(57)【要約】【課題】小型であって軽量で、しかも出力が高い燃料電池、燃料電池スタック、および燃料電池スタックを備える電子機器を提供する。【解決手段】本発明の燃料電池は、アノード導電性多孔質層と、アノード触媒層と、電解質膜と、カソード触媒層と、カソード導電性多孔質層とを含む燃料電池であって、アノード導電性多孔質層の表裏のいずれか一方の面に隣接して配置される導電性透過抑制層を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード導電性多孔質層と、アノード触媒層と、電解質膜と、カソード触媒層と、カソード導電性多孔質層とを含む燃料電池であって、
前記アノード導電性多孔質層の表裏のいずれか一方の面に隣接して配置される導電性透過抑制層を備える、燃料電池。
【請求項２】
導電性透過抑制層と、アノード導電性多孔質層と、アノード触媒層と、電解質膜と、カソード触媒層と、カソード導電性多孔質層とをこの順で含む、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
アノード導電性多孔質層と、導電性透過抑制層と、アノード触媒層と、電解質膜と、カソード触媒層と、カソード導電性多孔質層とをこの順で含む、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記アノード導電性多孔質層または前記導電性透過抑制層の表裏の面のうち、前記アノード触媒層が形成される面側とは反対の面に隣接して配置されるアノード集電体を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記カソード導電性多孔質層の表裏のいずれか一方の面に隣接して配置されるカソード集電体を備える、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６】
前記導電性透過抑制層は、その厚み方向の電気抵抗が１００ｍΩｃｍ2以下である、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７】
前記導電性透過抑制層は、接着剤と導電フィラーとを含む導電性接着剤から形成される多孔質層である、請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記導電性接着剤は、前記導電フィラーと前記接着剤との重量の合計に対し、前記導電フィラーの含有量が３０重量％以上８０重量％以下である、請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記接着剤は、熱硬化性のポリオレフィン系樹脂、または熱硬化性のエポキシ樹脂である、請求項７または８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記導電フィラーは、カーボン材料からなる、請求項７〜９のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記導電フィラーは、粒形状である、請求項７〜１０のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の燃料電池を備える燃料電池スタック。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料電池スタックを備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型であってかつ出力密度が高い燃料電池、燃料電池スタック、および燃料電池スタックを備える電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報化社会を支える携帯電子機器等に用いられる小型電源として、燃料電池に対する期待が高まっている。燃料電池は、アノード極で還元剤（たとえば水素、メタノール、エタノール、ヒドラジン、ホルマリン、ギ酸等）を酸化し、カソード極で酸化剤（たとえば空気中の酸素）を還元するという電気化学反応を利用して、携帯電子機器等に電子を供給する化学電池であり、単独の発電装置で高い発電効率を得ることができる。
【０００３】
多種ある燃料電池の中でも、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct  Methanol  Fuel  Cell）は、アノード極にメタノール水溶液を供給し、メタノール水溶液から直接プロトンと電子とを取り出すことにより発電を行なうため、改質器を備える必要がない。
【０００４】
しかも、ＤＭＦＣは常温常圧下で液体であるメタノール水溶液を燃料として用いることから、水素に代表される高圧ガスボンベを用いることなく、高い体積エネルギ密度を有した燃料を小型の簡易容器で取り扱うことができる。このことから小型電源として用いた場合の安全性の面でも優れているし、燃料容器を小さくすることもできる。
【０００５】
また、ＤＭＦＣは液体燃料を用いるため、従来の燃料電池システムではデッドスペースとなるような狭い婉曲空間部を燃料スペースとして使用することができる。このことから携帯用小型電子機器に搭載する際に、デザインの制約を受けることないというメリットがある。このため、ＤＭＦＣは携帯電子機器のような小型機器用電源への応用、特に携帯電子機器用の２次電池代替用途として注目が集まっている。
【０００６】
さらに、ＤＭＦＣの燃料は、メタノールの他にたとえばエタノール、プロパノール等のように、より高い体積エネルギー密度およびより高い引火点を有し安全性に優れる液体燃料を将来的に利用できるようになる可能性もある。
【０００７】
ＤＭＦＣのように燃料を水素に改質することなく、燃料を直接供給する形態の燃料電池（たとえば固体高分子型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、アルカリ型燃料電池等）の大半は、還元剤を供給するためのアノード流路が形成されたアノード集電体、アノード導電性多孔質層、アノード触媒層、電解質膜、カソード触媒層、カソード導電性多孔質層、酸化剤を供給するためのカソード流路が形成されたカソード集電体をこの順に積層した平面積層構造のものである。
【０００８】
上記のような燃料電池の構成の中でも特に、アノード触媒層、電解質膜およびカソード触媒層の３層を熱圧着等の手段により複合化したものを膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane  Electrode  Assembly）といい、燃料電池を構成する上での最小構成単位である。
【０００９】
ＤＭＦＣを例にとり、燃料電池で生じる電気化学反応を説明する。ＤＭＦＣでは、燃料流路を通じてアノード極に供給されるメタノールが酸化されて、二酸化炭素およびプロトンに分離される。そして、アノード極およびカソード極でそれぞれ以下のような反応が起きる。
【００１０】
アノード極：ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-
カソード極：Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏ
そして、カソード極側では電解質膜から透過したプロトンと空気中の酸素とが反応することにより水が生成される。このときに、アノード極で発生した電子が外部負荷を通ってカソード極に移動する。この電子の移動を電力として取り出す。
【００１１】
ＤＭＦＣのように燃料を直接供給する燃料電池では、供給する燃料の濃度を高濃度なものにすることにより、燃料電池の出力密度を高めることができる。しかしながら、高濃度の燃料を燃料電池に供給すると、燃料の一部がアノード極で反応することなく電解質膜を透過し、カソード極側に移動するという現象（以下においては「クロスオーバー」とも称する）が生じる。このクロスオーバーが生じることにより、カソード極の電位が低下することを以って、燃料電池の発電効率が低下するという問題があった。
【００１２】
そこで、上記の問題を解決する試みとして、特許文献１には、燃料流路からアノード極への燃料の透過を抑制するために、アノード極と燃料流路との間にたとえば耐アルカリ性を有する高分子化合物からなる保持体を設けた構造の燃料電池が記載されている。当該保持体は、液体燃料に溶解もしくは膨潤し、これにより液体燃料の透過を抑制する機能が発揮される。
【００１３】
図１４は、特許文献１に記載されている燃料電池を２つ積層したときの構造（２つ以上の燃料電池を積層した構造のもののことを以下においては、「燃料電池スタック」とも称する）を示す図である。図１４の燃料電池スタックに用いられる燃料電池１００は、カソード導電性多孔質層１８と、カソード触媒層１６と、電解質膜１５と、アノード触媒層１４と、アノード集電体１０と、アノード導電性多孔質層１３と、保持体２２と、燃料流路１１を備える燃料流路形成材３３とをこの順に積層したものであり、カソード導電性多孔質層１８のカソード触媒層１６と異なる面側には、空気流路２０を備えるカソード集電体１７が形成されたものである。
【００１４】
このように燃料流路１１とアノード触媒層１４との間に、保持体２２を設けることにより、燃料流路１１からアノード触媒層１４への燃料供給量（燃料透過量）を抑制することを以って、燃料のクロスオーバーを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００４−２０６８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献１の燃料電池１００は、燃料のクロスオーバーを抑制することができるという点では優れているものの、保持体を設けることにより、以下の（Ａ）〜（Ｄ）に挙げるような問題があった。
【００１７】
（Ａ）層厚方向の導通
特許文献１の燃料電池に用いられる保持体２２は、絶縁性のものを用いているため保持体２２の厚み方向に電流を流すことができない。このため燃料電池１００を層厚方向に積層して燃料電池スタックとして用いるときにも、保持体２２の層厚方向には電流を流すことができなかった。そこで、保持体２２と発電部であるＭＥＡとの間に電気伝導性の高いアノード集電体１０を設け、アノード集電体１０の面方向に電流を流すことにより、燃料電池スタックの層厚方向の導通を図っていた。
【００１８】
ところが、アノード集電体１０の面方向に電流を流すことは、厚み方向に電流を流す場合と比べて電子の移動距離が長いため、燃料電池１００内の電気抵抗が高いものとなり、結果として燃料電池１００から得られる出力密度が低下してしまうという問題があった。
【００１９】
（Ｂ）接着性
特許文献１の燃料電池１００に用いられる保持体２２は、接着性を有しないため、燃料流路形成材３３と保持体２２との間での剥離、およびアノード導電性多孔質層１３と保持体２２との間での剥離が起こり、たとえば燃料漏れの問題を引き起こすことがあった。これらの剥離を防止するため、および保持体２２の形状および厚みを維持するため、燃料電池１００を硬質で分厚い板等により挟んだ上で、ネジ、ナット等の押し付け部材を用いて燃料電池１００を固定し、燃料電池１００の層厚方向の両端から押し付け圧を加えるようにしている。
【００２０】
しかしながら、このように硬質で分厚い板および押し付け部材を備えることにより、燃料電池１００が大型化することとなり出力密度が低下してしまうという問題があった。
【００２１】
（Ｃ）膨張または溶解による保持体の変形
特許文献１の燃料電池１００に用いられる保持体２２は、接着性を有しないため、液体燃料により膨張または溶解し変形して歪んだときに、アノード触媒層１４に供給される燃料濃度が不均一になる。これにより燃料電池１００の出力特性が不安定なものとなるという問題、燃料供給のための圧力損失が大きくなるという問題、および燃料供給用のポンプの消費電力が大きくなるという問題が生じる。
【００２２】
図１５は、特許文献１の燃料電池１００において、液体燃料により保持体２２が膨張したときの様態を示す拡大断面図である。図１５に示されるように、燃料流路形成材３３により保持体２２が抑えられている部分では保持体２２の膨張は起こらない。しかしながら、保持体２２の面の中心部（燃料流路形成材３３により保持体２２が抑えられていない部分）では、保持体２２の膨張が起こる。このように保持体２２に膨張が起こるときに面の中心部から端部に向かって応力が発生する（応力の方向を矢印２５で示している）ことにより、保持体２２が変形して歪んでしまう。このような歪みは、保持体２２に高分子膜を用いる場合、保持体２２の厚みが薄いために特に顕著となる。
【００２３】
なお、図１５においては、保持体２２が膨張したときに起こる歪みを示しているが、保持体２２の歪みは、膨張したときにのみ起こるものではなく、溶解したときにも歪むことがある。溶解したときに保持体２２が歪む場合、保持体２２の端部から保持体２２の面の中心部に向かって応力が発生することにより保持体２２が歪むこととなる。
【００２４】
上記の膨張または溶解したときに保持体２２が歪むことにより、層厚方向に保持体２２が薄くなった部分は燃料透過量が多くなり、保持体２２が厚くなった部分は燃料が透過しにくくなる。このように保持体２２の厚みが厚い部分と薄い部分とが生じることにより、アノード触媒層１４に供給される燃料の透過量が不均一なものとなる。
【００２５】
アノード触媒層１４における酸化反応の触媒活性は燃料の透過量に大きく依存する。このため、燃料の透過量が不均一になることにより、アノード触媒層１４の面内で出力にバラつきが生じ、燃料電池１００の出力特性が不安定なものとなる。また、このようにアノード触媒層１４の面内で出力にバラつきが生じることに起因して、アノード触媒層１４で生成するガス量にバラつきが生じることもある。
