(57)【要約】      （修正有）【課題】膜電極接合体から排出される水やメタノールの量を抑制し、膜電極接合体が含有する水の量を適切に維持することによって、高い出力を維持できる燃料電池を提供する。【解決手段】アノード触媒層１１、アノード拡散層１２と、カソード触媒層１３、カソード拡散層１４と、アノード触媒層１１、アノード拡散層１２とカソード触媒層１３、カソード拡散層１４とに挟持された電解質膜１５とからなる膜電極接合体１０を有し、電解質膜１５は、アノード触媒層１１、アノード拡散層１２で発生したガスを外部に放出するためのガス抜き穴１９を備えた燃料電池であって、電界質膜１５と外部とに接触して、ガス抜き穴１９近傍の熱を外部に放散する第１放熱体２０を備えた燃料電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとに挟持された電解質膜とからなる膜電極接合体を有し、
前記電解質膜は、前記アノードで発生したガスを外部に放出するためのガス抜き穴を備えた燃料電池であって、
前記電解質膜と外部とに接触して、前記ガス抜き穴近傍の熱を外部に放散する第１放熱体を備えた燃料電池。
【請求項２】
前記ガス抜き穴の辺縁の少なくとも一部と前記第１放熱体の辺縁の少なくとも一部との最短距離が１ｍｍ以下である請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記カソードの熱を外部に放熱する第２放熱体を備える請求項１または請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１放熱体と前記第２放熱体とは、熱的に接触しないように配置されている請求項３記載の燃料電池。
【請求項５】
前記カソードに電流を流すためのカソード導電層をさらに備え、
前記第２放熱体は前記カソード導電層を含む請求項３または請求項４記載の燃料電池。
【請求項６】
前記膜電極接合体を固定するための表面カバーをさらに備え、
前記第２放熱体は前記表面カバーを含む請求項３乃至請求項５のいずれか１項記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に液体燃料を用いる燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電しないで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気とを供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。
【０００３】
直接メタノール型燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell：ＤＭＦＣ）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯用電子機器の電源として期待されている。
【０００４】
ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。
【０００５】
アノード（燃料極）に燃料を供給する手段としては、さまざまな方法が採用可能である。例えば、メタノール水溶液等の液体燃料を、アノード導電層の下に直接流通させる方式や、燃料電池の外部で、メタノール等を蒸発させて気体燃料を生じ、その気体燃料をアノード導電層の下に流通させる外部気化型、燃料収容部に純メタノールやメタノール水溶液等の液体燃料を収容し、液体燃料を電池内部で気化させてアノードに供給する内部気化型等が考えられる。
【０００６】
また、カソード（空気極）に酸化剤である空気を供給する手段としては、空気をファンやブロワにより強制的に供給するアクティブ型や、大気からの自然拡散のみにより供給する自発呼吸（パッシブ）型などが考えられる。
【０００７】
これらのうち、内部気化型等のパッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して特に有利である。パッシブ型ＤＭＦＣにおいては、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（燃料電池セル）を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。膜電極接合体は、燃料極側に配置されるアノード導電層と、空気極側に配置されるカソード導電層とに挟持されている。
【０００８】
