(57)【要約】  ＣＯ２による電極の被毒を抑制し、燃料電池の出力性能および耐久性を従来よりも向上させ、かつコストを低減させることができるアルカリ形燃料電池、アルカリ形燃料電池用燃料組成物及びアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジを提供する。本発明に係るアルカリ形燃料電池は、燃料組成物として、アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素とアルコールとを含むことを特徴とする。
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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、アニオン電導性の固体電解質膜とを含むアルカリ形燃料電池であって、前記アルカリ形燃料電池は、燃料組成物として、アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素とアルコールとを含むことを特徴とするアルカリ形燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載のアルカリ形燃料電池であって、前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素として、下記（化学式１）で表わされるアミノフェノール誘導体を含み、
前記アミノフェノール誘導体の芳香族炭化水素の側鎖Ｒ１〜Ｒ４Ｎ原子に結合するＲ５及びＲ６は、それぞれ水素又は炭素数が１〜２のアルキル基であることを特徴とするアルカリ形燃料電池。
【化１】
2014020764.tif 000010
【請求項３】
請求項２に記載のアルカリ形燃料電池であって、前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素として、下記（化学式２）で表わされるｐ‐アミノフェノールを含むことを特徴とするアルカリ形燃料電池。
【化２】
2014020764.tif 000011
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のアルカリ形燃料電池であって、前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素の前記アルコールに対するモル比が０．５〜２．０であることを特徴とするアルカリ形燃料電池。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のアルカリ形燃料電池であって、前記アルカリ形燃料電池は前記燃料組成物を貯蔵する燃料貯蔵部を有し、該燃料貯蔵部へ着脱可能な着脱機構を有し、かつ前記燃料組成物が収容されるカートリッジが前記燃料貯蔵部に装着され、前記カートリッジから前記燃料貯蔵部に前記燃料組成物を補給することを特徴とするアルカリ形燃料電池。
【請求項６】
アノードと、カソードと、アニオン電導性の固体電解質膜とを含むアルカリ形燃料電池用の燃料組成物であって、前記アルカリ形燃料電池の燃料組成物は、アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素とアルコールとを含むことを特徴とするアルカリ形燃料電池用燃料組成物。
【請求項７】
請求項６に記載のアルカリ形燃料電池用燃料組成物であって、前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素として、下記（化学式１）で表わされるアミノフェノール誘導体を含み、
前記アミノフェノール誘導体の芳香族炭化水素の側鎖Ｒ１〜Ｒ４、Ｎ原子に結合するＲ５及びＲ６は、それぞれ水素又は炭素数が１〜２のアルキル基であることを特徴とするアルカリ形燃料電池用燃料組成物。
【化３】
2014020764.tif 000012
【請求項８】
請求項７記載のアルカリ形燃料電池用燃料組成物であって、前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素として、下記（化学式２）で表わされるｐ‐アミノフェノールを含むことを特徴とするアルカリ形燃料電池用燃料組成物。
【化４】
2014020764.tif 000013
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載のアルカリ形燃料電池用燃料組成物であって、前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素の前記アルコールに対するモル比が０．５〜２．０であることを特徴とするアルカリ形燃料電池用燃料組成物。
【請求項１０】
アノードと、カソードと、アニオン電導性の固体電解質膜とを含むアルカリ形燃料電池用の燃料組成物を収容するアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジであって、前記アルカリ形燃料電池用燃料組成物は、アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素とアルコールとを含むことを特徴とするアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジであって、前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素として、下記（化学式１）で表わされるアミノフェノール誘導体を含み、
