(57)【要約】【課題】触媒量を抑制しても高い出力密度を得ることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。【解決手段】  アノード触媒層１１及びアノード触媒層１１の上に配置されたアノードガス拡散層１２を有するアノード１３と、カソード触媒層１４及びカソード触媒層１４の上に配置されたカソードガス拡散層１５を有するカソード１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４との間に挟持された電解質膜１７と、を有する膜電極接合体２と、膜電極接合体２のアノード１３に燃料を供給する燃料供給機構３と、を備え、アノード触媒層１１の面積は、アノードガス拡散層１２の面積よりも小さいことを特徴とする。【選択図】      図４
2010044943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード触媒層及び前記アノード触媒層の上に配置されたアノードガス拡散層を有するアノードと、カソード触媒層及び前記カソード触媒層の上に配置されたカソードガス拡散層を有するカソードと、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層との間に挟持された電解質膜と、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記アノードに燃料を供給する燃料供給機構と、を備え、
前記アノード触媒層の面積は、前記アノードガス拡散層の面積よりも小さいことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記膜電極接合体は、単一の電解質膜の一方の面において間隔をおいて配置された複数の前記アノードと、前記電解質膜の他方の面において前記アノードのそれぞれと対向するよう間隔をおいて配置された複数の前記カソードにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記カソード触媒層の面積は、前記カソードガス拡散層の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記アノードガス拡散層に対する前記アノード触媒層の面積比は、０．２以上であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記アノードガス拡散層に対する前記アノード触媒層の面積比及び前記カソードガス拡散層に対する前記カソード触媒層の面積比は、０．２以上であることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記アノード触媒層は、共通の前記アノードガス拡散層の上に配置された複数のセグメントからなることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
複数の前記アノード及び複数の前記カソードは、それぞれ長方形状に形成され、長辺と直交する方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項８】
複数の前記アノード及び複数の前記カソードは、ｍ×ｎのマトリクス状に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池（ただし、ｍ及びｎは２以上の整数）。
【請求項９】
前記膜電極接合体に供給される燃料は、メタノール濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液または純メタノールであることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体燃料を用いた燃料電池の技術に関する。
【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なし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】
例えば、メタノールを燃料として用いた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有望視されている。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アノードに供給する内部気化型等のパッシブ方式などが知られている。
【０００４】
ＤＭＦＣは、アノードとカソードとの間に電解質膜を挟持させた構造の膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を備えている。アノード及びカソードは、それぞれガス拡散層及び触媒層を有しており、それぞれの触媒層で電解質膜に接している。
【０００５】
このようなＤＭＦＣでは、アノードに燃料としてのメタノールを導入すると、メタノールはガス拡散層を介して触媒層に達する。このアノードの触媒層では、その触媒作用によりプロトン、電子および二酸化炭素が生成される。プロトンは、プロトン伝導性を有する高分子バインダーの作用により触媒層から電解質膜に移動し、さらに、カソード側の触媒層へと移動する。一方、カソードに空気を導入すると、空気はガス拡散層を介して触媒層に達する。そして、このカソードの触媒層では、空気中の酸素とアノード側から移動してきたプロトンとアノードから外部回路を通じて供給される電子とが反応して水を生成するとともに、外部回路を通る電子によって電力が供給される。
【０００６】
カソード電極基材の対向する位置にアノード電極基材が存在しない部分を有するように構成された膜電極接合体において、カソード電極基材とその片面の周囲部分を除くように形成されたカソード触媒層からなるカソード電極を備えた構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３１７５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、アノード触媒層及びカソード触媒層は、触媒に溶剤で希釈したスラリーをアノードガス拡散層及びカソードガス拡散層に塗布した後に乾燥して形成される。そして、触媒層とガス拡散層は、重ね合わせられた状態で任意の形状に打ち抜かれ、アノード電極及びカソード電極として利用される。このように形成された場合、アノード触媒層とアノードガス拡散層との面積は同じであり、カソード触媒層とカソードガス拡散層との面積は同じである。
【０００８】
このようなアノードとカソードとの間に電解質膜を挟持した膜電極接合体において、アノード触媒層に供給可能な燃料量は、アノードガス拡散層の面積に応じて決まる。このため、アノード触媒層とアノードガス拡散層とが同一面積の場合、触媒層に対して十分な量の燃料が供給されないことがある。同様の理由で、カソード触媒層に含まれる触媒量に対して十分な量の空気が供給されないことがある。このため、膜電極接合体の発電能力（出力密度）を最大限に引き出すことができないことがある。
