(57)【要約】  この燃料電池は、アノード触媒とプロトン伝導性を有する電解質を含有するアノード触媒層と、カソード触媒とプロトン伝導性を有する電解質を含有するカソード触媒層と、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層との間に配置されたプロトン伝導性の電解質膜と、前記アノード触媒層に燃料を供給するための機構を具備する燃料電池であって、前記カソード触媒のＣＯパルス吸着法により測定された金属比表面積が、前記アノード触媒のＣＯパルス吸着法により測定された金属比表面積より大きいことを特徴とする。高濃度燃料を使用する燃料電池の出力特性を向上させることができる。
2009104373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード触媒とプロトン伝導性を有する電解質を含有するアノード触媒層と、カソード触媒とプロトン伝導性を有する電解質を含有するカソード触媒層と、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層との間に挟持されたプロトン伝導性の電解質膜と、前記アノード触媒層に燃料を供給するための機構を具備する燃料電池であって、
前記カソード触媒のＣＯパルス吸着法により測定された金属比表面積が、前記アノード触媒のＣＯパルス吸着法により測定された金属比表面積より大きいことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記カソード触媒のＣＯパルス吸着法により測定された金属比表面積が、前記アノード触媒のＣＯパルス吸着法により測定された金属比表面積の４倍以上であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記カソード触媒の金属比表面積が、５ｍ２／ｇ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記アノード触媒のＣＯパルス吸着法により測定された金属比表面積が、１０ｍ２／ｇ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料は、濃度が５０ｍｏｌ％以上であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項記載の燃料電池を電源として用いたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池および電子機器に係り、特に高濃度の燃料を使用する出力特性に優れた燃料電池と、その燃料電池を使用した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話などの各種電子機器は半導体技術の発達とともに小型化されており、これらの電子機器の電源に燃料電池を用いることが試みられている。燃料電池は、燃料と酸化剤を供給するだけで発電することができ、燃料のみを交換すれば連続して発電できるという利点を有しているため、小型化ができれば小型電子機器の動作に極めて有利なシステムといえる。特に、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）は、エネルギー密度の高いメタノールを燃料に用い、メタノールから電極触媒上で直接電流を取り出すことができ、改質器も不要なことから、小型電子機器用電源として有望視されている。【０００３】
ＤＭＦＣにおける燃料の供給方式としては、液体燃料を気化させたものをブロアなどでＤＭＦＣ内に送り込む気体供給型や、液体燃料をそのままポンプなどでＤＭＦＣ内に送り込む液体供給型などのアクティブ方式、燃料収容部内の液体燃料をＤＭＦＣ内で気化させる内部気化型などのパッシブ方式が知られている。これらのうちで内部気化型などのパッシブ方式は、ＤＭＦＣの小型化に対して特に有利である。【０００４】
内部気化型ＤＭＦＣとしては、例えば、カソード（空気極）触媒層とアノード（燃料極）触媒層との間にプロトン伝導性を有する電解質膜が配置された膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）と、液体燃料収容室と、これら膜電極接合体と液体燃料収容室との間に配置され、液体燃料の気化成分のみを透過させる気液分離膜からなる燃料気化層とを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
しかしながら、前記内部気化型ＤＭＦＣをはじめとする従来の燃料電池においては、濃度が５０ｍｏｌ％以上となるような高濃度燃料を使用した場合に、十分な出力特性が得られないことがある。例えば燃料としてメタノールを使用した場合、アノード触媒層では下記反応式（１）で示されるようなメタノールの内部改質反応が進行し、カソード触媒層では下記反応式（２）で示されるような水の発生を伴う反応が進行する。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  ………（１）
（３／２）Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ    ………（２）【０００６】
燃料として高濃度のメタノール水溶液あるいは純メタノールを使用した場合、燃料中に含まれる水が少ないか、あるいは全く含まれていないため、内部改質反応に必要な水が不足しやすい。なお、カソード触媒層では水が発生するが、カソード触媒層で発生する水だけでは内部改質反応に必要な水を確保することは困難である。そのため、高濃度のメタノール水溶液あるいは純メタノールを使用した場合、内部改質反応における反応抵抗が高くなり、優れた出力特性が必ずしも得られないという問題があった。
【特許文献１】国際公開第２００５／１１２１７２パンフレット
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、高濃度燃料を使用する燃料電池の出力特性を向上させることを目的としている。
【０００８】
