(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード極、電解質膜およびカソード極をこの順で有する単位電池と、
前記アノード極側が開放された空間からなり、前記アノード極側に配置される、液体燃料を収容するかまたは流通させるための液体燃料収容部と、
前記単位電池と前記液体燃料収容部との間に配置される第１の保湿層と、
前記液体燃料収容部の開口を覆うように前記液体燃料収容部上に配置される、前記液体燃料の気化成分を透過可能な気液分離層と、
前記気液分離層と前記第１の保湿層との間に形成された空間からなる気化燃料収容部と、
前記気化燃料収容部の周縁に配置され、前記気化燃料収容部と燃料電池外部とを連通する連通経路と、
前記単位電池および前記液体燃料収容部の側方に配置され、前記液体燃料収容部と流路により接続されている燃料貯蔵部と、
を備える燃料電池。
【請求項２】
前記カソード極上に配置される第２の保湿層をさらに備える請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記単位電池は、前記アノード極上に積層されるアノード集電層と、前記カソード極上に積層されるカソード集電層とをさらに含む請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１の保湿層は、前記アノード集電層と接するように前記アノード集電層上に配置される請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第２の保湿層は、前記カソード集電層と接するように前記カソード集電層上に配置される請求項３または４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記気液分離層は、前記液体燃料収容部の開口を覆うように前記液体燃料収容部上に配置され、測定媒体をメタノールとしたときのバブルポイントが３０ｋＰａ以上である第１層と、前記第１層における単位電池側表面に積層され、前記液体燃料の気化成分を透過可能な第２層とから構成される２層構造を有する請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７】
ダイレクトアルコール型燃料電池である請求項１〜６のいずれかの記載の燃料電池。
【請求項８】
前記液体燃料は、純メタノールまたはメタノール水溶液である請求項７に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、情報化社会を支える携帯用電子機器の新規電源として実用化の期待が高まっている。燃料電池は、使用する電解質材料や燃料の分類から、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型、ダイレクトアルコール型等に分類される。特に、電解質材料に固体高分子であるイオン交換膜を用いる固体高分子型燃料電池およびダイレクトアルコール型燃料電池は、常温で高い発電効率が得られることから、携帯用電子機器への応用を目的とした小型燃料電池としての実用化が検討されている。
【０００３】
燃料としてアルコールまたはアルコール水溶液を使用するダイレクトアルコール型燃料電池は、燃料がガスである場合と比較して、燃料貯蔵室を比較的簡易に設計できるなどの理由から、燃料電池の構造の簡略化、省スペース化が可能であり、携帯用電子機器への応用を目的とした小型燃料電池としての期待が特に高い。
【０００４】
電解質膜としてカチオン交換膜（プロトン伝導膜）を使用するダイレクトアルコール型燃料電池においては、アノード極に燃料（アルコールまたはアルコール水溶液）を供給すると、燃料が酸化されて、二酸化炭素等のガスおよびプロトンが生じる。たとえば、アルコールとしてメタノールを用いた場合では、
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2↑＋６Ｈ+＋６ｅ-        （１）
の酸化反応により、副生ガスとして二酸化炭素がアノード極側で発生する。
【０００５】
アノード極側で発生したプロトンは、電解質膜を介してカソード極側に伝達される。そして、当該プロトンと、カソード極に供給される酸化剤（たとえば空気）とが、
３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  →  ３Ｈ2Ｏ        （２）
の還元反応を起こし、水が生成する。このときに電子が外部の電子機器（負荷）を通過してアノード極からカソード極に移動し、電力が取り出される。
【０００６】
ダイレクトアルコール型燃料電池のような、液状の燃料（以下、液体燃料と称する。）を使用する燃料電池には、液体燃料をそのままアノード極に供給する液体供給方式と、液体燃料の気化成分をアノード極に供給する気化供給方式とがある。たとえば特許文献１には、液体燃料収容室とアノード極との間に、気化した燃料（以下、気化燃料と称する。）を透過させる気液分離膜を配し、気液分離膜とアノード極との間に気化燃料供給室を形成した気化供給方式の燃料電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００８／０２３６３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
携帯用電子機器などへの応用を目的とした小型燃料電池の実現のために、燃料電池にはさらなる発電特性の向上が求められている。そこで本発明の目的は、ダイレクトアルコール型燃料電池などのような、発電に伴いカソード極にて水が生じる燃料電池において、発電特性が向上された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】
【０００９】
本発明者らは、鋭意研究の結果、アノード極上に保湿層を配置することにより、カソード極で発生し〔上記式（２）参照〕、電解質膜を介してアノード極に戻された水を単位電池外に蒸散させることなくアノード極内に良好に保持することができ、これにより当該水がアノード極での反応〔上記式（１）参照〕に有効に利用される結果、高い発電特性が安定して得られることを見出した。
【００１０】
すなわち本発明は、アノード極、電解質膜およびカソード極をこの順で有する単位電池と、アノード極側が開放された空間からなり、アノード極側に配置される、液体燃料を収容するかまたは流通させるための液体燃料収容部と、単位電池と液体燃料収容部との間に配置される第１の保湿層とを備える燃料電池を提供する。
【００１１】
本発明の燃料電池は、カソード極上に配置される第２の保湿層をさらに備えることが好ましい。
【００１２】
単位電池は、アノード極上に積層されるアノード集電層と、カソード極上に積層されるカソード集電層とをさらに含むことができる。この場合、第１の保湿層は、アノード集電層と接するようにアノード集電層上に配置されることが好ましい。また、第２の保湿層も同様に、カソード集電層と接するようにカソード集電層上に配置されることが好ましい。
【００１３】
本発明の燃料電池は、液体燃料収容部の開口を覆うように液体燃料収容部上に配置される、液体燃料の気化成分を透過可能な気液分離層と、気液分離層と第１の保湿層との間に形成された空間からなる気化燃料収容部とをさらに備えることができる。気液分離層は、液体燃料収容部の開口を覆うように液体燃料収容部上に配置され、測定媒体をメタノールとしたときのバブルポイントが３０ｋＰａ以上である第１層と、第１層における単位電池側表面に積層され、液体燃料の気化成分を透過可能な第２層とから構成される２層構造を有することが好ましい。
【００１４】
本発明の燃料電池は、好適にはダイレクトアルコール型燃料電池である。液体燃料としては、純メタノールまたはメタノール水溶液を好ましく用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、アノード極側に第１の保湿層を設けたことにより、カソード極で発生し、電解質膜を介してアノード極に戻された水を、アノード極側から単位電池外に蒸散させることなくアノード極での反応に有効利用できるため、高い発電特性を安定して発揮する燃料電池を提供することができる。本発明の燃料電池は、携帯電子機器への応用を目的とした小型燃料電池、とりわけ携帯電子機器搭載型の小型燃料電池として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の燃料電池の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１に示される燃料電池の概略上面図である。
【図３】図１に示されるＩＩＩ−ＩＩＩ線における概略断面図である。
【図４】図１に示されるＩＶ−ＩＶ線における概略断面図である。
【図５】図１に示されるＶ−Ｖ線における概略断面図である。
【図６】図１に示される燃料電池で用いられている気化燃料板を示す概略上面図および概略断面図である。
【図７】気化燃料板の他の例を示す概略上面図および概略断面図である。
【図８】本発明の燃料電池の他の一例を示す概略断面図である。
【図９】図８に示される燃料電池が備える第３層を示す概略上面図である。
【図１０】液体燃料収容部の他の一例を示す概略断面図である。
【図１１】液体燃料収容部の他の一例を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の燃料電池の他の一例を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の燃料電池の他の一例を示す概略断面図である。
【図１４】実施例１で用いた箱筐体を示す概略上面図である。