【０００９】
一方で、触媒としては、一般的に白金（Ｐｔ）などの高価な貴金属が用いられることが多いため、触媒量を抑制することが必要とされる。
【００１０】
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、触媒量を抑制しても高い出力密度を得ることが可能な燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の態様による燃料電池は、
アノード触媒層及び前記アノード触媒層の上に配置されたアノードガス拡散層を有するアノードと、カソード触媒層及び前記カソード触媒層の上に配置されたカソードガス拡散層を有するカソードと、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層との間に挟持された電解質膜と、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記アノードに燃料を供給する燃料供給機構と、を備え、
前記アノード触媒層の面積は、前記アノードガス拡散層の面積よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、触媒量を抑制しても高い出力密度を得ることが可能な燃料電池を提供することができる。
【００１３】
すなわち、この発明の態様によれば、アノード触媒層の面積は、アノードガス拡散層の面積より小さく形成されているため、アノードガス拡散層が取り入れた燃料をアノードガス拡散層の面積より小さい面積のアノード触媒層に集中して導入することが可能となる。したがって、アノード触媒層に潤沢な燃料を供給することが可能となり、アノードでの発電反応を効率よく生起させることが可能となる。このため、アノード触媒層の触媒量を抑制しても高い出力密度を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の一実施の形態に係る燃料電池について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、この実施の形態に係る燃料電池１の構造を概略的に示す断面図である。
【００１６】
燃料電池１は、起電部を構成する膜電極接合体（ＭＥＡ）２と、膜電極接合体２に燃料を供給する燃料供給機構３と、から主として構成されている。
【００１７】
すなわち、燃料電池１において、膜電極接合体２は、アノード触媒層１１及びアノード触媒層１１の上に配置されたアノードガス拡散層１２を有するアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４及びカソード触媒層１４に積層されたカソードガス拡散層１５を有するカソード（空気極／酸化剤極）１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７とを備えて構成されている。
【００１８】
アノード触媒層１１やカソード触媒層１４に含有される触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジウム（Ｐｄ）等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層１１には、メタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層１４には、ＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒は、これらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。また、触媒は、炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００１９】
アノード触媒層１１及びカソード触媒層１４は、例えば、スルホン酸基を有する、例えば、パーフルオロスルホン酸重合体等のフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）、フレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸、硝酸リチウムなどの無機物等のプロトン導電剤を含んでいても良い。プロトン導電剤は、触媒をガス拡散層に結着させるとともに電気化学反応によって発生するプロトンを伝導させるために用いられている。
【００２０】
電解質膜１７を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜１７は、これらに限られるものではない。
【００２１】
アノード触媒層１１に積層されるアノードガス拡散層１２は、アノード触媒層１１に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層１１の集電機能を有するものである。カソード触媒層１４に積層されるカソードガス拡散層１５は、カソード触媒層１４に酸化剤（空気あるいは酸素）を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層１４の集電機能を有するものである。アノードガス拡散層１２及びカソードガス拡散層１５は、例えば、カーボンや導電性高分子などの繊維からなるペーパー、不織布、織布、編物や導電性の多孔質基材によって構成されているがカーボンペーパーを用いることが好ましい。
【００２２】
膜電極接合体２は、電解質膜１７のアノード１３側及びカソード１６側にそれぞれ配置されたゴム製のＯリング等のシール部材１９によってシールされており、これにより、膜電極接合体２からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。
【００２３】
膜電極接合体２のカソード１６側には、絶縁材料によって形成された板状体２０が配置されている。この板状体２０は、主に保湿層として機能する。すなわち、この板状体２０は、カソード触媒層１４で生成された水の一部が含浸されて水の蒸散を抑制するとともに、カソード触媒層１４への空気の取入れ量を調整し且つ空気の均一拡散を促進するものである。この板状体２０は、例えば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としては、ポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体などが挙げられる。
【００２４】