前記アミノフェノール誘導体の芳香族炭化水素の側鎖Ｒ１〜Ｒ４、Ｎ原子に結合するＲ５及びＲ６は、それぞれ水素又は炭素数が１〜２のアルキル基であることを特徴とするアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジ。
【化５】
2014020764.tif 000014
【請求項１２】
請求項１１に記載のアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジであって、前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素として、下記（化学式２）で表わされるｐ‐アミノフェノールを含むことを特徴とするアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジ。
【化６】
2014020764.tif 000015
【請求項１３】
請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項に記載のアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジであって、前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素の前記アルコールに対するモル比が０．５〜２．０であることを特徴とするアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ形燃料電池、アルカリ形燃料電池用燃料組成物及びアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今の原油高に加え、中国、インドなどの急速な経済発展により化石燃料の枯渇と二酸化炭素の排出が世界的な問題となっている。このため、現在脱石油化に向け、燃料電池を始め、リチウムイオン電池、バイオ燃料、太陽電池などの研究開発が活発に行われている。【０００３】
燃料電池としては、水酸化物イオンをアノード、カソード極間で伝導させるイオン伝導膜を使用するアルカリ形燃料電池と、プロトンをアノード、カソード極間で伝導させるイオン伝導膜を使用する酸型燃料電池がある。アルカリ形燃料電池には、メタノールをアノード極燃料とする直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ、以下ＤＭＦＣと称する）と、酸型燃料電池には、水素ガスをアノード極燃料とする固体高分子型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ、以下ＰＥＦＣと称する）などがある。【０００４】
上記ＤＭＦＣおよびＰＥＦＣは、比較的低温作動が可能で、発電システムも簡便で小型化が可能なことから、施設の非常用電源や、軍事、業務用の携帯機器の非常電源、ノートパソコンや携帯音楽プレーヤー、携帯電話などの充電器として期待が持たれている。【０００５】
前述したように、ＤＭＦＣは燃料としてメタノールを、ＰＥＦＣは燃料として水素を使用し、アノード触媒層／伝導膜／カソード触媒層から構成される膜電極接合体を伝導性のガス拡散層で挟み、アノード極およびカソード極に設けた集電板により外部回路と繋いだ燃料電池である。【０００６】
アルカリ形ＤＭＦＣにおける反応について説明する。アノード触媒層側に液体燃料であるメタノールを供給すると、下記（反応式１）に示す化学反応により、メタノールが酸化されて二酸化炭素（ＣＯ２）に変化し、水（Ｈ２Ｏ）と電子（ｅ−）とが発生する。
ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−    （反応式１）
この反応によって発生した水と電子とは、カソード触媒層に供給される酸素ガスと下記（反応式２）のとおり反応し、水酸化物イオン（ＯＨ−）を生成する。
Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−            （反応式２）
従って、電池全体として下記（反応式３）の反応が進行し、この際に発生する電子を外部回路で取り出して、電気エネルギーを得ることができる。
ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ        （反応式３）
アルカリ形燃料電池においては、アノードに供給される燃料およびカソードに供給される空気に含まれるＣＯ２によって、水酸化物イオンを伝導するアニオン形電解質膜、アノード及びカソード極のアニオン伝導性の電解質が被毒される恐れがある。具体的には、アニオン形電解質膜、アノード及びカソード極のアニオン伝導性の電解質中のヒドロキシル基がＣＯ３２−によってイオン交換され、電池内の三相界面が減少し、アニオン伝導性が著しく低下し、所望の電池性能を得られない恐れがある。そのため、ＣＯ２による電極の被毒を抑制することが必須の課題となっている。【０００７】
