JP2014212017A - 燃料電池の製造方法および触媒インク - Google Patents

Abstract

【課題】触媒層のカーボンの酸化を抑制する。【解決手段】電解質膜と、触媒担持カーボンとアイオノマとを含む触媒層と、カーボンとバインダとを含むマイクロポーラス層と、を有する膜電極接合体の触媒層を形成するための触媒インクである。この触媒インクは、触媒担持カーボンと、第１の分子量を有する第１のアイオノマと、第１の分子量よりも大きな第２の分子量を有する第２のアイオノマと、第１の溶解度パラメータを有する第１の溶媒と、第１の溶解度パラメータよりも大きな第２の溶解度パラメータを有する第２の溶媒と、を含んでいる。第１の溶媒の質量と第２の溶媒の質量との比は、アイオノマの分子量の分布グラフにおける第１のアイオノマのピークの頻度と第２のアイオノマのピークの頻度との比と等しい。【選択図】図３

Description

この発明は、燃料電池の製造方法および触媒インクに関する。

平均粒径が異なる３種類以上のカーボン粒子が相互に略均等となる量で配合され、これらとフッ素樹脂とから形成されてなるマイクロポーラス層を備える燃料電池が知られている（特許文献１）。

特開２０１１−１７５８９１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、マイクロポーラス層にマイクロポーラス層のカーボンを酸化させるのに必要な水分が十分に供給されないため、マイクロポーラス層のカーボンではなく触媒層中のカーボンの酸化が進むという問題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、電解質膜と、触媒担持カーボンとアイオノマとを含む触媒層と、カーボンとバインダとを含むマイクロポーラス層と、を有する膜電極接合体の触媒層を形成するための触媒インクが提供される。この形態の触媒インクは、触媒担持カーボンと、第１の分子量を有する第１のアイオノマと、前記第１の分子量よりも大きな第２の分子量を有する第２のアイオノマと、第１の溶解度パラメータを有する第１の溶媒と、前記第１の溶解度パラメータよりも大きな第２の溶解度パラメータを有する第２の溶媒と、を含み、前記第１の溶媒の質量と前記第２の溶媒の質量との比は、前記アイオノマの分子量の分布グラフにおける前記第１のアイオノマのピークの頻度と前記第２のアイオノマのピークの頻度との比と等しい。この形態の触媒インクを用いて燃料電池の膜電極接合体を製造した場合、分子量の低い第１のアイオノマのうちの微量がマイクロポーラス層に流出し、マイクロポーラス層のカーボンに捕捉される。その結果、マイクロポーラス層においてカーボンの酸化に必要な水分が供給され易くなる。これにより、マイクロポーラス層のカーボンの酸化を促進させることで、触媒層の触媒担持カーボンの酸化を抑制することが可能となる。

（２）上記形態の触媒インクにおいて、前記第１の溶媒は、１プロパノールであり、前記第２の溶媒は、エタノールであってもよい。

（３）本発明の一形態によれば、燃料電池の製造方法が提供される。この形態の燃料電池の製造方法は、（ｉ）触媒担持カーボンと、水と、第１の分子量を有する第１のアイオノマと、前記第１の分子量よりも大きな第２の分子量を有する第２のアイオノマと、第１の溶解度パラメータを有する第１の溶媒と、前記第１の溶解度パラメータよりも大きな第２の溶解度パラメータを有する第２の溶媒とを、前記第１の溶媒の質量と前記第２の溶媒の質量との比が、前記アイオノマの分子量の分布グラフにおける前記第１のアイオノマの分子量のピーク頻度と前記第２のアイオノマの分子量のピーク頻度との比と等しくなるように混合して撹拌する工程と、（ｉｉ）前記工程（ｉ）の混合溶液に超音波をあてて分散し、触媒インクを製造する工程と、（ｉｉｉ）前記触媒インクを基材に塗工・乾燥して触媒層を形成する工程と、（ｉｖ）加熱プレスにより前記触媒層を電解質膜に接合する工程と、（ｖ）前記触媒層に、カーボンとバインダとを含むマイクロポーラス層を有するガス拡散層を配置する工程と、を備える。この形態の燃料電池の製造方法により製造された燃料電池では、分子量の低い第１のアイオノマのうちの微量がマイクロポーラス層に流出し、マイクロポーラス層のカーボンに捕捉される。その結果、マイクロポーラス層においてカーボンの酸化に必要な水分が供給され易くなる。これにより、マイクロポーラス層のカーボンの酸化を促進させることで、触媒層の触媒担持カーボンの酸化を抑制することが可能となる。