上述した膜電極接合体２は、燃料供給機構３とカバープレート２１との間に配置されている。カバープレート２１は、外観が略矩形状のものであり、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。また、カバープレート２１は、酸化剤である空気を取り入れるための複数の開口部（空気導入孔）２１Ａを有している。
【００２５】
燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード１３に対して燃料を供給するように構成されているが、特に、特定の構成に限定されるものではない。以下に、燃料供給機構３の一例について説明する。
【００２６】
燃料供給機構３は、例えば、箱状に形成された容器３０を備えている。この燃料供給機構３は、液体燃料を収容する燃料収容部４と流路５を介して接続されている。容器３０は、燃料導入口３０Ａを有しており、この燃料導入口３０Ａと流路５とが接続されている。この容器３０は、例えば樹脂製容器によって構成される。容器３０を形成する材料としては、液体燃料に対する耐性を有している材料が選択される。
【００２７】
燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード１３の面方向に燃料を分散並びに拡散させつつ供給する燃料供給部３１を備えている。ここでは、特に、燃料供給部３１が燃料分配板３１Ａを備えた構成について説明するが、燃料供給部３１は他の構成であっても良い。
【００２８】
すなわち、燃料分配板３１Ａは、１つの燃料注入口３２と、複数の燃料排出口３３とを有しており、細管３４のような燃料通路を介して燃料注入口３２と燃料排出口３３とを接続した構成である。燃料通路は、燃料分配板３１Ａ内に形成した細管３４に代えて燃料流通溝等で構成してもよい。この場合、燃料流通溝を有する流路板を複数の燃料排出口を有する拡散板で覆うことによって、燃料分配板３１Ａを構成することも可能である。複数の燃料排出口３３には、例えば液体燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過しない気液分離膜を配置してもよい。
【００２９】
細管３４の一端（始端部）には、燃料注入口３２が設けられている。細管３４は、途中で複数に分岐しており、これらの分岐した細管３４の各終端部に燃料排出口３３がそれぞれ設けられている。燃料注入口３２は、容器３０の燃料導入口３０Ａと連通している。これにより、燃料分配板３１Ａの燃料注入口３２が流路５を介して燃料収容部４に接続される。燃料排出口３３は、例えば１２８箇所にあり、液体燃料もしくはその気化成分を排出する。
【００３０】
燃料注入口３２から注入された液体燃料は、複数に分岐した細管３４を介して複数の燃料排出口３３にそれぞれ導かれる。このような燃料分配板３１Ａを使用することによって、燃料注入口３２から注入された液体燃料を方向や位置に係わりなく、複数の燃料排出口３３に均等に分配することができる。従って、膜電極接合体２の面内における発電反応の均一性をより一層高めることが可能となる。
【００３１】
さらに、細管３４で燃料注入口３２と複数の燃料排出口３３とを接続することによって、燃料電池１の特定箇所により多くの燃料を供給するような設計も可能となる。これは、膜電極接合体２の発電度合いの均一性の向上等に寄与する。
【００３２】
膜電極接合体２は、そのアノード１３が上述したような燃料分配板３１Ａの燃料排出口３３に対向するように配置されている。カバープレート２１は、燃料供給機構３との間に膜電極接合体２を保持した状態で容器３０に対してカシメあるいはネジ止めなどの手法により固定されている。これにより、燃料電池（ＤＭＦＣ）１の発電ユニットが構成されている。
【００３３】
燃料供給部３１は、燃料分配板３１Ａと膜電極接合体２との間に燃料拡散室３１Ｂとして機能する空間を形成するような構成であることが望ましい。この燃料拡散室３１Ｂは、燃料排出口３３から液体燃料が排出されたとしても気化を促進するとともに、面方向への拡散を促進する機能を有している。
【００３４】
膜電極接合体２と燃料供給部３１との間には、膜電極接合体２をアノード１３側から支持する支持部材を配置しても良い。
【００３５】
また、膜電極接合体２と燃料供給部３１との間には、少なくとも１つの多孔体を配置しても良い。
【００３６】
燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料が収容されている。液体燃料としては、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。なお、液体燃料は、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、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４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料が収容される。
【００３７】
さらに、流路５には、ポンプ６が介在していても良い。ポンプ６は、燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部４から燃料供給部３１に液体燃料を送液する燃料供給ポンプである。燃料供給部３１から膜電極接合体２に供給された燃料は、発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部４に戻されることはない。
【００３８】
この実施の形態の燃料電池１は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料の供給にポンプ６を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。図１に示す燃料電池１は、例えばセミパッシブ型と呼称される方式を適用したものである。
【００３９】
ポンプ６の種類は、特に限定されるものではないが、少量の液体燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。
【００４０】
ロータリーベーンポンプは、モータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは、電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは、電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは、柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。
【００４１】
なお、ポンプ６と燃料供給部３１との間にリザーバを設けてもよい。
【００４２】
