可适当参照现有公知的知识。高分子电解质根据 构成材料即离子交换树脂的种类，大致分为氟系高分子电解质和烃系高分子电解质。
[0094] 作为构成氟系高分子电解质的离子交换树脂，例如可举出：全氟磺酸树脂（注册 商标，r1步y社制）、全氟羧酸树脂（注册商标，旭化成株式会社制）、全氟碳酸树脂（注 册商标，旭硝子株式会社制）等全氟碳磺酸系聚合物、全氟碳膦酸系聚合物、三氟苯乙烯磺 酸系聚合物、乙烯四氟乙烯一g-苯乙烯磺酸系聚合物、乙烯一四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙 烯一全氟碳磺酸系聚合物等。从耐热性、化学稳定性、耐久性、机械强度优异这种观点来看， 优选使用这些氟系高分子电解质，特别优选使用由全氟碳磺酸系聚合物构成的氟系高分子 电解质。
[0095] 作为烃系电解质，具体而言，可举出：磺化聚醚砜（S-PES)、磺化聚芳醚酮、磺化 聚对苯并咪唑烷基、膦化聚苯并咪唑烷基、磺化聚对苯乙烯、磺化聚醚醚酮（S-PEEK)、磺 化聚对苯（S-PPP)等。从原料便宜制造工序简便，且材料的选择性高这种制造上的观点来 看，优选使用这些烃系高分子电解质。此外，上述的离子交换树脂可以单独地仅使用一种， 也可以并用两种以上。另外，不局限于上述的材料，也可以使用其他材料。
[0096] 在担负质子传递的高分子电解质中，重要的是质子的传导度。这里，在高分子电解 质的EW过大的情况下，催化剂层整体的离子传导性下降。因此，本方式的催化剂层优选含 有EW小的高分子电解质。具体而言，本方式的催化剂层优选含有EW为1500g/eq.以下的 高分子电解质，更优选含有1200g/eq.以下的高分子电解质，特别优选含有lOOOg/eq.以下 的高分子电解质。
[0097] 另一方面，在EW过小的情况下，亲水性过高，水的圆滑移动较困难。从这种观点来 看，高分子电解质的EW优选为600g/eq.以上。此外，EW(EquivalentWeight)表示具有质 子传导性的交换基的当量重量。当量重量为每1当量离子交换基的离子交换膜的干燥重 量，用"g/eq"单位来表示。
[0098] 另外，催化剂层在发电面内含有EW不同的两种以上的高分子电解质，此时，高分 子电解质中的EW最低的高分子电解质优选用于流路内气体的相对湿度为90%以下的区 域。通过采用这种材料配置，不管是不是电流密度区域，电阻值都变小，能够实现电池性能 的提高。作为在流路内气体的相对湿度为90%以下的区域使用的高分子电解质，S卩，EW最 低的高分子电解质的EW，最好为900g/eq.以下。由此，上述的效果更可靠、显著。
[0099] 进而，最好将EW最低的高分子电解质用于温度比冷却水的入口和出口的平均温 度还高的区域。由此，不管是不是电流密度区域，电阻值都变小，能够实现电池性能的进一 步提尚。
[0100] 进而，从减小燃料电池系统的电阻值的观点来看，EW最低的高分子电解质最好用 于从燃料气体及氧化剂气体中的至少一方的气体供给口起相对于流路长为3/5以内的范 围的区域。
[0101] 本方式的催化剂层也可以在催化剂和高分子电解质之间含有可将催化剂和高分 子电解质连结成可传导质子的状态的液体质子传导材料。通过液体质子传导材料被导入， 能够在催化剂和高分子电解质之间确保经由液体质子传导材料的质子输送路径，能够将发 电所需要的质子高效地输送到催化剂表面。由此，催化剂的利用效率提高，所以能够一边维 持发电性能，一边降低催化剂的使用量。该液体质子传导材料只要夹在催化剂和高分子电 解质之间即可，可配置在催化剂层内的多孔质载体间的空穴（二次空穴）或多孔质载体内 的空穴（微小孔或细小孔：一次空穴）内。
[0102] 作为液体质子传导材料，只要具有离子传导性，且发挥形成催化剂和高分子电解 质之间的质子输送路径的功能，就没有特别限定。具体而言，可举出：水、质子性离子液体、 高氯酸水溶液、硝酸水溶液、甲酸水溶液、醋酸水溶液等。
[0103] 在使用水作为液体质子传导材料的情况下，通过在开始发电以前利用少量的液态 水或加湿气体将催化剂层湿润，能够向催化剂层内导入作为液体质子传导材料的水。另外， 也可利用通过燃料电池工作时的电化学反应而产生的生成水作为液体质子传导材料。因 此，在燃料电池的运转开始的状态下，不必保持液体质子传导材料。例如，最好将催化剂和 电解质的表面距离设为构成水分子的氧离子直径即0.28nm以上。通过保持这种距离，能够 一边保持催化剂和高分子电解质的非接触状态，一边使水（液体质子传导材料）介入催化 剂和高分子电解质之间（液体传导材料保持部），确保两者间的水实现的质子输