上述した問題を解決する手段として、例えば特許文献１には、電解質と、前記電解質の両側に配置された、アノード極とカソード極と、前記アノード極に接するように形成され、燃料が流通する燃料流路とを備え、前記燃料には、イオン伝導性を有する材料が混合されていることを特徴とする燃料電池が開示されている。特許文献１によると、燃料電池のアノード極の流路に流通する燃料には、イオン伝導性を有する材料が混合されており、これにより、アノード極の電解質が存在しない部分あるいは電解質が流出、劣化した部分に、新たにイオン伝導性を有する材料を供給することができ、アノード極の三相界面を適正な状態とし、反応場の面積を増大させた状態に維持することができ、燃料電池の発電性能を向上させることができると報告されている。【０００８】
また、特許文献２には、燃料に液体燃料を用いた固体アルカリ形燃料電池であって、
アニオン伝導性高分子電解質膜と、前記アニオン伝導性高分子電解質膜の一方の面に配置されたアノード電極と、前記アニオン伝導性高分子電解質膜の他方の面に配置されたカソード電極とを備え、前記液体燃料はイオン伝導性を有する材料を含有し、前記アノード電極は二酸化炭素吸収剤を含んだことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池が開示されている。特許文献２によると、イオン伝導性を有する材料を含む液体燃料を用いた固体アルカリ形燃料電池において、アノード電極に二酸化炭素吸収剤を含むことで、アノード電極で発生する二酸化炭素を吸収し、イオン伝導性を有する材料の低減を防止できるので、出力及び耐久性を向上させた固体アルカリ形燃料電池を提供することができると報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８‐２１８３９７号公報
【特許文献２】特開２０１１‐００９１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、燃料として炭素を含むものを用いる燃料電池においては、燃料を分解する過程においてＣＯ２が生じる。また、大気中にもＣＯ２が存在する。従って、アルカリ型燃料電池の電極や電解質等は、その動作中に酸性環境下（ＣＯ２）に晒されることとなる。【００１１】
特許文献１のように、アノード極側に供給する燃料にアニオン伝導性を有する材料を混合する方法では、例えば、アニオン電導性を有する材料である水酸化カリウム（ＫＯＨ）と燃料や大気由来のＣＯ２が反応して炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）が生成されることで、アニオン伝導性のＫＯＨ濃度が低下し、出力性能が低下する恐れがある。また、アノード燃料が高ｐＨになることで、安全性を十分に確保できないことも懸念される。【００１２】
また、特許文献２のように、アノード極にイオン伝導性を有する材料（水酸化カリウム、水酸化カルシウム及び水酸化ナトリウム）とＣＯ２吸収剤を配置することで、アノード極内のＣＯ２を除去し、ＣＯ２による被毒を抑制する方法では、上述した特許文献１の場合と同様に、電極内が高ｐＨになるため、安全性を十分に確保できない恐れがある。また、ＣＯ２吸収剤をアノード極に配置することや燃料とイオン伝導性材料を混合した燃料を用いることで、燃料タンクが大きくなり、高コストになることや、イオン伝導性材料の混合により、燃料濃度が低下することで、所望の電池性能が得られない恐れもある。【００１３】
従って、本発明の目的は、アルカリ形燃料電池において、ＣＯ２による電極の被毒を抑制し、燃料電池の出力性能および耐久性を従来よりも向上させ、かつコストを低減させることができるアルカリ形燃料電池、アルカリ形燃料電池用燃料組成物及びアルカリ形燃料電池用カートリッジを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するため、アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素とアルコールとを含む燃料組成物を用いたことを特徴とするアルカリ形燃料電池を提供する。【００１５】
また本発明は、アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素とアルコールとを含むことを特徴とするアルカリ形燃料電池用燃料組成物及び該アルカリ形燃料電池用燃料組成物を収容したアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジを提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＣＯ２による電極の被毒を抑制し、燃料電池の出力性能および耐久性を従来よりも向上させ、かつコストを低減させることができるアルカリ形燃料電池用燃料及び該燃料を用いたアルカリ形燃料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るアルカリ形燃料電池用燃料が適用される、アルカリ形燃料電池の一例を示す断面模式図である。