本発明の第１の態様である燃料電池は、アノード触媒とプロトン伝導性を有する電解質を含有するアノード触媒層と、カソード触媒とプロトン伝導性を有する電解質を含有するカソード触媒層と、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層との間に挟持されたプロトン伝導性の電解質膜と、前記アノード触媒層に燃料を供給するための機構を具備する燃料電池であって、前記カソード触媒のＣＯパルス吸着法により測定された金属比表面積が、前記アノード触媒のＣＯパルス吸着法により測定された金属比表面積より大きいことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の態様である電子機器は、前記した第１の態様の燃料電池を電源として用いたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の燃料電池によれば、カソード触媒のＣＯパルス吸着法により測定された金属比表面積が、同様にＣＯパルス吸着法により測定されたアノード触媒の金属比表面積より大きくなるように構成されているので、高濃度燃料を使用する燃料電池の出力特性を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の電子機器によれば、このような出力特性の高い燃料電池を備えているので、小型で安定した高い性能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る燃料電池の第１の実施形態の構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る燃料電池の第２の実施形態の構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における燃料分配機構を示す斜視図である。
【図４】実施例１において、アノード触媒の金属比表面積と燃料電池の最大出力を、ナフィオンの含有割合に対してプロットしたグラフである。
【図５】実施例１において、燃料電池の最大出力（最大出力密度）をカソード／アノード比表面積比を横軸としてプロットしたグラフである。
【図６】図５におけるカソード／アノード比表面積比が０〜１０の範囲を拡大して示すグラフである。
【図７】実施例２において、アノード触媒の金属比表面積と燃料電池の最大出力を、ナフィオンの含有割合に対してプロットしたグラフである。
【図８】実施例３において、カソード触媒の金属比表面積と燃料電池の最大出力を、ナフィオンの含有割合に対してプロットしたグラフである。
【図９】実施例４において、カソード触媒の金属比表面積と燃料電池の最大出力を、ナフィオンの含有割合に対してプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００１３】
１…燃料電池、２…アノード触媒層、３…アノードガス拡散層、４…アノード、５…カソード触媒層、６…カソードガス拡散層、７…カソード、８…プロトン伝導性の電解質膜、９…アノード導電層、１０…カソード導電層、１２…燃料収容室、１３…気液分離層、１５…保湿層、１６…カバープレート。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、内部気化型の直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）を例に挙げて説明する。【００１５】
第１の実施形態の燃料電池１は、図１に示すように、アノード（燃料極）触媒層２とアノードガス拡散層３からなるアノード４と、カソード（空気極）触媒層５とカソードガス拡散層６からなるカソード７、およびアノード触媒層２とカソード触媒層５との間に挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜８とを備えた膜電極接合体（ＭＥＡ）９を有している。【００１６】
アノード触媒層２とカソード触媒層５は、いずれも触媒とプロトン伝導性の電解質を含有している。アノード触媒層２に含有されるアノード触媒およびカソード触媒層５に含有されるカソード触媒としては、例えば、白金族元素であるＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄなどの単体金属、これらの白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。具体的には、アノード触媒として、メタノールや一酸化炭素に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏなどの合金を、カソード触媒として、ＰｔやＰｔ−Ｎｉなどの合金を用いることが好ましいが、これらに限定されるものではない。また、これらの触媒の微粒子を導電性担体に担持した担持触媒を使用してもよい。導電性担体としては、活性炭や黒鉛などの粒子状のカーボンまたは繊維状のカーボンが使用される。本発明において、カソード触媒あるいはアノード触媒のＣＯパルス吸着法により測定された金属比表面積とは、単位体積当りの触媒の金属比表面積を表している。そのため、触媒層に含まれるプロトン伝導性の電解質の含有量ごとに重量補正を行う。【００１７】
これらの金属触媒とともにアノード触媒層２およびカソード触媒層５に含有されるプロトン伝導性の電解質は、特に限定されるものではない。プロトン伝導性の電解質としては、例えば、ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）などのスルホン酸基を有するフッ素系樹脂（パーフルオロカーボン重合体）、リン酸などの無機酸を炭化水素系高分子化合物にドープさせたもの、一部がプロトン伝導性の官能基で置換された有機／無機ハイブリッドポリマー、高分子マトリックスにリン酸溶液や硫酸溶液を含浸させたプロトン伝導体などの高分子電解質を挙げることができる。【００１８】
そして、これらの触媒層においては、カソード触媒のＣＯパルス吸着法により測定された金属比表面積の値が、同様にアノード触媒のＣＯパルス吸着法により測定された金属比表面積の値より大きくなっている。より高い出力特性（出力密度）を得るために、カソード触媒の金属比表面積は、アノード触媒の金属比表面積の４倍以上であることが望ましい。また、カソード触媒のＣＯパルス吸着法により測定された金属比表面積の値は、５ｍ２／ｇ以上であることが好ましく、アノード触媒の金属比表面積は１０ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。【００１９】