なお、本発明は種々の形態で実現することが可能であり、例えば、触媒インクのほか、燃料電池、触媒インクの製造方法、燃料電池等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としての膜電極接合体を用いた燃料電池の概略構成を示す断面模式図である。 カソード側触媒層とカソード側ＭＰＬの近傍を拡大して示す説明図である。 本実施例の触媒層の製造工程を図示して示す説明図である。 アイオノマの分子量分布を示す説明図である。 耐久試験の長さと触媒層の厚さとの関係を示すグラフである。

図１は、本発明の一実施形態としての膜電極接合体を用いた燃料電池の概略構成を示す断面模式図である。この燃料電池１０は、膜電極接合体（ＭＥＡ）１００と、膜電極接合体１００を両側から挟持するアノード側セパレータ２００ａおよびカソード側セパレータ２００ｃと、を備える単セル構造の燃料電池である。なお、燃料電池は、通常、複数の単セルを用いたスタック構造で構成される。

ＭＥＡ１００は、触媒層形成電解質膜（ＣＣＭ）１３０と、ＣＣＭ１３０のアノード側の面に形成されたアノード側ガス拡散層１４０ａと、カソード側の面に形成されたカソード側ガス拡散層１４０ｃと、を備えている。ＣＣＭ１３０は、電解質膜１１０と、電解質膜１１０のアノード側の面に形成されたアノード側触媒層１１２ａと、カソード側の面に形成されたカソード側触媒層１１２ｃと、を備えている。アノード側触媒層１１２ａと、カソード側触媒層１１２ｃは、白金や白金合金などの触媒を担持しているカーボン（以下「触媒担持カーボン」と呼ぶ。）を備えている。

アノード側ガス拡散層１４０ａは、アノード側ガス拡散基材層１１４ａと、アノード側マイクロポーラス層１１６ａ（以下「アノード側ＭＰＬ１１６ａ」とも呼ぶ。）と、を備えている。アノード側ＭＰＬ１１６ａは、触媒を担持しないカーボンと、バインダ（例えばフッ素系樹脂などの撥水性樹脂）とを備えており、アノード側ガス拡散基材層１１４ａのアノード側触媒層１１２ａ側の面に形成されている。

カソード側ガス拡散層１４０ｃは、カソード側ガス拡散基材層１１４ｃと、カソード側マイクロポーラス層１１６ｃ（以下「カソード側ＭＰＬ１１６ｃ」とも呼ぶ。）と、を備えている。カソード側ＭＰＬ１１６ｃは、触媒を担持しないカーボンと、フッ素系樹脂とを備えており、カソード側ガス拡散基材層１１４ｃのカソード側触媒層１１２ｃ側の面に形成されている。

アノード側触媒層１１２ａおよびアノード側ガス拡散層１４０ａが、電解質膜１１０のアノード側の面に形成されたアノード側電極１２０ａとなり、カソード側触媒層１１２ｃおよびカソード側ガス拡散層１４０ｃが、電解質膜１１０のカソード側の面に形成されたカソード側電極１２０ｃとなる。なお、アノード側の構成とカソード側の構成とは、電解質膜１１０を挟んで対称になっている。

アノード側セパレータ２００ａおよびカソード側セパレータ２００ｃは、ガスを透過させない導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成型した金属板によって構成することができる。アノード側セパレータ２００ａの表面は凸凹形状となっており、アノード側ガス拡散層１４０ａのアノード側ガス拡散基材層１１４ａとの間には、燃料ガス（「アノードガス」とも呼び、例えば、水素ガスが用いられる）が流れる燃料ガス流路２０２ａが形成されている。同様にして、カソード側セパレータ２００ｃとカソード側ガス拡散層１４０ｃのカソード側ガス拡散基材層１１４ｃとの間には、酸化ガス（「カソードガス」とも呼び、例えば、酸素ガスを含む空気が用いられる）が流れる酸化ガス流路２０２ｃが形成されている。なお、図１の例では、アノード側セパレータ２００ａは、互いに平行な複数の溝からなる凸凹形状を有しているが、これに限らず、アノード側セパレータ２００ａとアノード側ガス拡散基材層１１４ａとの間に燃料ガスの流路を形成可能な任意の形状とすることができる。また、カソード側セパレータ２００ｃについても同様に、カソード側セパレータ２００ｃとカソード側ガス拡散基材層１１４ｃとの間に酸化ガスの流路を形成可能な任意の形状とすることができる。また、アノード側セパレータ２００ａやカソード側セパレータ２００ｃを単に板状のセパレータとし、アノード側ガス拡散基材層１１４ａやカソード側ガス拡散基材層１１４ｃとの間にガス流路層を別途設ける構造とすることもできる。

