(57)【要約】液体燃料電池（１）のためのアノード（３）においては、液体燃料に接するようになっているその側面（ａ）の少なくとも一部において親水化処理が施される。
2009522742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料電池のためのアノードであって、液体燃料に接するようになっているそのアノードの側面の少なくとも一部が親水化処理されているアノード。
【請求項２】
アノードが、支持体上の触媒活性金属を含む請求項１に記載のアノード。
【請求項３】
触媒活性金属が、プラチナ、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、金およびレニウムの少なくとも１つを含む請求項２に記載のアノード。
【請求項４】
支持体が、活性炭、カーボンブラック、グラファイト、およびカーボンナノチューブの少なくとも１つを含む請求項２および３のいずれかに記載のアノード。
【請求項５】
アノードが、結合剤をさらに有する請求項２から４のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項６】
液体燃料に接するようになっている完成したアノードの少なくとも側面が親水化処理されている請求項１から５のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項７】
触媒金属を保持する支持体が少なくとも親水化処理されている請求項２から５のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項８】
親水化処理が、親水化剤による処理を含む請求項１から７のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項９】
親水化剤が、アニオン性の界面活性剤、カチオン性の界面活性剤、非イオン性の界面活性剤、ポリカルボン酸およびそれらの塩、オキソ酸およびそれらの塩、糖、糖アルコール、糖誘導体およびセルロース誘導体から選択される少なくとも１つの物質を含む請求項８に記載のアノード。
【請求項１０】
親水化剤が、アルキル硫酸塩およびアルキルスルホン酸塩から選択される少なくとも１つの物質を含む請求項８に記載のアノード。
【請求項１１】
親水化剤が、ポリアルキレングリコールおよびそれらのエーテルから選択される少なくとも１つの物質を含む請求項８に記載のアノード。
【請求項１２】
ポリアルキレングリコールおよびそれらのエーテルの重量平均分子量が約１，０００以下である請求項１１に記載のアノード。
【請求項１３】
親水化剤が、アクリル酸のホモポリマーおよびコポリマー、モノマーのポリカルボン酸およびその塩から選択される少なくとも１つの物質を含む請求項８に記載のアノード。
【請求項１４】
親水化剤が、グルコース、フルクトース、キシロース、ソルボース、スクロース、マルトース、ラクトース、ガラクトース、ソルビトール、キシリトール、マンニトール、マルチトール、ラクチトール、ガラクチトース、エリスリトールおよびグルコン酸から選択される少なくとも１つの物質を含む請求項８に記載のアノード。
【請求項１５】
親水化剤が、カルボキシメチルセルロースおよびそれらの塩から選択される少なくとも１つの物質を含む請求項８に記載のアノード。
【請求項１６】
アノードが、約０．００１から約５ｍｇ/ｃｍ２の親水化剤を含む請求項８から１５のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項１７】
アノードが、約０．０５から約０．５ｍｇ/ｃｍ２の親水化剤を含む請求項８から１６のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項１８】
親水化処理が、少なくとも液体燃料に接するようになっているそのアノードの側面に対する低温プラズマエッチングを含む請求項１から１７のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項１９】
６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウム水溶液中にアノードを１０分間浸した後のインピーダンスの実数部が、親水化処理を受けていない同じアノードのインピーダンスの実数部の約５０％以下である請求項１から１８のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項２０】
６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウム水溶液中にアノードを２０分間浸した後のインピーダンスの実数部が、親水化処理を受けていない同じアノードのインピーダンスの実数部の約７５％以下である請求項１から１９のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項２１】
６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウム水溶液中に１０分間浸した後のアノードのインピーダンスの実数部が、約３オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）以下である請求項１９および２０のいずれかに記載のアノード。
【請求項２２】
６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウム水溶液中に２０分間浸した後のアノードのインピーダンスの実数部が、約２オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）以下である請求項１９から２１のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項２３】
アノードが、室温において約６０分間以内で６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウムにより実質的に完全にぬらされる請求項１から２２のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項２４】
電解質に接するようになっているアノードの表面が、水素ガスがアノードを通過することを実質的に防ぐことができるポリマー物質により、実質的に完全に覆われている請求項１から２３のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項２５】
ポリマー物質が、水酸基、カルボキシル基、およびスルホン基から選択される官能基を有する少なくとも１つのポリマーを含む請求項２４に記載のアノード。
【請求項２６】
ポリマー物質が、ビニルアルコールのホモポリマーおよびコポリマーの少なくとも１つを含む請求項２５に記載のアノード。
【請求項２７】
ポリマー物質が、ビニルアルコールとアルケンのコポリマーを含む請求項２５に記載のアノード。
【請求項２８】
少なくとも１つのポリマーが、架橋剤により少なくとも部分的に架橋されている請求項２５から２７のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項２９】
少なくとも１つのポリマーが、水酸基を有するポリマーと、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、アクリル酸のホモもしくはコポリマー、およびこれらの２つもしくはそれ以上の組み合わせから選択されるポリマーを含む架橋剤とを含む請求項２８に記載のアノード。