【図１５】実施例１および比較例１で作製した燃料電池のＩ−Ｖ測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の燃料電池を実施の形態を示して詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は本実施形態の燃料電池を示す概略断面図であり、図２は当該燃料電池の概略上面図である。また、図１に示されるＩＩＩ−ＩＩＩ線、ＩＶ−ＩＶ線およびＶ−Ｖ線における断面図をそれぞれ図３〜図５に示している。これらの図面に示される本実施形態の燃料電池１００は、アノード極１１、電解質膜１０およびカソード極１２をこの順で含む膜電極複合体２０と、アノード極１１上に積層され、これに電気的に接続されたアノード集電層２１と、カソード極１２上に積層され、これに電気的に接続されたカソード集電層２２とを備える単位電池３０；アノード極１１の下方に配置され、アノード極１１側が開放された空間からなる液体燃料収容部６０；単位電池３０と液体燃料収容部６０との間であって、アノード集電層２１に接するようにアノード集電層２１上に積層される第１の保湿層１；カソード集電層２２に接するようにカソード集電層２２上に積層される第２の保湿層２；液体燃料収容部６０の開口（アノード極側への開放面）を覆うように液体燃料収容部６０上に配置される気液分離層７；気液分離層７と第１の保湿層１との間に形成される空間からなる気化燃料収容部３ａ；および、液体燃料（図示せず）を貯蔵するための燃料貯蔵部７０から基本的に構成されている。
【００１８】
本実施形態の燃料電池１００において気化燃料収容部３ａは、第１の保湿層１と気液分離層７との間に、気化燃料板３を介在させることにより形成されている。気化燃料板３は、厚み方向に貫通する貫通口である気化燃料収容部３ａ、および、気化燃料収容部３ａと気化燃料板３外部とを連通する連通経路３ｂを有している。
【００１９】
気化分離層７は、液体燃料収容部６０の開口を覆うように液体燃料収容部６０上に配置される第１層５と、第１層５における単位電池３０側表面に積層され、液体燃料の気化成分を透過可能な第２層４との２層構造を有する。
【００２０】
液体燃料を流通させるための液体燃料収容部６０は、これを形成する凹部（溝）を有する箱筺体４０と、液体燃料収容部６０の開口を覆うように積層される気液分離層７とによって構成されている。箱筺体４０は、液体燃料収容部６０を構成する部位とともに、燃料貯蔵部７０の底壁および側壁を構成する部位を一体として有している。液体燃料収容部６０と燃料貯蔵部７０とは流路により接続されている。
【００２１】
本実施形態の燃料電池１００は、箱筺体４０とともに、第２の保湿層２上に積層され、複数の開口５１を有する蓋筺体５０を備えている。蓋筺体５０は、第２の保湿層２上に積層される部位とともに、燃料貯蔵部７０の上壁（天井壁）を構成する部位を一体として有しており、箱筺体４０、蓋筺体５０および、単位電池３０などの側面によって燃料貯蔵部７０が形成されている。図１に示されるように、単位電池３０などの燃料貯蔵部側端面には、燃料貯蔵部７０内に貯蔵された液体燃料が侵入しないよう、エポキシ系硬化性樹脂組成物の硬化物層などからなる封止層８０が形成されている。本実施形態の燃料電池１００において、燃料貯蔵部７０は、単位電池３０およびその下方に配置された液体燃料収容部６０の側方に配置されている。
【００２２】
箱筺体４０は、気化燃料板３の連通経路３ｂに接続された第１の開孔６３を備えている。また、燃料貯蔵部７０は、その内部空間と燃料電池１００外部とを連通する第２の開孔７１を備えている。この第２の開孔７１は、蓋筺体５０に設けられた貫通孔である。
【００２３】
本実施形態の燃料電池１００は、次のような動作により発電を行なう。流路を通って燃料貯蔵部７０から液体燃料収容部６０内に流通し、気液分離層７を濡らした液体燃料は、気液分離層７により気液分離され、液体燃料の気化成分（気化燃料）のみが気化燃料収容部３ａ側へ透過する。当該気化燃料は、第１の保湿層１、ついでアノード集電層２１の開口を通ってアノード極１１に供給される。そして、液体燃料としてメタノール水溶液を例に挙げると、アノード極１１に供給されたガス状態のメタノール水溶液は、
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2↑＋６Ｈ+＋６ｅ-
の式で表される酸化反応を起こし消費される。気化燃料は、燃料電池１００の発電電流量に応じて消費されていくこととなるが、これを補うように、気液分離層７から液体燃料が随時蒸発を続けるため、アノード極１１近傍における気化燃料の蒸気圧は略一定に保たれる。
【００２４】
一方、カソード極１２においては、蓋筺体５０の開口５１、第２の保湿層２、ついでカソード集電層２２の開口を通って到達した酸化剤（たとえば空気）と、電解質膜１０を介してアノード極１１からカソード極１２に伝達されたプロトンとが、
３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  →  ３Ｈ2Ｏ
の式で表される還元反応を起こす。以上の酸化還元反応により、電子が、アノード極１１→アノード集電層２１→外部の電子機器（負荷）→カソード集電層２２→カソード極１２のルートで移動し、外部の電子機器に対して電力供給がなされる。
【００２５】
液体燃料収容部６０と単位電池３０との間に配置される、気液分離層７および気化燃料板３は、アノード極１１への燃料供給を均一に、かつ適切量に制御された状態で行なうことを可能にする。すなわち、気液分離層７内および気化燃料板３の気化燃料収容部３ａを通過することにより、燃料は、その量または濃度が適切な範囲に調整されるとともに、その量または濃度の均一化が促進される。これにより、燃料のクロスオーバーを効果的に抑制でき、発電部に温度ムラが生じにくく、安定した発電状態を維持することができる。
【００２６】
次に、燃料電池１００を構成する各部材等について詳細に説明する。
〔第１の保湿層〕
第１の保湿層１は、単位電池３０と液体燃料収容部６０（本実施形態のように、気化燃料収容部３ａが設けられる場合には、気化燃料収容部３ａ）との間に配置される、アノード極１１内の水分が、アノード極１１側から単位電池３０外に（たとえば気化燃料収容部３ａに）蒸散することを防止し、アノード極１１内に保持させるための層である。第１の保湿層１を備える本実施形態の燃料電池１００によれば、カソード極１２で発生し、電解質膜１０を介してアノード極１１に到達した水を単位電池３０外に蒸散させることなくアノード極１１内に良好に保持することができる。これにより当該水がアノード極１１での反応に有効に利用されるため、アノード極１１での反応効率が向上し、高い発電特性を安定して発揮することができる。とりわけ、カソード極１２側にも第２の保湿層２を設けることにより、当該効果をより効果的に得ることができる。
【００２７】
また、アノード極１１での反応効率が向上することに伴って、高濃度の燃料（高濃度とは、たとえば燃料としてメタノール水溶液を用いる場合、メタノール濃度が高いことを意味する。）を使用しても燃料のクロスオーバーが生じ難いという利点も有する。高濃度燃料が使用可能になることにより、液体燃料収容部６０および燃料貯蔵部７０の容量の低減、ひいては燃料電池のさらなる小型化が可能になる。
【００２８】
さらに、第１の保湿層１および後述する第２の保湿層２の設置は、電解質膜１０の乾燥、ならびにこれに伴うセル抵抗の増大および発電特性の低下を防止するうえでも極めて有効である。
【００２９】
第１の保湿層１は、気化燃料などを透過できるよう気体透過性であり、水に対して不溶性であって、かつ保湿性（水を蒸散させない性質）を有する材料から構成される。具体的には、第１の保湿層１は、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂；アクリル系樹脂；ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂；ポリエチレンテレフタラート等のポリエステル系樹脂；ポリウレタン系樹脂；ポリアミド系樹脂；ポリアセタール系樹脂；ポリカーボネート系樹脂；ポリ塩化ビニル等の塩素系樹脂；ポリエーテル系樹脂；ポリフェニレン系樹脂；撥水化処理されたシリコーン樹脂などからなる多孔性膜（多孔質層）であることができる。第１の保湿層１は、上記高分子からなる発泡体、繊維束、織繊維、不織繊維、あるいはこれらの組み合わせなどであることができる。
【００３０】
第１の保湿層１は、気化燃料および触媒層で生成する副生ガス（ＣＯ2ガス等）などを透過できるような気体透過性であり、かつ保湿性（水を蒸散させない性質）を有していることが望まれることから、第１の保湿層１の気孔率は、５０％以上９０％以下であることが好ましく、６０％以上８０％以下であることがより好ましい。第１の保湿層１の気孔率が９０％を超える場合、カソード極１２で発生し、電解質膜１０を介してアノード極１１に到達した水を単位電池３０内に保持することが困難になるため、高い発電特性を安定して発揮することができないことがある。一方、第１の保湿層１の気孔率が５０％未満である場合、気化燃料および触媒層で生成する副生ガス（ＣＯ2ガス等）などの拡散が阻害され、アノード極１１における発電特性が低下しやすい。保湿層の気孔率は、保湿層の容積と重量を測定し、保湿層の比重を求め、これと素材の比重より、下記式：
気孔率（％）＝〔１−（保湿層の比重／素材比重）〕×１００
により算出することができる。
【００３１】
第１の保湿層１の厚みは特に制限されないが、上記機能を十分に発現させるために、２０μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上であることがより好ましい。また、燃料電池の薄型化の観点からは、第１の保湿層１の厚みは、５００μｍ以下であることが好ましく、３００μｍ以下であることがより好ましい。
【００３２】
第１の保湿層１は、それ自身が高い吸水性を有して、一旦吸収した液状の水を取り込んで外部に放出しないような性質を有しないことが望まれることから、撥水性を有することが好ましい。このような観点から、第１の保湿層１は、上記の中でも、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂；撥水化処理されたシリコーン樹脂などからなる多孔性膜（多孔質層）であることが好ましい。具体的には、ポリテトラフルオロエチレンからなる多孔質フィルムである日東電工（株）製テミッシュ〔ＴＥＭＩＳＨ（登録商標）〕の「ＮＴＦ２０２６Ａ−Ｎ０６」や「ＮＴＦ２１２２Ａ−Ｓ０６」が例示できる。
【００３３】