燃料収容部から流路を介して燃料供給部に供給された液体燃料は、液体燃料のまま、もしくは液体燃料と液体燃料が気化した気化燃料が混在する状態で、燃料分配層およびアノード導電層を介して燃料電池セルのアノードガス拡散層に供給される。アノードガス拡散層に供給された燃料は、アノードガス拡散層で拡散してアノード触媒層に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層で次の式（１）に示すメタノールの内部改質反応が生じる。
【０００９】
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ+＋６ｅ−  …式（１）
なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、メタノールは、カソード触媒層で生成した水や電解質膜中の水と上記した式（１）の内部改質反応によって改質されるか、または水を必要としない他の反応機構により改質される。
【００１０】
この反応で生成した電子（ｅ−）は、導電層を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソードに導かれる。また、式（１）の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は、電解質膜を経てカソードに導かれる。カソードには、保湿層を介して、酸化剤ガスとして空気が供給される。カソードに到達した電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層で空気中の酸素と次の式（２）に示す反応を生じ、この発電反応に伴って水が生成する。
【００１１】
（３／２）Ｏ２＋６ｅ−＋６Ｈ+  →  ３Ｈ２Ｏ  …式（２）
上記した内部改質反応が円滑に行なわれ、高出力で安定した出力を燃料電池において得るためには、式（２）によってカソード触媒層で生成した水（Ｈ２Ｏ）のうち少なくとも一部が、電解質膜を透過してアノード触媒層に拡散し、式（１）の反応によって消費されるというサイクルが、円滑に行なわれる必要がある。
【００１２】
これを実現するため、カソードの近傍に、カソード触媒層において生成した水を含浸して蒸散を抑止する保湿層を配置し、前記カソード触媒層の水分保持量が前記アノード触媒層の水分保持量よりも多い状態を形成し、浸透圧現象を利用して前記カソード触媒層で生成した水を前記電解質膜を通して前記アノード触媒層に供給している。
【特許文献１】国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記のような燃料電池では、式（１）の反応で発生したＣＯ２を外部へ放出する必要があり、そのために、従来はアノード側の容器側面にガス抜き穴を設け、ガス成分を系外に放出することが検討されている。別の構成として、電解質膜にガス抜き穴を設け、アノード側で生じたＣＯ２をカソード側に逃がすことも検討されている。
【００１４】
しかし、このような構成では、ＣＯ２と共に、アノードに供給された燃料ガスの一部や、カソード触媒層からアノード触媒層へ拡散してきた水（Ｈ２Ｏ）の一部が、ガス抜き穴を通して排出され、式（１）の反応が充分に行なわれなくなり、出力が低下するという問題があった。この問題は特に、膜電極接合体の温度が高く、アノード側に存在するメタノールや水の飽和蒸気圧が高くなるほど、メタノールや水が蒸気としてガス抜き穴から排出されやすくなるために顕著である。
【００１５】
更に、アノード側から排出される水の量が多くなり、膜電極接合体が含有する水の量が減少すると、電解質膜におけるプロトン（Ｈ＋）の伝導度が低下し、更に燃料電池の出力が低下するという問題も生じる。
【００１６】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、膜電極接合体から排出される水やメタノールの量を抑制し、膜電極接合体が含有する水の量を適切に維持することによって、高い出力を維持できる燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の態様による燃料電池は、アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとに挟持された電解質膜とからなる膜電極接合体を有し、前記電解質膜は、前記アノードで発生したガスを外部に放出するためのガス抜き穴を備えた燃料電池であって、前記電解質膜と外部とに接触して、前記ガス抜き穴近傍の熱を外部に放散する第１放熱体を備えた燃料電池。