【請求項３０】
少なくとも１つのポリマーが、水酸基を有するポリマーと、珪酸塩、ピロリン酸塩、糖アルコール、ポリカルボン酸およびアルデヒドのうち少なくとも１つを含む架橋剤とを含む請求項２８に記載のアノード。
【請求項３１】
請求項１から３０のいずれか１つに記載のアノードを含む液体燃料電池。
【請求項３２】
燃料電池が直接液体燃料電池である請求項３１に記載の燃料電池。
【請求項３３】
燃料電池が携帯可能である請求項３１および３２のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項３４】
燃料電池が、その燃料室中に、金属水素化物と金属水素化ホウ素化合物との少なくとも１つを含む請求項３１から３３のいずれか１つに記載の燃料電池。
【請求項３５】
燃料電池が、その燃料室中に、水素化ホウ素ナトリウムを含む請求項３１から３４のいずれか１つに記載の燃料電池。
【請求項３６】
燃料電池の電解質チャンバー中に、アルカリ金属水酸化物の水溶液を含む請求項３１から３５のいずれか１つに記載の燃料電池。
【請求項３７】
水と親水性液体との少なくともいずれかを含む液体燃料とともに使用される燃料電池であって、燃料電池が、
カソードと、
アノードと、
カソードとアノードの間に配置された電解質チャンバーと、
アノードの電解質チャンバーに対向する側とは反対側に配置された燃料室とを備え、
燃料室に対向するアノードの側面の少なくとも一部が、親水化処理を受ける燃料電池。
【請求項３８】
燃料室が、金属水素化物化合物と金属水素化ホウ素化合物との少なくとも１つを含む燃料を有する請求項３７に記載の燃料電池。
【請求項３９】
親水化処理が、親水化処理剤による処理を含む請求項３７および３８のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項４０】
アノードが、約０．０１から約１ｍｇ/ｃｍ２の親水化剤を含む請求項３９に記載の燃料電池。
【請求項４１】
親水化剤が、アニオン性の界面活性剤、カチオン性の界面活性剤、非イオン性の界面活性剤、ポリカルボン酸およびそれらの塩、オキソ酸およびそれらの塩、糖、糖アルコール、糖誘導体およびセルロース誘導体から選択される少なくとも１つの物質を含む請求項３９および４０のいずれか１つに記載の燃料電池。
【請求項４２】
６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウム水溶液中に１０分間浸した後のアノードのインピーダンスの実数部が、約３オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）以下である請求項３９から４１のいずれか１つに記載の燃料電池。
【請求項４３】
燃料電池が、室温において約６０分間以内で６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウムにより実質的に完全にぬらされる請求項３９から４２のいずれか１つに記載の燃料電池。
【請求項４４】
水と親水性液体との少なくともいずれかを含む燃料を用いる燃料電池において使用されるアノードのぬれ率を向上する方法であって、液体燃料に接するようになっているアノードの側面の少なくとも一部に親水化処理を施す方法。
【請求項４５】
親水化処理が、親水化剤による処理を含む請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
親水化剤が、アニオン性の界面活性剤、カチオン性の界面活性剤、非イオン性の界面活性剤、ポリカルボン酸およびそれらの塩、オキソ酸およびそれらの塩、糖、糖アルコール、糖誘導体およびセルロース誘導体から選択される少なくとも１つの物質を含む請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
親水化処理が、６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウム水溶液中に１０分間浸漬されたアノードのインピーダンスの実数部を少なくとも約５０％減少させる請求項４４から４６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４８】
６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウム水溶液中にアノードを２０分間浸漬した後のインピーダンスの実数部が、約２オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）以下である請求項４４から４７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４９】
水と親水性液体との少なくともいずれかを含む液体燃料を用いる液体燃料電池のアノードの導入期間を短縮する方法であって、液体燃料に接するようになっているアノードの側面の少なくとも一部に親水化処理を施す方法。
【請求項５０】
液体燃料電池のアノードにおいて用いられる物質の親水化方法であって、結合剤と多孔性支持体上の触媒活性金属を含む二次元物質を、アニオン性の界面活性剤、カチオン性の界面活性剤、非イオン性の界面活性剤、ポリカルボン酸およびそれらの塩、オキソ酸およびそれらの塩、糖、糖アルコール、糖誘導体およびセルロース誘導体から選択される１つまたはそれ以上の親水化物質の溶液に接触させる方法。
【請求項５１】
その物質を、乾燥後に約０．０１から約１ｍｇ/ｃｍ２の１つまたはそれ以上の親水化物質を含む物質を得るのに十分な時間および十分な温度で、その溶液に接触させる請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
触媒活性金属がプラチナ、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、金およびレニウムの少なくとも１つを含み、支持体が、活性炭、カーボンブラック、グラファイト、およびカーボンナノチューブの少なくとも１つを含み、結合剤が、ＰＴＦＥを含む請求項５０および５１のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願における相互参照
本願は、２００６年１月５日に出願された米国出願第１１／３２５，４６６号の優先権を主張するものであり、その全ての開示がここに参照のために明白に掲げられている。
【０００２】
本発明は、水素化物燃料を用いる直接液体燃料電池（ＤＬＦＣ）のための親水化されたアノードに関し、特に、燃料電池の迅速な活性化と高い初期電力を与えるアノードに関する。
【背景技術】
【０００３】
直接液体燃料電池は、新しいエネルギー変換技術の分野においてかなり重要である。文献においては、最も頻繁に議論されるＤＬＦＣのための液体燃料は、メタノールであるように見うけられる。直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣｓ）の主たる不利な点は、メタノールの毒性、室温における非常に好ましくない放電特性と、複雑さと、高い触媒の充填および低い性能によるコストである。
【０００４】
（金属）水素化物と水素化ホウ素化合物（以下、時々集合的に“水素化物燃料”とよぶ）、例えば、（例えばアルカリ溶液中の）水素化ホウ素ナトリウムは、非常に高い化学的および電気的な活性を有する。従って、このような燃料を用いるＤＬＦＣは、室温においてさえも、著しく高い放電特性（電流密度、比エネルギーなど）を有する。