アノード側セパレータ２００ａおよびカソード側セパレータ２００ｃは、上記したように膜電極接合体１００を挟持して、発電のための燃料ガスや酸化ガスの外部への流出を遮断するとともに膜電極接合体１００へ供給する役割と、発電により発生した電気を伝えるための導電部材としての役割を果たしている。

以下の説明において、各構成要素のアノード側とカソード側を特に区別しない場合には、各構成要素の「アノード側」および「カソード側」の記載を省略する場合もある。

電解質膜１１０は、種々のフッ素系固体高分子電解質膜や炭化水素系固体高分子電解質膜を用いることができる。本例では、フッ素系固体高分子電解質膜を用いるものとする。触媒層１１２ａ，１１２ｃは、触媒として機能する白金等の白金族金属や白金族元素の合金が、導電性物質として機能するカーボンブラック等の炭素系粒子材料に担持された触媒担持カーボンと、電解質膜１１０と同様の電解質成分（アイオノマ）と、を含んでいる。

ガス拡散層１４０ａ，１４０ｃのガス拡散基材層１１４ａ，１１４ｃは、例えば、カーボンペーパやカーボンクロス等のカーボン多孔質体や、金属メッシュや発泡金属等の金属多孔質体で構成される。なお、ガス拡散基材層１１４ａ，１１４ｃは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等）の分散液に浸漬されることにより、撥水処理を施されていても良い。また、ガス拡散層１４０ａ，１４０ｃのＭＰＬ１１６ａ，１１６ｃは、ガス拡散基材層１１４ａ，１１４ｃよりも微細な気孔を有しており、導電性部材としての粒子状のカーボン（「粒子状カーボン」とも呼ぶ。）として、例えば、カーボンブラックと、バインダとして撥水性を有する部材（以下「撥水性部材」とも呼ぶ。）、例えば、ＰＴＦＥやＰＦＡ等と、を含む構造を有している。なお、以下では、導電性部材としての粒子状のカーボンと撥水性部材とを含む構造として説明する。

図２は、カソード側触媒層１１２ｃとカソード側ＭＰＬ１１６ｃの近傍を拡大して示す説明図である。以下カソード側を例にとり説明するが、アノード側についても同様である。カソード側触媒層１１２ｃは、分子量の大きなアイオノマ１６０Ｌと、分子量の小さなアイオノマ１６０Ｓと、触媒を担持したカーボン粒子１５０Ｐｔ（以下「触媒担持カーボン１５０Ｐｔ」とも呼ぶ。）と、を含んでいる。

カソード側ＭＰＬ１１６ｃは、上述したように、粒子状カーボン１５０と、撥水性部材と、を含んでいる。カソード側ＭＰＬ１１６ｃは、触媒層１１２ｃに接合される前の状態では、アイオノマを含んでいないが、触媒層１１２ｃに接合されると、微量のアイオノマ１６０Ｓが触媒層１１２ｃから移動し、微量のアイオノマ１６０Ｓを含むようになる。なお、カソード側ＭＰＬ１１６ｃに最初からアイオノマ１６０Ｓを含ませる場合、カソード側ＭＰＬ１１６ｃに含まれるアイオノマ１６０Ｓの量を微量にすることが困難であり、カソード側ＭＰＬ１１６ｃのガス拡散性を悪化させる場合があった。なお、微量のアイオノマ１６０Ｓを触媒層１１２ｃからカソード側ＭＰＬ１１６ｃに移動させることは、従来は困難であったが、本願発明者は、以下に説明するように、微量のアイオノマ１６０Ｓを触媒層１１２ｃからカソード側ＭＰＬ１１６ｃに移動させることが可能な方法を見いだした。