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、膜電極接合体から排出される水やメタノールの量を抑制し、膜電極接合体が含有する水の量を適切に維持することによって、高い出力を維持できる燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池について図面を参照して説明する。本発明の一実施形態に係る燃料電池は、図１に示すように、アノード（燃料極）と、カソード（空気極）と、アノードとカソードとに挟持された電解質膜１５とからなる膜電極接合体１０とを備える。電解質膜１５は、アノードで発生したガスを外部に放出するためのガス抜き穴１９を備えている。
【００２０】
アノードは、アノードガス拡散層１２と、アノードガス拡散層１２上に配置されたアノード触媒層１１とを有している。カソードは、カソードガス拡散層１４と、カソードガス拡散層１４上に配置されたカソード触媒層１３とを有している。
【００２１】
膜電極接合体１０のアノード側には、アノードに燃料を供給するための燃料供給機構４０が配置されている。膜電極接合体１０のカソード側には、カソードで生成した水を含浸する保湿層２１が配置されている。カソードと保湿層２１との間には、カソードに電流を流すためのカソード導電層１７が介在されている。保湿層２１上には、表面カバー２２が配置され、表面カバー２２によって膜電極接合体１０が固定される。
【００２２】
ここで、本実施形態に係る燃料電池は、電解質膜１５のガス抜き穴１９近傍の熱を外部に放散する第１放熱体２０を備えている。第１放熱体２０は、電解質膜１５のガス抜き穴１９の辺縁の少なくとも一部と、第１放熱体２０の辺縁の少なくとも一部との最短距離が略１ｍｍ以下となるように配置されている。
【００２３】
さらに、本実施形態に係る燃料電池は、カソードの熱を外部に放熱する第２放熱体を備えている。第２放熱体は、例えば、カソード導電層１７であってもよく、表面カバー２２であってもよく、カソード導電層１７および表面カバー２２の両方を備えていてもよい。
【００２４】
（第１実施例）
以下、上記実施形態の第１実施例に係る燃料電池について説明する。アノード用触媒粒子（Ｐｔ：Ｒｕ＝１：１）を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、アノード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをアノードガス拡散層１２としての多孔質カーボンペーパ（４０ｍｍ×３０ｍｍの略矩形状）に塗布することにより、厚さが１００μｍのアノード触媒層１１を得た。
【００２５】
カソード用触媒粒子（Ｐｔ）を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、カソード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをカソードガス拡散層１４としての多孔質カーボンペーパに塗布することにより、厚さが１００μｍのカソード触媒層１３を得た。なお、アノードガス拡散層１２と、カソードガス拡散層１４とは、同形同大であり、これらのガス拡散層に塗布されたアノード触媒層１１およびカソード触媒層１３も同形同大である。
【００２６】
上記したように作製したアノード触媒層１１とカソード触媒層１３との間に、電解質膜１５として厚さが３０μｍで、含水率が１０〜２０重量％のパーフルオロカーボンスルホン酸膜（商品名：nafion膜、デュポン社製）を配置し、上記したアノード触媒層１１とカソード触媒層１３とを相互に対向するように位置を合わせた状態でホットプレスを施すことにより、膜電極接合体１０を得た。
【００２７】
続いて、この膜電極接合体１０を、複数の開孔を有する金箔（厚さ０．０２ｍｍ、２０℃における熱伝導率２９５Ｗ/ｍＫ）で挟み、アノード導電層１６およびカソード導電層１７を形成した。このカソード導電層１７は、カソードガス拡散層１４を通してカソード触媒層１３に電流を流すため、図２に示すＹ方向に導出された導出部１７Ａを備えており、この導出部１７Ａがあることによって、電流を流すと同時に、カソード触媒層１３で発生した熱を外部に放散するための第２放熱体の役割も兼ねている。
【００２８】
このアノード導電層１６およびカソード導電層１７は、前記金箔以外に、例えば、金、ニッケルなどの金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）または箔体、薄膜あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材などをそれぞれ使用することができる