【０００５】
水素化（ホウ素）燃料を用いるＤＬＦＣの効率的な作動は、アノードの触媒粒子への水素化（ホウ素）化合物の継続的な移動を必要とする。例えば、水素化ホウ素化合物は、アノードにおける直接反応によって、ＢＯ２−と水の発生を伴いながら以下のように電気化学的に酸化される。
ＢＨ４−＋８ＯＨ−＝ＢＯ２−＋６Ｈ２Ｏ＋８ｅ−  （１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ほとんどの水素化物燃料は、水と、例えば金属水素化物および／または水素化ホウ素化合物などの無機化合物を含むので、水素化物燃料を用いる燃料電池のためのアノードは、燃料電池の効率的な作動を確保することができるほど親水性であることが望ましい。少なくとも燃料が親水性である限り、アノードの親水性を増す、アノードのぬれ率次第である液体燃料電池の迅速な活性化もまた望ましい。
【０００７】
ほとんど液体燃料電池のためのアノードの触媒として活性な層は、通常、粒子状の支持体（例えば、例えば多孔性カーボン支持体などの多孔性粒子支持体において分散された触媒活性金属）上の触媒と、結合剤（通常、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのポリマー物質）とを含む。多孔性カーボン支持体の例は、活性炭、カーボンブラック、グラファイト、およびカーボンナノチューブを含む。これらの物質は、異なる割合の親水性／疎水性特性を備えうるが、一般的には、それらは親水性というよりも疎水性である。活性炭は、通常、カーボンブラックはグラファイトよりも親水性である。支持体において分散された触媒活性金属は、通常、親水性である。もしも、例えばＰＴＦＥなどの通常の結合剤が使用される場合、結合剤もまた、アノードの親水性特性を増す親水性物質である。
【０００８】
上述の観点から、水素化物燃料（すなわち親水性の燃料）とともに使用するための液体燃料電池のアノードは可能な限り親水性にすることが望ましいとされ得るが、電気触媒活性、機械的な完全性および活性層の電気伝導性といった望ましいアノード特性のいかなる実質的な範囲にも不利な影響を与えることはないべきである。このことは、例えば、（水性の）燃料の表面張力を増加させる傾向にあるアルカリ金属水素化物などのアルカリ性物質を含む燃料についてより望ましいとされ、それによって親水性の物質を含むアノードをぬれさせることをより困難にさせる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、液体燃料電池のためのアノードであり、液体燃料に接するようになっているアノードの側面の少なくとも一部に親水性化処理を受けるアノードを与える。
【００１０】
１つの面においては、本発明のアノードは、支持体上の触媒活性金属を含み得る。例えば、触媒活性金属は、プラチナ、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、金およびレニウムのうち一つもしくはそれ以上を含んでも良く、および／または支持体は、活性炭、カーボンブラック、グラファイト、およびカーボンナノチューブのうち一つもしくはそれ以上を含んでも良い。アノードは、さらに集電子と同様に、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの結合剤をさらに含んでも良い。
【００１１】
もう１つの面においては、液体燃料に接するようになっている完成したアノードの少なくとも側面は、親水性化処理を受けていても良い。
【００１２】
もう１つの面においては、少なくとも、触媒活性金属を保持する支持体は、親水性化処理を受けていても良い。
【００１３】
さらにもう１つの面においては、本発明のアノードは、１つまたはそれ以上の親水化剤により、親水性化処理を受けていても良い。親水化剤の限定的ではない例は、アニオン性の界面活性剤、カチオン性の界面活性剤、非イオン性の界面活性剤、ポリカルボン酸およびそれらの塩、オキソ酸およびそれらの塩、糖、糖アルコール、糖誘導体およびセルロース誘導体である。例えば、親水化剤は、アルキル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレングリコールエーテル（通常、約１，０００以下の重量平均分子量のもの）、アクリル酸のホモポリマーもしくはコポリマー、モノマーのポリカルボン酸（monomeric polycarboxylic acid）もしくはその塩、グルコース、フルクトース、キシロース、ソルボース、マルトース、ラクトースおよびガラクトースなどの糖、ソルビトール、キシリトール、マンニトール、マルチトール、ラクチトール、ガラクチトースおよびエリスリトールなどの糖アルコール、グルコン酸およびカルボキシメチルセルロースおよび／またはそれらの塩などの糖誘導体のうち１つまたはそれ以上であっても良い。
【００１４】
もう１つの面においては、アノードは、約０．００１から約５ｍｇ/ｃｍ２、例えば約０．０５から約０．５ｍｇ/ｃｍ２の親水化剤のアノードを含んでも良い。
【００１５】
本発明のアノードのさらにもう１つの面においては、親水化処理自身は、液体燃料に接するようになっている完成したアノードの少なくともその側面の低温プラズマエッチングを含んでも良い。
【００１６】
瞬時アノード（instant anode）なおさらなる１つの面においては、６．６モル／リットル（Ｍ）の水溶液の水酸化カリウムにアノードを１０分間浸した後のインピーダンスの実数部（real component）は、親水化処理を受けていない同じアノードのインピーダンスの実数部の約５０％以下でも良く、および／または、６．６モル／リットル（Ｍ）の水溶液の水酸化カリウムにアノードを２０分間浸した後のインピーダンスの実数部（real component）は、親水化処理を受けていない同じアノードのインピーダンスの実数部の約７５％以下でも良い。
【００１７】
もう１つの面においては、６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウムに１０分間浸した後の本発明のアノードのインピーダンスの実数部（real component）は、約３オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）以下でも良く、および／または、６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウムに２０分間浸した後においては、約２オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）以下でも良い。
【００１８】
もう１つの面においては、アノードは、室温において約６０分間以内で６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウムにより実質的に完全にぬらされても良い。
【００１９】