【００２６】
（Ｄ）内圧の上昇による保持体の変形
特許文献１の燃料電池１００に用いられる保持体２２は、接着性を有していないため、燃料電池１００内の内圧が上昇することにより、保持体２２が変形して歪むことがある。このように保持体２２が歪むことによってもアノード触媒層１４に供給される燃料濃度が不均一になる。
【００２７】
図１６は、特許文献１の燃料電池１００において、燃料電池１００の内圧の上昇により保持体２２が変形する様態を示す拡大図である。特許文献１の燃料電池１００に備えられる保持体２２は、図１６に示されるように、燃料電池１００内の反応により生じる生成ガス（たとえば二酸化炭素）が燃料電池１００の内部に充満して内圧が上昇し、保持体２２に内部から圧力がかかり（当該圧力の方向を矢印２７で示している）保持体２２の面の中心部ほど保持体２２が伸びてその厚みが薄くなり、保持体２２の面の端部に位置するものほど保持体２２の厚みが厚くなる。
【００２８】
これらの保持体２２の厚みの違いによりアノード触媒層１４に供給される燃料の透過量が不均一なものとなる。このような保持体２２の変形を抑制するためには、保持体全体を燃料電池１００の筐体等により押し付けることを以って、保持体２２の形状を維持することが必要である。しかしながら、保持体全体を押し付けるような筐体を設けることにより、燃料電池１００が大型化し、出力密度が低下する。
【００２９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは小型で軽量で出力が高い燃料電池１００、燃料電池スタック、および燃料電池スタックを備える電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明者は、上述のような各課題を解決するために、従来の燃料電池の保持体に用いられる材料およびその組成についてさまざまな工夫を検討した結果、従来保持体の材料には絶縁性のものを用いていたが、絶縁性の材料とは対極の材料とも言える導電性の材料を適用することにより、燃料電池の層厚方向の導通を図ることができることが明らかとなった。
【００３１】
そして、この知見に基づきさらに鋭意検討を重ねた結果、保持体を構成する材料に導電性の材料を用いるとともに、接着性をも有する材料（すなわち接着剤）を用いることにより、上記の各課題を一掃できることを見出した。さらに導電性の材料として導電フィラーを含むことにより、燃料の透過量も調整できることが明らかとなり、本発明を完成した。
【００３２】
すなわち、本発明の燃料電池は、アノード導電性多孔質層と、アノード触媒層と、電解質膜と、カソード触媒層と、カソード導電性多孔質層とを含む燃料電池であって、アノード導電性多孔質層の表裏のいずれか一方の面に隣接して配置される導電性透過抑制層を備えることを特徴とする。
【００３３】
また、導電性透過抑制層と、アノード導電性多孔質層と、アノード触媒層と、電解質膜と、カソード触媒層と、カソード導電性多孔質層とをこの順で含むことが好ましい。
【００３４】
また、アノード導電性多孔質層と、導電性透過抑制層と、アノード触媒層と、電解質膜と、カソード触媒層と、カソード導電性多孔質層とをこの順で含むことが好ましい。
【００３５】
また、アノード導電性多孔質層または導電性透過抑制層の表裏の面のうち、アノード触媒層が形成される面側とは反対の面に隣接して配置されるアノード集電体を備えることが好ましい。
【００３６】
また、カソード導電性多孔質層の表裏のいずれか一方の面に隣接して配置されるカソード集電体を備えることが好ましい。
【００３７】
また、導電性透過抑制層は、その厚み方向の電気抵抗が１００ｍΩｃｍ2以下であることが好ましい。
【００３８】
また、導電性透過抑制層は、接着剤と導電フィラーとを含む導電性接着剤から形成される多孔質層であることが好ましい。
【００３９】
また、導電性接着剤は、導電フィラーと接着剤との重量の合計に対し、導電フィラーの含有量が３０重量％以上８０重量％以下であることが好ましい。
【００４０】
また、接着剤は、熱硬化性のポリオレフィン系樹脂、または熱硬化性のエポキシ樹脂であることが好ましい。
【００４１】
また、導電フィラーは、カーボン材料からなることが好ましい。
また、導電フィラーは、粒形状であることが好ましい。
【００４２】
本発明は、上記の燃料電池を備える燃料電池スタックでもある。
本発明は、上記の燃料電池スタックを備える電子機器でもある。
【発明の効果】
【００４３】
本発明は、上記の各構成を有することにより、小型であって軽量で、しかも出力が高い燃料電池、燃料電池スタック、および燃料電池スタックを備える電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の燃料電池の好ましい一形態を示す断面図である。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の燃料電池に備えられる導電性透過抑制層の拡大断面図であり、（Ｂ）の導電性透過抑制層は、（Ａ）の導電性透過抑制層よりも導電フィラーの含有量が多い。
【図３】本発明の燃料電池の好ましい一形態を示す断面図である。
【図４】本発明の燃料電池の好ましい一形態を示す断面図である。
【図５】本発明の燃料電池の好ましい一形態を示す断面図である。
【図６】本発明の燃料電池の好ましい一形態を示す断面図である。
【図７】本発明の燃料電池の好ましい一形態を示す断面図である。
【図８】（Ａ）従来の燃料電池スタックの一形態を示す断面図である。（Ｂ）本発明の燃料電池スタックの好ましい一形態を示す断面図である。
【図９】本発明の燃料電池スタックの好ましい一形態を示す断面図である。
【図１０】本発明の燃料電池スタックの好ましい一形態を示す断面図である。
【図１１】本発明の燃料電池スタックを備えた電子機器の好ましい一形態を示す断面図である。
【図１２】本発明の燃料電池の好ましい一形態を示す断面図である。
【図１３】本発明の燃料電池を作製した日から３日後、１４日後および２９日後の燃料電池の電流密度に対する出力密度を示した図である。
【図１４】従来の燃料電池スタックの構造を示す断面図である。
【図１５】従来の燃料電池において、液体燃料により保持体が膨張したときの様態を示す拡大断面図である。
【図１６】従来の燃料電池において、燃料電池の内圧の上昇により保持体が変形したときの様態を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００４６】
＜燃料電池＞
（実施の形態１）
図１は、本発明の燃料電池の構成の好ましい一例を模式的に示す断面図である。また、アノード集電体１０のＡ−Ａ’面での面方向の断面図を上図に示している。
【００４７】
本実施の形態の燃料電池１００は、図１に示すように、燃料輸送用の空間（以下において「燃料流路１１」とも称する）を有するアノード集電体１０と、導電性透過抑制層１２と、アノード導電性多孔質層１３と、アノード触媒層１４と、電解質膜１５と、カソード触媒層１６と、カソード集電体１７と、カソード導電性多孔質層１８とをこの順に含むことを特徴とする。そして、導電性透過抑制層１２、アノード導電性多孔質層１３、およびアノード触媒層１４の端面には、封止材４１が設けられている。
【００４８】
なお、本発明の燃料電池の各構成部材を積層する順序は、上記の積層順序に限られるものではなく、たとえばカソード集電体１７とカソード導電性多孔質層１８との積層順序を逆にしてもよい。本発明の燃料電池は、アノード導電性多孔質層１３と、アノード触媒層１４と、電解質膜１５と、カソード触媒層１６と、カソード集電体１７と、カソード導電性多孔質層１８とを含み、上記のアノード導電性多孔質層１３の表裏のいずれか一方の面に隣接して配置される導電性透過抑制層１２を備えるものであれば、本発明の範囲を逸脱するものではない。
【００４９】
従来の燃料電池に用いられる保持体は、燃料のクロスオーバーを抑制する効果はあるものの導電性を有していなかった。このため、燃料電池を層厚方向に接続することにより燃料電池スタックを構成しても、層厚方向の導通を図ることができず、保持体を迂回するように面方向に導通を図る必要があり、その結果、燃料電池の内部の電気抵抗が高いものとなるとともに、配線が複雑化するという問題があった。
【００５０】
しかしながら、本発明のようにアノード導電性多孔質層１３の表裏のいずれか一方の面に導電性透過抑制層１２を備えることにより、燃料のクロスオーバーを抑制しつつ、アノード集電体１０とアノード触媒層１４との層厚方向の導電性を保持することができる。これにより燃料電池１００の内部の電気抵抗を抑制することができるとともに、燃料電池１００を積層して燃料電池スタックとしたときの配線を容易にすることもできる。
【００５１】
また、本実施の形態の燃料電池のように、アノード導電性多孔質層１３の表裏の面のうち、アノード触媒層１４が形成される面側とは反対の面側に、アノード集電体１０を備えることが好ましい。このようにアノード集電体１０を備えることにより、アノード導電性多孔質層１３と電子の授受を効率的に行なうことができる。
【００５２】
図１のアノード集電体１０をＡ−Ａ’面の面方向に切断した断面図では、燃料流路１１はアノード集電体１０の面方向に蛇型流路（以下においては、「サーペンタイン流路」とも称する）の形状で設けられるものを示しているが、このような燃料流路１１の形状はあくまでも一例であり、燃料流路１１の形状はこれに限られるものではない。
【００５３】
このようにサーペンタイン流路を設けることにより、ポンプを用いて燃料導入口１９から容易に燃料供給を行なうことができるとともに、二酸化炭素等の生成ガスの排出も簡易に行なうことができることから、アクティブ型の燃料電池に好適に用いられる。
【００５４】
また、実施の形態１の燃料電池１００は、アノード導電性多孔質層１３の表裏の面のうち、アノード触媒層１４と接する面とは反対側（すなわちアノード集電体１０側）の面全体に導電性接着剤を塗布すればよく、導電性接着剤のパターニング等をしなくてもよい。このため導電性透過抑制層１２を形成する工程が簡便なものとなる。
【００５５】
従来のように保持体を備える燃料電池では、燃料および水により保持体が膨張または溶解する他、生成ガスの内圧が上昇することにより保持体が変形することがあった。これにより燃料がアノード触媒層１４に不均一に供給されるという問題、および燃料流路１１からの燃料漏れが生じるという問題が生じていた。これらの各問題を防止するために、外部の燃料電池の筐体をボルトやナット等の締め付け部材を用いることにより保持体が変形しないように固定する必要があった。
【００５６】
しかしながら、本実施の形態の燃料電池１００のように導電性透過抑制層１２を備えることにより上記の諸問題を一掃することができる。すなわち導電性透過抑制層１２を介して、アノード集電体１０とアノード導電性多孔質層１３とが一体化されることにより、導電性透過抑制層１２が変形することを抑制し、アノード触媒層１４に均一に燃料が供給されるとともに、アノード集電体１０とアノード導電性多孔質層１３との間での燃料漏れが生じることを防止することができる。これにより燃料電池に必要な締め付け部材を減らすことができ、小型化、軽量化、および低コスト化を達成することができる。
【００５７】
しかも、導電性透過抑制層１２を設けることにより、燃料電池の取り扱いが容易になるとともに燃料電池の製造工程が簡略化されることにもなり、製造工程を低コスト化することもできる。また、導電性接着剤を用いてアノード導電性多孔質層１３とアノード集電体１０とを貼り合わせることにより、これらの位置ずれを防止することができ、燃料電池の信頼性を向上させることができる。
【００５８】
なお、このような燃料電池において、燃料は燃料流路１１から導電性透過抑制層１２を通ってアノード触媒層１４に供給される。当該アノード触媒層１４での反応により生成する生成ガスは、導電性透過抑制層１２の空隙を通り層厚方向（燃料流路１１側）に排出される。これは、アノード導電性多孔質層１３の端部に、液体および気体を通過させない封止材４１を設けられていることにより、アノード導電性多孔質層１３の端部から側面方向に生成ガスを排出することができないためである。
【００５９】
一方、空気は、大気中からカソード導電性多孔質層１８を通じてカソード触媒層１６に供給される。
【００６０】
また、カソード導電性多孔質層１８の表裏のいずれか一方の面に隣接して配置されるカソード集電体１７を備えることが好ましい。このようにカソード集電体１７を備えることにより、カソード集電体１７とカソード導電性多孔質層１８との電子の授受を効率的に行なうことができる。
【００６１】
本実施の形態に示される燃料電池は、１つの燃料電池のままで用いてもよいが、電子機器に適した出力を得るという観点から、複数の燃料電池を積層することにより燃料電池スタックとして用いることが好ましい。
【００６２】
以下に、燃料電池を構成する各層を説明するにあたり、説明の便宜上、燃料としてメタノール水溶液、酸化剤として空気を用いた場合を説明する場合があるが、本発明はこれらの燃料および酸化剤を用いた場合のみに限定されるものではない。
【００６３】
＜アノード触媒層＞
本実施の形態の燃料電池１００に含まれるアノード触媒層１４は、燃料の酸化を促進するアノード触媒を少なくとも含み、さらにアノード担持体とアノード電解質とを含むことが好ましい。そして、当該アノード触媒上で燃料が酸化反応を起こすことにより、プロトンおよび電子を生成する。なお、アノード触媒層１４とは別にアノード集電体１０側（電解質膜１５とは反対側）に、アノード導電性多孔質層１３を積層した構造である。