電解質膜１５とアノード導電層１６との間、電解質膜１５とカソード導電層１７との間には、それぞれゴム製で幅が略２ｍｍ、外形が４４ｍｍ×３４ｍｍの略矩形状であるＯリング１８を挟持してシールを施した。その上で、電解質膜１５のうち、Ｏリング１８の短辺中央に接する位置２ヶ所に、直径略０．５ｍｍのガス抜き穴１９をそれぞれ設けた。
【００２９】
電解質膜１５の、ガス抜き穴１９を設けた近傍には、厚さ略０．０２ｍｍ、外形が５ｍｍ×１０ｍｍの略矩形状で、ガス抜き穴１９に合わせた位置に直径０．５ｍｍの穴を設けた金箔を接触させ、第１放熱体２０とした。この第１放熱体２０は、図１に示すように電解質膜１５のカソード側に設けても良いし、アノード側に設けても良い。
【００３０】
ここでガス抜き穴１９の近傍とは、ガス抜き穴の辺縁の少なくとも一部との距離が略１ｍｍ以下の領域である。したがって、第１放熱体２０は、その辺縁の少なくとも一部が、ガス抜き穴の辺縁の少なくとも一部との距離が略１ｍｍ以下の領域に配置されればよい。本実施例においては、ガス抜き穴１９の位置および大きさと、第１放熱体２０に設けた穴の位置および大きさとは一致しているので、ガス抜き穴１９の辺縁の少なくとも一部と、第１放熱体２０の辺縁の少なくとも一部との最も短い距離は０（ゼロ）である。
【００３１】
第１放熱体２０としては、液体燃料や水、酸素等によって溶解や腐食、酸化等を生じることがなく、かつ熱伝導率の高い物質で構成されることが望ましい。具体的には、ステンレス、銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン等の金属またはこれら金属の合金が使用可能である。また、グラファイト（黒鉛）等の炭素質材料も使用することができる。
【００３２】
但し、熱伝導材として金属材料を用いた場合、カソードで生成した水や、大気中に含まれる酸素や水蒸気等によって酸化、腐食を生じる可能性がある。それを防ぐために、ステンレス）等の腐食しにくい材料を用いるか、または、第１放熱体２０のうち少なくともＯリング１８よりも内側に位置する部分の表面に、金などの酸化しにくい金属をメッキしたり、炭素質の材料でコーティングを施したりすることが行なわれる。
【００３３】
熱伝導率が高く、かつ肉厚が薄くても強度が高いという点からは、金属が最も望ましい。特に、銅（２０℃における熱伝導率３７０Ｗ／ｍＫ）、金（２０℃における熱伝導率２９５Ｗ／ｍＫ）、アルミニウム（２０℃における熱伝導率２０４Ｗ／ｍＫ）、タングステン（２０℃における熱伝導率１９８Ｗ／ｍＫ）は熱伝導率が高いために好ましい。
【００３４】
また、第１放熱体２０としては、上記した金属や金属の合金のほかに、アルミナセラミックス、窒化アルミニウム、窒化珪素、陶磁器、ガラス等のセラミック類が使用可能である。また、樹脂に炭素や金属等の粉末を混合した熱伝導性樹脂も使用可能である。また、第１放熱体２０のうち少なくともＯリング１８よりも内側に位置する部分の表面に、樹脂もしくはゴムでコーティングを施したり、液体燃料の蒸気に溶解しない塗料で塗装したりする等のことも行なわれる。
【００３５】
上記のようにコーティングを施すための樹脂もしくはゴムとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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）、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、シリコーン樹脂等の樹脂、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム等のゴムが使用可能である。これら樹脂やゴムは金属に比べて熱伝導率が低いため、コーティングを施す場合には、コーティングする樹脂もしくはゴムはできるだけ薄くするのが望ましい。
【００３６】
カソード導電層１７の上には、任意に保湿層２１と、この保湿層２１に積層された、複数の空気導入口２３を有する表面カバー２２とを有する。保湿層２１は次のように作成した。まず、厚さが略１．０ｍｍで、気孔率略２６％、透気度が略２．０秒／１００ｃｍ３（ＪＩＳ  Ｐ−８１１７に規定の測定方法による）で、透湿度が２０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）（ＪＩＳ  Ｌ−１０９９  Ａ−１に規定の測定方法による）のポリエチレン製多孔質フィルムを、長さ略４４ｍｍ、幅略３４ｍｍの略矩形状に切り、保湿層２１を作成した。