さらにもう１つの面においては、液体の電解質に接するようになっている本発明のアノードのその表面（液体燃料に接するようになっている側とは反対側）は、水素ガスがアノードを通過することを実質的に防ぐことができるポリマー物質により、実質的に完全に覆われても良い。例えば、ポリマー物質は、水酸基、カルボキシル基、およびスルホン基から選択される親水性の官能基を有する少なくとも１つのポリマーを含んでも良い。１つの面においては、ポリマー物質は、ホモポリマーおよび／またはビニルアルコールのコポリマー、例えば、ビニルアルコールとエチレンのコポリマーを含んでも良い。もう１つの面においては、その少なくとも１つのポリマーは、架橋剤によって少なくとも部分的に架橋されていても良い。例えば、その少なくとも１つのポリマーは、水酸基を有するポリマー（例えばビニルアルコールのホモポリマーもしくはコポリマー）を含んでいても良く、そして架橋剤は、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、アクリル酸のホモもしくはコポリマー、およびこれらの２つもしくはそれ以上の組み合わせから選択されるポリマーを含んでも良く、および／または、架橋剤は、珪酸塩の１つまたはそれ以上、ピロリン酸塩、糖アルコール、ポリカルボン酸、およびアルデヒドのうち１つまたはそれ以上を含んでも良い。
【００２０】
本発明は、上述の様々な面を含む本発明のアノードを有する液体燃料電池もまた与える。
【００２１】
１つの面においては、燃料電池は、直接液体燃料電池および／または携帯燃料電池（例えば携帯電話、ラップトップコンピュータおよび同種のものとともに使用されるためのもの）であっても良い。
【００２２】
もう１つの面においては、燃料電池は、金属水素化物および／または、例えば、水素化ホウ素ナトリウムなどの金属水素化ホウ素化合物（例えば、そのアルカリ水溶液として）をその燃料室内における含んでも良く、および／または、それは、アルカリ金属水酸化物の水溶液（例えば、水酸化ナトリウムおよび／または水酸化カリウム）をその電解質チャンバー内において含んでも良い。
【００２３】
本発明は、水および／または親水性の溶媒を含む液体燃料とともに使用されるための燃料電池もまた与える。燃料電池は、カソードと、アノードと、カソードとアノードの間に配置された電解質チャンバーと、アノードの電解質チャンバーに対向する側とは反対側に配置された燃料室とを含む。アノードの少なくとも燃料室に対向する側の一部は、親水化処理を受ける。
【００２４】
１つの面においては、燃料室は、少なくとも金属水素化物と金属水素化ホウ素化合物との少なくとも一方を有する燃料を含んでも良い。
【００２５】
燃料電池のもう１つの面においては、親水化処理は、親水化剤による処理を含んでも良い。
【００２６】
さらにもう１つの面においては、アノードは、合計量が約０．０１から約１ｍｇ／ｃｍ２までの１つまたはそれ以上の親水化剤を含んでも良い。親水化剤は、例えば、アニオン性の界面活性剤、カチオン性の界面活性剤、非イオン性の界面活性剤、ポリカルボン酸およびそれらの塩、オキソ酸およびそれらの塩、糖、糖アルコール、糖誘導体およびセルロース誘導体から選択される少なくとも１つの物質を含んでも良い。
【００２７】
燃料電池のさらにもう１つの面においては、６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウムに１０分間浸した後のアノードのインピーダンスの実数部（real component）は、約３オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）以下でも良く、および／または、アノードが室温において約６０分間以内で６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウムにより実質的に完全にぬらされても良い。
【００２８】
本発明は、少なくとも水および／または親水性の（有機）溶媒（例えばメタノールとエタノールなどのアルコール）の少なくとも一方を含む燃料を使用する液体燃料電池において使用されるためのアノードの燃料ぬれ率を向上する方法もまた与える。その方法は、液体燃料に接するようになっているアノードの側面の少なくとも一部（例えば、液体燃料に接するようになっている完成したアノードの側面の少なくとも一部）に親水性化処理を受けさせることを含む。
【００２９】
この方法のもう１つの面においては、親水化処理は、親水化剤による処理を含んでも良い。親水化剤の限定的ではない例は、アニオン性の界面活性剤、カチオン性の界面活性剤、非イオン性の界面活性剤、ポリカルボン酸およびそれらの塩、オキソ酸およびそれらの塩、糖、糖アルコール、糖誘導体およびセルロース誘導体を含む。
【００３０】
その方法のもう１つの面においては、親水化処理は、６．６モル／リットル（Ｍ）の水溶液の水酸化カリウムに１０分間浸されたアノードのインピーダンスの実数部（real component）を少なくとも５０％まで低下させ得る。
【００３１】
さらにもう１つの面においては、６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウムにアノードを２０分間浸した後の親水化されたアノードのインピーダンスの実数部（real component）においては、約２オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）以下でも良い。
【００３２】
本発明は、水および／または親水性の溶媒を含む液体燃料を使用する液体燃料電池のアノードの導入期間を短縮する方法もまた与える。その方法は、液体燃料に接するようになっているアノードの側面の少なくとも一部（例えば、液体燃料に接するようになっている完成したアノードの側面の少なくとも一部）に親水性化処理を受けさせることを含む。
【００３３】
本発明は、液体燃料電池のアノードにおける使用のための物質の親水化方法もまた与える。その方法は、多孔性支持体上の触媒活性金属および結合剤を含む二次元物質を、アニオン性の界面活性剤、カチオン性の界面活性剤、非イオン性の界面活性剤、ポリカルボン酸およびそれらの塩、オキソ酸およびそれらの塩、糖、糖アルコール、糖誘導体およびセルロース誘導体から選択される１つまたはそれ以上の親水化物質の溶液に接触させることを含む。
【００３４】
その方法の１つの面においては、その物質は、乾燥後に約０．０１ｍｇ/ｃｍ２から約１ｍｇ/ｃｍ２の親水化物質を含む物質を得るのに十分な時間および十分な温度で、その溶液に接触されても良い。
【００３５】
上述の方法のもう１つの面においては、触媒活性金属がプラチナ、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、金およびレニウムのうち一つもしくはそれ以上を含んでも良く、および／または、支持体が活性炭、カーボンブラック、グラファイト、およびカーボンナノチューブのうち一つもしくはそれ以上を含んでも良く、および／または、結合剤がＰＴＦＥを含んでも良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明は、本発明の典型的な実施形態の限定的ではない例として示された複数の図面を参照して、後述する詳細な説明においてさらに図示される。いくつかの図面を通して、同様の符号は類似の部分を示す。
【００３７】
ここに示される明細は一例であり、本発明のみの実施形態の例示的説明を目的としており、そして、最も利用可能あり、直ちに理解される原理の記述であり、本発明の概念的な面であると信じられることを与えるために示されている。この点において、本発明の基本的な理解のために必要である以上の詳細な本発明の構造的な細部を示す試みはなされておらず、その図面とともに示された記載は、本発明のいくつかの形態がどのようにして実際に具体化され得るかを当業者に明らかにするものである。
【００３８】