【図２Ａ】本発明に係るアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジの一例を示す断面模式図である。
【図２Ｂ】本発明に係るアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジの燃料電池への装着態様の一例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係るアルカリ形燃料電池では、燃料組成物に含まれるアミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素が分解してアンモニア（ＮＨ３）を発生し、該ＮＨ３が燃料電池内に存在するＣＯ２（ＣＯ３２−）を中和することで電極のＣＯ２被毒を抑制することができる（詳細な反応式は後述する）。また、燃料組成物に含まれるアミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素は分解してＮＨ３を生成すると共にプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）を生成する。これらは燃料電池の発電反応に使用されるものであるので、電池の出力を向上させることが可能となる。
【００１９】
本発明は、前述した本発明に係るアルカリ形燃料電池において、以下のような改良や変更を加えることができる。なお、本発明において「アルカリ形燃料電池」とは、電解質に、ＯＨ−電導性の固体電解質膜を用いている燃料電池のことを意味する。
（ｉ）前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素として、下記（化学式１）で表わされるアミノフェノール誘導体を含み、
前記アミノフェノール誘導体の芳香族炭化水素の側鎖Ｒ１〜Ｒ４、Ｎ原子に結合するＲ５及びＲ６は、それぞれ水素又は炭素数が１〜２のアルキル基である。
【００２０】
【化１】
2014020764.tif 000003
【００２１】
（ｉｉ）前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素として、下記（化学式２）で表わされるｐ‐アミノフェノールを含む。
【００２２】
【化２】
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【００２３】
ｐ‐アミノフェノールはその構造上分解されやすく、ＮＨ３、Ｈ＋およびｅ−を特に発生しやすいので最も好ましいが、次の２つのｏ-アミノフェノール及びｍ-アミノフェノールも用いることができる。
【００２４】
【化３】
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【００２５】
【化４】
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【００２６】
（ｉｉｉ）前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素の前記アルコールに対するモル比が０．５〜２．０である。
（ｉｖ）前記アルカリ形燃料電池は前記燃料組成物を貯蔵する燃料貯蔵部を有し、該燃料貯蔵部へ着脱可能な着脱機構を有し、かつ前記燃料組成物が収容されるカートリッジを前記燃料貯蔵部にセットし、前記カートリッジから前記燃料貯蔵部に前記燃料組成物を補給する。
【００２７】
また本発明に係るアルカリ形燃料電池用燃料組成物において、以下の態様を含む。
（ｖ）前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素として、前記（化学式１）で表わされるアミノフェノール誘導体を含み、
前記アミノフェノール誘導体の芳香族炭化水素の側鎖Ｒ１〜Ｒ４、Ｎ原子に結合するＲ５及びＲ６は、それぞれ水素又は炭素数が１〜２のアルキル基である。
（ｖｉ）前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素として、前記（化学式２）〜（化学式４）で表わされるｐ‐アミノフェノール、ｏ-アミノフェノール及びｍ-アミノフェノールを含む。
（ｖｉｉ）前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素の前記アルコールに対するモル比が０．５〜２．０である。
【００２８】
また本発明に係るアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジにおいて、以下の態様を含む。
（ｖｉｉｉ）前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素として、前記（化学式１）で表わされるアミノフェノール誘導体を含み、
前記アミノフェノール誘導体の芳香族炭化水素の側鎖Ｒ１〜Ｒ４、Ｎ原子に結合するＲ５及びＲ６は、それぞれ水素又は炭素数が１〜２のアルキル基である。