また、燃料電池１の安定性や信頼性を高めるために、ポンプ６と直列に燃料遮断バルブを配置してもよい。燃料遮断バルブには、電磁石、モータ、形状記憶合金、圧電セラミックス、バイメタル等をアクチュエータとして、開閉動作を電気信号で制御することが可能な電気駆動バルブが適用される。燃料遮断バルブは、状態保持機能を有するラッチタイプのバルブであることが好ましい。
【００４３】
また、燃料収容部４や流路５には、燃料収容部４内の圧力を外気とバランスさせるバランスバルブを装着してもよい。燃料収容部４から燃料供給機構３で膜電極接合体２に燃料を供給する場合、ポンプ６に代えて燃料遮断バルブのみを配置した構成とすることも可能である。この際の燃料遮断バルブは、流路５による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。
【００４４】
この実施の形態の燃料電池１においては、ポンプ６を用いて燃料収容部４から燃料供給部３１に液体燃料が間欠的に送液される。ポンプ６で送液された液体燃料は、燃料供給部３１を経て膜電極接合体２のアノード１３の全面に対して均一に供給される。
【００４５】
すなわち、複数の単セルＣの各アノード１３の平面方向に対して均一に燃料が供給され、これにより発電反応が生起される。燃料供給用（送液用）のポンプ６の運転動作は、燃料電池１の出力、温度情報、電力供給先である電子機器の運転情報等に基づいて制御することが好ましい。
【００４６】
上述したように、燃料供給部３１から放出された燃料は、膜電極接合体２のアノード１３に供給される。膜電極接合体２内において、燃料は、アノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１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１１で下記の（１）式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。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、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて（１）式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００４７】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  …（１）
この反応で生成した電子（ｅ-）は、集電体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、集電体を経由してカソード１６に導かれる。（１）式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は、電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード１６には、酸化剤として空気が供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ-）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の（２）式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
【００４８】
６ｅ-＋６Ｈ+＋（３／２）Ｏ2  →  ３Ｈ2Ｏ  …（２）
上述した燃料電池１の発電反応において、発電する電力を増大させるためには触媒反応を円滑に行わせるとともに、膜電極接合体２の電極全体に均一に燃料を供給し、電極全体をより有効に発電に寄与させることが重要となる。
【００４９】
ところで、この実施の形態においては、図２及び図３に示すように、膜電極接合体２は、単一の電解質膜１７の一方の面において間隔をおいて配置された複数のアノード１３と、電解質膜１７の他方の面においてアノード１３のそれぞれと対向するように間隔をおいて配置された複数のカソード１６と、を備えている。ここでは、アノード１３及びカソード１６がそれぞれ４個である場合を示している。なお、燃料電池１に備えられる膜電極接合体２は、４個に限らない。
【００５０】
これらのアノード１３とカソード１６との各組み合わせは、それぞれ電解質膜１７を挟持し、単セルＣをなしている。ここでは、単セルＣのそれぞれは、同一平面上において、その長手方向と直交する方向に間隔をおいて並んで配置されている。なお、膜電極接合体２の構造は、この例に限らず他の構造であっても良い。
【００５１】
例えば、図３では、単セルＣが一方向に並んで配置されている場合を図示したが、膜電極接合体２は、単セルＣがｍ×ｎ（但し、ｍ及びｎは２以上の整数）のマトリクス状に配置された構造であっても良い。
【００５２】
図２及び図３に示したような複数の単セルＣを有する膜電極接合体２においては、各単セルＣは、集電体１８によって電気的に直列に接続されている。
【００５３】
すなわち、この集電体１８は、図１に示したように、アノード集電体１８Ａ及びカソード集電体１８Ｃを有している。図２などに示した膜電極接合体２に対応するために、集電体１８は、それぞれ４個のアノード集電体１８Ａ及びカソード集電体１８Ｃを有している。
【００５４】
アノード集電体１８Ａのそれぞれは、各単セルＣにおいてアノードガス拡散層１２に積層されている。また、カソード集電体１８Ｃのそれぞれは、各単セルＣにおいてカソードガス拡散層１５に積層されている。アノード集電体１８Ａ及びカソード集電体１８Ｃとしては、例えば金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属材料からなる多孔質膜（例えばメッシュ）または箔体、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。
【００５５】
本実施形態において、少なくともアノード触媒層１１の面積は、アノードガス拡散層１２の面積より小さく形成されている。図４に示した例では、アノード触媒層１１の面積は、アノードガス拡散層１２の面積より小さく形成されており、カソード触媒層１４の面積は、カソードガス拡散層１５の面積より小さく形成されている。
【００５６】
ここで、アノードガス拡散層１２の面積とは、アノード触媒層１１が積層される側の面１２Ｓの面積であり、アノード触媒層１１の面積とは、アノードガス拡散層１２に接する面１１Ｓの面積である。また、カソードガス拡散層１５の面積とは、カソード触媒層１４が積層される側の面１５Ｓの面積であり、カソード触媒層１４の面積とは、カソードガス拡散層１５に接する面１４Ｓの面積である。なお、図４では、主要部のみを図示している。
【００５７】