【００３７】
この保湿層２１の上に表面カバー２２を配置した。表面カバー２２は、外形が４４ｍｍ×３４ｍｍの略矩形状で厚さが略１ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４。２０℃における熱伝導率１５Ｗ／ｍＫ）に、直径が略３ｍｍの円形の空気導入口２３を均等に４８個形成し、作成した。
【００３８】
なお、保湿層２１、表面カバー２２のいずれにも、ガス抜き穴１９に相当する位置に、直径１ｍｍの穴を設け、ガス抜き穴１９から排出されるガスを阻害しないようにした。
【００３９】
一方、燃料分配層３０に液体燃料Ｆを供給する燃料供給機構４０は、図１に示すように、燃料収容部４１と、燃料供給部４２と、流路４３とを主に備える。
【００４０】
燃料収容部４１には、燃料電池セルに対応した液体燃料Ｆが収容されている。液体燃料Ｆとしては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料Ｆは、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。
【００４１】
液体燃料Ｆは、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部４１には、燃料電池セルに応じた液体燃料が収容される。
【００４２】
燃料供給部４２は、配管等で構成される液体燃料Ｆの流路４３を介して燃料収容部４１と接続されている。燃料供給部４２には、燃料収容部４１から流路４３を介して液体燃料Ｆが導入され、導入された液体燃料Ｆおよび／またはこの液体燃料Ｆが気化した気化成分は、燃料分配層３０およびアノード導電層１６を介して膜電極接合体１０に供給される。流路４３は、燃料供給部４２や燃料収容部４１と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料供給部４２や燃料収容部４１を積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料Ｆの流路であってもよい。すなわち、燃料供給部４２は、流路４３等を介して燃料収容部４１と連通されていればよい。
【００４３】
燃料収容部４１に収容された液体燃料Ｆは、重力を利用して流路４３を介して燃料供給部４２まで落下させて送液することができる。また、流路４３に多孔体等を充填して、毛細管現象により燃料収容部４１に収容された液体燃料Ｆを燃料供給部４２まで送液してもよい。さらに、図１に示すように流路４３の一部にポンプ４４を介在させて、燃料収容部４１に収容された液体燃料Ｆを燃料供給部４２まで強制的に送液してもよい。
【００４４】
燃料分配層３０は、例えば、複数の開口部３１が形成された平板で構成され、アノードガス拡散層１２と燃料供給部４２との間に挟持される。この燃料分配層３０は、液体燃料Ｆの気化成分や液体燃料Ｆを透過させない材料で構成され、具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、ポリイミド系樹脂等で構成される。
【００４５】
また、燃料分配層３０は、例えば、液体燃料Ｆの気化成分と液体燃料Ｆとを分離し、その気化成分を膜電極接合体１０側へ透過させる気液分離膜で構成されてもよい。気液分離膜には、例えば、シリコーンゴム、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）薄膜、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）薄膜、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）薄膜、フッ素樹脂（たとえばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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）など）微多孔膜などが用いられる。
【００４６】
温度が２５℃、相対湿度が５０％の環境の下、上記したように作成した燃料電池に、純度９９.９重量％の純メタノールを供給した。また、定電圧電源を接続して、燃料電池の出力電圧が０．３Ｖで一定になるように、燃料電池に流れる電流を制御した。