（ｉｘ）前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素として、前記（化学式２）〜（化学式４）で表わされるｐ‐アミノフェノール、ｏ-アミノフェノール及びｍ-アミノフェノールを含む。
（ｘ）前記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素の前記アルコールに対するモル比が０．５〜２．０である。
【００２９】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながらより具体的に説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施形態に限定されることはなく、発明の技術的思想を変更しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。
（アルカリ形燃料電池用燃料組成物）
上述したように本発明に係るアルカリ形燃料電池用燃料組成物は、アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素とアルコールを含むことを特徴とする。本発明者らは、このような化合物はアノード極の燃料になり、かつ該化合物から発生するアンモニア（ＮＨ３）がＣＯ２を中和し、電極のＣＯ２被毒を抑制する効果があることを発見した。本発明は、該発見に基づくものである。
【００３０】
本発明がＣＯ２を中和する機構について、反応式を用いてより具体的に説明する。なお、アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素としては、ｐ‐アミノフェノールを例に用いて説明する。
【００３１】
ｐ‐アミノフェノールは、可逆的に分解され（酸化反応）、芳香環に結合したアミノ基とヒドロキシル基からプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）を生成し、キノンイミンとなる（反応式４）。
【００３２】
【化５】
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【００３３】
上記反応で生成したキノンイミンは、アノード極で生じるＨ２Ｏと反応し、ベンゾキノンとＮＨ３を生成する（反応式５）。
【００３４】
【化６】
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【００３５】
（反応式５）で生成したＮＨ３は、アノード極内に存在するＣＯ２（アノードに存在する水に溶解してＣＯ３２−として存在）と中和反応を起こす（反応式６）。なお、中和反応で生成する炭酸水素アンモニウム（ＮＨ４ＨＣＯ３）は電池外部へは排出されず電池内に留まるが、発電反応に悪影響を与えないことを確認済みである。
ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２→ＮＨ４ＨＣＯ３        （反応式６）
本発明のアルカリ形燃料電池では上記機構によって電極のＣＯ２による被毒を防止することができる。
【００３６】
また上記（反応式１）で示したように、本発明に係るアミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素はＮＨ３と同時にプロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）を生成する。これらは、発電反応に寄与する物質であるため（前述した（反応式２）参照）、燃料電池の出力を向上させることができる。
【００３７】
本発明のアミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素としては、上記（化学式１）で表わされるアミノフェノール誘導体を用いることが好ましい。さらに、ｐ‐アミノフェノールを用いることが好ましい。ｐ‐アミノフェノール誘導体は、その電子構造的に酸化されやすく、分解しやすいためである。
【００３８】
また、上記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素は、その分解反応を阻害しないものであれば、芳香環の側鎖に置換基Ｒ１〜Ｒ４を有していてもよい。また、アミノ基のＮ原子が、置換基Ｒ５及びＲ６を有していてもよい。Ｒ１〜Ｒ６として、具体的には炭素数１〜２のアルキル基を１個以上有することができる。
【００３９】
芳香環の側鎖に炭素数１〜２のアルキル基を有する化合物の例としては、５‐アミノ‐２‐メチルフェノール、４‐アミノ‐３‐メチルフェノール等が挙げられる。また、アミノ基のＮ原子が、炭素数１〜２のアルキル基を有する化合物の例としては、Ｎ，Ｎ‐ジエチル‐３‐アミノフェノール、Ｎ，Ｎ‐ジメチル‐３‐アミノフェノール等が挙げられる。
【００４０】