第１の保湿層１は、アノード極１１上にアノード集電層２１を配置し、このアノード集電層２１に接するようにアノード集電層２１上に積層されることが好ましい。これにより、アノード極１１内の水分が単位電池３０外に蒸散されることをより効果的に防止することができる。
【００３４】
〔第２の保湿層〕
第２の保湿層２は、カソード極１２上、好ましくはカソード集電層２２上に配置される、カソード極１２で発生した水が、カソード極１２側から単位電池３０外に蒸散することを防止するための層である。第２の保湿層２を設けることにより、カソード極１２で生じた水を単位電池３０外部に蒸散させることなく、効率的に電解質膜１０を介してアノード極１１に戻すことができるため、アノード極１１での反応への当該水の有効利用をさらに促進できる。したがって、第１の保湿層１と第２の保湿層２とを併用することは、発電特性の向上により有利である。
【００３５】
第２の保湿層２は、第１の保湿層１と同様、燃料電池外部からの酸化剤（空気など）を透過できるよう気体透過性であり、水に対して不溶性であって、かつ保湿性（水を蒸散させない性質）を有し、好ましくはさらに撥水性を有する材料から構成される。第２の保湿層２の具体例も第１の保湿層１と同様である。
【００３６】
第２の保湿層２は、燃料電池外部からの酸化剤（空気など）を透過できるよう気体透過性であり、かつ保湿性（水を蒸散させない性質）を有していることが望まれることから、第２の保湿層２の気孔率は、３０％以上９０％以下であることが好ましく、５０％以上８０％以下であることがより好ましい。第２の保湿層２の気孔率が９０％を超える場合、カソード極１２で発生した水を単位電池３０内に保持することが困難になるため、高い発電特性を安定して発揮することができないことがある。一方、第２の保湿層２の気孔率が３０％未満である場合、燃料電池外部からの酸化剤（空気など）の拡散が阻害され、カソード極１２における発電特性が低下しやすい。
【００３７】
第２の保湿層２の厚みは特に制限されないが、上記機能を十分に発現させるために、２０μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上であることがより好ましい。また、燃料電池の薄型化の観点からは、第２の保湿層２の厚みは、５００μｍ以下であることが好ましく、３００μｍ以下であることがより好ましい。
【００３８】
〔電解質膜〕
膜電極複合体２０を構成する電解質膜１０は、アノード極１１からカソード極１２へプロトンを伝達する機能と、アノード極１１とカソード極１２との電気的絶縁性を保ち、短絡を防止する機能を有する。電解質膜の材質は、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、高分子膜、無機膜またはコンポジット膜を用いることができる。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である、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成社製）、フレミオン（登録商標、旭硝子社製）などが挙げられる。また、スチレン系グラフト重合体、トリフルオロスチレン誘導体共重合体、スルホン化ポリアリーレンエーテル、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリイミド、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、スルホン化ポリフォスファゼンなどの炭化水素系電解質膜などを用いることもできる。
【００３９】
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などからなる膜が挙げられる。コンポジット膜としては、タングステン酸、硫酸水素セシウム、ポリタングストリン酸等の無機物とポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、パーフルオロスルホン酸等の有機物とのコンポジット膜などが挙げられる。
【００４０】
電解質膜１０の厚みはたとえば１〜２００μｍである。また、電解質膜１０のＥＷ値（プロトン官能基１モルあたりの乾燥重量）は、８００〜１１００程度であることが好ましい。ＥＷ値が小さいほど、プロトン移動に伴う電解質膜の抵抗が小さくなり高い出力を得ることができる。
【００４１】
〔アノード極およびカソード極〕
電解質膜１０の一方の表面に積層されるアノード極１１および他方の表面に積層されるカソード極１２にはそれぞれ、少なくとも触媒と電解質とを含有する多孔質層からなる触媒層が設けられる。アノード極１１において触媒（アノード触媒）は、燃料からプロトンと電子とを生成する反応を触媒し、電解質は、生成したプロトンを電解質膜１０へ伝導する機能を有する。カソード極１２において触媒は、電解質を伝導してきたプロトンと酸化剤（空気など）から水を生成する反応を触媒する。
【００４２】
アノード極１１およびカソード極１２の触媒は、カーボンやチタン等の導電体の表面に担持されたものでもよく、なかでも、水酸基やカルボキシル基等の親水性官能基を有するカーボンやチタン等の導電体の表面に担持されていることが好ましい。これにより、アノード極１１およびカソード極１２の保水性を向上させることができる。
【００４３】
アノード極１１およびカソード極１２の電解質は、電解質膜１０のＥＷ値よりも小さなＥＷ値を有する材料からなることが好ましく、具体的には、電解質膜１０と同質材料であるが、ＥＷ値が４００〜８００である電解質材料が好ましい。このような電解質材料を用いることによっても、アノード極１１およびカソード極１２の保水性を向上させることができる。
【００４４】
アノード極１１およびカソード極１２の保水性の向上により、プロトン移動に伴う電解質膜１０の抵抗や、アノード極１１およびカソード極１２における電位分布を改善することができる。また、ＥＷ値の低い電解質は同時に燃料の透過性も高いことから、ＥＷ値の低い電解質を用いることにより、アノード極１１の触媒層に均一に気化燃料を供給することができる。
【００４５】
アノード極１１およびカソード極１２はそれぞれ、触媒層上に積層されるアノード導電性多孔質層（アノードガス拡散層）、カソード導電性多孔質層（カソードガス拡散層）を備えていてもよい。これらの導電性多孔質層は、アノード極１１、カソード極１２に供給されるガス（気化燃料または酸化剤）を面内において拡散させる機能を有するとともに、触媒層と電子の授受を行なう機能を有する。アノード導電性多孔質層およびカソード導電性多孔質層としては、比抵抗が小さく、電圧の低下が抑制されることから、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、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の遷移金属；これらの金属の窒化物または炭化物等；ならびに、ステンレスに代表されるこれらの金属を含有する合金などからなる多孔質材料を用いることが好ましい。Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の、酸性雰囲気下で耐腐食性に乏しい金属を用いる場合には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの耐腐食性を有する貴金属、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化物等により表面処理（皮膜形成）を行なってもよい。より具体的には、アノード導電性多孔質層およびカソード導電性多孔質層として、たとえば、上記貴金属、遷移金属または合金からなる発泡金属、金属織物および金属焼結体；ならびにカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボン粒子を含有するエポキシ樹脂膜などを好適に用いることができる。
【００４６】
〔アノード集電層およびカソード集電層〕
アノード集電層２１、カソード集電層２２はそれぞれ、アノード極１１上、カソード極１２上に積層され、膜電極複合体２０とともに単位電池３０を構成する。アノード集電層２１およびカソード集電層２２はそれぞれ、アノード極１１、カソード極１２における電子を集電する機能と、電気的配線を行なう機能とを有する。集電層の材質は、比抵抗が小さく、面方向に電流を取り出しても電圧の低下が抑制されることから、金属であることが好ましく、なかでも、電子伝導性を有し、酸性雰囲気下で耐腐食性を有する金属であることがより好ましい。このような金属としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属；Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の遷移金属；およびこれらの金属の窒化物または炭化物等；ならびに、ステンレスに代表されるこれらの金属を含有する合金などが挙げられる。Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の、酸性雰囲気下で耐腐食性に乏しい金属を用いる場合には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの耐腐食性を有する貴金属、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化物等により表面処理（皮膜形成）を行なってもよい。なお、アノード導電性多孔質層およびカソード導電性多孔質層が、たとえば金属等からなり、導電性が比較的高い場合には、アノード集電層およびカソード集電層は省略されてもよい。
【００４７】
より具体的には、アノード集電層２１は、気化燃料をアノード極１１へ誘導するための厚み方向に貫通する貫通孔（開口）を複数備える、上記金属材料などからなるメッシュ形状またはパンチングメタル形状を有する平板であることができる。この貫通孔は、アノード極１１の触媒層で生成する副生ガス（ＣＯ2ガス等）を気化燃料収容部３ａ側へ誘導するための経路としても機能する。同様に、カソード集電層２２は、酸化剤（たとえば燃料電池外部の空気）をカソード極１２の触媒層に供給するための厚み方向に貫通する貫通孔（開口）を複数備える、上記金属材料などからなるメッシュ形状またはパンチングメタル形状を有する平板であることができる。