【００６４】
本実施の形態の燃料電池１００において、アノード触媒層１４と導電性透過抑制層１２とを接着する場合、アノード触媒層１４を親水性にすることにより、導電性接着剤がアノード触媒層１４に染み込みやすくなり、アノード触媒層１４と導電性透過抑制層１２との導電性および接着性を良好なものとすることができる。
【００６５】
換言すれば、アノード触媒層１４を親水性にすることにより、導電性接着剤とアノード触媒層１４との親和性が増し、導電性接着剤とアノード触媒層１４との接触表面積を増大させることを以って、アンカー効果および分子間力が増大することにより接着強度が向上する。これによりアノード触媒層１４と導電性透過抑制層１２との界面での電気抵抗を小さくすることができる。この効果は、導電性接着剤に含まれる接着剤として、エポキシ樹脂のような親水性のものを用いるときに特に顕著となる。
【００６６】
アノード触媒層１４を親水性にする方法は、どのような方法を用いてもよいが、たとえばアノード触媒またはアノード担持体を気相酸化または液相酸化することを挙げることができる。ここで、上記の気相酸化に用いられる気体としては、酸素、空気、オゾン、硝酸ガス等を挙げることができ、液相酸化に用いられる液体としては、硝酸溶液、過マンガン酸カリウム溶液等を挙げることができる。
【００６７】
アノード触媒層１４の厚みは、０．１μｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。アノード触媒層１４の厚みが０．１μｍ未満であると、燃料電池１００の出力を向上させるだけの触媒量をアノード触媒層１４に担持できない虞があり、０．５ｍｍを超えるとプロトン伝導の抵抗および電子伝導の抵抗が大きくなったり、液体燃料（たとえばメタノール水溶液）または酸化剤（たとえば酸素）の拡散抵抗が増加したりする虞がある。
【００６８】
＜カソード触媒層＞
本実施の形態の燃料電池１００のカソード触媒層１６は、酸化剤の還元を促進する反応を促進するカソード触媒を少なくとも含み、さらにカソード担持体とカソード電解質とを含むことが好ましい。そして、当該カソード触媒上で酸化剤がプロトンと電子を取り込み、還元反応を起こすことにより水を生成する。カソード触媒層１６は電解質膜１５とは反対側にさらにカソード導電性多孔質層１８を積層した構造である。
【００６９】
カソード触媒層１６の厚みはそれぞれ、０．１μｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。カソード触媒層１６の厚みが０．１μｍ未満であると、燃料電池１００の出力を向上させるだけの触媒量をカソード触媒層１６に担持できない虞があり、０．５ｍｍを超えるとプロトン伝導の抵抗および電子伝導の抵抗が大きくなったり、液体燃料（たとえばメタノール水溶液）または酸化剤（たとえば酸素）の拡散抵抗が増加したりする虞がある。
【００７０】
以下の（１）〜（３）には、アノード触媒層１４およびカソード触媒層１６に含まれるものを説明する。
【００７１】
（１）アノード触媒およびカソード触媒
アノード触媒層１４に含まれるアノード触媒は、燃料としてメタノール水溶液を用いる場合、メタノールと水からプロトンと電子を生成するという燃料の酸化反応の反応速度を促進する機能を有するものである。一方、カソード触媒層１６に含まれるカソード触媒は、酸素とプロトンと電子から水を生成するという還元反応の反応速度を促進する機能を有するものである。
【００７２】
このようなアノード触媒およびカソード触媒に用いられる材料としては、たとえばＰｔ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ等の貴金属、Ｎｉ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ、Ｚｒ等の卑金属、これらの貴金属または卑金属の酸化物、炭化物および炭窒化物、もしくはカーボンからなる群より選択された材料の１種または２種以上の組み合わせのものを用いることができる。なお、アノード触媒およびカソード触媒に用いられる触媒は、必ずしも同種類のものに限定されず、異なる種類の触媒を用いてもよい。
【００７３】
（２）アノード担持体およびカソード担持体
アノード触媒層１４に含まれるアノード担持体は、アノード触媒層１４で生成した電子をアノード集電体１０またはアノード導電性多孔質層１３へ導電する機能を有するものである。一方、カソード触媒層１６に含まれるカソード担持体はカソード集電体１７またはカソード導電性多孔質層１８からカソード触媒層１６に電子を導電する機能を有するものである。
【００７４】
アノード担持体およびカソード担持体は、電気伝導性を有する材料であればどのような材料を用いてもよいが、電気伝導性の高い炭素系材料を用いることが好ましく、電気伝導性の高い炭素系材料としては、たとえばアセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）、アモルファスカーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等を挙げることができ、アセチレンブラック（商品名：Ｖｕｌｃａｎ  ＸＣ７２（Ｃａｂｏｔ株式会社製）が特に好適に用いられる。また、アノード担持体およびカソード担持体に用いられる材料としては、これらの炭素系材料の他に、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ等の貴金属、Ｎｉ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ、Ｚｒ等の卑金属、これら貴金属または卑金属の酸化物、炭化物、窒化物および炭窒化物からなる群より選択された材料の１種または２種以上の組み合わせたものを用いることができる。
【００７５】
また、アノード担持体およびカソード担持体は、プロトン伝導性を付与した材料であってもよく、このようにプロトン伝導性を付与した材料としては、たとえば硫酸化ジルコニア、リン酸ジルコニウム等を挙げることができる。
【００７６】
なお、アノード触媒およびカソード触媒のいずれもに電子伝導性を有する材料のものを用いる場合、アノード触媒がアノード触媒層１４で生成した電子をアノード導電性多孔質層１３へ導電し、カソード触媒がカソード導電性多孔質層１８からカソード触媒層１６に電子を導電することから、アノード担持体およびカソード担持体を必ずしも設ける必要はない。
【００７７】
（３）アノード電解質およびカソード電解質
アノード触媒層１４に含まれるアノード電解質は、アノード触媒層１４で生成したプロトンを電解質膜１５へ伝導する機能を有するものである。一方、カソード触媒層１６に含まれるカソード電解質は、電解質膜１５から透過したプロトンをカソード触媒層１６近傍に伝導する機能を有するものである。
【００７８】
アノード電解質およびカソード電解質は、プロトン伝導性を有し、かつ電気的絶縁性を有する材質であれば特に限定されずいかなるものをも使用することができるが、メタノール等の燃料により溶解しない固体もしくはゲルであることが好ましい。このようなアノード電解質およびカソード電解質は、スルホン酸、リン酸基等の強酸基、および／またはカルボキシル基等の弱酸基を有する有機高分子であることが好ましく、たとえば含有パーフルオロカーボン（ナフィオン（デュポン株式会社製））、カルボキシル基含有パーフルオロカーボン（フレミオン（旭化成株式会社製））、ポリスチレンスルホン酸共重合体、ポリビニルスルホン酸共重合体、イオン性液体（常温溶融塩）、スルホン化イミド、ＡＭＰＳ等を挙げることができる。
【００７９】
なお、アノード担持体およびカソード担持体として、プロトン伝導性を有するものを用いる場合には、これらによりプロトンを伝導することができるため、別個にアノード電解質およびカソード電解質を設けなくてもよい。
【００８０】
＜電解質膜＞
本発明において、燃料電池１００を構成する電解質膜１５は、アノード触媒層１４で発生したプロトンを伝導してカソード触媒層１６に透過させるものであって、電気的絶縁性を有する材質のものであれば従来公知のいかなる材質のものを用いることもでき、たとえば高分子膜、無機膜、またはコンポジット膜により形成することができる。
【００８１】
電解質膜１５に用いられる高分子膜としては、たとえばパーフルオロスルホン酸系電解質膜（商品名：ナフィオン（ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）デュポン株式会社製）、ダウ膜（ダウ・ケミカル株式会社製）、アシプレックス（ＡＣＩＰＬＥＸ（登録商標）旭化成株式会社製）、フレミオン（登録商標）（旭硝子株式会社製）の他、ポリスチレンスルホン酸、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン等の炭化水素系電解質膜等を挙げることができる。
【００８２】
また、電解質膜１５に用いられる無機膜としては、たとえばリン酸ガラス、硫酸水素セシウム、ポリタングストリン酸、ポリリン酸アンモニウム等を挙げることができる。
【００８３】
また、電解質膜１５に用いられるコンポジット膜としては、たとえばゴアセレクト膜（ゴアセレクト（登録商標）：ジャパンゴアテックス株式会社製）を挙げることができる。
【００８４】
また、燃料電池が１００℃付近もしくはそれ以上の温度にも対応するという観点から、低含水時でも高いイオン伝導性を有する電解質膜１５を用いることが好ましく、このような電解質膜１５の材料としては、たとえばスルホン化ポリイミド、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ：2-Acrylamido-2-MethylPropaneSulfonic acid）、スルホン化ポリベンゾイミダゾール、ホスホン化ポリベンゾイミダゾール、硫酸水素セシウム、ポリリン酸アンモニウム、イオン性液体（常温溶融塩）等を膜化して用いることが好ましい。
【００８５】
このような電解質膜１５は、プロトン伝導率が１０-5Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましく、パーフルオロスルホン酸ポリマ、炭化水素系ポリマ等の高分子の電解質膜のようにプロトン伝導率が１０-3Ｓ／ｃｍ以上のものを用いることがより好ましい。
【００８６】
＜アノード導電性多孔質層＞
本実施の形態の燃料電池に用いられるアノード導電性多孔質層１３は、メタノールと水とをアノード触媒層１４へ供給することを可能とする空隙を形成する層であり、アノード触媒層１４からアノード集電体１０へ電子を導電する機能を有するものである。アノード導電性多孔質層１３に用いられる材料としては、カーボン材料、導電性高分子、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｕ等の金属、Ｓｉ、およびこれらの窒化物、炭化物、炭窒化物等、ステンレス、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔｉ−Ｐｔ等の合金等を用いることが好ましく、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、およびＷからなる群より選ばれる１つ以上の元素を含むことがより好ましい。
【００８７】
また、アノード導電性多孔質層１３に用いられる材料として、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等のように酸性雰囲気下で腐食しやすい金属を用いる場合、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の耐腐食性を有する貴金属および金属材質、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性炭窒化物、導電性酸化物等を表面コーティングすることにより、アノード導電性多孔質層１３の表面の腐食を防止することができ、これにより燃料電池の寿命を延ばすことができる。
【００８８】
アノード導電性多孔質層１３に上記で挙げた元素を含むことにより、アノード導電性多孔質層１３の比抵抗が小さくなるため、アノード導電性多孔質層１３の抵抗による電圧低下を軽減することができ、より高い発電特性を得ることができる。
【００８９】
アノード導電性多孔質層１３の形状は、アノード触媒層１４に燃料を均一に供給するという観点、およびアノード触媒層１４で生成した生成ガスの排出効率を良好にするという観点から、アノード導電性多孔質層１３の層厚方向に貫通または連通した複数の孔を有することが好ましく、特に、生成ガスをアノード導電性多孔質層１３の端面から排出する場合、アノード導電性多孔質層１３の面方向への貫通または連通した複数の孔を有することが好ましい。ここで、貫通とは一方の面から反対側の面へ貫き抜けることを意味し、連通とは層厚方向に連続した空間が形成されていることを意味するものとする。
【００９０】
層厚方向に貫通した複数の孔を有するものとしては、たとえば板や箔に複数の穴を開けた形状またはメッシュ状またはエキスパンドメタル状の多孔質金属層を好ましく挙げることができる。一方、層厚方向に連通した複数の孔を有するものとしては、たとえば金属板、発泡金属、金属織物、金属焼結体、カーボンペーパー、およびカーボンクロスを好ましく挙げることができる。
【００９１】