図１に示されるように、本発明における液体燃料電池は、その中に燃料室２および電解質チャンバー５を含むケーシング（casing）または容器本体１を含む。燃料室２は、例えば、水素化物や水素化ホウ素ナトリウムなどの水素化ホウ素化合物のアルカリ水溶液の形で、親水性液体燃料を含む。これに相当する液体燃料の限定的ではない例は、例えば、米国特許公開２００１／００４５３６４号公報、米国特許公開２００３／０２０７１６０号公報、米国特許公開２００３／０２０７１５７号公報、米国特許公開２００３／００９９８７６号公報、および米国特許第６，５５４，８７７号公報と第６，５６２，４９７号公報において記載されており、その全ての開示は、ここに参考のために明白に掲げられている。
【００３９】
電解質チャンバーは、例えば、アルカリ金属水酸化物の水溶液（例えば、水酸化ナトリウムおよび／または水酸化カリウム）の水溶液の形で電解質を含む。アノード３は、ケーシング１内に配置されており、２つのチャンバー（chambers）２および５を隔てる。カソード４（例えば、空気吸込式カソード(air-breathing cathode)）もまた、ケーシング１内に配置されており、２つのアノード３とともに電解質チャンバー５の範囲を定める。アノード３においては、液体燃料の酸化が行われる。カソード４においては、物質、典型的には周囲の空気中の酸素が還元される。燃料室２に対向するアノード３の少なくとも一部は、親水化処理を受ける。例えば、図１におけるアノード３の側面ａの少なくとも一部（好ましくは実質的に側面ａの全領域）が、親水化処理を受けても良い。アノード３の反対側（図１における側面ｂ）もまた、親水化処理を受けても良い。
【００４０】
本発明のアノードのない通常の液体燃料電池においては、通常、親水性の燃料がアノードを実質的に完全にぬらせるのにかなりの時間（しばしば一時間を超える）を有する期間（この期間をここでは“導入期間”と呼ぶ）が経過する。従って、電力出力と燃料電池の効率が最大レベルに到達するのは、かなりの導入期間の後になる。本発明のアノードにおいては、液体燃料電池に接するアノードの（少なくとも）一部が、アノード表面の親水性液体燃料によるぬれ率を向上させ、そしてそれによって導入期間を短縮する（しばしば約６０分間よりも短く、例えば、約４０分間よりも短く、約３０分間よりも短かくすらある）親水化処理を受ける。それは、しばしば導入期間を少なくとも約５０％、例えば、少なくとも約７０％短縮する。
【００４１】
本発明のアノードは、親水性燃料を用いる（直接）液体燃料電池に適したいかなるアノードであっても良い。そのアノードは、通常、多孔性の物質を含み、ぬれ、乾燥技術によって生産され得る。もちろん、アノードの物質は、液体燃料と電解質による化学的な攻撃に耐えることができるべきであり、感知されるほどの範囲のいかなる燃料の分解にも触媒作用を及ぼしてはならない。本発明に用いるためのアノードの限定的ではない例は、例えば多孔性の活性層に取り付けられるニッケルまたはステンレス鋼のメッシュなどの金属メッシュ集電子（metal mesh current collector）である。この活性層は、限定的ではない例として、触媒活性金属（金属等、例えば、ほんの一例であるプラチナ、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、レニウムおよび金など）を保持する活性炭、および、典型的には、例えばポリテトラフルオロエチレンなどのポリマー物質である結合剤を含んでも良い。もちろん、他の、および／または付加的な物質もアノードを形成するために使用されても良い。例えば、金属メッシュの代わりに、発泡金属、または親水性のカーボン紙が使用されても良い。
【００４２】
上述のように、本発明によれば、アノードの側面の少なくとも一部、例えば、その１つの側面（主な面）の少なくとも一部に親水化処理を受けさせる。親水化処理は、アノードを親水性に、または著しい範囲のいかなる不利な影響をも与えずにより親水性にさせ、例えば、電気触媒活性、機械的な完全性および活性層の電気伝導性などのアノードの好ましい特性を与えるいかなる処理を含んでも良い。
【００４３】
この点においては、本発明によれば液体燃料に接するようになっている完成したアノード（finished anode）の実質的に全面に親水化処理を受けさせることが（好ましくはあるものの）必要ではない点が、評価されるべきである。液体燃料に接するようになっている側面の一部のみを親水化することは、このことが、アノードに対して、いかなる親水化処理もが全く施されていない同じアノードに比較して実質的に改良された特性、例えば、実質的に導入期間を短縮し、および／または、アノードと液体燃料との接触の最初の期間における電力出力の実質的な向上などを与える限り、十分である。
【００４４】
同様に、本発明によれば、完成したアノード（あるいは一部もしくはその側面のそれぞれ）を親水化することが不要である。むしろそれは、アノードを製造するために用いられる１つもしくはそれ以上の部品をほとんど親水化させなくても十分である。限定的ではない例としては、触媒活性種（例えば触媒活性金属）を保持するための支持体の全てもしくは少なくとも一部が、（触媒活性種とともにそれが充填される前もしくは後に）親水化処理を受けても良く、その後でアノードを形成するために用いられる他の物質と結合されても良い。
【００４５】
もちろん、本発明によれば、異なる親水化の方法を組み合わせることも可能である。例えば、支持体が最初に親水化されても良く、触媒活性種がその上にある親水化された支持体を用いてアノードが製造され、その後で完成したアノード（または少なくとも液体燃料に接するようになっているその側面の少なくとも一部）が（さらなる）親水化処理を受けても良い。さらなる例としては、アノードまたはその一部分が、最初に１つまたはそれ以上の親水化剤による処理を受け、その後で低温プラズマエッチングを受けても良い。第１の親水化剤によるアノードの処理の後に第２の親水化剤によりアノードを処理しても良く、また、２つもしくはそれ以上の親水剤を同時に用いることもできる。換言すると、液体燃料に接するようになっているアノードの側面の（少なくとも）一部を親水性にする、あるいはより親水性にするいかなる方法、および方法の組み合わせも、本発明の目的のためにそれぞれ用いることができる。
【００４６】
本発明の目的に適合した親水化処理の限定的ではない例は、１つまたはそれ以上の親水化剤による処理、（低温）プラズマエッチング、酸化雰囲気下での加熱、酸化剤の溶液におけるエッチング、強力な化学吸着などを含む。既に指摘した通り、適当な親水化処理のいかなる組み合わせもまた、同様に採用され得る。本発明によれば、例えば、１つまたはそれ以上の親水化剤による処理、および低温プラズマエッチングなどの穏やかな親水化処理が好ましい。好ましいのは、好ましくは触媒粒子上におけるそのわずかな吸着を生じる１つまたはそれ以上の親水化剤の溶液（好ましくは水溶液）によるアノードの浸漬である。
【００４７】
完成したアノードもしくはその一部を親水化剤により親水化する場合、アノードの活性層が通常、細かい、中間の、および大きな孔を含む孔構造を有するため、親水化剤の分子は、比較的短い時間において、細かい、および大きい孔においてそれらが分散することを可能にすべく、大き過ぎてはならない。一方、これらの分子は、あまりに揮発性であったり、および／または、活性層の孔に捉えられてしまうほど小さ過ぎてはならない。
発明の目的に適合した
【００４８】