アノード１３において、アノード触媒層１１は、アノードガス拡散層１２の略中央に配置され、アノードガス拡散層１２の周辺を露出している。つまり、アノードガス拡散層１２の中央部分は、電解質膜１７との間にアノード触媒層１１が介在しているのに対して、アノードガス拡散層１２の周辺部分は、アノード触媒層１１を介することなく電解質膜１７に対向している。カソード１６においても、カソード触媒層１４は、カソードガス拡散層１５の略中央に配置され、カソードガス拡散層１５の周辺を露出している。図４に示した例では、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４は同一面積であって、電解質膜１７を挟んで対向している。
【００５８】
このように、アノード触媒層１１の面積はアノードガス拡散層１２の面積より小さく形成されているため、アノードガス拡散層１２は燃料供給機構３から供給された燃料を取り込み、小さい面積のアノード触媒層１１に燃料を集中的に導入することが可能となる。このため、アノード触媒層１１に潤沢な燃料を供給することが可能となる。つまり、アノード触媒層１１に含まれる触媒のうち、反応に寄与するものが増大する。したがって、アノード１３での発電反応を効率よく生起させることが可能となり、高い出力密度を得ることが可能となる。
【００５９】
また、カソード触媒層１４の面積はカソードガス拡散層１５の面積より小さく形成されているため、カソードガス拡散層１５は取り入れた空気を小さい面積のカソード触媒層１４に集中的に導入することが可能となる。このため、カソード触媒層１４に潤沢な空気を供給することが可能となる。つまり、カソード触媒層１４に含まれる触媒のうち、反応に寄与するものが増大する。したがって、カソード１６での発電反応を効率よく生起させることが可能となり、高い出力密度を得ることが可能となる。
【００６０】
さらに、カソード触媒層１４で発生した熱をカソード触媒層１４の面積より大きい面積のカソードガス拡散層１５を介して放出することが可能となる。このため、放熱効率を向上することが可能となる。したがって、カソード１６で生成した水の過剰な蒸発を抑制することが可能となる。このため、発電反応に必要な水を安定してアノード１３に供給することが可能となり、高い出力密度を得ることが可能となる。
【００６１】
また、アノード触媒層１１で発生した二酸化炭素をアノード触媒層１１及びカソード触媒層１４が介在していない部分から外部に放出することが可能となる。このため、二酸化炭素を円滑に除去することが可能となり、膜電極接合体２の変形や、発電反応の効率低下を抑制できる。
【００６２】
さらに、アノード触媒層１１の面積をアノードガス拡散層１２の面積より小さく形成することによって、触媒の使用量を抑制することが可能となる。加えて、カソード触媒層１４の面積をカソードガス拡散層１５の面積より小さく形成することによって、さらに触媒の使用量を抑制することが可能となる。
【００６３】
したがって、本実施形態に係る燃料電池１によれば、触媒量を抑制しても高い出力密度を得ることが可能となる。
【００６４】
ところで、本実施形態に係る燃料電池１において、図５に示したように、少なくともアノード触媒層１１は、共通のアノードガス拡散層１２の上に配置された複数のアノードセグメント１１Ａによって構成されてもよい。このとき、複数のアノードセグメント１１Ａの面積の総和は、アノードガス拡散層１２の面積より小さく形成されている。ここでは、アノード触媒層１１は、６つのアノードセグメント１１Ａによって構成され、２×３のマトリクス状をなしている。
【００６５】
同様に、カソード触媒層１４は、共通のカソードガス拡散層１５の上に配置された複数のカソードセグメント１４Ａによって構成されてもよい。このとき、複数のカソードセグメント１４Ａの面積の総和は、カソードガス拡散層１５の面積より小さく形成されている。
【００６６】
図６に示した例では、アノード触媒層１１は、共通のアノードガス拡散層１２の上に配置されて複数のアノードセグメント１１Ａによって構成されている。また、カソード触媒層１４は、共通のカソードガス拡散層１５の上に配置され、複数のカソードセグメント１４Ａによって構成されている。ここでは、アノード触媒層１１及びカソード触媒層１４は、同数のセグメント１１Ａ及び１４Ａによって構成されている。また、アノードセグメント１１Ａのそれぞれは電解質膜１７を介してカソードセグメント１４Ａと対向している。
【００６７】
このような構成においても、本実施形態に係る燃料電池１と同様に、触媒量を抑制しても高い出力密度を得ることが可能となる。
【００６８】
さらに、アノード触媒層１１が複数のアノードセグメント１１Ａによって構成された場合、図４に示した例のようにアノード触媒層１１が単一であり、複数のアノードセグメント１１Ａの面積の総和と同等の面積に構成された場合と比較して、アノード触媒層１１の端面の面積が大きくなる。また、カソード触媒層１４が複数のカソードセグメント１４Ａによって構成された場合にも同様に、カソード触媒層１４の端面の面積が大きくなる。
【００６９】
ここで、アノード触媒層１１の端面の面積とは、アノードガス拡散層１２と接する面１１Ｓと電解質膜１７と接する面１１Ｄとを接続する面の面積である。カソード触媒層１４の端面の面積とは、カソードガス拡散層１５と接する面１４Ｓと電解質膜１７と接する面１４Ｄとを接続する面の面積である。
【００７０】
アノード触媒層１１の端面の面積が大きくなることにより、燃料供給効率やアノード１１側で発生した熱の放熱効率を向上することが可能となる。また、カソード触媒層１４の端面の面積が大きくなることにより、空気の取込効率やカソード１６側で発生した熱の放熱効率を向上することが可能となる。さらに、アノード１１からの二酸化炭素の除去効率を向上することが可能となる。したがって、さらにアノード１３及びカソード１６での発電反応を効率よく生起させることが可能となり、高い出力密度を得ることが可能となる。
【００７１】
なお、本発明におけるアノード触媒層、アノードガス拡散層、カソード触媒層およびカソードガス拡散層の面積は以下の方法で測定することができる。
【００７２】
すなわち、Ｘ線ＣＴ装置、例えば、Ｘ線透過システムＨＭＸ−２２５（テスコ株式会社製）にて、各層を非破壊にて観察することにより各層の面積を求めることができる。具体的には、Ｘ線ＣＴ装置により得られる画像（視野）内に定寸でスケールになるものを同時に写し込み、そのスケールとの比較で具体的寸法を求める。この場合、同一視野で全寸法を求めることが困難な場合には、連続的に画像を得ることで寸法を求めることができる。得られた寸法から面積を求める。この場合、触媒層に使用されている基材がカーボンペーパーの場合には画像には映らないが、貴金属触媒が映るため、寸法を求めることができる。
【００７３】