アノード導電性多孔質層１３の空隙率は、１０％以上９５％以下であることが好ましく、３０％以上８５％以下であることがより好ましい。アノード導電性多孔質層１３の空隙率が１０％未満であると、メタノールの拡散抵抗を十分に低減させることができず、９５％を超えると電気抵抗を低減させることができない虞がある。
【００９２】
また、アノード導電性多孔質層１３の厚みは、１０μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましい。アノード導電性多孔質層１３の厚みが１０μｍ未満であると、メタノールを均一に供給できない虞があり、１ｍｍを超えるとアノード導電性多孔質層１３の積層方向へのメタノールの拡散抵抗を十分に低減させることができない虞がある。
【００９３】
本発明の燃料電池において、アノード導電性多孔質層１３と導電性透過抑制層１２とを接着する場合、これらの接着性および導電性を向上させるという観点から、アノード導電性多孔質層１３を親水性にすることが好ましい。アノード導電性多孔質層１３を親水性にする方法しては、アノード導電性多孔質層１３が親水性となる方法であればどのような方法を用いてもよいが、たとえばアノード導電性多孔質層１３を気相酸化または液相酸化すること等を挙げることができる。ここで、気相酸化に用いられる気体としては、酸素、空気、オゾン、硝酸ガス等を挙げることができ、液相酸化に用いられる液体としては、硝酸溶液、過マンガン酸カリウム溶液等を挙げることができる。
【００９４】
このようにアノード導電性多孔質層１３を親水化処理することにより、導電性接着剤のアノード導電性多孔質層１３への親和性を向上させることができ、導電性接着剤がアノード導電性多孔質層１３に染み込みやすくなる。この効果は、導電性接着剤に含まれる接着剤として、エポキシ樹脂のような親水性のものを用いるときに特に顕著となる。
【００９５】
そして、このように導電性接着剤とアノード導電性多孔質層１３との親和性が増すことにより、導電性接着剤とアノード導電性多孔質層１３との接触表面積を増大させることを以って、これらの界面での電気抵抗を小さくすることができる。さらに、これらの界面でのアンカー効果および分子間力が強化されることにより接着強度を向上させることもできる。
【００９６】
また、本発明の燃料電池に液体燃料を用いる場合、このようにアノード導電性多孔質層１３に親水化処理を行なうことにより、メタノールのアノード導電性多孔質層に対する接触角は小さくなるため、発電時においてアノード導電性多孔質層にメタノールを保持することができる。これにより外部雰囲気から空気が混入することを防止することができ、電池としての発電特性を向上させることができる。
【００９７】
また、メタノールのアノード導電性多孔質層に対する接触角は小さくなることから、アノード導電性多孔質層に生成ガスによる気泡が保持されにくく、生成ガスを端面から排出することができる。このような表面張力の差を利用することにより、メタノール水溶液等の液体燃料と二酸化炭素等の生成ガスとを分離することができ、液体燃料をアノード触媒層１４の近傍に保持しつつ、生成ガスをアノード導電性多孔質層１３の端部から排出することができる。このように生成ガスをアノード導電性多孔質層１３の端部から排出する場合、封止材４１を設けなくてもよい。
【００９８】
なお、一般的にアノード導電性多孔質層１３の方が、アノード触媒層１４よりも分厚いため、生成ガスは特にアノード導電性多孔質層１３の端部から排出しやすい。
【００９９】
＜カソード導電性多孔質層＞
カソード導電性多孔質層１８は、カソード触媒層１６と電子の授受を行なう機能を有するものであって、燃料電池の外部とカソード触媒層１６とを連通する孔を有するものである。一般的に燃料電池の発電時において、カソード導電性多孔質層１８はアノード導電性多孔質層１３よりも高い電位に保たれるため、カソード導電性多孔質層１８の材質は、アノード導電性多孔質層１３と同等かそれ以上に耐腐食性に優れていることが好ましい。
【０１００】
カソード導電性多孔質層１８の材質は、アノード導電性多孔質層１３と同様の材質のものを用いてもよいが、特にカーボン材料、導電性高分子、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｒ等の金属およびこれらの金属の窒化物、炭化物等、ステンレス、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔｉ−Ｐｔの合金等を用いることが好ましい。
【０１０１】
また、カソード導電性多孔質層１８に用いられる材質として、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｎｉ等のように酸性雰囲気下で腐食しやすい金属を用いる場合には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の耐腐食性を有する貴金属および金属材質、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性炭窒化物、導電性酸化物等を表面コーティングすることにより、カソード導電性多孔質層１８の表面の腐食を防止することができ、燃料電池の寿命を延ばすことができる。
【０１０２】
カソード導電性多孔質層１８の形状は、燃料電池の周囲の空気中の酸素をカソード触媒層１６まで供給することが可能な連通孔を有していれば特に限定することなくいかなる形状のものをも用いることができるが、積層される燃料電池の層同士の接触部位に位置するカソード触媒層１６まで酸素を供給させるという観点から、カソード導電性多孔質層１８内部に、積層方向および積層方向に対して垂直方向に連通している孔を有していることが好ましく、このようなカソード導電性多孔質層１８の材料としては発泡金属、金属織物、金属焼結体、カーボンペーパー、カーボンクロス等を挙げることができる。
【０１０３】
カソード導電性多孔質層１８の空隙率は、１０％以上９５％以下であることが好ましく、３０％以上８５％以下であることがより好ましい。カソード導電性多孔質層１８の空隙率が１０％未満であると、酸素の拡散抵抗を十分に低減させることができず、９５％を超えると電気抵抗を低減させることができない虞がある。
【０１０４】
また、カソード導電性多孔質層１８の厚みは、１０μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましい。カソード導電性多孔質層１８の厚みが１０μｍ未満であると、酸素を均一に供給できない虞があり、１ｍｍを超えるとカソード導電性多孔質層１８の積層方向への酸素の拡散抵抗を十分に低減させることができない虞がある。
【０１０５】
＜導電性透過抑制層＞
本実施の形態の燃料電池は、図１に示されるようにアノード導電性多孔質層１３の表裏の面のうちのいずれか一方の面に隣接して配置される導電性透過抑制層１２を設けることを特徴とする。ここで、本発明において、導電性透過抑制層１２は、導電性と接着性とを備える導電性接着剤から形成される多孔質層であることが好ましい。
【０１０６】
図１においては、アノード集電体１０とアノード導電性多孔質層１３との間に導電性透過抑制層１２を設けたものを示しているが、このような位置に導電性透過抑制層１２を設ける形態のみに限られるものではなく、たとえばアノード導電性多孔質層１３とアノード触媒層１４との間に導電性透過抑制層１２を設けてもよい。しかし、一般的にアノード導電性多孔質層１３とアノード触媒層１４との界面よりも、アノード集電体１０とアノード導電性多孔質層１３との界面の方が互いの接触点が少ないために、接着性が弱く電気抵抗が大きくなり易い。このため接着性向上、および燃料電池１００内の電気抵抗低減の観点から、アノード集電体１０とアノード導電性多孔質層１３との間に導電性透過抑制層１２が形成されることが好ましい。
【０１０７】
本発明の燃料電池に用いられる導電性透過抑制層１２が導電フィラーを含む場合、従来の保持体のように高分子膜の膨潤または溶解により燃料の透過を抑制するのではなく、導電フィラー同士が接触することにより空隙が生じ、当該空隙により燃料が透過する。このような構成にすることにより、従来の燃料電池に設けられる保持体のように、導電性透過抑制層１２が膨潤または溶解して変形することはなく、アノード触媒層１４に均一に燃料を供給することができる。
【０１０８】
また、導電性透過抑制層１２に形成される空隙を介して生成ガスを燃料流路１１に排出することにより、燃料電池の内圧が上昇することを防止し、導電性透過抑制層１２の変形を抑制することができる。このように導電性透過抑制層１２に変形が生じないことにより、燃料流路１１からアノード触媒層１４に均一に燃料を供給し続けることができ、以って燃料電池の信頼性を高めることができる。
【０１０９】
ここで、導電性透過抑制層１２の形成方法をより具体的に説明すると、アノード導電性多孔質層１３上に導電性接着剤を塗布した後に、導電性接着剤を介してアノード導電性多孔質層１３とアノード集電体１０とを固定する。そして、これらを固定したまま熱または紫外線照射により導電性接着剤を硬化させた後に、導電性接着剤を室温まで冷却することにより、アノード導電性多孔質層１３とアノード集電体１０との間に導電性透過抑制層１２が形成される。
【０１１０】
なお、導電性透過抑制層１２は、アノード触媒層１４上に導電性接着剤を塗布してから、当該導電性接着剤上にアノード導電性多孔質層１３を当接することにより接着した後に、導電性透過抑制層１２を形成してもよいし、アノード集電体１０上に導電性接着剤を形成してから、当該導電性接着剤上にアノード導電性多孔質層１３を当接することにより接着した後に、導電性透過抑制層１２を形成してもよい。なお、上記の導電性接着剤に有機溶媒等を含む場合、熱または紫外線照射により有機溶剤等を蒸発させることが好ましい。
【０１１１】
このような導電性接着剤を塗布する方法としては、均一に塗布することができる塗布方法であればいかなる方法であってもよいが、簡易であってしかも薄く均一に塗布することができるという観点から、スクリーン印刷法もしくはスプレー塗布法を用いることが好ましい。
【０１１２】
また、本発明の燃料電池に含まれる導電性透過抑制層１２の気孔率は、燃料透過抑制の観点から５％以上６０％以下であることが好ましく、１０％以上３０％以下であることがより好ましく、さらに好ましくは１５％以上２０％以下である。導電性透過抑制層１２の気孔率が５％未満であると、導電性透過抑制層１２中を十分に燃料が透過できずに燃料不足となる虞があり、６０％を超えると、燃料の透過量が多すぎてクロスオーバーが生じる虞がある。触媒層の気孔率が６０％以上であることから、気孔率６０％を超えると導電性透過抑制層１２の透過抑制の効果が得られない。
【０１１３】
ここで、本発明における「気孔率」とは、導電性透過抑制層１２の単位体積を占める空隙の体積を百分率で示した値のことを意味し、以下の１〜４の手法により測定した値を採用する。
【０１１４】
１．導電性接着剤の塗布対象物（たとえばアノード導電性多孔質層１３）の、導電性透過抑制層形成前の質量と、導電性透過抑制層形成後の質量との差から、導電性透過抑制層１２に含まれる導電フィラーと接着剤と（以下においては「固形分」とも称する）の合計の質量の値を求める。
【０１１５】
２．導電性接着剤に含まれる、導電フィラーと接着剤との質量比はあらかじめ測定した値を用い、さらに導電フィラーの比重、および接着剤の比重も既知の値を採用する。これらの質量比の値および比重の値から、固形分（導電フィラーと接着剤）の占める体積を算出する。ここで、本発明において、好適に用いられる導電フィラー（カーボン材料の場合）の比重は２．２ｇ/ｃｍ3とし、接着剤（エポキシ樹脂）の比重は１．１ｇ/ｃｍ3として空隙率を算出する。
【０１１６】
３．塗布対象物の面積と導電性透過抑制層１２の厚みとの積により、空隙を含んだ導電性透過抑制層１２の体積を算出する。
【０１１７】
４．２で算出した固形分の占める体積を、３で算出した空隙を含んだ導電性透過抑制層１２の体積で除することにより、導電性透過抑制層１２の空隙率の値を得る。
【０１１８】
従来の燃料電池は、保持体を構成する高分子化合物の材料、および保持体の厚みを変えることにより、燃料の透過量を制御していたが、これらのパラメータを変更することは燃料電池を作製する上では困難であった。
【０１１９】
しかしながら、本発明の燃料電池１００に用いられる導電性透過抑制層１２は、導電性接着剤に含まれる導電フィラーの体積含有率、形状、および粒径、または導電フィラーおよび接着剤の表面張力（たとえば材料の親水性および疎水性等）という比較的変更しやすいパラメーターを変更することにより、導電性透過抑制層１２の燃料の透過量を制御することができる。すなわちたとえば、導電フィラーの体積含有率を大きくする、または導電フィラーとして、フットボール状のもの、または棒状のものを選択することにより球形状のものよりも燃料透過量を増やすことができる。
【０１２０】
このような導電性透過抑制層１２の厚みは、１μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上６０μｍ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは５μｍ以上４０μｍ以下である。導電性透過抑制層１２の厚みが１μｍ未満であると、燃料透過を抑制する効果を十分に得ることができない虞があり、８０μｍを超えると、導電性透過抑制層１２の電気抵抗が大きくなり、燃料電池の発電効率が低下する虞がある。
【０１２１】
＜導電性接着剤＞
本発明の燃料電池に備えられる導電性透過抑制層１２は、導電性接着剤を硬化することにより形成される層であり、当該導電性接着剤は接着剤と導電フィラーとを含むことが好ましい。なお、導電性接着剤には、接着剤および導電フィラー以外にさらに他の成分を含んでいても本発明の範囲を逸脱するものではない。このような他の成分としては、たとえば導電性接着剤の粘度を調整するための有機溶剤を挙げることができる。