なお、ＣＯパルス吸着法は、表面の存在する金属粒子に定量のＣＯ（ガス）を断続的に注入し、定常的に溶出されるＣＯ量と始めの吸着時のＣＯ量との差分をＣＯ吸着量として測定する方法である。この方法により、金属触媒の単位質量当りの露出表面積を比表面積として求めることができる。また、このようなＣＯパルス吸着法による触媒金属の比表面積測定は、既に組み立てられた燃料電池において行うことができる。すなわち、燃料電池の製品を解体して取り出されたＭＥＡから、アノード触媒層とカソード触媒層を別々にナイフなどで削ぎ落とし、これらを粉末状にして、ＣＯガス吸着量測定装置の計量管内にそれぞれ充填する。そして、所定の温度（例えば５０℃）でＣＯパルス吸着量を測定し、触媒金属の比表面積を求める。【００２０】
アノード触媒層２およびカソード触媒層５において、触媒金属の比表面積を変化させる方法としては、(1)触媒層を構成する触媒とプロトン伝導性の電解質との配合比率を調整する方法、(2)触媒金属を担持するカーボンなどの導電性担体の種類を変える方法、(3)触媒スラリーを撹拌する際に与えるエネルギー量を変える方法、あるいは(4)触媒スラリーの塗布後の乾燥速度を変える方法、などがある。ここで、触媒スラリーの撹拌時に与えるエネルギー量は、例えば撹拌羽と触媒スラリーとの衝突により撹拌・粉砕を行う場合、撹拌羽の回転速度（周速）と撹拌時間との積となる。このエネルギー量が大きいほど、金属比表面積は大きくなる。また、触媒スラリーの塗布後の乾燥速度が遅いほど、金属比表面積は大きくなる。【００２１】
本発明の第１の実施形態においては、このように構成されるアノード触媒層２にアノードガス拡散層３が積層されており、カソード触媒層５にカソードガス拡散層６が積層されている。アノードガス拡散層３はアノード触媒層２に燃料を均一に供給する役割を果たすとともに、アノード触媒層２の集電体としての役割も果たしている。カソードガス拡散層６はカソード触媒層５に酸化剤である空気を均一に供給する役割を果たすとともに、カソード触媒層５の集電体としての役割も果たしている。これらアノードガス拡散層３およびカソードガス拡散層６は、例えばカーボンペーパーなどで構成されている。【００２２】
また、アノードガス拡散層３にはアノード導電層１０が積層され、カソードガス拡散層６にはカソード導電層１１が積層されている。アノード導電層１０およびカソード導電層１１としては、例えば金、ニッケルなどの導電性金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）または箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に、金などの良導電性金属を被覆した複合材などをそれぞれ使用することができる。【００２３】
アノード触媒層２とカソード触媒層５との間には、プロトン伝導性の電解質膜８が挟持されている。電解質膜８を構成するプロトン伝導性の材料としては、例えば、ナフィオンやフレミオンなどのスルホン酸基を有するフッ素系樹脂（パーフルオロカーボン重合体）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂などの有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸などの無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜８はこれらに限定されるものではない。【００２４】
プロトン伝導性の電解質膜８とアノード導電層１０との間であってアノード触媒層２とアノードガス拡散層３の周囲には、例えば断面がＯ字状であり、平面形状が矩形枠状のシール材１２が設けられている。また、プロトン伝導性の電解質膜８とカソード導電層１１との間であってカソード触媒層５とカソードガス拡散層６の周囲にも、同じ形状のシール材１２が設けられている。これらのシール材１２は、ＭＥＡ９からの燃料漏れおよび酸化剤漏れを防止するものであり、例えばゴムなどの弾性体で構成されている。【００２５】
ＭＥＡ９のアノード４側には、燃料収容室１３が配置されている。燃料収容室１３には液体燃料Ｆが収容されている。液体燃料Ｆとしては、メタノール水溶液または純メタノールが好適なものとして挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノールなどのエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノールなどのプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコールなどのグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の燃料も用いることもできる。また、液体燃料Ｆとしては、濃度が５０ｍｏｌ％以上となるようなものが好適に用いられるが、必ずしも限定されない。燃料収容室１３の開口端には、任意に、例えば液体燃料Ｆの気化成分のみを透過させて液体成分は透過させにくい気液分離膜１４が配置されている。ここで、液体燃料Ｆの気化成分とは、液体燃料Ｆとして純メタノールを使用した場合には、メタノールの気化成分を意味し、液体燃料としてメタノール水溶液を使用した場合には、メタノールの気化成分と水の気化成分とからなる混合ガスを意味する。【００２６】
ＭＥＡ９と気液分離膜１４との間には、樹脂製のフレーム１５が配置されている。フレーム１５で囲まれた空間は、気液分離膜１４を拡散してきた気化燃料を一時的に収容しておく気化燃料収容室（いわゆる蒸気だまり）として機能する。この気液分離膜１４および気化燃料収容室の透過燃料量抑制効果により、ＭＥＡ９への急激な気化燃料の流入が抑制され、燃料クロスオーバーの発生が抑制される。なおフレーム１５は、平面形状が格子状を有し、ＭＥＡ９を押えることで変形を抑え接触抵抗を低減させる役割も担っている。そのため、フレーム１５は、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：ヴィクトレックス社の商品名）のような耐薬性や強度に優れたエンジニアリング・プラスチックから構成されている。【００２７】
一方、ＭＥＡ９のカソード導電層１１上には、任意に保湿層１６が積層・配置されている。保湿層１６は、カソード触媒層５で生成した水の蒸散を抑制する機能を有するとともに、カソードガス拡散層６に酸化剤である空気を均一に導入し、カソード触媒層５への酸化剤（空気）の均一な拡散を促進する補助拡散層としての機能も有している。保湿層１６上には、酸化剤である空気を取り入れるための空気導入口１７ａが複数個形成されたカバープレート（表面層）１７が積層されている。カバープレート１７は、ＭＥＡ９や保湿層１６を加圧し、それらの密着性を高める役割も果たしており、例えばＳＵＳ３０４のような金属から構成されている。【００２８】