【００４８】
〔気化燃料板〕
図６（ａ）は図１に示される燃料電池１００で用いられている気化燃料板３を示す概略上面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示されるＢ−Ｂ’線における概略断面図である。気化燃料板３は、第１の保湿層１と気液分離層７との間に気化燃料を収容するための空間（すなわち、気化燃料収容部３ａ）を形成するための部材である。気化燃料板３は、第１の保湿層１に接するように第１の保湿層１上に配置されている。気化燃料板３は、厚み方向に貫通する貫通口である気化燃料収容部３ａ、および、気化燃料収容部３ａと気化燃料板３外部とを連通する連通経路３ｂを有する。連通経路３ｂは、アノード極１１で生成した副生ガス（ＣＯ2ガス等）を燃料電池外部に排出させるための経路である。
【００４９】
図６に示される気化燃料板３において連通経路３ｂは、気化燃料板３の周縁部に設けられ、気化燃料収容部３ａから該周縁部の端面まで延びる溝（凹部）からなる。この周縁部は、４つの周縁部のうち、燃料貯蔵部７０から最も離れた周縁部である（図１参照）。ただし、連通経路の位置はこの位置に限定されるものではなく、他の周縁部に形成してもよい。
【００５０】
液体燃料供給部６０上に気液分離層７を介して気化燃料収容部３ａを設けることにより、アノード極１１に供給される気化燃料濃度のアノード極面内における均一化および気化燃料量の最適化が促進される。ここで本実施形態においては、アノード集電層２１と気化燃料収容部３ａとの間に第１の保湿層１を介在させているため、気化燃料収容部３ａのような空間をアノード極１１上に設けても、アノード極１１内の水分が気化燃料収容部３ａへ蒸散されてしまうことがない。
【００５１】
気化燃料収容部３ａを設けることは以下の点でも有利である。
（ｉ）気化燃料収容部３ａ内に存在する空気層により、単位電池の発電部（膜電極複合体）と液体燃料収容部６０との間の断熱を図ることができる。これにより、液体燃料収容部６０の温度が過度に上昇することによるクロスオーバーを抑制できる。このことは、電池内部温度の暴走および内圧上昇の抑制に寄与する。
【００５２】
（ｉｉ）アノード極１１で生成したＣＯ2ガス等の副生ガスは、発電により生じた熱を伴って気化燃料収容部３ａ内に到達し、続いて連通経路３ｂ（図１に示される実施形態ではさらに第１の開孔６３）を通って、燃料電池外部に排出される。これにより、燃料電池内部に蓄積される熱量を大幅に低減することができるため、液体燃料収容部６０を含めて燃料電池全体としての温度上昇を抑制することができる。このこともまた、電池内部温度の暴走および内圧上昇の抑制に寄与する。特に、気化燃料板３に連通経路３ｂ（副生ガスの排出口）を設けていることにより、液体燃料収容部６０への熱の伝達が起こりにくく、したがって液体燃料収容部６０の過度の温度上昇ならびに、これに伴うクロスオーバーおよび温度暴走がより生じにくい。
【００５３】
（ｉｉｉ）連通経路３ｂより副生ガスを良好に排出することができるため、副生ガスの排出不良による燃料供給阻害を抑制することができ、アノード極１１への燃料供給を良好に行なうことができる。これにより、安定した発電特性を得ることができる。また、連通経路３ｂより副生ガスを良好に排出することができるため、副生ガスの液体燃料収容部６０内への侵入を抑制することができる。これにより、アノード極１１に対して、十分な量の気化燃料を安定して供給することができるようになるため、燃料電池の出力安定性を向上させることができる。
【００５４】
気化燃料板３の厚みは、たとえば、１００〜１０００μｍ程度とすることができ、１００〜３００μｍ程度まで薄くした場合であっても、上記のような効果を十分に得ることができる。
【００５５】
気化燃料板３が有する貫通口（気化燃料収容部３ａ）は、発電部と液体燃料収容部６０との間の断熱性の観点から、図６に示されるように、気化燃料板３の面積に対する開口率をできるだけ大きくすることが好ましく、したがって気化燃料板３はできるだけ大きな貫通口を有する枠形状（ロの字状）を有することが好ましい。
【００５６】
貫通口の開口率、すなわち、気化燃料板３の面積に対する貫通口の開口面積（後述するように、気化燃料板３は２以上の貫通口を有していてもよく、その場合にはそれらの開口面積の合計）の割合は、好ましくは５０％以上、より好ましくは６０％以上である。貫通口の開口率を大きくすることは、気化燃料収容部３ａの、アノード極１１に供給される燃料濃度を均一化する機能を高める上でも有利であり、アノード極１１への十分な燃料供給を確保する上でも有利である。なお、貫通口の開口率は、通常、９０％以下である。
【００５７】
連通経路３ｂは、気化燃料板３の周縁部に設けられる溝（凹部）に限定されるものではなく、厚み方向に貫通する貫通穴であってもよいが、強度の観点から、溝（凹部）からなることが好ましい。連通経路３ｂが溝（凹部）からなる場合において、連通経路３ｂの深さは、好ましくは５０μｍ以上である。５０μｍ以上の深さにすることで、隣接する部材と気化燃料板３との接合を、熱圧着シートを用いたホットプレス（熱圧着）によって行なう場合であっても、熱圧着シートによる連通経路３ｂの閉塞を防止することができる。また、気化燃料板３の強度の観点から、連通経路３ｂの深さは気化燃料板３の厚みの７５％程度までとすることが好ましい。
【００５８】
図７（ａ）は気化燃料板の他の例を示す概略上面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示されるＣ−Ｃ’線における概略断面図である。図７に示されるように、気化燃料板は２以上の貫通口を有していてもよい。図７の例において気化燃料板３’は、縦横２列に配列された合計４つの貫通口３ａ’を有する。これは、大きな貫通口の縦方向および横方向に梁を設け、４つに分割したものということもできる。このような複数の貫通口を有する（梁を設けた）気化燃料板は、気化燃料板の面内方向の剛性が向上されるため、衝撃等に対する強度に優れる燃料電池が得られる点において有利である。また、図６に示されるような梁を設けない構造と比較して、気化燃料板の上下に配置される部材の熱などに起因する膨張等による貫通口の閉塞がより生じにくい点においても有利である。
【００５９】
気化燃料板が２以上の貫通口を有する場合、気化燃料板周縁部に設けられる連通経路は、貫通口ごとに、貫通口の数と同じ数だけ設けてもよいし、貫通口の数より少ない、もしくは多い数の連通経路を設けることもできる。図７の例においては、４つの貫通口３ａ’に対して２つの連通経路３ｂ’が、燃料貯蔵部７０から最も離れた周縁部のみに設けられている。このように、貫通口ごとに連通経路を設けなくてもよいが、その場合には、図７に示されるように、連通経路３ｂ’が設けられていない貫通口（図７（ａ）における下２つの貫通口３ａ’）は、接続経路３ｃ’によって、連通経路３ｂ’が設けられた貫通口（図７（ｂ）における上２つの貫通口３ａ’）に空間的に接続される。接続経路３ｃ’は、連通経路３ｂ’と同様、貫通口間の梁に設けられた溝（凹部）であることができる（図７（ｂ）参照）。接続経路３ｃ’を設けることにより、連通経路３ｂ’が設けられていない貫通口内に入った副生ガスを、連通経路３ｂ’を通して外部に排出することができる。
【００６０】
気化燃料板の貫通口（気化燃料収容部）に到達した副生ガスの外部への排出効率を向上させるために、あるいは、気化燃料板の、アノード極１１に供給される燃料の濃度を均一化する機能を高めるために、連通経路３ｂ’が設けられた貫通口同士および／または連通経路３ｂ’が設けられていない貫通口同士を空間的に接続する接続経路３ｄ’を設けることも好ましい（図７（ａ）参照）。
【００６１】
複数の貫通口の形状（幅および長さなど）、配列数など（換言すれば、縦横に設ける梁の数や配置間隔など）は、箱筺体４０における液体燃料収容部６０を形成する凹部の位置や数、複数の凹部を有する場合におけるそれらの配置間隔などを考慮して決定することが好ましい。
【００６２】
連通経路は、４つの周縁部のうち、どの周縁部に設けてもよいが、図１に示される例のように単位電池３０の側方に燃料貯蔵部７０が配置される場合など、アノード極１１面内において燃料供給量に勾配が生じる場合には、燃料利用効率を高める観点から、連通経路の少なくとも１つは、燃料貯蔵部７０から最も離れた周縁部に設けることが好ましく、連通経路のすべてを燃料貯蔵部７０から最も離れた周縁部に設けることがより好ましい。すなわち、このような位置に連通経路を設けると、連通経路から排出される燃料の量を極力少なくすることができる。また、燃料電池が、同一平面上に列状に配列した複数の単位電池を含むスタック構造を有する場合には、副生ガス排出による隣り合う単位電池への空気供給を阻害しないよう、隣り合う単位電池に面しない周縁部に連通経路を設けることが好ましい。たとえば、複数の単位電池を一列に配列して単位電池をスタック化する場合、該スタック構造における、隣り合う単位電池に面しない２つの周縁部のいずれか一方に沿って燃料貯蔵部７０を配置し、他方の周縁部（すなわち、燃料貯蔵部７０から最も離れた周縁部）にすべての連通経路を設けることができる。これにより、単位電池３０への空気供給の阻害を防止できるとともに、連通経路から排出される燃料の量を極力少なくすることができる。
【００６３】
連通経路の断面積（２以上の連通経路を有する場合にはこれらの断面積の合計）Ｓ1と、気化燃料板の側面の合計面積Ｓ0との比Ｓ1／Ｓ0は、副生ガスおよびこれに伴う熱の排出を行なうために０より大きくすることが必要であり、好ましくは０．００２以上である。また、好ましくは０．３未満、より好ましくは０．１未満、さらに好ましくは０．０５未満である。当該比が０．３以上になると、燃料の漏洩や空気の混入が起こりやすくなり、発電の安定性が低下するおそれがある。
【００６４】
連通経路のすべてを燃料貯蔵部７０から最も離れた周縁部に設ける場合など、気化燃料板が有する４つの周縁部のうちのいずれか１つの周縁部にのみ１または２以上の連通経路を設ける場合において、連通経路の断面積（２以上の連通経路を有する場合にはこれらの断面積の合計）Ｓ1と、連通経路が設けられる周縁部における側面の断面積Ｓ2との比Ｓ1／Ｓ2は、上記と同様の理由から、好ましくは０．００８以上である。