【０１２２】
このように導電性接着剤が接着剤を有することにより、押し付け部材を設けなくても燃料電池を構成する各構成部材を一体化することができ、特にアノード集電体１０とアノード導電性多孔質層１３とを強固に接着することができる。このように本発明の燃料電池は、押し付け部材を設ける必要がないことから、従来の燃料電池のように平面積層構造のもののみに限られるものではなく、燃料電池の用途に合わせてフレキシブルに構造を設計することができ、たとえば燃料電池の構造を円柱状にすることもできる。
【０１２３】
上記の導電性接着剤に含まれる接着剤は、紫外線硬化性接着剤、熱硬化性接着剤または熱可塑性接着剤のいずれかであることが好ましい。このような硬化性の接着剤を用いることによりアノード集電体１０とアノード導電性多孔質層１３とを強力に接着することができる。以下の（１）〜（３）においては導電性透過抑制層１２に含まれる構成成分を説明する。
【０１２４】
（１）導電フィラー
本発明において、導電性接着剤に含まれる導電フィラーの材料としては、導電性が良好なものであればどのようなものを用いてもよいが、導電性透過抑制層１２内での電圧降下を抑制するという観点から、電気抵抗の低い材料を用いることが好ましい。このような導電フィラーの材料としては、カーボン材料、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｃｒ等の金属およびこれらの金属の窒化物、炭化物等、さらにステンレス、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔｉ−Ｐｔ等の合金を挙げることができる。導電フィラーに用いられる材料として、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等のように酸性雰囲気下で腐食しやすい金属を用いる場合、耐腐食性を有する貴金属および金属材質により表面をコーティングすれば、導電フィラー表面の腐食を防止することができる。
【０１２５】
上記のような導電フィラーの材料の中でも、コストを低減するという観点、および耐食性が優れているという観点から、カーボン材料を用いることがより好ましく、好適なカーボン材料としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック（登録商標）、アモルファスカーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等を挙げることができ、導電性および燃料透過抑制の性能の面から、アセチレンブラック（商品名：Ｖｕｌｃａｎ  ＸＣ７２（Ｃａｂｏｔ株式会社製）、およびケッチェンブラック（登録商標）を用いることがより好ましい。
【０１２６】
ここで、本発明において、導電性接着剤に含まれる導電フィラーの形状としては、いかなる形状のものを用いることもできるが、粒形状のものを用いることが好ましい。このような粒形状のものとしては、球形状のもの、フットボール形状のもの、棒状のもの等を挙げることができる。ただし、導電性透過抑制層１２の電気抵抗を下げるという観点から、互いのカーボン同士の接触面積を大きくすることができる球形状のものを用いることが好ましい。
【０１２７】
また、導電フィラーを用いることにより、導電フィラー同士が接触して導電性透過抑制層１２に空隙が形成され、当該空隙により導電性透過抑制層１２の燃料透過の性能を発現させることができる。すなわち、燃料は、導電性透過抑制層１２に設けられる空隙を透過することができ、導電性透過抑制層１２における燃料の拡散抵抗が高いために、燃料の透過量が抑制される。このように燃料の透過量が抑制されることにより、高濃度の燃料を供給しても燃料のクロスオーバーが生じることを抑えることができ、これを以って燃料電池の出力密度の低下を抑制することができる。
【０１２８】
図２は、本発明の燃料電池に備えられる導電性透過抑制層１２の断面を拡大した模式図である。図２（Ａ）と図２（Ｂ）とは、単位体積あたりの導電性透過抑制層１２に含まれる導電フィラー２１の含有量が異なるものであり、図２（Ａ）と比べ、図２（Ｂ）に示される導電性透過抑制層１２の方が導電フィラー２１の含有量が多い。
【０１２９】
導電性透過抑制層１２における導電フィラー２１の含有量を増やすにつれて、導電フィラー２１同士の接触が多くなり、当該接触が増えることにより空隙２４の体積が増え、導電性透過抑制層１２における燃料の透過量を増大させることができる。この空隙２４の体積は、導電フィラー２１の含有率、形状、粒径等によっても異なるし、導電フィラー２１および接着剤２３の表面張力の違い（たとえば親水性または疎水性）によっても異なる。
【０１３０】
本発明において、導電性透過抑制層１２の燃料透過性能と電気抵抗性能とを高度に両立するためには、導電性接着剤に含まれる導電フィラー２１の含有率を適切に調整することが肝要である。すなわちたとえば、燃料にメタノール水溶液を用いる場合、導電フィラーと接着剤との重量の合計に対し、導電フィラーの含有量が３０重量％以上８０重量％以下であることが好ましく、５０重量％以上７０重量％以下であることがより好ましい。
【０１３１】
導電フィラーと接着剤との重量の合計に対し、導電フィラーの含有量が３０重量％未満であると、導電性透過抑制層１２に含まれる導電フィラー２１の粒子同士の接触が少なくなり、導電性透過抑制層１２の電気抵抗が高くなる虞がある。一方、導電フィラーと接着剤との重量の合計に対し、導電フィラーの含有量が８０重量％を超えると、導電性透過抑制層１２に含まれる接着剤２３の含有率が少なくなるため、導電性接着剤の接着性能が低下する虞がある。
【０１３２】
上記の導電フィラー２１の含有量の範囲内で導電フィラー２１の含有量を少なくすることにより、導電性透過抑制層１２に形成される空隙２４の体積が少なくなることを以って、導電性透過抑制層１２の燃料透過量を抑制することができる。一方、上記の導電フィラー２１の含有量の範囲内で導電フィラー２１の含有量を多くすることにより、導電フィラー２１の接触面積が増えることを以って導電性透過抑制層１２の電気抵抗を低くすることができる。
【０１３３】
また、導電性透過抑制層１２は、その厚み方向の電気抵抗が１００ｍΩｃｍ2以下であることが好ましく、５０ｍΩｃｍ2以下であることがより好ましく、さらに好ましくは２５ｍΩｃｍ2以下である。導電性透過抑制層１２の厚み方向の電気抵抗が１００ｍΩｃｍ2を超えると、導電性透過抑制層１２内での電圧降下が生じることとなり、結果として燃料電池の内部抵抗が高くなる。
【０１３４】
（２）接着剤
上述の接着剤に用いられる紫外線硬化性接着剤としては、たとえばアロニクス（東亞合成株式会社製）、カヤマー（日本化薬株式会社製）、エベクリル（ユーシービージャパン株式会社製）、アクティレン（アクロスケミカルズ社製）等の商標で市販される紫外線硬化性モノマーを挙げることができ、これと光重合開始剤とを混合して用いるものである。
【０１３５】
また、上述の接着剤に用いられる熱硬化性接着剤としては、ポリオレフィン系樹脂、フッ素系エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン樹脂、およびアルキド樹脂からなる群より選択される１種または２種以上を混合したものを用いることができ、ポリオレフィン系樹脂、フッ素系エラストマー（商品名：ＳＩＦＥＬ（信越化学株式会社製））、エポキシ樹脂等を単独もしくは２種以上を混合して用いることが好ましい。ただし耐薬品性の点から、ポリオレフィン系樹脂（商品名：１１５２Ｂ（株式会社スリーボンド製）およびエポキシ樹脂を用いることがより好ましい。
【０１３６】
また、上述の接着剤に用いられる熱可塑性接着剤としては、ポリアミドやポリオレフィン系樹脂等のエンプラ、ポリイミド、ポリアミドイミド等を挙げることができる。
【０１３７】
（３）有機溶剤
本発明において、導電性接着剤を塗布するときに、塗布に適した粘度になるようにさらに有機溶剤を含んでいてもよい。このような粘度調整に用いられる有機溶剤としては、たとえばアセトン、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ：DiMethylAcetamide）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ：N-MethylPyrrolidone）を挙げることができる。
【０１３８】
＜アノード集電体＞
アノード集電体１０は、アノード触媒層１４またはアノード導電性多孔質層１３と電子の授受を行なう機能を有するものである。アノード集電体１０の形状は、燃料を輸送するための空間（燃料流路）を備えるものを用いてもよいし、板や箔に複数の穴を開けた形状のものを用いてもよいし、メッシュ状やエキスパンドメタル状の多孔質のものを用いてもよい。
【０１３９】
アノード集電体１０は、導電性を示すものであればどのようなものを用いてもよいが、電気抵抗低減のために導電性のよい材料を用いることが好ましい。アノード集電体１０は、アノード導電性多孔質層１３およびカソード導電性多孔質層１８のように必ずしも多孔質体である必要はないため、アノード集電体１０は高い導電性を有するのが一般的である。アノード集電体１０の材質は、電圧降下を抑制するため電子伝導抵抗の低いＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｕ等の金属、Ｓｉ、およびこれらの窒化物、炭化物、炭窒化物等、さらにステンレス、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔｉ−Ｐｔ等の合金等を用いることがより好ましい。Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗからなる群より選ばれる１以上の元素を含むことがさらに好ましい。アノード集電体１０に用いられる材質として、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等のように酸性雰囲気下で腐食しやすい金属を用いる場合には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の耐腐食性を有する貴金属および金属材質、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性炭窒化物、導電性酸化物等を表面コーティングすることにより、アノード集電体１０の表面の腐食を防止することができ、燃料電池の寿命を延ばすことができる。
【０１４０】
本発明の燃料電池において、アノード集電体１０と導電性透過抑制層１２とを接着して用いる場合、これらの接着性および導電性を向上させるという観点から、アノード集電体１０を親水化処理することが好ましい。アノード集電体１０を親水化処理する方法しては、アノード集電体１０が親水性となる方法であればどのような方法を用いてもよいが、たとえばアノード集電体１０を気相酸化または液相酸化すること等を挙げることができる。ここで、上記の気相酸化に用いられる気体としては、酸素、空気、オゾン、硝酸ガス等を挙げることができ、液相酸化に用いられる液体としては、硝酸溶液、過マンガン酸カリウム溶液等を挙げることができる。
【０１４１】
このようにアノード集電体１０を親水化処理することにより、導電性接着剤がアノード集電体１０に染み込みやすくなり、導電性接着剤のアノード集電体１０への親和性を向上させることができる。この効果は、導電性接着剤に含まれる接着剤として、エポキシ樹脂のような親水性のものを用いるときに特に顕著となる。
【０１４２】
そして、かかる親和性が増すことにより、導電性接着剤とアノード集電体１０との接触表面積を増大させることができ、以ってこれらの界面での電気抵抗を小さくすることができる。さらに、これらの界面でのアンカー効果および分子間力が強化されることにより接着強度を向上させることもできる。
【０１４３】
＜カソード集電体＞
カソード集電体１７は、カソード導電性多孔質層１８と電子の授受を行なう機能を有するものである。カソード集電体１７には、電気抵抗低減のため導電性の高い材料を用いることが好ましい。カソード集電体１７の形状は、板や箔に複数の穴を開けた形状、メッシュ状やエキスパンドメタル状の多孔質とするものを好ましく用いることができる。なお、カソード集電体１７は、カソード導電性多孔質層１８のように必ずしも多孔体である必要がない。このためカソード集電体１７は、カソード導電性多孔質層１８よりも導電性が高いのが一般的である。
【０１４４】
カソード集電体１７の材質は、導電性を有するものであればどのようなものでもよいが、電圧降下を抑制するため電子伝導抵抗の低い材料を用いることが好ましく、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｕ等の金属、Ｓｉ、およびこれらの窒化物、炭化物、炭窒化物等、さらにステンレス、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔｉ−Ｐｔ等の合金等を用いることが好ましく、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｗからなる群より選ばれる１以上の元素を含むことがより好ましい。カソード集電体１７に用いられる材質として、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等のように酸性雰囲気下で腐食しやすい金属を用いる場合には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の耐腐食性を有する貴金属および金属材質、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性炭窒化物、導電性酸化物等を表面コーティングすることにより、カソード集電体１７の表面の腐食を防止することができる。