本願発明者は、カソード側触媒層１１２ｃを形成するための触媒インクに含まれる溶媒について、ＳＰ値の異なる２種類の溶媒（低ＳＰ値溶媒、高ＳＰ値溶媒）を混合して用い、アイオノマとして、分子量の異なる２つのアイオノマ１６０Ｌ、１６０Ｓを用い、その混合比率を以下の式（１）で示すようにすると、微量のアイオノマ１６０Ｓを触媒層１１２ｃからカソード側ＭＰＬ１１６ｃに移動させることが可能となることを見いだした。（アイオノマ１６０Ｓの分子量分布のピーク頻度）：（アイオノマ１６０Ｌの分子量分布のピーク頻度）
＝（低ＳＰ値溶媒の質量パーセント）：（高ＳＰ値溶媒の質量パーセント） …（１）
ここでＳＰ値とは、溶解度パラメータを意味する。

ただし、現時点では、式（１）に示す条件にすることによって微量のアイオノマ１６０Ｓを触媒層１１２ｃからカソード側ＭＰＬ１１６ｃに移動させることが可能となる理由は、以下のように推定される。すなわち、ＳＰ値の異なる２種類の溶媒（低ＳＰ値溶媒、高ＳＰ値溶媒）を混合して用いて触媒層１１２ｃを形成した場合、触媒層１１２ｃ中のアイオノマ１６０Ｓ、１６０Ｌの構造が不安定となり、分子量の小さなアイオノマ１６０Ｓがカソード側ＭＰＬ１１６ｃに溶出し易くなると推定される。

触媒担持カーボン１５０Ｐｔとカーボン粒子１５０は、親水基を有するため、一般にアイオノマがトラップされやすい。ここで、カソード側触媒層１１２ｃ中の触媒担持カーボン１５０Ｐｔの表面は、アイオノマ１６０Ｌ、１６０Ｓにより被覆されているため、それ以上のアイオノマはトラップされ難い。一方、カソード側ＭＰＬ１１６ｃには、もともとアイオノマが含まれていないため、その中のカーボン粒子１５０には親水基の露出部分がある。従って、アイオノマ１６０Ｓがカソード側ＭＰＬ１１６ｃに移動してくると、カーボン粒子１５０の親水基の露出部分にアイオノマがトラップされ易い。また、カソード側ＭＰＬ１１６ｃは、撥水性のＰＴＦＥやＰＦＡを含むので、カーボン粒子１５０に付着したアイオノマに水が引き寄せられ易い。

実施例：
図３は、触媒層の製造工程を図示して示す説明図である。工程Ｓ１では、触媒インクの生成に必要な各材料を、所定の分量で調合し攪拌子３１０で混合する。図に示すように、混合する材料は、触媒担持カーボン１５０Ｐｔと、分子量の大きなアイオノマＬと、分子量の小さなアイオノマ１６０Ｓと、水と混合溶媒である。混合溶媒は、エタノール（高ＳＰ値溶媒：ＳＰ値１２．７）と１プロパノール（低ＳＰ値溶媒：Ｓｐ値１０．３）との混合溶媒である。水と有機溶媒とを所定の混合比で混合した溶媒である。

この触媒担持カーボン１５０Ｐｔは、白金と、炭素粉末（カーボン）とを所定の割合で混合され、カーボン粒子１５０上に白金が担持された触媒である。なお、炭素粉末は、ファーネスブラック系あるいはアセチレンブラック系のカーボンブラックを用いることが出来る。カーボンブラックは、親水化処理をされていることが好ましい。アイオノマとして、例えばデュポン社製のＮａｆｉｏｎを用いることができる。Ｎａｆｉｏｎは登録商標である。

図４は、アイオノマの分子量分布を示す説明図である。分子量には、２つのピークがあり、ピークの高さの比は、以下の式（２）で示される。
低分子量アイオノマ：高分子量アイオノマ＝ｘ：ｙ …（２）
実施例では、ｘ：ｙ＝２：３であった。このアイオノマの分子量分布の測定には、ＧＰＣクロマトグラフィー（ゲル浸透クロマトグラフィー）を用いる。ＧＰＣクロマトグラフィーは、細孔を有する粒状ゲルを充填したカラムを有しており、カラムに注入された試料は、細孔に出入りしながらカラム中を移動する。一般に、分子量の大きな試料の方がカラムから早く溶出される。したがって、カラムからの溶出時間とそのときの信号強度を測定することにより、相対的な分子量分布を取得することができる。なお、ＧＰＣクロマトグラフィーでは、相対的な分子量分布が解るが、光散乱検出器を併用することにより、高分子物質の絶対分子量分布および絶対平均分子量、回転半径などの情報を得ることも可能である。