このような燃料電池１では、以下のようにして発電が行われる。まず、燃料収容室１３内の液体燃料Ｆであるメタノール水溶液あるいは純メタノールの気化成分が気液分離膜１４を拡散し、フレーム１５で囲まれた気化燃料収容室に収容される。気化燃料収容室に収容された液体燃料Ｆの気化成分は、徐々にアノード導電層１０、アノードガス拡散層３を拡散してアノード触媒層２に供給される。そして、アノード触媒層２に供給された液体燃料Ｆの気化成分は、以下の反応式（１）に示されるメタノールの内部改質反応を生じさせる。
ＣＨ３ＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−      ………（１）【００２９】
ここで、液体燃料Ｆとして純メタノールを使用した場合、液体燃料Ｆからの水の供給がなくなるが、この場合には、プロトン伝導性の電解質膜８やアノード触媒層２に含まれている水、あるいはカソード触媒層５で発生する水を利用して内部改質反応が行われる。【００３０】
内部改質反応によって生成したプロトン（Ｈ＋）は、プロトン伝導性の電解質膜８を経てカソード触媒層５に到達する。一方、カバープレート１７の空気導入口１７ａから取り入れられた空気は、保湿層１６、カソード導電層１１およびカソードガス拡散層６を順に拡散してカソード触媒層５に供給される。カソード触媒層５では、下記反応式（２）に示される反応によって水が生成する。すなわち発電反応が生じる。
３／２Ｏ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ        …（２）【００３１】
発電反応が進行すると、上記反応式（２）で示される反応によってカソード触媒層５で生成した水が保湿層１６に到達する。この保湿層１６により到達した水の蒸散が阻害されることから、結果としてカソード触媒層５の水分保持量が増加する。そして、カソード触媒層５の水分保持量がアノード触媒層２の水分保持量よりも多くなる結果、浸透圧現象によって、カソード触媒層５からアノード触媒層２への水の移動が促進される。そのような水の移動により内部改質反応が促進され、出力特性が向上するとともに、その高い出力特性が長期間にわたり維持される。【００３２】
このように、浸透圧現象によって、カソード触媒層５からアノード触媒層２へと水を移動させる場合、カソード触媒層５は水保持量が多くなり水による閉塞が起こりやすい。そのため、カソード触媒層５に含まれるプロトン伝導性の電解質によるカソード触媒への被覆は５０％以下が望ましく、５ｍ２／ｇ以上の金属比表面積を有することが望ましい。また、アノード触媒層２はカソード触媒層５と比較して相対的に水保持量が少なくなるため、水不足によるプロトン導電性の低下が起こりやすい。そのため、アノード触媒層２に含まれるプロトン伝導性の電解質によるアノード触媒への被覆は７５％以上が望ましく、１０ｍ２／ｇ以下の金属比表面積を有することが望ましい。これらの条件を組み合わせた実施形態では、カソード触媒層５は水による閉塞を起こしにくく、カソード触媒層５からアノード触媒層２に移動してきた水がアノード触媒層２に良好に保持され、以降の内部改質反応において使用されるので、高い出力特性（出力密度）が得られる。【００３３】
本発明の第１の実施形態の燃料電池１は、公知の製造方法を採用して製造することができる。まずアノード触媒を、例えば以下に示すようにして製造する。すなわち、カーボンなどの導電性担体を白金または白金合金を構成する各金属成分の化合物を含む水溶液またはスラリーと接触させ、この金属化合物またはそのイオンを導電性担体上に吸着または含浸させる。そして、スラリーを高速で撹拌しながら適当な固定化剤、例えば水酸化ナトリウム、アンモニア、ヒドラジン、ギ酸、クエン酸、ホルマリン、メタノール、エタノール、プロパノールなどの希釈溶液をゆっくりと滴下し、金属塩として、または一部還元された金属微粒子として導電性担持体上に担持させる。さらに乾燥し、還元ガスあるいは不活性ガス雰囲気下で熱処理を行うことにより、アノード触媒を製造する。【００３４】
得られたアノード触媒を、プロトン伝導性の電解質の懸濁液と混合し、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール、およびグリセリン、エチレングリコールなどで粘度調整を行い、アノード触媒層形成用スラリー（以下、アノード触媒スラリーと示す。）とする。ここで、調製されるアノード触媒スラリーにおいて、アノード触媒とプロトン伝導性の電解質との配合比率、あるいは撹拌時に与えるエネルギー量を変えることにより、アノード触媒層２を構成する触媒の金属比表面積を変えることができる。【００３５】
次いで、得られたアノード触媒スラリーを、アノードガス拡散層３となるカーボンペーパーやカーボンクロスなどの導電性多孔質基材に、吸引濾過法、スプレー法、ロールコータ法、バーコータ法などにより塗布し、乾燥させて、アノード触媒層２とする。なお、このようにしてアノードガス拡散層３上にアノード触媒層２が形成されたものがアノード４となる。ここで、アノード触媒スラリーの塗布後の乾燥速度を変えることにより、アノード触媒層２を構成する触媒の金属比表面積を変えることができる。【００３６】
また、カソード触媒層５を形成する。すなわち、カソード触媒を前記アノード触媒と同様にして製造し、得られたカソード触媒を、プロトン伝導性の電解質の懸濁液と混合し、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール、およびグリセリン、エチレングリコールなどで粘度調整を行い、カソード触媒層形成用スラリー（以下、カソード触媒スラリーと示す。）とする。ここで、カソード触媒スラリーの調製において、カソード触媒とプロトン伝導性の電解質との配合比率、あるいは撹拌時に与えるエネルギー量を変えることにより、カソード触媒層５を構成する触媒の金属比表面積を変えることができる。【００３７】
次いで、得られたカソード触媒スラリーを、カソードガス拡散層６となるカーボンペーパーやカーボンクロスなどの導電性多孔質基材に吸引濾過法、スプレー法、ロールコータ法、バーコータ法などにより塗布し乾燥させて、カソード触媒層５とする。このようにしてカソードガス拡散層６上にカソード触媒層５が形成されたものがカソード７となる。ここで、カソード触媒スラリーの塗布後の乾燥速度を変えることにより、カソード触媒層５を構成する触媒の金属比表面積を変えることができる。【００３８】