【００６５】
気化燃料板の材質は、プラスチック、金属または非多孔質性のカーボン材料などであることができる。プラスチックとしては、たとえば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、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）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などを挙げることができる。金属としては、たとえば、チタン、アルミニウム等のほか、ステンレス、マグネシウム合金等の合金を用いることができる。発電部と液体燃料収容部６０との間の断熱性をより向上させる観点からは、熱伝導性の低い材料を気化燃料板に用いることが好ましいが、気化燃料板による断熱性は、材料の熱伝導性よりも貫通口内に形成される空気層による寄与が大きい。したがって、断熱性の点においては、気化燃料板の材質よりも、空気層の体積（貫通口の開口率および厚み）を考慮することが重要である。
【００６６】
上記のなかでも、気化燃料板は、金属、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）またはポリイミド（ＰＩ）などの剛性が大きい材質からなることが好ましい。剛性が大きい気化燃料板を用いると、ホットプレス（熱圧着）により気化燃料板とこれに隣接する部材との接合が可能になるため、燃料電池の厚みや発電特性のばらつきを低減することができる。また、ホットプレス時において、連通経路の閉塞を有効に防止することができる。
【００６７】
〔気液分離層〕
気化燃料収容部３ａと液体燃料収容部６０との間に介在され、液体燃料収容部６０の開口（アノード極１１側への開放面）を覆うように（すなわち、液体燃料収容部６０を形成する凹部を覆うように）配置される気液分離層７は、図１に示されるように、好ましくは第１層５と、第１層５の単位電池３０側表面に積層される気液分離能を有する第２層４の２層構造である。
【００６８】
（１）第１層
第１層５は、測定媒体をメタノールとしたときのバブルポイントが３０ｋＰａ以上の層であり、このような第１層５を液体燃料収容部６０の開口を覆うように配置することにより、第１層５の細孔内に液体燃料が毛細管力により保持されるため、アノード極１１で発生した副生ガスの液体燃料収容部６０内への侵入を効果的に防止することができる。
【００６９】
また、第１層５の設置は次の点でも有利である。
（ｉ）アノード極１１で発生した副生ガスが液体燃料収容部６０内へ浸入することを防止できることは、副生ガスの燃料電池外部への排出ルートが、気化燃料板の連通経路からの排出ルートに絞られることを意味しており、したがって、連通経路からの副生ガスの排出およびこれに伴う熱の排出を促進させることができるとともに、液体燃料収容部６０への熱の伝達をより効果的に抑制することができる。これにより、液体燃料収容部６０を含めて燃料電池全体としての過度の温度上昇ならびに、これに伴うクロスオーバーおよび温度暴走をより効果的に抑制することが可能になる。
【００７０】
（ｉｉ）副生ガスの液体燃料収容部６０内への侵入は、アノード極１１への気化燃料の供給量を低下させるとともに、気化燃料の安定的な供給を阻害し、燃料電池の出力安定性を低下させる。第１層５を設けると、副生ガスの液体燃料収容部６０内への浸入を防止できることにより、アノード極１１に対して、十分な量の気化燃料を安定して供給することができるようになるため、燃料電池の出力安定性を向上させることができる。また、副生ガスが浸入し液体燃料収容部６０の内圧が上昇することによる構成部材間の界面での剥離や、構成部材の破壊をより効果的に抑制できることから、燃料電池の信頼性をより向上させることができる。
【００７１】
（ｉｉｉ）燃料貯蔵部７０から液体燃料収容部６０内への液体燃料の輸送を、第１層５の毛細管力を利用して行なうことができるため、液体燃料のパッシブ供給が可能となる。これにより、液体燃料を送液するためのポンプ等の補機を省略することができる。また、毛細管力による燃料供給が可能になることにより、燃料供給の方向依存性をなくすことができる（すなわち、燃料電池の使用時における向きに関係なく、発電を行なうことができる。）。
【００７２】
（ｉｖ）高分子材料などの熱伝導性の低い材料を第１層５に用いる場合には、第１層５内に保持された液体燃料は、発電部の急激な温度上昇に対する影響を受けにくくなり、その温度上昇が緩慢となる。その結果、第１層５内に保持された液体燃料を比較的低い温度に安定的に維持できるようになるため、アノード極１１に供給される気化燃料の供給量を安定させることができる。このことは、燃料電池の信頼性向上に寄与する。
【００７３】
（ｖ）第１層面内に均一に液体燃料が広がり保持されるため、アノード極面に対して、均一に気化燃料を供給することができ、発電部に対し燃料の局所的な過剰供給や、燃料不足となることがないため、触媒等の材料劣化が抑えられる。このことは、出力向上および燃料電池の信頼性向上に寄与する。
【００７４】
（ｖｉ）ポンプ等の圧送手段を用いて燃料貯蔵部７０に収容された液体燃料を液体燃料収容部６０に圧送するなどの方法によって液体燃料収容部６０内の圧力を高めることにより、アノード極１１で発生した副生ガスが液体燃料収容部６０内へ浸入することをある程度防止することが可能であるが、第１層５による浸入防止の効果がこれを凌駕するため、液体燃料収容部６０内の内圧を高める必要がない。これにより、内圧上昇による液漏れの危険性を回避することができ、燃料電池の信頼性を向上させることができる。
【００７５】
ここで、バブルポイントとは、液媒体で濡らした層（膜）の裏側から空気圧をかけたときに、層（膜）の表面に気泡の発生が認められる最小圧力である。バブルポイントが高いほど気体の透過性は低い。バブルポイントΔＰは、下記式（３）：
ΔＰ［Ｐａ］＝４γｃｏｓθ／ｄ          （３）
（γは測定媒体の表面張力［Ｎ／ｍ］、θは層（膜）の素材と測定媒体との接触角、ｄは層（膜）が有する最大細孔径である。）
によって定義される。本発明においてバブルポイントは、測定媒体をメタノールとし、ＪＩＳ  Ｋ  ３８３２に準拠して測定される。
【００７６】
副生ガスの液体燃料収容部６０内への侵入を効果的に防止する観点から、第１層５のバブルポイントは、好ましくは５０ｋＰａ以上であり、より好ましくは１００ｋＰａ以上である。第１層５のバブルポイントは、上記（３）から理解されるように、第１層５として用いる材料の細孔径や接触角の調整により制御可能である。
【００７７】
３０ｋＰａ以上のバブルポイントを達成するために、第１層５が有する細孔の最大細孔径は、１μｍ以下であることが好ましく、０．７μｍ以下であることがより好ましい。最大細孔径は、上記バブルポイントを測定することで得られるが、それ以外の手法としては水銀圧入法によって測定することができる。ただし、水銀圧入法では０．００５μｍ〜５００μｍの細孔分布しか測定できないため、この範囲外の細孔は存在しない、もしくは無視できる場合に有効な測定手段である。
【００７８】
第１層５としては、たとえば、高分子材料、金属材料または無機材料などからなる多孔質層や、高分子膜を挙げることができ、具体例を示せば以下のとおりである。
【００７９】
１）次の材料からなる多孔質層。ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂；アクリル系樹脂；ＡＢＳ樹脂；ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂；ポリエチレンテレフタラート等のポリエステル系樹脂；セルロースアセテート、ニトロセルロース、イオン交換セルロース等のセルロース系樹脂；ナイロン；ポリカーボネート系樹脂；ポリ塩化ビニル等の塩素系樹脂；ポリエーテルエーテルケトン；ポリエーテルスルホン；ガラス；セラミックス；ステンレス、チタン、タングステン、ニッケル、アルミニウム、スチール等の金属材料。多孔質層は、これらの材料からなる発泡体、焼結体、不織布または繊維（ガラス繊維等）などであることができる。
【００８０】
２）次の材料からなる高分子膜。パーフルオロスルホン酸系重合体；スチレン系グラフト重合体、トリフルオロスチレン誘導体共重合体、スルホン化ポリアリーレンエーテル、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリイミド、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、スルホン化ポリフォスファゼンなどの炭化水素系重合体などの電解質膜材料として用いることができるもの。これらの高分子膜は、３次元的に絡み合う高分子間の隙間として、ナノオーダーの細孔を有している。
【００８１】
第１層５を構成する材料として高分子材料を用いる場合には、親水性官能基を導入するなどの方法により親水化処理を施し、細孔表面の水（したがってメタノールもしくはメタノール水溶液等の燃料）に対する濡れ性を高めることにより、第１層５のバブルポイントを高めることもできる。
【００８２】
第１層５の厚みは特に制限されないが、燃料電池の薄型化の観点から、好ましくは２０〜５００μｍであり、より好ましくは５０〜２００μｍである。なお、第１層５を省略してもよいが、上記効果を得るために、気液分離層７は第１層５を含むことが好ましい。
【００８３】
（２）第２層
第１層５の単位電池３０側表面に積層される第２層４は、気化燃料透過性（液体燃料の気化成分を透過できる性質）かつ液体燃料不透過性の疎水性を有する多孔質層であり、アノード極１１への燃料の気化供給を可能とする気液分離能を有する層である。第２層４は、アノード極１１へ供給される気化燃料の量または濃度を適切量に制御（制限）するとともに、均一化する機能をも有する。第２層４を設けることにより、燃料のクロスオーバーを効果的に抑制でき、発電部に温度ムラが生じにくく、安定した発電状態を維持することができる。
【００８４】