次に、第１実施例、第２実施例、第３実施例及び第４実施例に係る燃料電池１ついて説明する。なお、以下の説明において、上述の本実施形態に係る燃料電池１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。
【００７４】
≪第１実施例≫
第１実施例において、縦４ｃｍ、横３ｃｍの面積１２ｃｍ２のアノードガス拡散層１２上にアノード１３用の触媒（白金、ルテニウム触媒担持カーボン粒子）を縦３ｃｍ、横２ｃｍの面積６ｃｍ２となるように塗布し乾燥させアノード触媒層１１を形成した。なお、このとき、アノード触媒層１１中に含まれる貴金属量を３．０ｍｇ／ｃｍ２に合わせて塗布した。
【００７５】
一方で、縦４ｃｍ、横３ｃｍの面積１２ｃｍ２のカソードガス拡散層１５上にカソード１６用の触媒（白金触媒担持カーボン粒子）を縦３ｃｍ、横２ｃｍの面積６ｃｍ２となるように塗布し乾燥させカソード触媒層１４を形成した。なお、このとき、カソード触媒層１４中に含まれる貴金属量を２．５ｍｇ／ｃｍ２に合わせて塗布した。
【００７６】
これらのアノード触媒層１１及びカソード触媒層１４は、図４に示したように、アノードガス拡散層１２及びカソードガス拡散層１５のほぼ中央に位置するように形成した。
【００７７】
アノード触媒層１１とカソード触媒層１４との間に電解質膜１７としてナフィオン膜（デュポン社製ナフィオンＮＲＥ２１２）を配置し重ね合わせ、温度１５０℃のホットプレスにて５分間加熱加圧して、膜電極接合体２を形成した。この膜電極接合体２を用いて燃料電池１を組み立てた。
【００７８】
アノードガス拡散層１２に対するアノード触媒層１１の面積比は０．５であり、カソードガス拡散層１５に対するカソード触媒層１４の面積比は０．５である。
【００７９】
≪第２実施例≫
第２実施例において、縦４ｃｍ、横３ｃｍの面積１２ｃｍ２のアノードガス拡散層１２上に縦３．５ｃｍ、横２．６ｃｍの面積９ｃｍ２のアノード触媒層１１を形成した。一方で、縦４ｃｍ、横３ｃｍの面積１２ｃｍ２のカソードガス拡散層１５上に縦３．５ｃｍ、横２．６ｃｍの面積９ｃｍ２のカソード触媒層１４を形成した。触媒層の面積以外の条件は第１実施例と同一であり、第１実施例と同様の手順により膜電極接合体２を形成し、この膜電極接合体２を用いて燃料電池１を組み立てた。
【００８０】
アノードガス拡散層１２に対するアノード触媒層１１の面積比は０．７５であり、カソードガス拡散層１５に対するカソード触媒層１４の面積比は０．７５である。
【００８１】
≪第３実施例≫
第３実施例において、縦４ｃｍ、横３ｃｍの面積１２ｃｍ２のアノードガス拡散層１２上に縦２．５ｃｍ、横１．２ｃｍの面積３ｃｍ２となるようにアノード触媒層１１を形成した。一方で、縦４ｃｍ、横３ｃｍの面積１２ｃｍ２のカソードガス拡散層１５上に縦２．５ｃｍ、横１．２ｃｍの面積３ｃｍ２のカソード触媒層１４を形成した。触媒層の面積以外の条件は第１実施例と同一であり、第１実施例と同様の手順により膜電極接合体２を形成し、この膜電極接合体２を用いて燃料電池１を組み立てた。
【００８２】
アノードガス拡散層１２に対するアノード触媒層１１の面積比は０．２５であり、カソードガス拡散層１５に対するカソード触媒層１４の面積比は０．２５である。
【００８３】
≪第４実施例≫
第４実施例において、図５に示すように、縦４ｃｍ、横３ｃｍの面積１２ｃｍ２のアノードガス拡散層１２上にアノード１３用の触媒を縦１．２ｃｍ、横０．８ｃｍの面積１ｃｍ２となるように６箇所、塗布し乾燥させアノードセグメント１１Ａを形成した。すなわち、面積６ｃｍ２のアノード触媒層１１を形成した。
【００８４】
一方で、縦４ｃｍ、横３ｃｍの面積１２ｃｍ２のカソードガス拡散１４上にカソード１６用の触媒を縦１．２ｃｍ、横０．８ｃｍの面積１ｃｍ２となるように６箇所、塗布し乾燥させカソードセグメント１４Ａを形成した。すなわち、面積６ｃｍ２のカソード触媒層１４を形成した。
【００８５】
ここでは、アノードセグメント１１Ａ及びカソードセグメント１４Ａが２×３のマトリクス状に配置されるように形成した。電解質膜１７を介してアノードガス拡散層１２とカソードガス拡散層１５とを重ね合わせたときにアノードセグメント１１Ａとカソードセグメント１４Ａとが対向するように配置し、第１実施例と同様の手順により膜電極接合体２を形成した。この膜電極接合体２を用いて燃料電池１を組み立てた。
【００８６】
アノードガス拡散層１２に対するアノード触媒層１１の面積比は０．５であり、カソードガス拡散層１５に対するカソード触媒層１４の面積比は０．５である。
【００８７】
次に、比較例１及び比較例２に係る燃料電池１について説明する。なお、以下の説明において、上述の本実施形態に係る燃料電池１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。
【００８８】
≪比較例１≫
比較例１において、縦４ｃｍ、横３ｃｍの面積１２ｃｍ２のアノードガス拡散層１２上にアノードガス拡散層１２と同じ大きさの縦４ｃｍ、横３ｃｍの面積１２ｃｍ２のアノード触媒層１１を形成した。一方で、縦４ｃｍ、横３ｃｍの面積１２ｃｍ２のカソードガス拡散層１５上にカソードガス拡散層１５と同じ大きさの縦４ｃｍ、横３ｃｍの面積１２ｃｍ２のカソード触媒層１４を形成した。第１実施例と同様の手順により膜電極接合体２を形成し、この膜電極接合体２を用いて燃料電池１を組み立てた。
【００８９】
アノードガス拡散層１２に対するアノード触媒層１１の面積比は１であり、カソードガス拡散層１５に対するカソード触媒層１４の面積比は１である。
【００９０】
≪比較例２≫
比較例２において、縦４ｃｍ、横３ｃｍの面積１２ｃｍ２のアノードガス拡散層１２上に縦１．２ｃｍ、横１ｃｍの面積１．２ｃｍ２のアノード触媒層１１を形成した。一方で、縦４ｃｍ、横３ｃｍの面積１２ｃｍ２のカソードガス拡散層１５上に縦１．２ｃｍ、横１ｃｍの面積１．２ｃｍ２のカソード触媒層１４を形成した。アノード触媒層１１及びカソード触媒層１４は、アノードガス拡散層１２及びカソードガス拡散層１５のほぼ中央に位置するように形成した。第１実施例と同様の手順により膜電極接合体２を形成し、この膜電極接合体２を用いて燃料電池１を組み立てた。
【００９１】
アノードガス拡散層１２に対するアノード触媒層１１の面積比は０．１であり、カソードガス拡散層１５に対するカソード触媒層１４の面積比は０．１である。
【００９２】
このように形成された燃料電池１を燃料電池評価装置に組み込み、アノード１３側へ直接メタノールを供給し、カソード１６側を温度２５℃、湿度５０％の空気環境に調整しながらカソードの温度５５℃、電圧０．３５Ｖで出力密度（ｍＷ／ｃｍ２）を測定した。比較例１に係る燃料電池の出力密度に対して相対的な出力密度（％）を図７に示す。
【００９３】