次に、こうして得られたアノード４とカソード７との間にプロトン伝導性の電解質膜８を挟み込んだ後、これらをロールまたはプレスによって熱圧着することで膜電極接合体（ＭＥＡ）９を製造する。さらに、このＭＥＡ９にアノード導電層１０とカソード導電層１１を積層する。そして、燃料収容室１３上に、気液分離膜１４、アノード導電層１０およびカソード導電層１１が積層されたＭＥＡ９、保湿層１６、カバープレート（表面層）１７を順に重ね合わせて一体化することにより、第１の実施形態の燃料電池１を製造することができる。【００３９】
上記した説明では、燃料電池の構成として膜電極接合体（ＭＥＡ）９の下部に燃料収容室１３を有する構造で説明したが、燃料収容部とＭＥＡとの間に流路が配置され、この流路を介して燃料の供給が行われる構造であってもよい。また、燃料電池本体の構成としてパッシブ型の燃料電池を例に挙げて説明したが、アクティブ型の燃料電池、さらには燃料供給など一部にポンプなどを用いたセミパッシブ型の燃料電池に対しても本発明を適用することができる。【００４０】
セミパッシブ型の燃料電池は、燃料収容部からＭＥＡに供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化などを損なうものではない。また、燃料の供給にポンプを使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なるので、この燃料電池はセミパッシブ方式と呼称される。【００４１】
図２は、本発明の第２の実施形態であるセミパッシブ型の燃料電池の構成を示す縦断面図である。【００４２】
この燃料電池２０は、発電部としての膜電極接合体（ＭＥＡ）２１、集電体としてのアノード導電層２２およびカソード導電層２３を備えている。【００４３】
ＭＥＡ２１は、プロトン伝導性の電解質膜２４を間に挟み、その両側にアノード２５およびカソード２６が熱プレスで一体化されて構成されている。アノード２５は、電解質膜２４側にアノード触媒層２７を、その外側にアノードガス拡散層２８をそれぞれ有している。カソード２６は、電解質膜２４側にカソード触媒層２９を、その外側にカソードガス拡散層３０をそれぞれ有している。【００４４】
そして、このようなＭＥＡ２１において、アノード触媒層２７とカソード触媒層２９は第１の実施形態と同様に構成されている。すなわち、カソード触媒層２９におけるカソード触媒の金属比表面積の値（ＣＯパルス吸着法により測定）は、アノード触媒層２７におけるアノード触媒の金属比表面積の値（ＣＯパルス吸着法により測定）より大きくなっている。なお、より高い出力特性（出力密度）を得るために、カソード触媒の金属比表面積の値は、アノード触媒の金属比表面積の値の４倍以上であることが望ましい。また、カソード触媒の金属比表面積の値は、５ｍ２／ｇ以上であることが好ましく、アノード触媒の金属比表面積の値は１０ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。【００４５】
ＭＥＡ２１のアノードガス拡散層２８にアノード導電層２２が接するように配置され、カソードガス拡散層３０にカソード導電層２３が接するように配置されている。これらアノード導電層２２およびカソード導電層２３を介して、発電部で発電された電力が図示しない負荷に出力されるようになっている。【００４６】
また、この燃料電池２０はカバープレート３０と燃料供給手段（燃料分配機構）４０を備えている。プロトン伝導性の電解質膜２４とカバープレート３０および燃料分配機構４０の間には、それぞれゴム製のＯリングのようなシール材３１が介在されており、これらによって燃料電池発電部からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。【００４７】
カバープレート３０は、酸化剤である空気を取入れるための開口（空気導入口）３０ａを有している。カバープレート３０とカソード２６との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層にはカソード触媒層２９で生成された水の一部が含浸されており、水の蒸散を抑制するとともに、カソード触媒層２９への酸化剤（空気）の均一拡散を促進する。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。【００４８】
ＭＥＡ２１のアノード２５側には、燃料供給手段としての燃料分配機構４０が配置されている。燃料分配機構４０には、配管のような燃料の流路４１を介して燃料貯蔵手段としての燃料収容部４２が接続されている。燃料収容部４２には、燃料電池に対応した液体燃料が収容されている。【００４９】
燃料分配機構４０には、燃料収容部４２から流路４１を介して燃料が導入される。流路４１は、燃料分配機構４０や燃料収容部４２と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構４０と燃料収容部４２とが積層・一体化された構造の場合、これらを繋ぐ液体燃料の流路であってもよい。燃料分配機構４０は流路４１を介して燃料収容部４２と接続されていればよい。【００５０】
ここで、燃料分配機構４０は、例えば図３に示すように、燃料が流路４１を介して流入する少なくとも１個の燃料注入口４３ａと、液体燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口４３ｂとを有する燃料分配板４３を備えている。燃料分配板４３の内部には、図２に示すように、燃料注入口４３ａから導かれた燃料の通路となる空隙部４３ｃが設けられている。複数の燃料排出口４３ｂは空隙部４３ｃにそれぞれ直接接続されている。【００５１】
燃料注入口４３ａから燃料分配機構４０に導入された燃料は、燃料通路として機能する空隙部４３ｃに入り、この空隙部３４を介して複数の燃料排出口４３ｂにそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口４３ｂには、例えば燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離膜（図示せず）を配置してもよい。これによって、燃料電池発電部のアノード２５には燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離膜は、燃料分配機構４０とアノード２５との間に設置してもよい。液体燃料の気化成分は複数の燃料排出口４３ｂからアノード２５の複数個所に向けて排出される。【００５２】