それによってアノード、またはその一部、またはその部品が処理される（浸漬される）方法は、それが好ましい結果を与える限り特に限定されない。例えば、親水化剤の溶液（例えば、水溶液、もしくは水溶性の有機溶液）は、液体燃料に接することとなるアノードの少なくともその側面（または、それぞれ少なくともその一部、すなわち図１における側面ａ）に、吹き付け、ブラッシング、浸漬などにより付けられ、その後、アノードを溶液に接触した状態で（好ましくは昇温下で）保持することにより、親水化剤が活性層の孔において分散することが可能になる。好ましい方法においては、アノードは、親水化剤の（好ましくは加熱された）溶液中に浸され、そして親水化剤が活性層中に分散するのに十分な時間、その中で保たれる。その後、アノードは、溶液から取り出され、乾燥される。この浸漬法は、アノードの主要な表面の両方（すなわち、図１における側面ａとｂ）に親水化処理を受けさせる。
【００４９】
限定的ではない例においては、その溶液（好ましくは水溶液）における親水化剤の濃度は、約０．００１重量％から約５重量％であり、例えば、約０．０１重量％から約１重量％であっても良く、そしてその溶液は約４０℃から約９０℃までの温度を有しても良く、アノードの滞留時間は、約５分間から約２時間まである。乾燥条件は、例えば、約７０℃から約１００℃までの温度において約１０分間から約２時間までの間、空気中で乾燥させることを含んでも良い。もちろん、これらの条件は、単に例示のために示されたものであり、ここに示されたものよりも好ましい結果を所定の環境下で与え得る、かなり異なる時間、温度および濃度であっても良い。
【００５０】
アノード（あるいは１つまたはそれ以上のその部品）の表面および内側に残る親水化剤の量は、この量が好ましい結果を与える、例えば、アノードの他の望ましい特性を著しく損なうことなしに、アノード（あるいは液体燃料にそれぞれ接するその一部）をそれぞれ親水化する、あるいはより親水化する限り、特に限定されない。例えば、その量は、しばしば約０．００１ｍｇ/ｃｍ２以上であり、例えば約０．０１ｍｇ/ｃｍ２以上であり、約０．０５ｍｇ/ｃｍ２以上であり、また、親水化された表面領域の約０．１ｍｇ/ｃｍ２以上である。一方、その量は、しばしば約５ｍｇ/ｃｍ２以下であり、例えば約１ｍｇ/ｃｍ２以下であり、また、約０．５ｍｇ/ｃｍ２以下である。
【００５１】
本発明の目的に適合した親水化剤の例は、アノードに対して親水性の官能基、例えば、水酸基、カルボキシル基、スルホン基、およびアミノ基などを与える物質を含む。これらの物質は、しばしば、このことは不可欠ではないものの水に対する十分な溶解性を示す。さらに、それらは、昇温された状態での乾燥工程に耐えられるべきである（例えば、それらは昇温下における低い蒸気圧を有し、アノードまたはその部品の乾燥時に容易に蒸発しないべきである）。このような物質の限定的ではない例は、非イオン性、カチオン性、アニオン性、および両性の界面活性剤、モノおよびポリカルボン酸およびそれらの塩、オキソ酸およびそれらの塩、スルホン酸およびそれらの塩、ポリオール、ヒドロキシ酸およびそれらの塩、アミンおよびそれらの塩、アミノアルコール、アミノ酸、糖、糖アルコール、糖誘導体およびセルロース誘導体を含む。
【００５２】
本発明の目的に適合した親水化剤の限定的でない特定の例は、アルキル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルエーテル硫酸塩、ポリアルキレングリコール、およびポリアルキレングリコールモノ、およびジエーテル（例えば、ジ、トリ、およびテトラエチレングリコール、ジ、トリ、およびテトラプロピレングリコール、およびポリエチレン／ポリプロピレングリコールなどのＣ１−６のアルキレングリコールに基づくもの、好ましくは約１０００以下の重量平均分子量を有するもの）、アクリル酸のホモおよびコポリマー、部分的にもしくは完全に、任意で中性化された種類（例えば、アクリル酸と、マレイン酸とメタクリル酸とのうち１つまたはそれ以上のコポリマー）、例えばシュウ酸、コハク酸、スルホコハク酸、グルタル酸およびアジピン酸などのモノマーのポリカルボン酸（monomeric polycarboxylic acid）およびそれらの塩（例えば、アルカリおよびアルカリ土類金属の塩、特にナトリウムおよびカリウム塩）、例えばグリセロール、ペンタエリスリトールおよびトリメチロールプロパンなどのポリオール、例えば乳酸、ジメチロールプロピオン酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸などのヒドロキシ酸とそれらの塩、例えばモノ、ジ、およびトリエタノールアミンなどのアミノアルコールとその塩、例えば、グルコース、フルクトース、キシロース、ソルボース、マルトース、ラクトースおよびガラクトースなどの糖、例えばソルビトール、キシリトール、マンニトール、マルチトール、ラクチトール、ガラクチトースおよびエリスリトールなどの糖アルコール、例えば糖酸（例えばグルコン酸）などの糖誘導体、および例えばカルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体やそれらの塩（例えばナトリウム塩）を含む。親水化剤は、個別に、あるいはそれらのうち２つもしくはそれ以上を組み合わせて、使用することができる。
【００５３】
本発明のアノードの好ましい面においては、１回またはそれ以上の親水化処理を受けるアノードが、６．６モル／リットル（Ｍ）の水溶液の水酸化カリウムに室温で１０分間浸漬されると、アノードのインピーダンスの実数部（Ｚ’、例えば、以下の実施例において記載されている手法によって定められる）は、親水化処理を受けないそのアノードのＺ’の５０％以下、例えば、４０％以下である。２０分間の浸漬の後には、Ｚ’は、好ましくは約７５％以下であり、例えば、未処理のアノードのＺ’の６５％以下である。また、３０分間の浸漬の後には、Ｚ’は、好ましくは約８０％以下であり、例えば、未処理のアノードのＺ’の７０％以下である。
【００５４】
本発明の親水化されたアノードのＺ’のもう１つの面においては、室温での６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウムに１０分間浸した後においては、約３オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）以下であり、例えば、約２．５オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）以下であり、および／または、２０分間浸漬した後、あるいは６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウムにおける１５分間の浸漬の後でさえ、約２オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）以下である。
【００５５】
さらにもう１つの好ましい面においては、本発明のアノードは、室温の６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウムにより約６０分間以内、例えば約４５分間以内で実質的に完全にぬらせても良い（例えば、少なくとも約９８％ぬらされる）。ぬれの度合いは、現実の値であるＺ’actと最終的な値であるＺ’fin（完全にぬらされた後）とを比較することにより、ｄwet＝Ｚ’fin／Ｚ’act式によって定められる。
【００５６】