図３に戻り説明を続ける。本実施例では、１−プロパノールと、エタノールの混合比率を、以下の式（３）に示すようにした。
（１―プロパノールの質量）：（エタノールの質量）＝ｘ：ｙ …（３）
式（３）のｘ、ｙの値（またはその比の値ｘ／ｙ）は、式（２）のｘ、ｙの値（またはその比の値ｘ／ｙ）と同じである。

上記材料を混合した後、工程Ｓ２において、分散機を用いて混合溶媒中の触媒担持カーボン１５０Ｐｔとアイオノマ１６０Ｌ、１６０Ｓとを、超音波ホモジナイザー３２０を用いて均一に分散させる。このようにして生成されるのが触媒インク１７０である。

触媒インクを生成した後、工程Ｓ３では、ダイコーター３３０を用いて、生成した触媒インクを基板３４０上に、均一な膜厚で直接に塗工し、触媒層１１２ｃを形成する。工程Ｓ４では、触媒層１１２ｃを温風乾燥機３５０によって乾燥させる。乾燥された触媒層１１２ｃは、加熱プレスにより、電解質膜１１０に接合される。

比較例：
比較例の条件は、実施例では、触媒インクを製造するときの溶媒を、エタノールと１プロパノールの混合溶媒としたが、比較例では、１プロパノールを含まないエタノールのみの溶媒とした点が異なっているが、他の条件は同じである。

図５は、耐久試験における時間と、触媒層１１２ｃ、１１２ａの厚さとの関係を示すグラフである。ここで、耐久試験では、膜電極接合体１００を作製し、膜電極接合体１００に対して６５℃の温度で０．６Ｖ〜０．９Ｖの電位変動をさせながら発電させた。比較例では、耐久試験の長さが長くなると、触媒層１１２ｃ、１１２ａの厚さが薄くなっていくことがわかる。これに対し、実施例では、触媒層１１２ｃ、１１２ａは多少薄くなるが、比較例と比較するとほとんど薄くなっていないことがわかる。

比較例では、触媒インクを作製するときの溶媒は、エタノール（高ＳＰ値溶媒）を含んでいるが、１−プロパノール（低ＳＰ値溶媒）を含んでいない。そのため、アイオノマは、触媒層１１２ｃ、１１２ａにしか存在せず、ＭＰＬ１１６ｃ、１１６ａにはアイオノマ１６０Ｓが移動していない。その結果、酸化反応に必要な水は、触媒層１１２ｃ、１１２ａにしか存在せず、ＭＰＬ１１６ｃ、１１６ａには存在しない。その結果、触媒層１１２ｃ、１１２ａ中の触媒担持カーボン１５０Ｐｔの酸化が進み、触媒層１１２ｃ、１１２ａの厚さが薄くなるものと推定される。

これに対し、実施例では、触媒インクを作製するときの溶媒は、エタノール（高ＳＰ値溶媒）と、１−プロパノール（低ＳＰ値溶媒）とを含んでいる。そのため、微量の体分子量のアイオノマが、触媒層１１２ｃ、１１２ａからＭＰＬ１１６ｃ、１１６ａに移動し、上述のようにカーボン粒子１５０にトラップされる。その結果、酸化反応に必要な水が、ＭＰＬ１１６ｃ、１１６ａに保持されやすくなる。カソード側では、酸素を含むカソードガスは、カソード側ガス拡散層１４０ｃから供給され、カソード側ＭＰＬ１１６ｃを経てカソード側触媒層１１２ｃに供給される。その結果、酸素は、カソード側ＭＰＬ１１６ｃ中のカーボン粒子１５０を酸化する。その結果、触媒層１１２ｃの触媒担持カーボン１５０Ｐｔは酸化され難くなるものと推定される。