図７に示すように、比較例１に係る燃料電池１の出力密度に対して第１実施例に係る燃料電池１の出力密度は、１７５．６％であり、第２実施例に係る燃料電池１の出力密度は、１４１．５％であり、第３実施例に係る燃料電池１の出力密度は、１０９．８％であり、第４実施例に係る燃料電池１の出力密度は、１７８％であった。
【００９４】
この測定結果から、アノード触媒層１１の面積がアノードガス拡散層１２の面積よりも小さく形成され、しかも、カソード触媒層１４の面積がカソードガス拡散層１５の面積よりも小さい各実施例によれば、比較例１よりも、燃料電池１の出力密度が高くなることが確認された。
【００９５】
なお、アノード触媒層１１の面積がアノードガス拡散層１２の面積に対して小さいほど出力密度が高くなるわけではなく、また、カソード触媒層１４の面積がカソードガス拡散層１５の面積に対して小さいほど出力密度が高くなるわけではない。すなわち、比較例１に係る燃料電池１の出力密度に対して比較例２に係る燃料電池１の出力密度は、７３．２％であった。つまり、比較例１の燃料電池１に対して出力密度を大きくするためには、アノードガス拡散層１２に対するアノード触媒層１１の面積比及びカソードガス拡散層１５に対するカソード触媒層１１の面積比が０．２以上であることが望ましい。なお、発明者の検証によれば、少なくともアノード１３について、アノードガス拡散層１２に対するアノード触媒層１１の面積比が０．２以上（１．０未満）であれば、出力密度の向上が確認された。
【００９６】
第１実施例及び第４実施例において、アノードガス拡散層１２に対してアノード触媒層１１の面積比及びカソードガス拡散層１５に対してカソード触媒層１４の面積比が共に０．５である。測定結果から第４実施例に係る燃料電池１の出力密度は、第１実施例に係る燃料電池１の出力密度より大きいことが分かる。
【００９７】
この結果から、アノード触媒層１１が複数のアノードセグメント１１Ａによって構成され、カソード触媒層１４が複数のカソードセグメント１４Ａによって構成されることによって、さらに、出力密度が高くなることが確認された。なお、発明者の検証によれば、少なくともアノード１３について、アノード触媒層１１を複数のセグメントに構成することにより、出力密度の向上が確認された。
【００９８】
次に、多直構造である第５実施例、第６実施例及び第７実施例について説明する。なお、以下の説明において、上述の本実施形態に係る燃料電池１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。
【００９９】
≪第５実施例及び第６実施例≫
第５実施例及び第６実施例において、図８及び図９に示すように、縦１ｃｍ、横８ｃｍの面積８ｃｍ２のアノードガス拡散層１２上に縦０．５ｃｍ、横８ｃｍの面積４ｃｍ２のアノード触媒層１１を形成した。一方で、縦１ｃｍ、横８ｃｍの面積８ｃｍ２のカソードガス拡散層１５上に縦０．５ｃｍ、横８ｃｍの面積４ｃｍ２のカソード触媒層１４を形成した。
【０１００】
４個のアノード触媒層１１とカソード触媒層１４との間に単一の電解質膜１７を配置し重ね合わせ、第１実施例と同様の手順により４個の単セルＣ（第１単セルＣ１、第２単セルＣ２、第３単セルＣ３、第４単セルＣ４）を有する膜電極接合体２を形成した。この膜電極接合体２を用いて集電体１８により単セルＣを直列に接続し集電する構造の燃料電池１を形成した。
【０１０１】
単セルＣのそれぞれは、その長辺方向と直交する方向に間隔をおいて並んで配置されている。単セルＣのそれぞれは、第１単セルＣ１、第２単セルＣ２、第３単セルＣ３、第４単セルＣ４の順に並んでいる。
【０１０２】
第５実施例では、図８に示すように、第１単セルＣ１において、アノード触媒層１１は、アノードガス拡散層１２の第２単セルＣ２側に配置されており、第２単セルＣ１において、アノード触媒層１１は、アノードガス拡散層１２の第１単セルＣ１側に配置されている。また、第３単セルＣ３において、アノード触媒層１１は、アノードガス拡散層１２の第４単セルＣ４側に配置されており、第４単セルＣ４において、アノード触媒層１１は、アノードガス拡散層１２の第３単セルＣ３側に配置されている。カソード１６側も同一パターンに配置されており、電解質膜１７を介してカソード触媒層１４がアノード触媒層１１に対向している。
【０１０３】
第６実施例では、図９に示すように、第５実施例の逆パターンであり、第１単セルＣ１において、アノード触媒層１１は、アノードガス拡散層１２の電解質膜１７の端辺側に配置されており、第２単セルＣ１において、アノード触媒層１１は、アノードガス拡散層１２の第３単セルＣ３側に配置されている。また、第３単セルＣ３において、アノード触媒層１１は、アノードガス拡散層１２の第２単セルＣ２側に配置されており、第４単セルＣ４において、アノード触媒層１１は、アノードガス拡散層１２の電解質膜１７のもう一方の端辺側に配置されている。カソード１６側も同一パターンに配置されており、電解質膜１７を介してカソード触媒層１４がアノード触媒層１１に対向している。
【０１０４】
アノードガス拡散層１２に対するアノード触媒層１１の面積比は０．５であり、カソードガス拡散層１５に対するカソード触媒層１４の面積比は０．５である。
【０１０５】
≪第７実施例≫
第７実施例において、図１０に示すように、縦４ｃｍ、横２ｃｍの面積８ｃｍ２のアノードガス拡散層１２上に縦４ｃｍ、横２ｃｍの三角形状の面積４ｃｍ２のアノード触媒層１１を形成した。一方で、縦４ｃｍ、横２ｃｍの面積８ｃｍ２のカソードガス拡散層１５上に縦４ｃｍ、横２ｃｍの三角形状の面積４ｃｍ２のカソード触媒層１４を形成した。
【０１０６】
第５実施例と同様の手順により、４個の単セルＣ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）を有する膜電極接合体２を形成し、この膜電極接合体２を用いて燃料電池１を組み立てた。
【０１０７】
単セルＣは、２×２のマトリクス状に配置されている。単セルＣのそれぞれにおいて、アノード触媒層１１は、電解質膜１７の中央に寄って配置されており、カソード触媒層１４も同様に、電解質膜１７の中央に寄って配置されている。
【０１０８】
アノードガス拡散層１２に対するアノード触媒層１１の面積比は０．５であり、カソードガス拡散層１５に対するカソード触媒層１４の面積比は０．５である。
【０１０９】
次に、多直構造である比較例３について説明する。なお、以下の説明において、上述の本実施形態に係る燃料電池１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。
【０１１０】
≪比較例３≫
比較例３において、縦１ｃｍ、横８ｃｍの面積８ｃｍ２のアノードガス拡散層１２上にアノードガス拡散層１２と同じ大きさの縦１ｃｍ、横８ｃｍの面積８ｃｍ２のアノード触媒層１１を形成した。一方で、縦１ｃｍ、横８ｃｍの面積８ｃｍ２のカソードガス拡散層１５上にカソードガス拡散層１５と同じ大きさの縦１ｃｍ、横８ｃｍの面積８ｃｍ２のカソード触媒層１４を形成した。