第２層４としては、使用する燃料に関して気液分離能を有するものであれば特に制限されないが、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂、撥水化処理されたシリコーン樹脂などからなる多孔質膜または多孔質シートを挙げることができ、具体的には、ポリテトラフルオロエチレンからなる多孔質フィルムである日東電工（株）製テミッシュ〔ＴＥＭＩＳＨ（登録商標）〕の「ＮＴＦ２０２６Ａ−Ｎ０６」や「ＮＴＦ２１２２Ａ−Ｓ０６」が例示できる。
【００８５】
第２層４は、気化燃料透過性を有するものであることから、第１層５よりも小さいバブルポイントを有している。第２層４の上記測定方法に従うバブルポイントは好ましくは１０ｋＰａ以下であり、第２層４に対するメタノールの接触角は大きいほど良く、好ましくは４５度以上であり、より好ましくは９０度程度以上である。また、気化燃料透過性および液体燃料不透過性を付与する観点から、第２層４が有する細孔の最大細孔径は、０．１〜１０μｍであることが好ましく、０．５〜５μｍであることがより好ましい。第２層４が有する細孔の最大細孔径は、第１層５と同様、メタノール等を用いてバブルポイントを測定することにより求めることができる。
【００８６】
第２層４の厚みは特に制限されないが、上記機能を十分に発現させるために、２０μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上であることがより好ましい。また、燃料電池の薄型化の観点からは、第２層４の厚みは５００μｍ以下であることが好ましく、３００μｍ以下であることがより好ましい。
【００８７】
（３）第３層
気液分離層７は、第１層５と第２層４との間に介在される第３層を有していてもよい。図８に気液分離層７が第３層６を含む燃料電池の一例を示す。図８に示される燃料電池２００は、気液分離層７が、第３層６をさらに含むこと以外は図１に示される燃料電池１００と同様である。また、図９は、燃料電池２００で使用されている第３層６を示す概略上面図である。
【００８８】
第３層６は、第１層５と第２層４との間に配置され、液体燃料が透過可能な厚み方向に貫通する貫通孔を有する層であり、少なくとも第１層５と第２層４とを密着性良く面接合する役割を担い、好ましくは第２層４側への液体燃料透過量を調整（制限）する機能を有する。第３層６としては、たとえば図８および図９に示されるような、厚み方向に貫通する貫通孔を有する非多孔性シート（フィルム）を用いることができ、その材料としては熱可塑性樹脂が好ましく例示できる。これを用いて、第１層／第３層／第２層からなる積層体を熱圧着することにより、各層間を密着性良く面接合することができる。気液分離層７が第３層６としての厚み方向に貫通する貫通孔を有し、面接合が可能な非多孔性シートを有する燃料電池は、以下の点において有利である。
【００８９】
（ｉ）第３層６を介して第１層５と第２層４とを密着性良く接合することができるため、第１層５と第２層４との間に副生ガスが滞留することがなく、第２層４面内における気化燃料透過量のバラツキを抑制することができ、これによりアノード極１１に対して均一な燃料供給を行なうことができ、出力を向上させることが可能になる。また、第３層６が樹脂からなる場合は、発電部の急激な温度上昇に対し、熱を液体燃料に伝達しにくくする効果がある。その結果、液体燃料の温度上昇が緩慢となり、液体燃料を比較的低い温度に安定的に維持できるようになるため、アノード極１１に供給される気化燃料の供給量を安定させることができる。このことは、燃料電池の信頼性向上に寄与する。
【００９０】
（ｉｉ）第３層６に形成される貫通孔の数や開孔径により、第２層４側への液体燃料透過量、ひいてはアノード極１１への気化燃料供給量を適切な量に調整（制限）することができる。これにより、燃料のクロスオーバーの防止または抑制、および燃料供給の安定化を図ることができる。貫通孔の数は特に制限されないが、複数個存在することが好ましく、第２層４面内における気化燃料透過量を均一化する観点から、これらを第３層６における液体燃料収容部６０の直上の領域に均一に分布させることが好ましい。貫通孔の開孔径（直径）は、たとえば、０．１〜５ｍｍ程度とすることができる。
【００９１】
（ｉｉｉ）第３層６により第１層５と第２層４との間の良好な面接合が可能であるため、ボルト・ナットまたはネジなどの締結部材などを用いた燃料電池の締め付けが不要となり、燃料電池の薄型化を図ることができる。
【００９２】
（ｉｖ）ホットプレス（熱圧着）により容易に気液分離層７を作製することができるため、燃料電池製造工程の簡略化、製造効率の向上を図ることができる。
【００９３】
上述の熱可塑性樹脂シートのほか、第３層６は、たとえば次のものから形成されるものであってもよい。
【００９４】
１）接着性を有する樹脂または樹脂組成物から形成される多孔質層、たとえば、ホットメルト系接着剤や硬化型接着剤などの接着剤から形成される多孔質層。当該接着剤を用いる場合、第３層６は、接着剤層、すなわち、当該接着剤またはその硬化物からなる多孔質層である。このような第３層６を用いる場合であっても、上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）と同様の効果を得ることができる。第２層４側への液体燃料透過量は、多孔質層が有する細孔によって調整（制限）される。
【００９５】
２）厚み方向に貫通する貫通孔を有する、好ましくは非多孔性の金属板を含むもの。この場合、金属板の両面には、第１層５および第２層４との良好な密着性を確保するために、接着剤層が形成され、したがって、第３層６は、接着剤層／金属板／接着剤層の３層構造となる。接着剤層は、接着剤またはその硬化物からなる多孔質層である。接着剤は、ホットメルト系接着剤や硬化型接着剤などであることができる。このような第３層を用いる場合であっても、上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）と同様の効果を得ることができる。第２層４側への液体燃料透過量は、熱可塑性樹脂シートの場合と同様、金属板に形成される貫通孔の数や開孔径により調整（制御）できる。接着剤層は貫通孔を塞がないように形成されることが好ましい。貫通孔の数は特に制限されないが、複数個存在することが好ましく、第２層４面内における気化燃料透過量を均一化する観点から、これらを金属板における液体燃料収容部６０の直上の領域に均一に分布させることが好ましい。貫通孔の開孔径（直径）は、たとえば、０．１〜５ｍｍ程度とすることができる。
【００９６】
〔液体燃料収容部〕
液体燃料収容部６０は、燃料貯蔵部７０から移送された液体燃料を流通させるための部位であり、好ましくはアノード極１１の直下に配置される。図１に示される燃料電池１００において、液体燃料収容部６０は、アノード極１１の燃料貯蔵部７０側端部からこれと反対側の端部までの長さと同じかまたはそれ以上の長さを有しており、アノード極１１の幅と同じかまたはそれ以上の幅を有する空間からなる。液体燃料収容部６０の高さ（深さ）は特に制限されない。
【００９７】
本実施形態の燃料電池１００において液体燃料収容部６０は、単位電池３０の下部に気液分離層７に接するように配置された、液体燃料収容部６０の内部空間を構成する凹部を有する箱筺体４０と、気液分離層７とによって形成されている。なお、図１に示される箱筺体４０は、液体燃料収容部６０を構成する部位とともに、燃料貯蔵部７０の底壁および側壁を構成する部位を一体として有しているが、これに限定されるものではなく、液体燃料収容部６０を構成する部材と燃料貯蔵部７０を構成する部材とは異なる部材であってもよい。
【００９８】
箱筺体４０は、プラスチック材料または金属材料を用いて、少なくとも燃料供給室６０の内部空間を構成する凹部を有するように適宜の形状に成形することによって作製することができる。プラスチック材料としては、たとえば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、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）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などを挙げることができる。金属材料としては、たとえば、チタン、アルミニウム等のほか、ステンレス、マグネシウム合金等の合金材料を用いることができる。これらのなかでも、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリエチレン（ＰＥ）は、３次元架橋による分子量増加により強度が高く安価に加工ができ、また軽量であることから好ましく用いられる。
【００９９】
箱筺体４０は、排熱層１の連通経路３ｂから排出された熱を伴う副生ガスを燃料電池１００外部へ排出するための第１の開孔６３を有している。第１の開孔６３は、箱筺体４０の側壁に設けられた貫通孔である。第１の開孔６３から燃料が排出されることを抑制または防止するために、第１の開孔６３内に燃料を燃焼させる触媒を含む多孔質層を形成してもよい。気化燃料板に設けられた連通経路３ｂおよび第１の開孔６３により、燃料電池運転時においても、液体燃料収容部６０内は圧力上昇が生じることなく、大気圧に維持される。
【０１００】
〔燃料貯蔵部〕
燃料貯蔵部７０は、好ましくは単位電池３０および液体燃料収容部６０の側方に配置される、液体燃料を貯蔵するための部位である。本実施形態の燃料電池１００において燃料貯蔵部７０は、第２の保湿層２上に積層され、複数の開口５１を有する蓋筺体５０、箱筺体４０および封止層８０によって形成されている。
【０１０１】
なお、燃料貯蔵部７０は、これら蓋筺体５０および箱筺体４０を用いて構成する必要性は必ずしもなく、たとえば、燃料貯蔵部７０の上壁（天井壁）、側壁および底壁を一体として含む１つの部材から構成することもできる。
【０１０２】
蓋筺体５０は、燃料貯蔵部７０の上壁（天井壁）を形成するとともに、第２の保湿層２が直接露出することを防止する保護板として機能している。蓋筺体５０のカソード極１２直上部分には、酸化剤（空気など）を流通させるための複数の開口５１（ただし、開口の数は１以上あればよい）が形成されている。
【０１０３】