なおさらなる１つの面においては、液体の電解質に接するようになっているアノードの側面（液体燃料に接するようになっている側面とは反対側）、すなわち、図１における側面ｂは、水素ガスがアノードを通過することを実質的に防ぐことができる物質（好ましくはポリマー物質）により、（実質的に完全に）覆われている。対応する実施形態が、電解質チャンバー５に対向するアノード３の側面（図１における側面ｂ）上のガスブロック層６を示す図２において概略的に示されている。ガスブロック物質は、好ましくは以下の理由で設けられている。液体燃料のアノードにおける分解に分解生成物として生じ得る水素ガスが、多孔質のアノード物質を通り抜け、細かい泡の形で電解質チャンバーに入り込み、（液体の）電解質における水素の泡の形成を導き、そしてさらに、電解質の電気抵抗を増す傾向にあるからである。その物質と、その物質とともにアノードを与える方法との詳細については、同時係属中である米国特許出願番号１０／９５９，７６３号および１１／３２５，３２６号において記載されており、その全ての開示は、ここに参考のためにそのまま明白に掲げられている。
【００５７】
例えば、ポリマー物質は、水酸基、カルボキシル基、およびスルホン基から選択される官能基を有する少なくとも１つのポリマーを含む。１つの面においては、ポリマー物質は、ホモポリマーおよび／またはビニルアルコールのコポリマー、例えば、ビニルアルコールとエチレンなどのアルケンのコポリマーを含んでも良い。もう１つの面においては、その少なくとも１つのポリマーは、架橋剤によって少なくとも部分的に架橋されていても良い。例えば、その少なくとも１つのポリマーは、水酸基を有するポリマー（例えばビニルアルコールのホモもしくはコポリマー）を含んでいても良く、そして架橋剤は、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、アクリル酸のホモもしくはコポリマー、およびこれらの２つもしくはそれ以上の組み合わせを含んでも良く、および／または、架橋剤は、珪酸塩の１つまたはそれ以上、ピロリン酸塩、糖アルコール、ポリカルボン酸、およびアルデヒドのうち１つまたはそれ以上を含んでも良い。
【００５８】
アノード３をガスブロック層６のためのポリマー物質により覆うこと（アノードの親水化処理の前後いずれでも良い）は、様々な方法で成し遂げられる。例えば、ポリマー物質の１枚またはそれ以上のフィルムを、圧力の下で、および／または適当な粘着剤（例えばアノードの縁に加えられる）により、アノードの表面（その表面は本発明の親水化処理が施されていても良い）に取り付けられる。好ましくは、ポリマー物質６の１枚またはそれ以上の層は、コーティング作業（coating operation）により（連続的に）塗り付けられる。例えば、１つまたはそれ以上の溶液、および／または必要されたポリマー物質の懸濁液をアノードの表面に塗り、その後で、あるいは各コーティング作業ごとに、例えば加熱、および／または真空にする周辺状況下において溶媒を蒸発させ、溶媒を少なくとも部分的に除いても良い。ポリマー物質は、水素ガスが電解質チャンバーに入り込むことをポリマー物質が十分に防止できる限り、そして直接接触しないことによりアノードとポリマー物質との複合体の伝導率が著しく悪い影響を受けることのない限り、（直接接触が好ましいものの）必ずしもアノード表面に直接接触されなくても良い。
【００５９】
２つまたはそれ以上のポリマー物質の層（例えば、ポリマー物質の２つ、３つ、または４つの層）が用いられる場合、それらの層は、同一の、または異なるポリマーを含んでよい。同一のポリマーの層は、例えば、１回のコーティング作業がポリマー物質層の望ましい厚さ（および／または機械的強度）を与えないとき、および／または１回のコーティング作業によっては連続的なコーティングフィルム（実質的にいかなる孔もない）を達成することが困難である場合において、利点を有し得る。
【００６０】
少なくとも２つの層において異なるポリマーを含む、２つまたはそれ以上のポリマー物質の層は、例えば、望ましい特性をポリマー物質に分け与えられるため便利である。例えば、アノードに直接接触するポリマー物質の第１の層は、アノード表面に対する良好な粘着性を与える１つまたはそれ以上のポリマーを含んでも良く、その第１の層におけるポリマーとは異なる１つまたはそれ以上のポリマーを含み、第１の層上に配置された層は、他の異なる好ましい特性、例えば、高い伝導度を与え得る。この点において、アノードとポリマー物質の複合体は、実質的に約１オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）以下の抵抗率を有することが好ましく、より好ましくは、約０．９５オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）、特に約０．９オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）、約０．８５オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）、あるいは約０．８オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）以下であることが特に好ましい。
【００６１】
アノード表面に設けられたポリマー物質の層が1つまたは２つ（またはそれ以上）であるかに関わらず、これらの各層は、単一の、または２つもしくはそれ以上のポリマーの混合体を独立して有しても良い。もちろん、２つまたはそれ以上の層が与えられる場合、これらの層は、同一の、あるいは異なる厚さを有しても良い。
【００６２】
アノード上に配置されたポリマー物質の1つまたはそれ以上の層は、通常、約０．２ｍｍ以下、例えば約０．１５ｍｍ以下の積層された厚さを有する。一方、その積層された厚さは、好ましくは０．０２５ｍｍ以上、例えば、０．０３ｍｍ以上である。
【００６３】
ポリマー物質６の１つまたはそれ以上の層において使用される適当なポリマーは、単体でまたは組み合わせて、特に、ＤＬＦＣの通常の作動温度範囲、すなわち室温から約６０℃において満足できるイオン伝導度と高いガスブロッキング性（水素ガスに対する低い浸透性）とをいずれも与えるものを含む。１つまたはそれ以上のポリマーは、たとえ、長時間に渡って約６０℃までの温度でアルカリ溶液（特に電解液）にさらされるときにおいても、十分な機械的強度も与え、機械的な完全さも十分な範囲で維持するべきである。この点において、ＤＬＦＣにおいて通常用いられる種類の電解液の例は、水酸化カリウム水溶液（例えば、約６モル／リットル（Ｍ）から約７モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウム）である。アノード表面に対する十分な接着性もまた、望ましい特性である。上述のように、単一のポリマーが、本発明における使用に適合するためにこれらのすべての好ましい特性を示すことは必要でない。組み合わせられてこれらの特性を与える２つまたはそれ以上のポリマーの組み合わせも同様に適している。
【００６４】
満足できるイオン伝導度を与えるポリマーの例は、水溶液中で溶解し、または膨張できるものを含む。高いガスブロッキング性は、例えば、適当なポリマー鎖を架橋することによって達成されても良く、これは同時に、ポリマー層の機械的強度を増加させる。
【００６５】