【０１４５】
＜封止材＞
封止材４１は、燃料電池の端部を封止することにより、空気が混入することを抑制するために設けられるものである。このように封止材４１を設けることにより、アノード触媒層１４、またはアノード導電性多孔質層１３の端部から空気が混入することを防ぐことができるとともに、またアノード触媒層１４での反応により生じる生成ガスをアノード触媒層１４、またはアノード導電性多孔質層１３の端部から排出させることなく燃料流路１１側に戻すことができる。また、燃料電池の取り扱いを簡易にするという観点から、アノード触媒層１４およびアノード導電性多孔質層１３の端部を封止するのと同時に、カソード触媒層１６およびカソード導電性多孔質層１８の端部を封止してもよい。封止材４１を形成する材料としては、燃料電池を構成する各層の端部を強固に接着固定するという観点から、熱硬化性の接着剤、または紫外線硬化性の接着剤を用いることが好ましい。
【０１４６】
当該接着剤は硬化前はゲル状であり、塗布した後に硬化させることにより封止材４１を形成することができる。封止材４１を構成する熱硬化性の接着剤としては、オレフィン系の高分子、フッ素系エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン樹脂、およびアルキド樹脂からなる群より選択される１種以上を混合したものを用いることができ、たとえばスリーボンド社製の１１５２Ｂポリオレフィン系の高分子やフッ素系エラストマー（商品名：ＳＩＦＥＬ（登録商標）（信越化学工業株式会社製））、エポキシ樹脂を挙げることができ、これらを単独もしくは２種以上を混合して用いてもよい。ただし、耐薬品性の点から、ポリオレフィン系の高分子（商品名：１１５２Ｂ（株式会社スリーボンド製）およびエポキシ樹脂を用いることがより好ましい。紫外線硬化性の接着剤としては、たとえばアロニクス（東亞合成株式会社製）、カヤマー（日本化薬株式会社製）、エベクリル（ユーシービージャパン株式会社製）、アクティレン（アクロスケミカルズ社製）等の商標で市販される紫外線硬化性モノマーと光重合剤の混合物を挙げることができる。
【０１４７】
本発明の燃料電池に用いられる燃料としては、電気分解により電力を得ることができるものであれば気体燃料および液体燃料を用いることができるが、いずれの燃料を用いる場合であっても分子式の中に水素元素をその組成に含む燃料を用いることが好ましい。このような気体燃料としては、水素、ＤＭＥ、メタン、ブタン、アンモニア等を挙げることができる。また、液体燃料としては、メタノール、エタノール等のアルコール類、ジメトキシメタン等のアセタール類、ギ酸等のカルボン酸類、ギ酸メチル等のエステル類等、およびヒドラジン、アスコルビン酸等の固体燃料を水に溶解させたもの等を挙げることができる。
【０１４８】
なお、上述の液体燃料は、常温で液体である燃料を挙げているが、液体燃料を気化して気相供給してもよい。上述した気体燃料および液体燃料は１種に限定されず、２種以上の混合物であってもよいが、体積あたりのエネルギー密度が高いという観点から、液体燃料の特にメタノール水溶液を用いることが好ましい。
【０１４９】
一方、本発明の燃料電池に供給される酸化剤としては、酸素、過酸化水素、および硝酸を用いることが好ましいが、酸化剤のコストの観点から、空気中の酸素を用いることがより好ましい。
【０１５０】
＜燃料電池の製造方法＞
本発明の燃料電池は、燃料電池を製造する際の取り扱いを容易にするという観点、および燃料電池を効率的に製造するという観点から、上述した各構成部材を重ね合わせた上で、これらを一体化することにより製造することが好ましい。各構成部材を一体化する方法としては、熱圧着（以下においては「ホットプレス」とも称する）する方法を用いることが好ましい。
【０１５１】
また、図示はしないが、導電性透過抑制層１２をアノード触媒層１４とアノード導電性多孔質層１３との間に形成する場合、アノード導電性多孔質層１３、導電性透過抑制層１２、アノード触媒層１４、電解質膜１５、カソード触媒層１６、カソード集電体１７、カソード導電性多孔質層１８を層厚方向にこの順に並べた上で、ホットプレスすることにより、燃料電池を形成してもよい。
【０１５２】
このようにホットプレスすることにより燃料電池の各構成部材の間でいわゆるアンカー効果と呼ばれる物理吸着が起こって接着され、各構成部材を一体化することができる。ホットプレスするときの具体的な条件としては、たとえば各構成部材を積層したものをステンレス板で挟んだ上で、厚み方向に１３０℃、１０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で１０分間圧着することにより行なうことができる。なお、このホットプレスの条件は、電解質膜の種類により異なるため、上述の値に限定されたものではなく、電解質膜の種類に応じて適宜選択することが好ましい。
【０１５３】
また、本発明においては、アノード集電体１０と導電性接着剤とを接着する際には、従来から各構成部材を一体化するときに用いるホットプレスを用いずにこれらを接着することができる。これによりアノード集電体１０に形成される燃料流路１１がアノード導電性多孔質層１３に埋まることなく、導電性透過抑制層１２を介してアノード集電体１０とアノード導電性多孔質層１３とを接着することができる。
【０１５４】
このように燃料流路１１が埋まることがないことにより、燃料流路１１の深さを維持することができ、燃料を送るポンプの必要圧力を小さくすることができることを以って、ポンプの消費電力を低減することができる。また、燃料流路１１をより浅く形成することにより、アノード集電体１０の層厚を薄くすることができ、以って燃料電池を小型化、および軽量化することができる。
【０１５５】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２の燃料電池の層厚方向に垂直をなす面の断面図である。また、アノード集電体のＡ−Ａ’面での面方向の断面図を上図に示している。本実施の形態に示される燃料電池は、図３のアノード集電体１０の断面図に示されるように、面内に多数の貫通孔４２が設けられたアノード集電体１０と、アノード導電性多孔質層１３とが、導電性透過抑制層１２を介して接着することを特徴とする。
【０１５６】
図３に示されるように、アノード集電体１０の表裏の面のうち、導電性透過抑制層１２に対向する面とは反対側の面に、燃料を保持するための燃料室形成材３２を備えている。このような構造の燃料電池１００は、当該燃料室形成材３２の内部の燃料室３１に比較的多量の燃料を保持することができることから、燃料輸送のためのポンプ等が不要なパッシブ型の燃料電池に好適に用いられる。
【０１５７】
また、本実施の形態の燃料電池のように導電性透過抑制層１２を設けることにより、高濃度の燃料を用いてもクロスオーバーが生じることを抑制することを以って、発電効率の低下を抑制することができる。
【０１５８】
なお、このような燃料電池において、燃料は燃料流路１１から導電性透過抑制層１２を通ってアノード触媒層１４に供給される。当該アノード触媒層１４での反応により生成する生成ガスは、導電性透過抑制層１２の空隙を通り層厚方向（燃料流路１１側）に排出される。これは、アノード導電性多孔質層１３の端部に、液体および気体を通過させない封止材４１を設けられていることにより、アノード導電性多孔質層１３の端部から側面方向に生成ガスを排出することができないためである。
【０１５９】
（実施の形態３）
図４は、実施の形態３の燃料電池の層厚方向に垂直をなす面の断面図である。また、アノード集電体のＡ−Ａ’面での面方向の断面図を上図に示している。
【０１６０】
本実施の形態に示される燃料電池は、実施の形態１および２の燃料電池のようにアノード導電性多孔質層１３の全面を導電性透過抑制層１２が覆うのではなく、図４に示されるように、アノード集電体１０の面内に多数の貫通孔４２が設けられ、当該貫通孔４２中に導電性透過抑制層１２が組み込まれていることを特徴とする。しかも、燃料流路１１が形成されたアノード集電体を用いるのではなく、燃料流路１１が形成された燃料流路形成材３３を備えている。なお、図４には、アノード集電体に形成される貫通孔４２は円状のものを示しているが、当該貫通孔４２は円状のものに限られず、いかなる形状のものであってもよい。
【０１６１】
このような構造にすることにより、アノード導電性多孔質層１３とアノード集電体１０とが直接接触するとともに、導電性透過抑制層１２を介してアノード導電性多孔質層１３とアノード集電体１０とも電気的に接続しているため、燃料電池１００の電気抵抗を小さくすることができる。
【０１６２】
この際、アノード集電体１０の面内に設けられた貫通孔４２の面方向の断面積を大きくするよりも、貫通孔４２の面方向の断面積を小さくしつつ、貫通孔４２を多数設けることが好ましい。このように貫通孔４２の断面積を小さくしつつ、貫通孔の数を増やすことにより、導電性透過抑制層と、アノード集電体との接触面積が増えることを以って燃料電池内の電気抵抗を小さくすることができ、さらには接着性も向上させることができる。
【０１６３】
本実施の形態の燃料電池は、アノード集電体１０と燃料流路形成材３３とを一体化するときに、アノード集電体１０の貫通孔４２が形成されている箇所と、燃料流路形成材３３の燃料流路１１が形成されている箇所とが接するように一体化する必要がある。
【０１６４】
なお、このような燃料電池において、燃料は燃料流路１１から導電性透過抑制層１２を通ってアノード触媒層１４に供給される。当該アノード触媒層１４での反応により生成する生成ガスは、導電性透過抑制層１２の空隙を通り層厚方向（燃料流路１１側）に排出される。これは、アノード導電性多孔質層１３の端部に、液体および気体を通過させない封止材４１を設けられていることにより、アノード導電性多孔質層１３の端部から側面方向に生成ガスを排出することができないためである。
【０１６５】
本実施の形態の燃料電池１００は、実施の形態１および２の燃料電池１００と同様に、アノード集電体１０と、アノード導電性多孔質層１３とが導電性透過抑制層１２により強力に接着されているため、生成ガスが発生して、その内圧が上昇することにより導電性透過抑制層１２が剥離することは少ない。
【０１６６】
（実施の形態４）
図５は、実施の形態４の燃料電池の層厚方向に垂直をなす面の断面図である。また、アノード集電体のＡ−Ａ’面での面方向の断面図を上図に示している。
【０１６７】
本実施の形態に示される燃料電池は、ＭＥＡ（すなわち、アノード触媒層１４、電解質膜１５、およびカソード触媒層１６）またはアノード導電性多孔質層１３の面の中心部ほど導電性透過抑制層１２が厚いことを特徴とする。このような構造にすることにより、ＭＥＡの面の中心部が温度上昇しても、クロスオーバーが生じることを抑制することができる。
【０１６８】
すなわち、ＭＥＡの面の中心部ほど電気化学反応により生じる熱が外気に逃げにくいため、ＭＥＡの面の中心部ほど温度が上がりやすい。そして、電解質膜１５の温度が上がるとともに電解質膜１５の燃料透過量が増大し、面の中心部ほどクロスオーバーが起こりやすくなる。そこで、本実施の形態のように、ＭＥＡの面の中心部ほど導電性透過抑制層１２を厚くすることにより、ＭＥＡの面の中心部ほど燃料の透過が抑制されることとなり、温度上昇によるクロスオーバーの増大を抑制することができる。
【０１６９】
なお、ＭＥＡの面の中心部ほど導電性透過抑制層１２が厚くなるよう塗布する方法としては、スプレー塗布法を用いることが好ましい。
【０１７０】
また、本実施の形態のようにアノード導電性多孔質層１３の面の中心部ほど導電性透過抑制層１２の厚さを厚くすることにより、導電性透過抑制層１２の透過量を制御する以外にも、導電性透過抑制層１２の透過量を制御する方法として、アノード導電性多孔質層１３の面の中心部ほど導電フィラーの含有量を下げ、導電性透過抑制層１２内の空隙を少なくすることにより燃料の透過量を制御することもできる。
【０１７１】
なお、このような燃料電池において、燃料は燃料流路１１から導電性透過抑制層１２を通ってアノード触媒層１４に供給される。当該アノード触媒層１４での反応により生成する生成ガスは、導電性透過抑制層１２の空隙を通り層厚方向（燃料流路１１側）に排出される。これは、アノード導電性多孔質層１３の端部に、液体および気体を通過させない封止材４１を設けられていることにより、アノード導電性多孔質層１３の端部から側面方向に生成ガスを排出することができないためである。
【０１７２】
（実施の形態５）
図６は、実施の形態５の燃料電池の層厚方向に垂直をなす面の断面図である。また、アノード集電体のＡ−Ａ’面での面方向の断面図を上図に示している。本実施の形態に示される燃料電池は、アノード集電体１０に燃料流路１１が設けられるとともに、二酸化炭素等の生成ガスを効率よく排出できるよう生成ガス排出路３４が設けられていることを特徴とする。
【０１７３】
燃料電池内で発生する生成ガスの種類および量は、燃料およびアノード触媒により異なるが、燃料としてメタノール水溶液を用いる場合、燃料が酸化することにより二酸化炭素が発生する。そして、封止材４１を設けることでアノード導電性多孔質層１３の端部より排出できないといった理由により、当該二酸化炭素が燃料電池外に効率よく排出されない場合、燃料電池の内圧が上昇することにより、燃料がアノード触媒層１４に供給されにくくなる。