蓋筺体５０は、プラスチック材料または金属材料を用い、適宜の形状に成形することによって作製することができる。プラスチック材料としては、たとえば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、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）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などを挙げることができる。金属材料としては、たとえば、チタン、アルミニウム等のほか、ステンレス、マグネシウム合金等の合金材料を用いることができる。これらのなかでも、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリエチレン（ＰＥ）は、３次元架橋による分子量増加により強度が高く安価に加工ができ、また軽量であることから好ましく用いられる。
【０１０４】
燃料貯蔵部７０は、その内部空間と燃料電池外部とを連通する第２の開孔７１を備えることが好ましい。これにより、液体燃料が液体燃料収容部６０に輸送される場合においても、燃料貯蔵部７０内が大気圧に維持されるため、液体燃料の輸送を円滑に行なうことができる。図１に示される燃料電池１００において第２の開孔７１は、蓋筺体５０を厚み方向に貫通する貫通孔であるが、これに限定されるものではない。
【０１０５】
第２の開孔７１からの液体燃料の漏洩を防止するために、第２の開孔７１の開孔径は十分に小さいことが好ましく（たとえば直径１００〜５００μｍ程度、好ましくは１００〜３００μｍ）、あるいは、燃料電池外部への液体燃料の漏出を防止するための気液分離膜（たとえば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンまたはポリエチレン等からなる多孔質膜）を第２の開孔７１内に設けてもよい。
【０１０６】
（変形例）
本発明の燃料電池は、上記した実施形態および変形例に限定されるものではなく、たとえば以下のような変形例をも含む。
【０１０７】
（１）液体燃料収容部６０の空間形状は図４に示されるものに限定されない。液体燃料収容部６０は、たとえば図１０に示されるような、枝分かれ状の複数の流路から形成されていてもよい。あるいは、複数のライン状の流路、サーペンタイン状の流路などから形成することもできる。図１０は、液体燃料収容部６０の他の一例を示す図４と同様の概略断面図である。
【０１０８】
（２）図１１は液体燃料収容部６０の他の一例を示す図４と同様の概略断面図である。図１１に示されるように、液体燃料収容部６０は、燃料輸送部材６１を備えていてもよい。燃料輸送部材６１は、その少なくとも一部が液体燃料収容部６０内に配置され、燃料貯蔵部７０から液体燃料収容部６０に毛細管現象を利用して液体燃料を輸送するための部材であり、第１層５の毛細管力を利用した液体燃料輸送を補助する役割を担うことができる。
【０１０９】
燃料輸送部材６１は、液体燃料に対して毛細管作用を示す材料からなる。このような毛細管作用を示す材料としては、アクリル系樹脂；ＡＢＳ樹脂；ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂；ポリエチレンテレフタラート等のポリエステル系樹脂；ナイロン；ポリ塩化ビニル；ポリエーテルエーテルケトン；ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂；セルロースなどの高分子材料（プラスチック材料）からなる不規則な細孔を有する多孔質体；ステンレス、チタン、タングステン、ニッケル、アルミニウム、スチールなどの金属材料からなる不規則な細孔を有する多孔質体が挙げられる。多孔質体としては、上記金属材料からなる不織布、発泡体、焼結体や、上記高分子材料からなる不織布などを挙げることができる。また、上記高分子材料または金属材料からなり、毛細管として表面に規則的なまたは不規則なスリットパターン（溝パターン）を有する板状体を燃料輸送部材６１として用いることもできる。
【０１１０】
燃料輸送部材６１が有する細孔の細孔径は、重力に対して十分な毛細管現象が生じ、良好な吸い上げ高（燃料輸送部材の一端を液体燃料に浸漬したときの、毛細管現象による液体燃料の当該部材における到達可能位置を意味する）および吸い上げ速度（燃料輸送部材の一端を液体燃料に浸漬したときの、単位時間当たりに吸い上げられる液体燃料の体積を意味する）を得るために、０．１〜５００μｍとすることが好ましく、１〜３００μｍとすることがより好ましい。なお、燃料輸送部材６１が有する細孔の細孔径は、水銀圧入法により測定される径である。
【０１１１】
燃料輸送部材６１を構成する毛細管作用を示す材料としては、上記吸い上げ高および吸い上げ速度の観点から、３０分後の揚水距離が１０ｃｍ以上であるものを用いることが好ましく、１５ｃｍ以上であるものを用いることがより好ましい。このようなものとしては、王子キノクロス（株）製の「ハトシート」、東レ（株）製の「導水シート」などがある。揚水距離とは、フェルト試験片の下端２ｃｍを温度２５℃の水中に浸し、一定時間（３０分）放置後の水の到達高さを意味する。
【０１１２】
燃料輸送部材６１の形状は、図１１に示されるような短冊形状（より具体的には直方体形状）に限定されず、燃料電池全体の形状、膜電極複合体の形状または液体燃料収容部６０の形状等に応じた適宜の形状とすることができる。直方体形状以外の他の例として、たとえば立方体形状、一端から他端に向かうに従い、幅が連続的または段階的に小さくまたは大きくなる形状（表面が台形や三角形である形状等）などの短冊形状が挙げられる。
【０１１３】
燃料輸送部材６１の長さ（燃料貯蔵部７０側の一端からこれに対向する他端までの距離）は特に制限されず、燃料電池全体の形状、膜電極複合体の形状または液体燃料収容部６０の形状等に応じた適宜の長さとすることができるが、燃料輸送部材６１の一端を燃料貯蔵部７０に保持された液体燃料に接触可能な位置に配置したときに、その他端がアノード極１１の端部（燃料貯蔵部７０側とは反対側の端部）の略直下の位置に配置されるような長さまたはそれ以上の長さを有していることが好ましい。
【０１１４】
なお、「液体燃料に接触可能な位置」とは、図１１に示されるように、燃料輸送部材６１の一端が燃料貯蔵部７０内部に位置する場合のほか、燃料輸送部材６１の一端が液体燃料収容部６０と燃料貯蔵部７０とを仕切る壁（箱筺体４０の一部分である）の内部に位置する場合などを含む。
【０１１５】
（３）液体燃料収容部６０が液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵部７０を兼ねた構成とし、燃料貯蔵部７０を省略してもよい。
【０１１６】
（４）燃料電池の層構成は、図１〜５に示されるものに限定されるものではなく、たとえば図１２に示されるような、液体燃料収容部６０の両面に単位電池３０が配置された構成であってもよい。図１２は、液体燃料収容部６０の両面に単位電池３０が配置された燃料電池の一例を示す、図５と同様の概略断面図である。かかる構成においては、液体燃料収容部６０は、上下２つのアノード極１１に対して燃料を供給するために、上下面ともに開放されている必要があることから、箱筺体４０として、上下面が開いた空間を有する部材が用いられる。このような液体燃料収容部６０の両面に単位電池３０が配置された燃料電池は、２つの単位電池に対して１つの液体燃料収容部６０（箱筐体４０）で足りることから、燃料電池の薄型化を図ることができるとともに、燃料電池の単位体積当たりの出力を向上させることができる。
【０１１７】
（５）燃料電池の外形形状は、上記実施の形態の形状に限定されるものではない。たとえば、燃料電池の厚み方向からみたときの形状（平面形状）は、長方形のほか、正方形などであることができる。
【０１１８】
（６）燃料電池は、燃料貯蔵部７０に収容された液体燃料を液体燃料収容部６０に圧送するためのポンプなどの圧送手段を備えることができる（たとえば第１層５や燃料輸送部材６１を有しない場合など。ただし、これらの部材とともに圧送手段を備えていてもよい。）。圧送手段を用いることにより、短時間で液体燃料収容部６０内を液体燃料で満たすことができるため、燃料電池の起動性を向上させることができる。
【０１１９】
（７）燃料電池は、同一平面上に配列された単位電池３０を２以上含むものであってもよい。このような複数の単位電池３０を含む燃料電池の一例を図１３に示す。図１３に示される燃料電池３００は、アノード極１１、電解質膜１０およびカソード極１２をこの順で含む膜電極複合体２０と、アノード極１１上に積層されるアノード集電層２１と、カソード極１２上に積層されるカソード集電層２２とを備える単位電池３０を同一平面上に３個配列してなる発電部；発電部の下方に配置される液体燃料収容部６０（箱筐体４０に形成された凹部からなる）；アノード集電層２１に接するように積層される第１の保湿層１；カソード集電層２２に接するように積層される第２の保湿層２；液体燃料収容部６０の開口を覆うように液体燃料収容部６０上に配置される気液分離層７（第１層５と第２層４の２層構造）；および、気液分離層７と第１の保湿層１との間に形成される空間からなる気化燃料収容部３ａを有する気化燃料板３から基本的に構成されている。
【０１２０】
発電部の周縁は、シール部材９５で封止されている。シール部材９５は上述の封止層８０と同様の材料から構成することができる。燃料電池は、これを保護する観点から、外装ケース９０に収容されてもよい。外装ケース９０におけるカソード極１２の直上に位置する領域には、酸化剤（空気など）を取り込むための開口９１が形成される。
【０１２１】
燃料電池が複数の単位電池３０を含む場合において、単位電池３０の数は特に制限されない。また、気化燃料収容部３ａおよび液体燃料収容部６０は、単位電池３０ごとに設けられてもよいし、単位電池３０より少ない数だけ設けられてもよい。図１３に示される例において気化燃料収容部３ａおよび液体燃料収容部６０の数は、単位電池３０が３個であるのに対して１つである。同様に、その他の部材についても、単位電池３０より少ない数とし、複数の単位電池３０が当該部材を共有するようにしてもよい。たとえば、図１３に示される例において３個の単位電池３０は、１つの第１の保湿層１、１つの第２の保湿層２および１つの電解質膜１０を共有している。