以上、本実施形態によれば、触媒層１１２ｃ、１１２ａを形成するための触媒インクに含まれる溶媒について、ＳＰ値の異なる２種類の溶媒（低ＳＰ値溶媒、高ＳＰ値溶媒）を混合して用い、アイオノマとして、分子量の異なる２つのアイオノマ１６０Ｌ、１６０Ｓを用い、その混合比率を
（アイオノマ１６０Ｓの分子量分布のピーク頻度）：（アイオノマ１６０Ｌの分子量分布のピーク頻度）
＝（低ＳＰ値溶媒の質量パーセント）：（高ＳＰ値溶媒の質量パーセント）
とすることにより、微量のアイオノマ１６０Ｓを触媒層１１２ｃ、１１２ａからＭＰＬ１１６ｃ、１１６ａに移動させることが可能となる。その結果、微量の体分子量のアイオノマを、触媒層１１２ｃ、１１２ａからＭＰＬ１１６ｃ、１１６ａに移動させてカーボン粒子１５０にトラップさせることが可能となる。そして、酸化反応に必要な水を、ＭＰＬ１１６ｃ、１１６ａに保持されやすくできる。ＭＰＬ１１６ｃ、１１６ａ中のカーボン粒子１５０は酸化され易くなり、逆に、触媒層１１２ｃ、１１２ａ中の触媒担持カーボン１５０Ｐｔは、酸化され難くできる。

以上、いくつかの実施形態に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…燃料電池
１００…膜電極接合体
１１０…電解質膜
１１２ａ…アノード側触媒層
１１２ｃ…カソード側触媒層
１１４ａ…アノード側ガス拡散基材層
１１４ｃ…カソード側ガス拡散基材層
１１６ａ…アノード側マイクロポーラス層
１１６ｃ…カソード側マイクロポーラス層
１２０ａ…アノード側電極
１２０ｃ…カソード側電極
１４０ａ…アノード側ガス拡散層
１４０ｃ…カソード側ガス拡散層
１５０…カーボン粒子
１５０Ｐｔ…触媒担持カーボン
１６０Ｌ…アイオノマ
１６０Ｓ…アイオノマ
２００ａ…アノード側セパレータ
２００ｃ…カソード側セパレータ
２０２ａ…燃料ガス流路
２０２ｃ…酸化ガス流路
３１０…攪拌子
３２０…超音波ホモジナイザー
３３０…ダイコーター
３４０…基板
３５０…温風乾燥機

Claims (3)

1. 電解質膜と、触媒担持カーボンとアイオノマとを含む触媒層と、カーボンとバインダとを含むマイクロポーラス層と、を有する膜電極接合体の触媒層を形成するための触媒インクであって、
   触媒担持カーボンと、
   第１の分子量を有する第１のアイオノマと、
   前記第１の分子量よりも大きな第２の分子量を有する第２のアイオノマと、
   第１の溶解度パラメータを有する第１の溶媒と、
   前記第１の溶解度パラメータよりも大きな第２の溶解度パラメータを有する第２の溶媒と、
   を含み、
   前記第１の溶媒の質量と前記第２の溶媒の質量との比は、アイオノマの分子量の分布グラフにおける前記第１のアイオノマの分子量のピーク頻度と前記第２のアイオノマの分子量のピーク頻度との比と等しい、触媒インク。
2. 請求項１に記載の触媒インクにおいて、
   前記第１の溶媒は、１プロパノールであり、
   前記第２の溶媒は、エタノールである、触媒インク。
3. 燃料電池の製造方法であって、
   （ｉ）触媒担持カーボンと、水と、第１の分子量を有する第１のアイオノマと、前記第１の分子量よりも大きな第２の分子量を有する第２のアイオノマと、第１の溶解度パラメータを有する第１の溶媒と、前記第１の溶解度パラメータよりも大きな第２の溶解度パラメータを有する第２の溶媒とを、前記第１の溶媒の質量と前記第２の溶媒の質量との比が、前記アイオノマの分子量の分布グラフにおける前記第１のアイオノマの分子量のピーク頻度と前記第２のアイオノマの分子量のピーク頻度との比と等しくなるように混合して撹拌する工程と、
   （ｉｉ）前記工程（ｉ）の混合溶液に超音波をあてて分散し、触媒インクを製造する工程と、
   （ｉｉｉ）前記触媒インクを基材に塗工・乾燥して触媒層を形成する工程と、
   （ｉｖ）加熱プレスにより前記触媒層を電解質膜に接合する工程と、
   （ｖ）前記触媒層に、カーボンとバインダとを含むマイクロポーラス層を有するガス拡散層を配置する工程と、
   を備える、燃料電池の製造方法。

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