また、本発明に係る燃料電池用燃料組成物は、上記アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素とともにアルコールを含む。アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素のアルコールに対するモル比は、前記アルコールに対して０．５〜２．０であることが好ましい。ここで、「０．５〜２．０」とは、０．５以上、２．０以下を意味するものとする。モル比が０．５未満では、電極のＣＯ２被毒を抑制する効果が十分ではない。また、モル比が２．０超でも電極のＣＯ２被毒を抑制する効果は十分にあるが、コストの面で好ましくない。
【００４１】
さらに、本発明に係るアミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素のアルコールへの溶解性を考慮しても、アミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素のモル比が、前記アルコールに対して上記範囲であることが好ましい。なお、アルコールとしては特に限定はないが、例えばエタノールやメタノールが好適である。
【００４２】
以上説明したように、本発明に係るアミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素は、分解してＮＨ３を発生し、該ＮＨ３と電極内に存在するＣＯ２が中和反応を起すことで電極内のＣＯ２をＮＨ４ＨＣＯ３に変化させ、電極がＣＯ２に被毒することを抑制することができる。さらに、本発明に係るアミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素は、プロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）を生成するので、発電にも寄与する。本発明では電極のＣＯ２被毒を抑制するために従来のｐＨの大きいイオン伝導性を有する材料（水酸化カリウム、水酸化カルシウム又は水酸化ナトリウム）を添加する必要はないので、燃料のｐＨが高くなる恐れがないし、これらの化合物とＣＯ２が反応してＮＨ４ＨＣＯ３が燃料電池内に滞留しても水性燃料組成物に溶解するので、特別に高濃度でなければ問題はない。
（アルカリ形燃料電池）
本発明に係るアルカリ形燃料電池は、上述した本発明に係るアルカリ形燃料電池用燃料組成物を用いる。燃料組成物以外の構成については、特に制限はなく、従来のアルカリ形燃料電池の構成を用いることができる。
【００４３】
図１は本発明に係るアルカリ形燃料電池用燃料が適用される、アルカリ形燃料電池の一例を示す断面模式図である。図１に示したように、アルカリ形燃料電池は、アノード極１と、カソード極２を備え、アノード極１及びカソード極２の間に、アニオン（ＯＨ−）導電性電解質膜３が設置される。
【００４４】
アニオン（ＯＨ−）導電性電解質膜としては、例えばＯＨ型陰イオン交換性炭化水素系エラストマー、もしくはポリスチレン−ポリ（エチレン−ブチレン）−ポリスチレントリブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、ポリスチレン−ポリ（エチレン−プロピレン）−ポリスチレントリブロック（ＳＥＰＳ）などの炭化水素系エラストマーを、クロロメチルメチルエーテルなどで処理しクロロメチル化し、その後トリメチルアミンなどで処理し４級化して、得られるようなＯＨ型陰イオン交換性炭化水素系エラストマーを使用することができる。
【００４５】
アノード極１にはアノード極燃料４として、本発明に係るアルカリ形燃料電池用燃料組成物が供給される。上述したように、具体的にはアミノ基とヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素と、メタノールやエタノールなどのアルコールの混合物を用いることができる。
【００４６】
カソード極２には、酸素（Ｏ２、符号５）が供給される。カソードで、電子と酸素が結合してＯＨ−が発生し、該ＯＨ−がアニオン電解質膜を移動し、アノード極１に到達する。
（アルカリ形燃料電池用燃料カートリッジ）
図２Ａは、本発明に係るアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジの一例を示す断面模式図である。図２Ａに示したように、本発明に係るアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジ２０１は、筐体２１と着脱機構２２とを含む。図示しないが、筐体の内部には本発明に係るアルカリ型燃料電池用燃料組成物が収容される。着脱機構２２は、燃料電池に装着しうる構造を有する。
【００４７】
図２Ｂは、本発明に係るアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジの燃料電池への装着態様の一例を示す断面模式図である。図２Ｂにおいて、本発明のアルカリ形燃料電池用燃料カートリッジ２０１は、着脱機能２２によって燃料電池２５の燃料貯蔵部２４に装着される。燃料貯蔵部を介して、アルカリ形燃料電池用燃料カートリッジから燃料電池のアノード極へ、アルカリ形燃料電池用燃料組成物が供給される。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［アルカリ形燃料電池の作製と評価］
（実施例１のアルカリ形燃料電池の作製）