【００４７】
上記した条件の下、燃料電池の出力密度を計測した。ここで、燃料電池の出力密度（ｍＷ／ｃｍ２）とは、燃料電池に流れる電流密度（発電部の面積１ｃｍ２当りの電流値（ｍＡ／ｃｍ２））に燃料電池の出力電圧を乗じたものである。また、発電部の面積とは、アノード触媒層１１とカソード触媒層１３とが対向している部分の面積である。本実施例では、アノード触媒層１１とカソード触媒層１３との面積が等しく、かつ完全に対向しているので、発電部の面積はこれらの触媒層の面積に等しい。
【００４８】
（第２実施例）
以下、第２実施例に係る燃料電池について説明する。なお、以下の説明において、上記の第１実施例に係る燃料電池と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。カソード導電層１７は外部に導出せず、Ｏリング１８で挟持された部分において、電流を流すためのリード線に接続されている。
【００４９】
一方、表面カバー２２は、外形が５４ｍｍ×４４ｍｍの略矩形状で、Ｏリング１８よりも周囲にそれぞれ略５ｍｍずつ外部に突出するように構成した。このため、表面カバー２２が第２放熱体としての役割を兼ねている。上記以外の点は、第１実施例に係る燃料電池と同様である。
【００５０】
この第２実施例の燃料電池において、第１実施例と同じ条件の下で測定した出力密度の値は、第１実施例の燃料電池の出力密度の値に対して１００％であった。
【００５１】
（第３実施例）
以下、第３実施例に係る燃料電池について説明する。第１放熱体２０に設けた穴の直径を略２．０ｍｍとし、ガス抜き穴１９と第１放熱体２０に設けた穴の中心が一致するように第１放熱体２０を設けた以外は、第１実施例に係る燃料電池と同様である。なお、第１放熱体２０に設けた穴の辺縁は、実際には図３に示すように完全な円ではなく、円の一部の円弧となる。このとき、ガス抜き穴の辺縁と、第１放熱体２０の辺縁の間の最も短い距離は、略０．７５ｍｍである。
【００５２】
この第３実施例の燃料電池において、第１実施例と同じ条件の下で測定した出力密度の値は、第１実施例の燃料電池の出力密度の値に対して９６％であった。
【００５３】
（第１比較例）
以下、第１比較例に係る燃料電池について説明する。第１放熱体２０を設けていない以外は、第１実施例に係る燃料電池と同様である。この第１比較例の燃料電池において、第１実施例と同じ条件の下で測定した出力密度の値は、第１実施例の燃料電池の出力密度の値に対して９０％であった。
【００５４】
（第２比較例）
以下、第２比較例に係る燃料電池について説明する。本比較例に係る燃料電池は、図４に示すように、カソード導電層１７の導出部１７Ａが、第１放熱体２０と接触する位置に設けられている以外は、第１実施例に係る燃料電池と同様である。
【００５５】
この第２比較例の燃料電池において、第１実施例と同じ条件の下で測定した出力密度の値は、第１実施例の燃料電池の出力密度の値に対して８５％であった。
【００５６】
（第３比較例）
以下、第３比較例に係る燃料電池について説明する。本比較例に係る燃料電池は、第２比較例に係る燃料電池において、カソード導電層１７の導出部１７Ａの表面に、第１放熱体２０と電気的に絶縁されるように厚さ略０．１ｍｍのポリイミド(２０℃における熱伝導率０．３Ｗ／ｍＫ)製のフィルムを貼り付けた以外は、第２比較例に係る燃料電池と同様である。
【００５７】
この第３比較例の燃料電池において、第１実施例と同じ条件の下で測定した出力密度の値は、第１実施例の燃料電池の出力密度の値に対して８８％であった。
【００５８】
（第４比較例）
以下、第４比較例に係る燃料電池について説明する。本比較例に係る燃料電池は、図５に示すように、ガス抜き穴１９を電解質膜１５に設けず、燃料分配層３０の一部に幅略０．５ｍｍの溝（図示せず）を設けることによってＣＯ２を外部に放出する構成とした。また、保湿層２１や表面カバー２２に、ガス抜き穴１９から排出されるガスを阻害しないように設けた直径略１ｍｍの穴も、この比較例に係る燃料電池では設けていない。上記以外は、第１実施例に係る燃料電池と同様である。
【００５９】
この第４比較例の燃料電池において、第１実施例と同じ条件の下で測定した出力密度の値は、第１実施例の燃料電池の出力密度の値に対して８６％であった。
【００６０】
（第５比較例）
以下、第５比較例に係る燃料電池について説明する。本比較例に係る燃料電池は、第１放熱体２０に設けた穴の直径を略３．０ｍｍとし、ガス抜き穴１９と第１放熱体２０に設けた穴の中心が一致するように第１放熱体２０を設けた以外は、第３実施例と同様である。このとき、ガス抜き穴の辺縁と、第１放熱体２０の辺縁の間の最も短い距離は、略１．２５ｍｍである。