燃料排出口４３ｂは、ＭＥＡ２１の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板４３のアノード２５と接する面に複数設けられている。燃料排出口４３ｂの個数は２個以上であればよいが、燃料電池発電部の面内における燃料供給量を均一化するうえで、０．１〜１０個／ｃｍ２の燃料排出口４３ｂが存在するように形成することが好ましい。【００５３】
燃料分配機構４０と燃料収容部４２の間を接続する流路４１には、ポンプ４４が挿入されている。このポンプ４４は燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部４２から燃料分配機構４０に燃料を移送する燃料供給ポンプである。このようなポンプ４４で必要時に燃料を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めるものである。この場合、ポンプ４４としては、少量の燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリーベーンポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。【００５４】
このような構成において、燃料収容部４２に収容された液体燃料は、ポンプ４４により流路４１を移送され、燃料分配機構４０に供給される。そして、燃料分配機構４０から放出された燃料は、燃料電池発電部のアノード２５に供給される。燃料電池発電部内において、燃料はアノードガス拡散層２８を拡散してアノード触媒層２７に供給される。【００５５】
なお、燃料分配機構４０からＭＥＡ２１への燃料供給が行われる構成であれば、ポンプ４４に代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。【００５６】
以上の構成であっても、第１の実施形態と同様の作用・効果が得られる。ＭＥＡ２１へ供給される液体燃料の蒸気においても、全て液体燃料の蒸気を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。【００５７】
さらに、本発明に係る電子機器は、電源として前記実施形態の燃料電池を備えたものであり、パーソナルコンピュータや携帯電話などの、半導体素子を有する小型の電子機器を例示することができる。本発明の電子機器は、出力特性の高い燃料電池を備えているので、小型で安定した高い性能を有する。
【実施例】
【００５８】
次に、本発明について実施例を参照してさらに詳細に説明する。【００５９】
実施例１
カーボン担体であるケッチェン（Ketjen）ＥＣＰ（商品名、ライオン社製）に、アノード触媒金属であるＰｔ−Ｒｕ合金（Ｒｕ６０ａｔ．％）を担持させ、ナトリウムボロハイドライドを用いて液相還元した後、８００℃不活性雰囲気下で１時間固溶体化処理を行い、アノード触媒を製造した。【００６０】
次いで、このアノード触媒と、ナフィオン溶液ＤＥ２０２０（商品名、デュポン社製）と溶媒（１−プロパノール、２−プロパノールおよびグリセリン）を、ナフィオンの含有割合を０〜８０重量％の範囲で変えて混合し、アノード触媒スラリーを調製した。得られたアノード触媒スラリーを、アノードガス拡散層となるカーボンペーパー（商品名ＴＧＰ−Ｈ−１２０、東レ社製）の一方の面にバーコータを用いて塗布した後乾燥させ、アノード触媒層（厚さ１８０μｍ）を形成した。【００６１】
また、カーボン担体であるケッチェンＥＣＰに、カソード触媒金属であるＰｔを担持させ、アノード触媒と同様にしてカソード触媒を製造した。次いで、このカソード触媒と、ナフィオン溶液ＤＥ２０２０および溶媒（１−プロパノール、２−プロパノールおよびグリセリン）を、ナフィオンの含有割合が２６重量％になるような配合比で混合し、カソード触媒スラリー（触媒金属の含有割合７重量％）を調製した。このカソード触媒スラリーを、カソードガス拡散層となるカーボンペーパー（商品名ＴＧＰ−Ｈ−０９０、東レ社製）の一方の面にバーコータを用いて塗布し乾燥させ、カソード触媒層（厚さ６０μｍ）を形成した。【００６２】
なお、カソード触媒層におけるナフィオンの含有割合（２６重量％）は、後述する実施例３の測定結果からわかるように、カソード触媒層におけるナフィオン含有割合を変えて出力特性を測定したときに、出力密度の値が最大となるときの含有割合である。【００６３】
次に、プロトン伝導性の電解質膜としてナフィオンＮＲＥ−２１２ＣＳ（商品名、デュポン社製）を使用し、この電解質膜と前記アノード（アノードガス拡散層とアノード触媒層）およびカソード（カソードガス拡散層とカソード触媒層）を、アノード触媒層とカソード触媒層がそれぞれ電解質膜側になるように重ね合わせた後、加熱温度１５０℃、圧力３０ｋｇｆ／ｃｍ２、５分の条件でプレスし、ＭＥＡを作製した。なお、電極面積は、アノード、カソードともに１２ｃｍ２とした。【００６４】
次いで、このようにして製造されたＭＥＡを用いて、図１に示す燃料電池を製造し、燃料収容室内に液体燃料として純メタノールを入れ、実際に発電を行わせた。そして、温度２５℃、相対湿度５０％の環境で出力の最大値（最大出力密度）を測定した。【００６５】
また、アノード触媒およびカソード触媒の金属比表面積を、以下に示すようにしてＣＯパルス吸着法により測定した。すなわち、まず、ＭＥＡからカソードガス拡散層とアノードガス拡散層を機械的に引き剥がした。カソード触媒層とアノード触媒層は、電解質膜側あるいは各ガス拡散層側に残留するため、この残留したアノード触媒層とカソード触媒層を別々にナイフで削ぎ落とした。なお、ナイフでの削ぎ落としの際には、金属比表面積の測定値に誤差が生じないように、電解質膜あるいは各ガス拡散層を削ぎ落とさないように注意した。次いで、削ぎ落としたアノード触媒層およびカソード触媒層を、乳鉢で軽くすり潰して粉末状にしたものを計量管に充填した。測定には、全自動触媒ガス吸着量測定装置ＢＥＬ−ＣＡＴ（日本ベル社製）を使用し、５０℃で測定を行った。なお、本測定においては、重量測定が、得られる結果に影響を与える重要な要素であるため、ＣＯパルス吸着量の測定前に、重量測定のための電子天秤を分銅により校正するとともに、測定試料の静電気除去を行った。こうして測定されたカソード触媒の金属比表面積は、７．８ｍ２／ｇであった。【００６６】