【０１７４】
そこで、本実施の形態の燃料電池のように、生成ガス排出路３４を設けることにより、生成ガスを効率よく排出することができるようになり、燃料供給を良好にすることができる。これは実施の形態１〜４の燃料電池においても同様であり、生成ガス排出路を設けることにより、導電性透過抑制層１２中に形成される空隙から生成ガスを排出することに加えて、生成ガス排出路からも生成ガスを排出することができるようになり、燃料供給を良好にすることができる。
【０１７５】
また、生成ガス排出路３４を通じて燃料が排出されるのを防止するという観点から、アノード導電性多孔質層１３を構成する材料には親水化処理を施すことが好ましい。親水化処理することにより、アノード導電性多孔質層１３内に燃料が保持されやすくなり、生成ガス排出路３４から燃料が排出されるのを防止することができる。ここで、アノード導電性多孔質層１３を親水化処理する方法としては、気相酸化および液相酸化のいずれを用いてもよく、気相酸化に用いる気体としては、酸素、オゾン、硝酸ガス等を挙げることができ、液相酸化に用いる液体としては、硝酸溶液、過マンガン酸カリウム溶液等を挙げることができる。
【０１７６】
（実施の形態６）
図７は、実施の形態６の燃料電池の層厚方向に垂直をなす面の断面図である。本実施の形態の燃料電池は、燃料流路１１を中心に燃料電池の各構成層が円柱状に形成されていることを特徴とする。
【０１７７】
従来の燃料電池は、クロスオーバーを抑制するために燃料流路と電解質膜との間に高分子化合物からなる保持体を設けていたが、当該保持体を設けることにより燃料電池の構造が、燃料電池を構成する各層を積層したもののみに固定化されるため、各種用途に適した燃料電池の形状に柔軟に変形させることができなかった。
【０１７８】
しかしながら、本発明の燃料電池に備えられる導電性透過抑制層１２は、従来の保持体のように形状を固定化する必要がないため、燃料電池の構造をフレキシブルに設計することができ、本実施の形態の燃料電池のように、燃料が流れる方向に対する断面の形状を筒型にすることができる。しかも、本発明の燃料電池に備えられる導電性透過抑制層１２は、塗布等により容易に形成することができることから、従来の燃料電池に用いられる保持体よりも容易に形成することもできる。
【０１７９】
本実施の形態の燃料電池１００のように、燃料が流れる方向に対する断面の形状を筒型にすることにより、アノード導電性多孔質層１３とアノード集電体１０とが導電性透過抑制層１２を介して物理吸着等に比べて強力に接着されることから、締め付け部材等を用いなくてもアノード導電性多孔質層１３とアノード集電体１０との間に隙間が生じることを抑制することができる。これにより各層間の接触面積を高め、燃料電池内の電気抵抗を低くすることを以って、出力の高い燃料電池を提供することができる。
【０１８０】
このような燃料電池１００において、アノード触媒層１４での反応により生成する生成ガスは、導電性透過抑制層１２の空隙を通り層厚方向（燃料流路１１側）に排出される。
【０１８１】
本実施の形態の燃料電池は、以下のようにして作製される。長尺状のアノード導電性多孔質層１３、アノード触媒層１４、電解質膜１５、カソード触媒層１６、カソード集電体１７、カソード導電性多孔質層１８を層厚方向にこの順に重ねあわせた後に、これらを熱圧着等により一体化して、燃料電池を構成する各層の積層体を作製する。
【０１８２】
上記で得られた積層体の積層面の側面の一の面に絶縁接着剤（たとえばエポキシ樹脂の接着剤）を塗布するとともに、アノード導電性多孔質層１３の表裏のうちのアノード触媒層１４と対向する面とは反対側の面上に、スクリーン印刷により導電性接着剤を塗布する。
【０１８３】
上記の積層体とは別に、円柱型で中空の金属焼結体からなるアノード集電体１０を準備し、当該アノード集電体１０の外面を覆うように上記の積層体の導電性接着剤を塗布した面を被せた後に熱を加えて固定し保持する。このとき、上記の積層体が図７に示されるように、アノード集電体１０の外周を一周して、積層体の側面同士が絶縁接着剤層３５を介して接着する。この状態で積層体に熱を加えることにより、絶縁接着剤層３５が硬化し、本実施の形態のような構造の燃料電池１００を作製することができる。
【０１８４】
図７に示されるように、燃料電池内にアノード集電体１０を配置する場合、アノード触媒層１４に燃料を供給するために、アノード集電体１０の厚さ方向に貫通もしくは連通した複数の穴が設けられることが好ましい。アノード集電体１０の厚さ方向に貫通するものとしては、板や箔に複数の孔を開けた形状またはメッシュ状またはエキスパンドメタル状の多孔質金属層を挙げることができる。アノード集電体１０の厚さ方向に連通するものとしては、金属板、発泡金属、金属織物、金属焼結体等を挙げることができる。
【０１８５】
また、図７に示される積層体の両側面を貼り合わせるための絶縁接着剤層３５は、必ずしも必要とされないが、絶縁接着剤層３５を設けることにより燃料電池を容易に作製することができる。ここで、絶縁接着剤層３５に用いられる材料としては、熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、熱硬化性樹脂の中でも耐薬品性を有するという観点から、ポリオレフィン系樹脂（商品名：１１５２Ｂ（株式会社スリーボンド製））およびエポキシ樹脂を用いることがより好ましい。
【０１８６】
＜燃料電池スタック＞
１つの燃料電池では電子機器の駆動に対応する出力電圧を得るための十分な出力が得ることができない。このため、層厚方向に複数の燃料電池を重ね合わせて、各燃料電池を直列に繋ぐことにより燃料電池スタックを構成した上で、当該燃料電池スタックを電子機器に搭載することにより、電子機器の駆動に対応する出力電圧を得るのが一般的である。
【０１８７】
図８は、本発明の燃料電池スタックと、従来の燃料電池スタックとの構造の相違を説明する図であり、図８（Ａ）は、従来の燃料電池スタックの構造を示す断面図であり、図８（Ｂ）は、本発明の燃料電池スタックの構造を示す断面図である。なお、従来の燃料電池の構造と本発明の燃料電池の構造との相違を的確に把握するため、図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、いずれも２つの燃料電池を積層した燃料電池スタックを示している。
【０１８８】
従来の燃料電池スタックは、図８（Ａ）に示されるように、層厚方向に導電性がない保持体２２を燃料電池に用いているため、アノード集電体１０の面方向に集電した上で、保持体２２を迂回するようにアノード集電体１０とカソード集電体１７とを接合することにより、各燃料電池を直列接続していた。
【０１８９】
しかしながら、このようにアノード導電性多孔質層１３およびアノード集電体１０の面方向に集電するときの電子の移動距離は、その層厚方向に集電するときの電子の移動距離とを対比すると、電子の移動距離が圧倒的に長くなる。このように電子の移動距離が長いことにより、図８（Ａ）に示される従来の燃料電池スタックは、電気抵抗が大きいものとなっていた。
【０１９０】
また、保持体２２が導電性を有しないことにより、アノード集電体１０とアノード導電性多孔質層１３との間に保持体２２を配置することができず、図８（Ａ）に示されるようにアノード集電体１０とアノード触媒層１４とが接するような構造にしなければならないという配置上の制約もあった。
【０１９１】
しかしながら、この位置にアノード集電体１０を配置することにより、アノード集電体１０がアノード触媒層１４に含まれるアノード電解質に近接するためアノード集電体１０を強酸雰囲気下で使用することとなり、結果としてアノード集電体１０の材料が溶出および劣化するという問題が生じる。このような溶出および劣化を抑制するために、アノード集電体１０の材料として耐腐食性に優れた貴金属を用いることも考えられるが、アノード集電体１０の材料に耐腐食性に優れた貴金属を用いることにより、コストが高くなるため好ましくない。
【０１９２】
そこで、本発明の燃料電池は、絶縁性を有する保持体を設ける代わりに、図８（Ｂ）に示されるように、導電性を有する導電性透過抑制層１２を設けることを特徴とする。このように導電性透過抑制層１２を設けることにより、燃料電池１００の層厚方向に導通を図ることができる。これにより従来の燃料電池１００よりも容易に各燃料電池を直列接続することができ、各燃料電池を接続したときの燃料電池スタックの構成をシンプルにすることができる。しかも、このような燃料電池スタックは簡便に製造することができる。
【０１９３】
また、従来の燃料電池のように、アノード触媒層１４とアノード集電体１０とが接するように配置しなくてもよいことから、たとえばアノード触媒層１４とアノード集電体１０との間にアノード導電性多孔質層１３を配置することにより、アノード集電体１０の溶出および劣化を防止することができる。
【０１９４】
さらに、図８（Ａ）に示される従来の燃料電池スタックは、アノード集電体１０の他に燃料流路１１を形成する部材（図８（Ａ）の「燃料流路形成材３３」）を設ける必要があった。しかしながら、本発明の燃料電池スタックは、図８（Ｂ）に示されるように、アノード集電体１０が燃料流路形成材を兼ねていてもよい。このようなアノード集電体１０を用いることにより、燃料電池の部材点数を削減することができる。
【０１９５】
以下の実施の形態７および８は、本発明の燃料電池を備える燃料電池スタックを説明する。
【０１９６】
（実施の形態７）
図９は、本発明の燃料電池スタックの層厚方向に垂直をなす面の断面図である。本実施の形態の燃料電池スタックは、実施の形態１の燃料電池の３つを層厚方向に組み合わせた燃料電池スタックである。図９の燃料電池スタックにおいて、燃料流路１１と空気流路２０とを備える集電体３０は、アノード集電体とカソード集電体とを兼ねる役割を果たすものであり、このように燃料流路１１と空気流路２０とを一つに集約した集電体３０を用いることにより、アノード集電体とカソード集電体との界面を無くすることができるため、燃料電池内の電気抵抗を低減するとともに、燃料電池の薄型化を図ることもできる。ここで、集電体３０に用いられる材質としては、アノード集電体に用いられる材質と同様のものを用いることができる。
【０１９７】
従来の燃料電池スタックに備えられる保持体は導電性を有しないため、燃料電池を積層したときに層厚方向に電子を導通することができないことにより、アノード集電体１０およびカソード集電体１７の面方向に電子を流さなければならないため、燃料電池内での電気抵抗が大きくなりすぎてしまう。
【０１９８】
しかしながら、本実施の形態の燃料電池スタックでは、導電性を有する導電性透過抑制層１２を備える燃料電池１００を積層することから、燃料電池１００の層厚方向にも電子を導通させることができ、燃料電池スタックとして用いた場合にも、燃料電池スタックの電気抵抗を小さく抑えることができ、以って燃料電池スタックの出力を高めることができる。
【０１９９】
（実施の形態８）
図１０（Ａ）は、本実施の形態の燃料電池スタックの構成の例を模式的に示す燃料電池スタックの斜視図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の燃料電池スタックのＡ−Ａ’面の断面図である。本実施の形態の燃料電池スタックは、５つの燃料電池１００が間隔を設けて配置されるとともに、当該５つの燃料電池１００上に５つのスペーサ４０が間隔を設けて配置されることを特徴とする。ここで、燃料電池１００とスペーサ４０とは直交するように配置されている。
【０２００】
このように燃料電池１００とスペーサ４０とを配置することにより、ポンプおよびブロアーを用いることなく、カソード触媒層に十分量の空気を供給することができる。図１０に示されるスペーサ４０の上下にはそれぞれ燃料電池１００が設けられており、当該スペーサ４０はいずれも一方の燃料電池１００のカソード集電体１７と他方の燃料電池１００のアノード集電体１０とに接するように配置されている。
【０２０１】
このようなスペーサ４０に用いられる材料としては、燃料電池スタックを使用する温度において、燃料および水に溶解、収縮および膨張しない材料であることが好ましく、耐酸性の材料であることがより好ましい。スペーサ４０の構造としては、カソード触媒層において生成する水の蒸散を助けるような多孔質体であることが好ましい。
【０２０２】
スペーサに用いられる材料および形状としては、たとえば親水性多孔質体、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：PolyTetraFuluoroEthylene）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ：PolyVinyliDene  Fluoride）、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエポキシ系樹脂等によるフォトレジストに用いられる耐酸性の感光性樹脂、ポリ金属酸化物等を挙げることができ、間隔幅でスペーサ４０を延伸するという観点から、耐酸性の感光性樹脂を用いることが好ましい。
【０２０３】
このような構造の燃料電池スタックは、カソード触媒層に空気を供給するための補器類（ポンプ、ファン、ブロアー等）を備える必要がないことから、燃料電池スタックを備える燃料電池システムとしてみたときに、当該燃料電池システムを小型化するとともに軽量化することができる。さらに、燃料電池１００には導電性透過抑制層１２を設けることにより燃料の透過を抑制することができることを以って、燃料流路１１に高濃度の燃料を流しても、燃料のクロスオーバーの発生を抑制することができる。