【００６１】
この第５比較例の燃料電池において、第１実施例と同じ条件の下で測定した出力密度の値は、第１実施例の燃料電池の出力密度の値に対して９３％であった。
【００６２】
上記第１乃至第３実施例、および、第１乃至第５比較例に係る燃料電池の評価結果の一例を図６に示す。以上の結果より、電解質膜１５と外部とに接触する第１放熱体２０を設け、かつ、第１放熱体２０が第２放熱体と熱的に接触しないようにした第１乃至第３実施例に係る燃料電池は、いずれも、出力密度が第１比較例乃至５よりも高いことが示される。
【００６３】
さらに、第１実施例および第２実施例に係る燃料電池と、第５比較例に係る燃料電池とは、ガス抜き穴１９の辺縁の少なくとも一部と、第１放熱体２０の辺縁の少なくとも一部との最短距離のみが異なる燃料電池であるが、第１実施例および３実施例に係る燃料電池が、第５比較例に係る燃料電池よりも高い出力密度を得られていることから、ガス抜き穴１９の辺縁の少なくとも一部と、第１放熱体２０の辺縁の少なくとも一部との最短距離が略１ｍｍとすることにより、より高い出力密度が得られることが分かる。
【００６４】
第２比較例の燃料電池の出力密度が第１比較例よりも更に低下しているのは、第２放熱体（カソード導電層１７）から第１放熱体２０に熱伝導が行われ、第１放熱体２０が寧ろガス抜き穴１９近傍を加熱する作用をして、ガス抜き穴１９近傍におけるメタノール蒸気圧や水蒸気圧を上昇させ、却ってメタノールや水が蒸気として外部に放出される量が増加したためと考えられる。
【００６５】
第３比較例の燃料電池の出力密度が第２比較例よりも向上したのは、第２放熱体と第１放熱体２０との間の熱伝導が、ポリイミド製のフィルムによって抑制されたためと考えられるが、第１放熱体２０と第２放熱体（カソード導電層１７）とが完全に接触しない位置に設けられた第１実施例に係る燃料電池に比べれば、出力密度は低下しているため、メタノールや水が蒸気として外部に放出されている量は第１実施例に係る燃料電池の場合よりも多くなっていると考えられる。
【００６６】
したがって、第１放熱体２０と第２放熱体とは、第２放熱体から第１放熱体２０へと熱伝導が行なわれないように、熱的に接触しないように配置されることによって、第１放熱体１０および第２放熱体から膜電極接合体１０の熱を放散することが可能となり、燃料電池の出力低下を抑制することが可能となる。
【００６７】
電解質膜１５にガス抜き穴を設けず、燃料分配層の一部に溝を設けてＣＯ２を排出するようにした第４比較例に係る燃料電池では、第１放熱体２０は、メタノールや水が蒸気として外部に排出される量を抑制するようには機能せず、出力密度が低下したものと考えられる。
【００６８】
上記のことから、本実施形態に係る燃料電池によれば、膜電極接合体から排出される水やメタノールの量を抑制し、膜電極接合体が含有する水の量を適切に維持することによって、高い出力を維持できる燃料電池を提供することができる。
【００６９】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
【００７０】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる燃料電池の一構成例について説明するための図。
【図２】図１に示す燃料電池について、第１実施例での電界質膜および第１放熱体の構成例について説明するための図。
【図３】図１に示す燃料電池について、第３実施例での第１放熱体とガス抜き穴との一構成例を説明するための図。
【図４】第２比較例に係る燃料電池の電解質膜および第１放熱体の構成例について説明するための図。
【図５】第４比較例に係る燃料電池の一構成例について説明するための図。
【図６】第１乃至第３実施例に係る燃料電池、および第１乃至第５比較例に係る燃料電池の評価結果の一例について説明するための図。
【符号の説明】
【００７２】
１０…膜電極接合体、１１…アノード触媒層、１２…アノードガス拡散層、１３…カソード触媒層、１４…カソードガス拡散層、１５…電解質膜、１６…アノード導電層、１７…カソード導電層、１９…ガス抜き穴、２０…放熱体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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