また、こうして求められたアノード触媒の金属比表面積と、燃料電池の最大出力（最大出力密度）を、アノード触媒層におけるナフィオンの含有割合に対してプロットした。そのグラフを図４に示す。【００６７】
さらに、燃料電池の最大出力（最大出力密度）を、ＣＯパルス吸着法により測定されたカソード触媒の金属比表面積とアノード触媒の金属比表面積との比（以下、カソード／アノード比表面積比という。）を横軸としてプロットした。そのグラフを図５に示す。さらに、図５におけるカソード／アノード比表面積比が０〜１０の範囲を拡大したグラフを、図６に示す。【００６８】
図４のグラフから以下のことがわかった。すなわち、アノード触媒層において、ナフィオンの含有割合が４０重量％を超え、ＣＯパルス吸着法により測定したアノード触媒の金属比表面積の値がナフィオン付着前（ナフィオン含有割合０重量％）のときの値の５０％以下に減少するところから、燃料電池の最大出力密度が大きく増大し、ＣＯパルス吸着量が検出限界値以下になりアノード触媒の金属比表面積が０に近くなったときに、最大出力密度の値が最大値を示すことがわかった。【００６９】
そして、アノード触媒層におけるナフィオンの含有割合が５０重量％以上で、アノード触媒の金属比表面積が７．５ｍ２／ｇ以下のときに、最大出力密度が１８ｍＷ／ｃｍ２以上と高い値を示すことがわかった。なお、このときのカソード触媒層におけるナフィオンの含有割合は２６重量％でカソード触媒の金属比表面積は７．８ｍ２／ｇであり、７．５ｍ２／ｇ以上となっているので、カソード触媒の金属比表面積がアノード触媒の金属比表面積より大きくなっていることが確かめられた。【００７０】
また図５および図６のグラフから、カソード／アノード比表面積比が４以上のときに、特に高い出力特性（出力密度）を示すことがわかった。【００７１】
実施例２
カーボン担体としてケッチェンＥＣＰに代わりヴァルカン（Vulcan）ＸＣ７２（商品名、Ｃａｂｏｔ社製）を使用し、実施例１と同様にしてアノード触媒を製造した。【００７２】
次いで、このアノード触媒とナフィオン溶液ＤＥ２０２０と溶媒（１−プロパノール、２−プロパノールおよびグリセリン）を、ナフィオンの含有割合を０〜５０重量％の範囲で変えて混合し、アノード触媒スラリーを調製した。その後、得られたアノード触媒スラリーを、アノードガス拡散層となるカーボンペーパ（商品名ＴＧＰ−Ｈ−１２０）の一方の面にバーコータを用いて塗布し乾燥させ、アノード触媒層（厚さ１８０μｍ）を形成した。【００７３】
また、カーボン担体として、ケッチェンＥＣＰに代わりヴァルカン（Vulcan）ＸＣ７２を使用し、実施例１と同様にしてカソード触媒を製造した。得られたカソード触媒を使用し、実施例１と同様にしてカソード触媒スラリー（ナフィオン含有割合２０重量％、触媒金属の含有割合９重量％）を調製した。このカソード触媒スラリーを、カーボンペーパ（商品名ＴＧＰ−Ｈ−０９０）の一方の面にバーコータを用いて塗布し乾燥させ、カソード触媒層（厚さ５０μｍ）を形成した。【００７４】
なお、このカソード触媒層におけるナフィオンの含有割合（２０重量％）は、後述する実施例４の測定結果からわかるように、カソード触媒層におけるナフィオン含有割合を変えて出力特性を測定したときに、最大出力密度の値が最大となるときの含有割合である。【００７５】
次に、プロトン伝導性の電解質膜であるナフィオンＮＲＥ−２１２ＣＳと前記アノード（アノードガス拡散層とアノード触媒層）およびカソード（カソードガス拡散層とカソード触媒層）を重ね合わせた後、実施例１と同様にしてＭＥＡを作製した。【００７６】
次いで、このようにして製造されたＭＥＡを用いて、図１に示す燃料電池を製造し、燃料収容室内に液体燃料として純メタノールを入れ、実際に発電を行わせた。そして、温度２５℃、相対湿度５０％の環境で出力の最大値（最大出力密度）を測定した。【００７７】
また、ＭＥＡからアノード触媒層およびカソード触媒層を別々にナイフで削ぎ落とした後、乳鉢で軽くすり潰して粉末状にしたものを計量管に充填し、実施例１と同様にＣＯパルス吸着法によりアノード触媒およびカソード触媒の金属比表面積を測定した。こうして測定されたカソード触媒の金属比表面積は、５ｍ２／ｇであった。【００７８】
こうして求められたアノード触媒の金属比表面積、および燃料電池の最大出力（最大出力密度）を、アノード触媒層におけるナフィオンの含有割合に対してプロットした。そのグラフを図７に示す。【００７９】
図７のグラフから以下のことがわかった。すなわち、アノード触媒層において、ナフィオンの含有割合が２０重量％を超え、ＣＯパルス吸着法により測定したアノード触媒の金属比表面積がナフィオン付着前の２／３以下に減少するところから、燃料電池の最大出力密度が増大し、ＣＯパルス吸着量が検出限界値以下になりアノード触媒の金属比表面積が０に近くなったときに、最大出力密度の値が最大値を示すことがわかった。【００８０】
そして、アノード触媒層におけるナフィオンの含有割合が４０重量％以上でアノード触媒の金属比表面積が１ｍ２／ｇ以下のときに、最大出力密度が２０ｍＷ／ｃｍ２以上と高い値を示すことがわかった。なお、このときのカソード触媒の金属比表面積は５ｍ２／ｇであり、カソード触媒の金属比表面積がアノード触媒の金属比表面積より大きくなっていることが確かめられた。【００８１】
実施例３
カーボン担体としてケッチェンＥＣＰを使用し、実施例１と同様にしてアノード触媒を製造した後、このアノード触媒と、ナフィオン溶液ＤＥ２０２０と溶媒（１−プロパノール、２−プロパノールおよびグリセリン）を、ナフィオンの含有割合が６０重量％になるような配合比で混合し、アノード触媒スラリー（触媒金属の含有割合３．５重量％）を調製した。次いで、このアノード触媒スラリーを、アノードガス拡散層となるカーボンペーパ（商品名ＴＧＰ−Ｈ−１２０）の一方の面にバーコータを用いて塗布し乾燥させ、アノード触媒層（厚さ１８０μｍ）を形成した。【００８２】
なお、このアノード触媒層におけるナフィオンの含有割合（６０重量％）は、前記実施例１の測定結果からわかるように、アノード触媒層におけるナフィオン含有割合を変えて出力特性を測定したときに、最大出力密度の値が最大となる含有割合である。【００８３】