【０１１１】
第５実施例と同様の手順により、４個の単セルＣ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）を有する膜電極接合体２を形成し、この膜電極接合体２を用いて燃料電池１を組み立てた。
【０１１２】
単セルＣ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）のそれぞれは、その長辺方向と直交する方向に間隔をおいて並んで配置されている。
【０１１３】
アノードガス拡散層１２に対するアノード触媒層１１の面積比は１であり、カソードガス拡散層１５に対するカソード触媒層１４の面積比は１である。
【０１１４】
このように形成された燃料電池１を燃料電池評価装置に組み込み、アノード１３側へ直接メタノールを供給し、カソード１６側を温度２５℃、湿度５０％の空気環境に調整しながらカソードの温度５５℃、電圧０．３５Ｖで出力密度（ｍＷ／ｃｍ２）を測定した。比較例３に係る燃料電池１の出力密度に対しての相対出力密度（％）を図１１に示す。
【０１１５】
図１１に示すように、比較例３に係る燃料電池１の出力密度に対して第５実施例に係る燃料電池１の出力密度は、１６３％であり、第６実施例に係る燃料電池１の出力密度は、１４８％であり、第７実施例に係る燃料電池１の出力密度は、１４３％であった。
【０１１６】
この測定結果から、多直構造においても、アノード触媒層１１の面積がアノードガス拡散層１２の面積よりも小さく、且つ、カソード触媒層１４の面積がカソードガス拡散層１５の面積よりも小さい各実施例によれば、比較例３よりも燃料電池１の出力密度が高くなることが確認された。
【０１１７】
第７実施例において、アノード触媒層１１及びカソード触媒層１４は、電解質膜１７の外側に向かって配置されてもよい。燃料排出口３３が中央に形成されている場合には、図１０に示すように、アノード触媒層１１及びカソード触媒層１４は、電解質膜１７の中央に寄って配置されていることが望ましい。
【０１１８】
また、第７実施例において、燃料排出口３３が中央に形成されている場合には、各単セルＣにおいて同じ速度で反応が進行するので各単セルＣの劣化の度合いの差を小さくすることが可能となる。
【０１１９】
また、第７実施例において、４個以上の単セルＣを有する膜電極接合体２を備えていても良い。このとき、複数の単セルＣは、ｍ×ｎのマトリクス状に配置される（ただし、ｍ及びｎは２以上の整数）。
【０１２０】
なお、多直構造の燃料電池１として第５実施例乃至第７実施例について説明したが、第１実施例乃至第４実施例を単セルＣとして多直構造に適用可能である。第１実施例乃至第４実施例の単セルＣを長辺方向と直交する方向に間隔をおいて配置しても良いし、ｍ×ｎのマトリクス状に配置してもよい。
【０１２１】
以上説明したように本実施形態によれば、触媒量を抑制しても高い出力密度を得ることが可能な燃料電池を提供することが可能となる。
【０１２２】
上述した各実施形態の燃料電池１は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。ただし、燃料を面方向に分散させつつ供給する燃料供給部３１は、特に燃料濃度が濃い場合に有効である。このため、各実施形態の燃料電池１は、濃度が８０ｗｔ％以上のメタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。したがって、各実施形態は、メタノール濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液や純メタノールを液体燃料として用いた燃料電池１に好適である。
【０１２３】
さらに、上述した各実施形態は、本発明をセミパッシブ型の燃料電池１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、内部気化型の純パッシブ型の燃料電池に対しても適用可能である。
【０１２４】
なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、ＭＥＡに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、全てが液体燃料、または一部が液体状態で供給される液体燃料の蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また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たりする等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態に係る燃料電池の構造を概略的に示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示した燃料電池における膜電極接合体の一部の断面を概略的に示す斜視図である。
【図３】図３は、図２に示した膜電極接合体の平面図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る燃料電池の構造を概略的に示す断面図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る燃料電池のアノードの他の構造を概略的に示す平面図である。
【図６】図６は、図５に示したアノードを備えた燃料電池の構造を概略的に示す断面図である。
【図７】図７は、アノードガス拡散層の面積に対してアノード触媒層の面積を小さくし、カソードガス拡散層の面積に対してカソード触媒層の面積を小さくしたことによる効果の検証結果を示す図である。
【図８】図８は、第５実施例に係る燃料電池の構造を概略的に示す平面図である。
【図９】図９は、第６実施例に係る燃料電池の構造を概略的に示す平面図である。
【図１０】図１０は、第７実施例に係る燃料電池の構造を概略的に示す平面図である。
【図１１】図１１は、多直構造において、アノード拡散層の面積に対してアノード触媒層の面積を小さくし、カソードガス拡散層の面積に対してカソード触媒層の面積を小さくしたことによる効果の検証結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１…燃料電池  ２…膜電極接合体  ３…燃料供給機構
１１…アノード触媒層  １２…アノードガス拡散層
１３…アノード
１４…カソード触媒層  １５…カソードガス拡散層
１６…カソード
１７…電解質膜
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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