本発明に用いたアルカリ型燃料電池用の膜電極接合体は、以下の手順で作製した。担持率（担体と触媒との合計１００質量％中の触媒量）７０質量％のカーボン担持Ｐｔ触媒（田中貴金属工業株式会社製「ＴＥＣ７０ＴＰＭ」）１．０ｇに、純水１．０ｇおよびイオン伝導性ポリマー分散液２０．０ｇを加え、空気極触媒層形成用のペーストを調製した。このペーストを、アニオン電解質膜の片面に、金属Ｐｔ量が２．０ｍｇ／ｃｍ２となるようにスプレー塗布し、乾燥させた。【００４９】
次に、燃料極触媒層用の、担持率５０質量％のカーボン担持ＰｔＲｕ触媒（田中貴金属工業株式会社製「ＴＥＣ６１Ｅ５４」）１．０ｇに、純水１．０ｇ、イオン伝導性ポリマー分散液２０．０ｇを添加し、燃料極触媒層形成用のペーストを調製した。片面にカソード触媒層形成用ペーストを塗布し乾燥させた上記のアニオン電解質膜の空気極触媒層形成用ペーストを塗布した面とは反対側の表面に、上記の燃料極触媒層形成用ペーストを、金属ＰｔＲｕ量が１．５ｍｇ／ｃｍ２となるようにスプレー塗布し、乾燥させた。【００５０】
その後、両面を空気極触媒および燃料極触媒でそれぞれ塗布された上記アニオン電解質膜を、８０℃、５ＭＰａの圧力で２分間ホットプレスし、アニオン電解質膜の片面に燃料極触媒層を有し、他面に空気極触媒層を有する電極面積９ｃｍ２の膜電極接合体を得た。【００５１】
実施例１の燃料電池用燃料としては、１．０ｍｏｌ／ｌのメタノールに０．５ｍｏｌ／ｌのｐ‐アミノフェノールを添加したものを用いた。
（実施例１の出力測定）
上述で得たアルカリ形燃料電池の出力性能評価は以下の手順で行った。アノード極に、１０ｍｌ／ｍｉｎの流速で燃料を供給した。また、カソード極には、純酸素を１００ｍｌ／ｍｉｎの流速で供給した。アルカリ形燃料電池のセル温度６０℃で、電流密度０〜２５０ｍＡ／ｃｍ２の範囲で、出力の測定を行い、この電流密度範囲での最大出力密度を耐久試験前出力性能とした。【００５２】
次に、アルカリ型燃料電池のセル温度６０℃で、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２で１００時間保持を行った後、出力の測定を行い、この値を耐久試験後出力性能とした。実施例１の燃料の組成及び電池出力の評価結果を表１に示す。なお、出力性能は後述する比較例１の値を１．０として規格化している。また、次式で定義する活性維持率（％）を算出し、その値を表１に併記する。
活性維持率（％）＝（耐久試験前の出力／耐久試験後の出力）×１００          （式１）
（実施例２のアルカリ形燃料電池の作製）
アルカリ形燃料電池用燃料として、１．０ｍｏｌ／ｌのメタノールに１．０ｍｏｌ／ｌのｐ‐アミノフェノールを添加したものを用いた以外は、実施例１と同様にしてアルカリ形燃料電池を作製し、出力性能を測定した。評価結果を表１に併記する。
（実施例３のアルカリ形燃料電池の作製）
アルカリ形燃料電池用燃料として、１．０ｍｏｌ／ｌのメタノールに２．０ｍｏｌ／ｌのｐ‐アミノフェノールを添加したものを用いた以外は、実施例１と同様にしてアルカリ形燃料電池を作製し、出力性能を測定した。評価結果を表１に併記する。
（比較例１のアルカリ形燃料電池の作製）
アルカリ形燃料電池用燃料として、１．０ｍｏｌ／ｌのメタノールを用いた以外は、実施例１と同様にしてアルカリ形燃料電池を作製し、出力性能を測定した。評価結果を表１に併記する。
（比較例２のアルカリ形燃料電池の作製）
アルカリ形燃料電池用燃料として、１．０ｍｏｌ／ｌのメタノールに１．０ｍｏｌ／ｌのｐ‐アミノフェノールを添加したものを用いた以外は、実施例１と同様にしてアルカリ形燃料電池を作製し、出力性能を測定した。評価結果を表１に併記する。【００５３】
【表１】
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【００５４】
表１に示したように、本発明に係るアルカリ形燃料電池用燃料組成物を用いた実施例１〜３の電池では、メタノールのみで構成される燃料を用いた比較例１と比べて耐久試験前出力及び化性維持率が高くなった。【００５５】
比較例２の電池は、実施例１よりも高い活性維持率を示したが、添加剤として水酸化カリウムを使用しているため、燃料のｐＨが高くなり、安全上好ましくない。【００５６】
以上示したように、本発明に係るアルカリ形燃料電池は、ＣＯ２による電極の被毒を抑制し、燃料電池の出力性能および耐久性を従来よりも向上させることが示された。また、電極の被毒を抑制するために燃料電池に特別な設備を設ける必要がなく、コストを低減させることができるアルカリ形燃料電池用燃料及び該燃料を用いたアルカリ形燃料を提供することができることが示された。
【符号の説明】
【００５７】
１…アノード極、２…カソード極、３…アニオン型電解質膜、４…燃料、５…酸素、２１…筐体、２２…着脱機構、２０１…カートリッジ、２３…バルブ、２４…燃料貯蔵部、２５…燃料電池。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【国際調査報告】
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