また、カーボン担体であるケッチェンＥＣＰに、カソード触媒金属であるＰｔを担持させて得られたカソード触媒と、ナフィオン溶液ＤＥ２０２０と溶媒（１−プロパノール、２−プロパノールおよびグリセリン）を、ナフィオンの含有割合を０〜４０重量％の範囲で変えて混合し、カソード触媒スラリーを調製した。得られたカソード触媒スラリーを、カソードガス拡散層となるカーボンペーパ（商品名ＴＧＰ−Ｈ−０９０）の一方の面にバーコータを用いて塗布し乾燥させ、カソード触媒層（厚さ６０μｍ）を形成した。【００８４】
次に、プロトン伝導性の電解質膜であるナフィオンＮＲＥ−２１２ＣＳと前記アノード（アノードガス拡散層とアノード触媒層）およびカソード（カソードガス拡散層とカソード触媒層）を重ね合わせた後、実施例１と同様にしてＭＥＡを作製した。【００８５】
次いで、このようにして製造されたＭＥＡを用いて、図１に示す燃料電池を製造し、燃料収容室内に液体燃料として純メタノールを入れ、実際に発電を行わせた。そして、温度２５℃、相対湿度５０％の環境で出力の最大値（最大出力密度）を測定した。【００８６】
また、ＭＥＡからアノード触媒層およびカソード触媒層を別々にナイフで削ぎ落とした後、乳鉢で軽くすり潰して粉末状にしたものを計量管に充填し、実施例１と同様にＣＯパルス吸着法によりアノード触媒およびカソード触媒の金属比表面積を測定した。こうして測定されたアノード触媒の金属比表面積は、１ｍ２／ｇ以下であった。【００８７】
また、こうして求められたカソード触媒の金属比表面積と、燃料電池の最大出力（最大出力密度）を、カソード触媒層におけるナフィオンの含有割合に対してプロットした。そのグラフを図８に示す。【００８８】
図８のグラフから以下のことがわかった。すなわち、カソード触媒層において、ナフィオンの含有割合が２０重量％を超え、ＣＯパルス吸着法により測定したカソード触媒の金属比表面積が減少し始めたところでようやく出力が得られるようになり、カソード触媒の金属比表面積がナフィオン付着前に比べて約２０％減少したところで、最大出力密度の値が最大値を示すことがわかった。そして、カソード触媒の金属比表面積がナフィオン付着前の５０％以下になると、出力がほとんど得られなくなることがわかった。【００８９】
また、カソード触媒層におけるナフィオンの含有割合が２５重量％で、ＣＯパルス吸着法により測定したカソード触媒の金属比表面積が８ｍ２／ｇのときに、最大出力密度が１８ｍＷ／ｃｍ２以上と高い値を示すことがわかった。なお、このときのアノード触媒層におけるナフィオンの含有割合は６０重量％でアノード触媒の金属比表面積は１ｍ２／ｇ以下であるので、カソード／アノード比表面積比が４以上になっていることが確かめられた。【００９０】
実施例４
カーボン担体としてケッチェンＥＣＰに代わりヴァルカン（Vulcan）ＸＣ７２）を使用し、実施例３と同様にしてアノード触媒を製造した。その後、このアノード触媒と、ナフィオン溶液ＤＥ２０２０と溶媒（１−プロパノール、２−プロパノールおよびグリセリン）を、ナフィオンの含有割合が４０重量％になるような配合比で混合し、アノード触媒スラリーを調製した。次いで、このアノード触媒スラリーを、アノードガス拡散層となるカーボンペーパ（商品名ＴＧＰ−Ｈ−１２０）の一方の面にバーコータを用いて塗布し乾燥させ、アノード触媒層（厚さ１８０μｍ）を形成した。【００９１】
なお、このアノード触媒層におけるナフィオンの含有割合（４０重量％）は、前記実施例２の測定結果からわかるように、アノード触媒層におけるナフィオン含有割合を変えて出力特性を測定したときに、最大出力密度の値が最大となる含有割合である。【００９２】
また、カーボン担体として、ケッチェンＥＣＰに代わりヴァルカン（Vulcan）ＸＣ７２を使用し、実施例１と同様にしてカソード触媒を製造した。得られたカソード触媒と、ナフィオン溶液ＤＥ２０２０と溶媒（１−プロパノール、２−プロパノールおよびグリセリン）を、ナフィオンの含有割合を０〜４０重量％の範囲で変えて混合し、カソード触媒スラリーを調製した。得られたカソード触媒スラリーを、カソードガス拡散層となるカーボンペーパ（商品名ＴＧＰ−Ｈ−０９０）の一方の面にバーコータを用いて塗布し乾燥させ、カソード触媒層（厚さ６０μｍ）を形成した。【００９３】
次に、プロトン伝導性の電解質膜であるナフィオンＮＲＥ−２１２ＣＳと前記アノード（アノードガス拡散層とアノード触媒層）およびカソード（カソードガス拡散層とカソード触媒層）を重ね合わせた後、実施例１と同様にしてＭＥＡを作製した。【００９４】
次いで、このようにして製造されたＭＥＡを用いて、図１に示されるような燃料電池を製造し、燃料収容室内に液体燃料として純メタノールを入れ、実際に発電を行わせた。そして、温度２５℃、相対湿度５０％の環境で出力の最大値（最大出力密度）を測定した。【００９５】
また、ＭＥＡからアノード触媒層およびカソード触媒層を別々にナイフで削ぎ落とした後、乳鉢で軽くすり潰して粉末状にしたものを計量管に充填し、実施例１と同様に、ＣＯパルス吸着法によりアノード触媒およびカソード触媒の金属比表面積を測定した。こうして測定されたアノード触媒の金属比表面積は、１ｍ２／ｇ以下であった。【００９６】
また、こうして求められたカソード触媒の金属比表面積、および燃料電池の最大出力（最大出力密度）を、カソード触媒層におけるナフィオンの含有割合に対してプロットした。そのグラフを図９に示す。【００９７】
図９のグラフから、カソード触媒層において、ナフィオンの含有割合が１０重量％を超え、ＣＯパルス吸着法により測定したカソード触媒の金属比表面積が減少し始めたところでようやく出力が出始め、カソード触媒の金属比表面積がナフィオン付着前に比べて約１０％減少したところで、最大出力密度の値が最大値を示すことがわかった。【００９８】
また、カソード触媒層におけるナフィオンの含有割合が２０重量％で、ＣＯパルス吸着法により測定したカソード触媒の金属比表面積が５ｍ２／ｇのときに、最大出力密度が２０ｍＷ／ｃｍ２以上と高い値を示すことがわかった。なお、このときのアノード触媒の金属比表面積は１ｍ２／ｇ以下であるので、カソード／アノード比表面積比が４以上になっていることが確かめられた。【００９９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【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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【国際調査報告】
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