【０１２２】
本発明の燃料電池は、固体高分子型燃料電池またダイレクトアルコール型燃料電池などであることができ、特にダイレクトアルコール型燃料電池（とりわけ、ダイレクトメタノール型燃料電池）として好適である。本発明の燃料電池において使用することのできる液体燃料としては、たとえば、メタノール、エタノールなどのアルコール類；ジメトキシメタンなどのアセタール類；ギ酸などのカルボン酸類；ギ酸メチルなどのエステル類；ならびにこれらの水溶液を挙げることができる。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。コストの低さや体積あたりのエネルギー密度の高さ、発電効率の高さなどの点から、メタノール水溶液または純メタノールが好ましく用いられる。本発明によれば、高濃度燃料（濃度が５０モル％を超えるメタノール水溶液または純メタノールなど）を用いる場合であっても、良好な発電特性を得ることができる。
【０１２３】
本発明の燃料電池は、電子機器、特には、携帯電話、電子手帳、ノート型パソコンに代表される携帯機器などの小型電子機器用の電源として好適に用いることができる。
【実施例】
【０１２４】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１２５】
＜実施例１＞
以下の手順で、図１と類似の構成の燃料電池を作製した。
【０１２６】
（１）膜電極複合体の作製
Ｐｔ担持量３２．５重量％、Ｒｕ担持量１６．９重量％の触媒担持カーボン粒子（ＴＥＣ６６Ｅ５０、田中貴金属社製）と、電解質である２０重量％のナフィオン（登録商標）のアルコール溶液（アルドリッチ社製）と、ｎ−プロパノールと、イソプロパノールと、ジルコニアボールとを、所定の割合でフッ素系樹脂製の容器に入れ、攪拌機を用いて５００ｒｐｍで５０分間の混合を行なうことにより、アノード極用の触媒ペーストを作製した。また、Ｐｔ担持量４６．８重量％の触媒担持カーボン粒子（ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ、田中貴金属社製）を用いること以外はアノード極用の触媒ペーストと同様にして、カソード極用の触媒ペーストを作製した。
【０１２７】
ついで、片面に撥水性を有する多孔質層が形成されたカーボンペーパー（２５ＢＣ、ＳＧＬ社製）を縦２３ｍｍ、横２８ｍｍに切断した後、その多孔質層上に、上記のアノード極用の触媒ペーストを触媒担持量が約３ｍｇ／ｃｍ2となるように、縦２２ｍｍ、横２７ｍｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、アノード導電性多孔質層であるカーボンペーパー上の中央にアノード触媒層が形成された、厚み約１００μｍのアノード極１１を作製した。また、同じサイズのカーボンペーパーの多孔質層上に、上記のカソード極用の触媒ペーストを触媒担持量が約１ｍｇ／ｃｍ2となるように、縦２２ｍｍ、横２７ｍｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、カソード導電性多孔質層であるカーボンペーパー上の中央にカソード触媒層が形成された、厚み約５０μｍのカソード極１２を作製した。
【０１２８】
つぎに、厚み約１７５μｍのパーフルオロスルホン酸系イオン交換膜（ナフィオン（登録商標）１１７、デュポン社製）を縦２３ｍｍ、横２８ｍｍに切断して電解質膜１０とし、上記アノード極１１と電解質膜１０と上記カソード極１２をこの順で、それぞれの触媒層が電解質膜１０に対向するように重ね合わせた後、１３０℃、２分間の熱圧着を行ない、アノード極１１およびカソード極１２を電解質膜１０に接合した。上記重ね合わせは、アノード極１１とカソード極１２の電解質膜１０の面内における位置が一致するように、かつアノード極１１と電解質膜１０とカソード極１２の中心が一致するように行なった。ついで、得られた積層体の外周部を切断することにより、縦２２ｍｍ、横２７ｍｍの膜電極複合体２０を作製した。
【０１２９】
（２）単位電池の作製
縦２２ｍｍ、横２７ｍｍ、厚み０．１ｍｍのステンレス板（ＮＳＳ４４５Ｍ２、日新製鋼社製）を用意し、この中央領域に、開孔径φ０．６ｍｍである複数の開孔（開孔パターン：千鳥６０°ピッチ０．８ｍｍ）を、フォトレジストマスクを用いたウェットエッチングにて両面から加工することにより、厚み方向に貫通する貫通孔を複数備えるステンレス板を２枚作製し、これらをアノード集電層２１およびカソード集電層２２とした。
【０１３０】
つぎに、上記アノード集電層２１をアノード極１１上に、カーボン粒子とエポキシ樹脂とからなる導電性接着剤層を介して積層するとともに、カソード集電層２２をカソード極１２上に、カーボン粒子とエポキシ樹脂とからなる導電性接着剤層を介して積層し、これらを熱圧着により接合して、縦２２ｍｍ、横２７ｍｍの単位電池３０を作製した。なお、アノード集電層２１およびカソード集電層２２は、それらの開孔が形成された領域がそれぞれアノード極１１、カソード極１２の直上に配置されるように積層した。
【０１３１】
（３）第１および第２の保湿層の接合
第１の保湿層１および第２の保湿層として、ポリテトラフルオロエチレンからなる多孔質フィルム（日東電工（株）製の「テミッシュ〔ＴＥＭＩＳＨ（登録商標）〕ＮＴＦ２１２２Ａ−Ｓ０６」、縦２５ｍｍ、横２７ｍｍ、厚み０．２ｍｍ、気孔率７５％）を２枚用意した。これらの保湿層を単位電池３０のアノード集電層２１およびカソード集電層２２上に、ポリオレフィンからなる接着剤層を介して積層し、これらを熱圧着により接合した。
【０１３２】
（４）気液分離層の作製
気液分離層７の第１層５として、縦２５ｍｍ、横２７ｍｍ、厚み０．１ｍｍのポリフッ化ビニリデンからなる多孔質フィルム（ＭＩＬＬＩＰＯＲＥ製のデュラポアメンブレンフィルター）を用いた。この多孔質フィルムが有する細孔の最大細孔径は０．１μｍであり、またＪＩＳ  Ｋ  ３８３２に準拠したバブルポイントは、測定媒体をメタノールとしたとき、１１５ｋＰａであった。
【０１３３】
また、気液分離層７の第２層４として、縦２５ｍｍ、横２７ｍｍ、厚み０．２ｍｍのポリテトラフルオロエチレンからなる多孔質フィルム（日東電工（株）製の「テミッシュ〔ＴＥＭＩＳＨ（登録商標）〕ＮＴＦ２１２２Ａ−Ｓ０６」）を用いた。この多孔質フィルムのＪＩＳ  Ｋ  ３８３２に準拠したバブルポイントは、測定媒体をメタノールとしたとき、１８ｋＰａであった。
【０１３４】
上記第１層５上に第２層４を積層し、すべての側面の層境界部を接着剤で接合して気液分離層７を作製した。
【０１３５】
（５）気化燃料板と気液分離層との接合
エッチング加工により、図７に示される形状を有する縦２５ｍｍ、横２７ｍｍ、厚み０．２ｍｍのＳＵＳ製の気化燃料板３’を作製した（連通経路３ｂ’および接続経路３ｃ’，３ｄ’はすべて溝（凹部）からなる）。貫通口３ａ’の開口率は、４個の合計で６３％であり、連通経路３ｂ’の断面積の２個の合計と気化燃料板側面の合計面積との比は、０．０４である。気化燃料板３’の溝形成面とは反対側の面に気液分離層７を、その第２層４側が気化燃料板３’に対向するように積層し、熱圧着によりこれらを接合した。
【０１３６】
（６）液体燃料収容部の作製
図１４に示したような、一方の面に縦２３．５ｍｍ、横１．０ｍｍ、深さ０．４ｍｍの凹部（液体燃料収容部６０となる空間）が５本形成された縦３０ｍｍ、横２７ｍｍ、厚み０．６ｍｍの箱筺体４０を用意した。この箱筺体４０は、図１に示されるものと同様の形状を有しており、液体燃料収容部６０となる凹部側方に燃料貯蔵部７０を構成する凹部を備えたものである。気化燃料板３’と気液分離層７との積層体の第１層５側が箱筐体４０側になるよう、ポリオレフィン系接着剤を介して箱筺体４０の凹部上に該積層体を積層させた後、熱圧着を行なうことにより、該積層体と箱筺体４０とを接合した。
【０１３７】
（７）燃料電池の作製
気化燃料板３’上に保湿層を有する単位電池３０を積層し、熱圧着によりこれらを接合した。単位電池３０、保湿層１，２、気化燃料板３’および気液分離層７の燃料貯蔵部７０側端面に、エポキシ樹脂を塗布し硬化させることにより、封止層８０（燃料侵入防止層）を形成した。最後に、カソード極１２に空気を供給するための開口５１と、第２の開孔７１（圧力調整孔）とを備えた蓋筐体５０を、第２の保湿層２上に配置することにより燃料電池を得た。
【０１３８】
＜比較例１＞
第１の保湿層１を有しない（第２の保湿層２は有する）こと以外は実施例１と同様にして燃料電池を作製した。
【０１３９】
（燃料電池の性能評価）
（１）実施例１および比較例の燃料電池の出力特性（Ｉ−Ｖ特性）
メタノール濃度１７Ｍのメタノール水溶液を燃料としてパッシブ供給にて燃料供給を行ない、燃料電池を稼動させ、充放電装置（菊水電子工業（株）製の「ＳＰＥＣ２０５２６」）を用いてＩ−Ｖ測定を行ない、燃料電池の出力特性を評価した。図１５は、実施例１および比較例１で作製した燃料電池の出力特性を示す図である。図１５に示されるように、実施例１の燃料電池は、良好な出力特性を示しており、また、約６５ｍＷ／ｃｍ2の最大出力密度が得られた。一方、比較例１の燃料電池においては、電流密度を次第に大きくしたときの電圧の降下度が実施例１に比べて大きくなるとともに、最大出力密度も低下した。
【符号の説明】
【０１４０】
１  第１の保湿層、２  第２の保湿層、３，３’  気化燃料板、３ａ，３ａ’  気化燃料収容部（貫通口）、３ｂ，３ｂ’  連通経路、３ｃ’，３ｄ’  接続経路、４  第２層、５  第１層、６  第３層、７  気液分離層、１０  電解質膜、１１  アノード極、１２  カソード極、２０  膜電極複合体、２１  アノード集電層、２２  カソード集電層、３０  単位電池、４０  箱筺体、５０  蓋筺体、５１  開口、６０  液体燃料収容部、６１  燃料輸送部材、６３  第１の開孔、７０  燃料貯蔵部、７１  第２の開孔、８０  封止層、９０  外装ケース、９１  開口、９５  シール部材、１００，２００，３００  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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