【０２０４】
また、導電性透過抑制層１２を設けることにより、高濃度の燃料を使用することができることから、ポンプ等の燃料供給のための補器を用いなくとも、燃料電池の反応に必要となる燃料を供給することができる。このように補器が不要となるため、補器の運転させるための電力を供給することが不要となる他、複雑な配線を回避することができる。
【０２０５】
このような燃料電池スタックにおいて、アノード触媒層１４での反応により生成する生成ガスは、アノード導電性多孔質層１３の端部から面方向に排出するか、もしくは導電性透過抑制層１２中の空隙を通り層厚方向に排出される。図１０（Ｂ）は、アノード導電性多孔質層１３の端部に封止材４１を設けた燃料電池スタックの好ましい一例を示しており、液体及び気体が封止材４１を通過できないため、生成ガスはアノード導電性多孔質層１３の端部から排出されることはなく、導電性透過抑制層１２中の空隙を通り層厚方向に排出される。
【０２０６】
なお、実施の形態７および８で作製される燃料電池スタックを電子機器に用いたときに、出力電圧が不十分となる場合には、所定の出力電圧となるように燃料電池スタックを直列および／または並列接続してもよい。
【０２０７】
＜電子機器＞
（実施の形態９）
図１１は、本発明の燃料電池スタックを備える電子機器の一例を示す概略図である。
【０２０８】
本発明の燃料電池スタック７０は、小型であって軽量でありかつ高出力を得ることができることから、電子機器特にモバイル機器等の携帯用電子機器に好適に適用することができる。図１１には、本発明の燃料電池スタック７０が搭載された電子機器の一例として携帯電話５０を示しているが、携帯電話に限られるものではなく、たとえば電子手帳、ポータブルゲーム機器、モバイルテレビ機器、ハンディーターミナル、ＰＤＡ、モバイルＤＶＤプレーヤ、ノートパソコン、ビデオ機器、カメラ機器、ユビキタス機器またはモバイル発電機等に適用することもできる。
【０２０９】
図１１に示される電子機器に用いられる燃料電池スタックは、取り出し電圧が１〜４Ｖ程度になるように、実施の形態１〜５で作製される燃料電池の複数個を電気的に直列接続したものを用いている。
【０２１０】
図１１の電子機器には示されていないが、電子機器の始動時の出力不足および最大出力時の出力不足をカバーするための補助電源として、Ｌｉイオン電池等のような二次電池を設けてもよい。当該二次電池および燃料電池スタックの電圧特性と、電子機器に適した電圧特性とが異なる場合、電子機器に適した電圧に変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータ等のようなコンバータを設けた上で、電子機器と接続することが好ましい。
【０２１１】
また、瞬時電力を補うための補助電源としてキャパシタを設けてもよい。当該キャパシタを設けることにより燃料電池スタック７０とキャパシタとのハイブリッド化をすることができる。補助電源としてキャパシタを用いる場合、燃料電池スタックの電圧変化に対応してキャパシタの充放電がされるため、電圧調整のためのコンバータを設けなくてもよい。
【実施例】
【０２１２】
図１２は、実施例により作製された燃料電池の層厚方向に垂直をなす面の断面図である。また、アノード集電体１０のＡ−Ａ’面での面方向の断面図を上図に示している。
【０２１３】
まず、燃料電池１００を構成する電解質膜１５として、幅２６ｍｍ×長さ２６ｍｍ、厚みが約１７５μｍの電解質膜（商品名：Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）１１７（デュポン株式会社製））を用意した。
【０２１４】
次に、アノード触媒ペーストとしては、Ｐｔ担持量が３２．５質量％でありＲｕ担持量が１６．９質量％であるＰｔおよびＲｕからなる粒子とカーボン粒子とからなる触媒担持カーボン粒子（商品名：ＴＥＣ６６Ｅ５０（田中貴金属工業株式会社製））と、２０質量％のＮａｆｉｏｎ（登録商標）を含むアルコール溶液（シグマアルドリッチジャパン株式会社製）と、イオン交換水と、イソプロパノールと、ジルコニアビーズとを所定の割合でＰＴＦＥ製の容器に入れ、攪拌脱泡機を用いて５０ｒｐｍで５０分間の混合を行なった後に、ジルコニアビーズを除去したものを用いた。
【０２１５】
また、カソード触媒ペーストとしては、Ｐｔ担持量が４６．８質量％のＰｔ粒子とカーボン粒子とからなる触媒担持カーボン粒子（商品名：ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ（田中貴金属工業株式会社製））を用いたこと以外はアノード触媒ペーストと同様の材料および方法により作製したものを用いた。
【０２１６】
次に、アノード導電性多孔質層１３として、幅２３（Ｌ4）ｍｍ×長さ（Ｌ3）２３ｍｍの外形で、片面に撥水層であるマイクロポーラスレイヤー（ＭＰＬ：Micro  Porous  Layer）が形成されているカーボンペーパー（商品名：ＧＤＬ２５ＢＣ（ＳＧＬカーボンジャパン株式会社製））を用いた。このアノード導電性多孔質層１３のＭＰＬ全面に、上記で作製したアノード触媒ペーストをスクリーン印刷塗布した後に、アノード触媒ペーストに含有されるイオン交換水およびイソプロパノールを乾燥除去することにより、アノード触媒層１４を形成した。
【０２１７】
また、カソード導電性多孔質層１８も上記のアノード導電性多孔質層１３と同様のカーボンペーパーを用い、当該カソード導電性多孔質層１８のＭＰＬ全面に、上記で作製したカソード触媒ペーストをスクリーン印刷塗布した後に、カソード触媒ペーストに含有されるイオン交換水およびイソプロパノールを乾燥させることによりカソード触媒層１６を形成した。
【０２１８】
カソード集電体１７としては、幅（Ｌ4）２３ｍｍ×長さ（Ｌ1）４０ｍｍの金メッシュを用いた。
【０２１９】
次に、アノード導電性多孔質層１３、アノード触媒層１４、電解質膜１５、カソード触媒層１６、カソード集電体１７、およびカソード導電性多孔質層１８をこの順で重ね合わせたもの（以下においては単に「積層体」と称する）の周りに４００μｍの隙間ゲージを配置した上で、２枚のステンレス板（幅１５０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ、厚み３ｍｍ）で挟んだ。このとき、電解質膜１５はアノード触媒層１４およびカソード触媒層１６よりもサイズが大きいため、アノード触媒層１４およびカソード触媒層１６が電解質膜１５の中心となるように配置し、かつアノード触媒層１４が電解質膜１５を介してカソード触媒層１６と一致するように配置した。
【０２２０】
このステンレス板を１３０℃に昇温して、ステンレス板の厚み方向に１０ｋｇｆ／ｃｍ2で２分間熱圧着することにより、上記の積層体の各構成部材の界面をアンカー効果、またはアノード触媒層１４およびカソード触媒層１６に含まれるＮａｆｉｏｎ（登録商標）の粘着力により接合させ、上記の積層体を一体化した。
【０２２１】
次に、導電性透過抑制層１２を形成するための導電性接着剤を以下の手順により作製した。はじめに、接着剤として０．０４５ｇの熱硬化性のエポキシ樹脂を用いた。
【０２２２】
次に、接着剤と導電フィラーとの重量の合計に対し、導電フィラーの含有量が７０重量％となるように、カーボン材料からなるアセチレンブラック（商品名：Ｖｕｌｃａｎ  ＸＣ７２（Ｃａｂｏｔ株式会社製）を０．１０５ｇ混合した。
【０２２３】
さらに、スプレー塗布に適した粘度に調整するという観点から、有機溶剤として３０ｇのアセトンを用いて、接着剤と導電フィラーとの合計重量の２０倍になるよう希釈した。これを超音波分散にかけることにより、接着剤と導電フィラーとをよく混合させて導電性接着剤を作製した。
【０２２４】
上記導電性接着剤を８．０ｇ測り採り、上記の積層体のアノード導電性多孔質層１３のアノード触媒層１４と対向する面とは反対側の面にスプレー塗布し、この導電性接着剤上に、金メッキしたＳＵＳ金属板に口径０．５ｍｍφの複数の穴を開けたアノード集電体１０（幅（Ｌ4）２３ｍｍ×長さ（Ｌ2）４０ｍｍ）を積層した。これを１００℃で１時間保持することにより、導電性接着剤に含まれるアセトンを完全に気化させるとともに接着剤を熱硬化させて、導電性透過抑制層１２を形成した。当該導電性透過抑制層１２の厚みは約４０μｍであり、導電性透過抑制層１２の気孔率は１９．９％であった。
【０２２５】
さらに、燃料を保持する空間を設けるために、アノード集電体１０の導電性透過抑制層１２と対向する面とは反対側の面に、接着剤（商品名：クイック５（コニシ株式会社製））を用いて燃料室形成材３２を接着することにより固定した。燃料室形成材３２の材質はアクリル樹脂であり、燃料導入のための燃料導入口１９を備えた形状である。
【０２２６】
アノード導電性多孔質層１３およびアノード触媒層１４は多孔質体であるため、燃料電池外部からアノード触媒層１４に空気が混入する可能性がある。アノード触媒層１４に空気が混入すると、アノード触媒上で燃料と空気の燃焼反応が起きることにより、燃料電池の出力特性が著しく低下する虞がある。このため、アノード導電性多孔質層１３とアノード触媒層１４の面方向の端面を封止材４１により封止した。すなわち、当該封止剤４１には、アノード集電体１０と電解質膜１５との間の端部に接着剤（商品名：クイック５（コニシ株式会社製））を塗り、６０℃で１時間保持することにより接着剤を熱硬化した。以上の各工程により、本発明の燃料電池を作製した。
【０２２７】
上記で得られた燃料電池の燃料導入口から７ｍｏｌ/ｄｍ3のメタノール水溶液を入れ、室温にて１ヶ月間の連続発電試験を行なった。図１３は、燃料電池の単位面積あたりの電流に対する出力密度を示した図である。図１３では、燃料電池の作製から３日後、１４日後、および２９日後の出力特性を示しており、これらの出力密度はいずれも３５〜４２ｍＷ／ｃｍ2であり出力特性の劣化は見られなかった。
【０２２８】
また、１ヶ月連続して発電試験を行なった後も、導電性透過抑制層は一部も剥離することなく、一体化した積層体の形状を維持することができた。燃料電池の作製から３日後、１４日後、および２９日後のオーミック抵抗の変化を電気化学測定装置（商品名：Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ（株式会社東陽テクニカ製））により測定した。その結果、燃料電池の作製から３日後の、インピーダンス測定による導電性透過抑制層１２を含んだ燃料電池全体のオーミック抵抗は３８５ｍΩｃｍ2、１４日後のオーミック抵抗は３６０ｍΩｃｍ2、２９日後のオーミック抵抗は３６０ｍΩｃｍ2であった。このことから、燃料電池作製から１ヶ月の間、燃料電池のオーミック抵抗の値は上昇しないことが明らかとなった。
【０２２９】
このオーミック抵抗は各層の電気抵抗と、各層間の界面の電気抵抗と、触媒層内の電解質や電解質膜におけるイオン伝導抵抗とを含んだ抵抗を示している。このように燃料電池を作製してから３〜２９日後の燃料電池のオーミック抵抗に大きな差は見られなかったことから、導電性透過抑制層１２における層厚方向の電気抵抗、導電性透過抑制層１２とアノード集電体１０との界面の電気抵抗、および導電性透過抑制層１２とアノード導電性多孔質層１３との界面の電気抵抗はいずれも上昇していないものと考えられる。
【０２３０】
一方、導電性透過抑制層１２を設けていない燃料電池に対しても発電試験を行なったところ、１日目に燃料電池の出力が大幅に低下するとともに、燃料電池が異常に高温となったため、連続発電試験を中断した。これは、導電性透過抑制層１２を設けなかったことにより、クロスオーバーが生じて、燃料電池内の温度が過剰に高められたことによるものと考えられる。
【０２３１】
以上の結果から、燃料電池に導電性透過抑制層を設けることにより、燃料電池の出力を向上させることができるとともに、クロスオーバーの発生も抑制することができることが明らかとなった。また、導電性透過抑制層を設けることにより、燃料電池を長期間使用しても、燃料電池のオーミック抵抗の値が上昇しにくいことも明らかとなった。
【０２３２】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２３３】
本発明によれば、ノート型パソコン、携帯電話、電子手帳、ポータブルゲーム機器、モバイルテレビ機器、ハンディーターミナル、ＰＤＡ、モバイルＤＶＤプレーヤ、ノートパソコン、ビデオ機器、カメラ機器、ユビキタス機器またはモバイル発電機等の電子機器用途の燃料電池を提供することができる。
【符号の説明】
【０２３４】
１０  アノード集電体、１１  燃料流路、１２  導電性透過抑制層、１３  アノード導電性多孔質層、１４  アノード触媒層、１５  電解質膜、１６  カソード触媒層、１７  カソード集電体、１８  カソード導電性多孔質層、１９  燃料導入口、２０  空気流路、２１  導電フィラー、２２  保持体、２３  接着剤、２４  空隙、２５，２７  矢印、３０  集電体、３１  燃料室、３２  燃料室形成材、３３  燃料流路形成材、３４  生成ガス排出路、３５  絶縁接着剤層、４０  スペーサ、４１  封止材、４２  貫通孔、５０  携帯電話、７０  燃料電池スタック、１００  燃料電池。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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