本発明における使用のために好ましいポリマーは、例えば、１つまたはそれ以上の種類の水酸基、カルボキシル基、および／またはスルホン基などの親水性の官能基を有するものを含む。このようなポリマーの限定的ではない例としては、ビニルアルコール、アクリル酸、メタクリル酸、および同種のもののユニットを含むホモおよびコポリマーである。もちろん、異なる親水性の官能基を有するポリマーもまた有用である。親水性官能基という用語は、ここで、および添付された請求項においては、例えば水素結合の形成、イオン相互作用および同種のものにより、水分子と相互に作用することのできる親和力を有する官能基を含むことを意味する。本発明における使用のための親水性官能基を有するポリマーの好ましい例は、少なくとも水酸基を有するもの、特に、ビニルアルコールのホモおよびコポリマーである。
【００６６】
ビニルアルコールのコポリマーの限定的ではない例は、ビニルアルコールのユニットと、１つまたはそれ以上（例えば１つまたは２つ）のエチレンの二重結合を有する不飽和のコモノマーのユニットを含む。好ましいコモノマーは、例えば、エチレン、プロピレン、１−ブテン、１−へキセン、および１−オクテンなどのＣ2-8のアルケンを含む。もちろん、例えばビニルピロリドン、塩化ビニル、およびメチルメタクリレートなども同様に、他のコモノマーとして使用されても良い。特に好ましいコモノマーは、エチレンである。適当なコモノマーの限定的ではない特定の例は、クラレスペシャルティーズヨーロッパ（Kuraray Specialties Europe）（フランクフルト、ドイツ）から商業的に入手可能なモウィオール（Mowiol,登録商標）、エクセバール（Exceval,登録商標）、およびモヴィフレックス（Moviflex,登録商標）のビニルアルコール／エチレンコポリマーであり、特に、比較的低いエチレン量、および／または、約９７％から約９９％までの加水分解度、および／または、例えばエクセバール（Exceval,登録商標）のＲＳ１１１３およびＲＳ１１１７グレード（重合度がそれぞれ約１，３００と約１，７００）などの１，０００から２，０００の重合度を有するものを含む。
【００６７】
ビニルアルコール（または、親水性官能基を有する他のいかなるモノマー）と親水性官能基のないコモノマー（例えば、アルケンおよび同種のもの）とのコポリマーにおいては、ビニルアルコールユニットは、通常、望ましいイオン伝導度を与え、そしてコモノマーは、好ましくはポリマーの基材（アノード表面）に対する粘着性を向上させる。
【００６８】
ビニルアルコールのコポリマーにおいては、ビニルアルコールのユニットは、特に、コモノマーがいかなる親水性官能基をも含まないコポリマーにおいて、好ましくは少なくとも約５０モル％の量で存在する。
【００６９】
本発明における使用のためのビニルアルコール（または他のいかなるポリマー）のホモおよびコポリマーの数平均分子量は、特別に重要ではないが、通常、この種類のポリマーの汎用的な範囲内にあり、すなわち、約１００，０００よりも著しく高くなく、そして約１０，０００よりも著しく低くなく、例えば、約３０，０００よりも著しく低くはない（重量平均分子量で表されている）。
【００７０】
本発明において使用されるための親水性官能基を有するポリマーの機械的強度およびガスブロッキング性を向上させるため、例えば、上述のビニルアルコールのホモおよびコポリマーにおいては、通常、ポリマー鎖の架橋による利点がある。架橋のための適当な部位は、ポリマー分子の親水性官能基、および／または、ポリマー分子中に存在し得る他の官能基（エチレンの不飽和二重結合を含む）を含む。適当な架橋剤は、ポリマー分子中に存在する１つまたはそれ以上の種類の官能基と反応できる（あるいは少なくとも強い相互作用を有する）、少なくとも２つ（例えば２つ、３つ、４つ、または５つ）の官能基をそれらの分子中に含む。官能基間の反応は、好ましくは、縮合重合（重付加を含む）、イオン、またはフリーラジカルによる重合、あるいは反応物間の（好ましくは共有）結合を形成することとなる他のいかなる種類の反応を含む。架橋剤は、有機あるいは無機の性質を有しても良く、モノマーあるいはポリマーでも良く、もし望ましければ、２つまたはそれ以上の架橋剤が用いられても良い。
【００７１】
他の種類のポリマーと同様にビニルアルコールのホモおよびコポリマーを架橋するための架橋剤の限定的ではなく好ましい例は、例えば、ポリアルキレングリコール（例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、およびへキセングリコールなどの１つまたはそれ以上のＣ1-6アルキレングリコールを含むものなど）など、好ましくはポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸などのエチレン不飽和結合を有する酸のホモもしくはコポリマー、珪酸およびピロリン酸のアルカリ金属塩（例えば、珪酸ナトリウムおよびカリウム、ピロリン酸ナトリウムおよびカリウム）、糖アルコール（例えばキシリトール、ソルビリトールなど）、飽和および不飽和のモノおよびポリカルボン酸であり、これらは、任意で付加的な官能基（例えば、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、スルホコハク酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸など）、カルボニル化合物、特にアルデヒド（例えばホルムアルデヒド）を含んでも良い。もちろん、これらの化合物は、それらの前駆体および／または誘導体として任意で用いられても良い。例えば、ポリカルボン酸は、例えば無水物あるいはエステル、および部分的にまたは完全に中和された形で用いられても良い。これらの架橋剤は、通常、溶液として用いられる。例えば、スルホコハク酸の場合、好ましい濃度範囲は、約０．１重量％から約２重量％まで、例えば、約０．２重量％から約１重量％までである。
【００７２】
ポリマーの架橋剤の場合、その数平均分子量は特別に重要ではなく、商業的に入手可能な物質が用いられ得る。例えば、商業的に入手可能なポリエチレングリコールの数平均分子量は、典型的には、約３００から約１０，０００までの範囲であり、商業的に入手可能なポリエチレンオキサイドの数平均分子量は、典型的には、約３５，０００から約２００，０００までの範囲である。ポリアクリル酸の場合、重量平均分子量は、通常、約２，０００から約２５０，０００までの範囲（これらは通常、好ましい濃度範囲が約０．１重量％から約３重量％まで、例えば、約０．５重量％から約２重量％である溶液として用いられる）であり、アクリル酸およびマレイン酸の場合、重量平均分子量は、通常、約２，０００から約５，０００までの範囲、例えばおよそ３，０００（これらは通常、好ましい濃度範囲が約０．１重量％から約３重量％まで、例えば、約０．５重量％から約２重量％である溶液として用いられる）である。
【００７３】
本発明の目的のために、ビニルアルコールのホモおよび／またはコポリマーが架橋される場合、これらのポリマーと架橋剤、例えば上述の架橋剤との重量比は、好ましくは、約２：１から約１：２の範囲内にある。もちろん、この範囲外の比率もまた、特定の成分が用いられることに応じて用いられても良く、より望ましい結果を与え得る。当業者は、他のポリマーおよび／または他の架橋剤との適当な重量比を、認識し、または容易に確認することができる。
【００７４】
以下の限定的ではない実施例は、本発明における親水化されたアノードの製造を示す（ガスブロック層を除く）。アノードは、活性炭の支持体上の約８０重量％の触媒と約２０重量％のポリテトラフルオロエチレン（乾燥技術による）との活性層に接するニッケルメッシュ（４０メッシュ、ワイヤの直径０．１４ｍｍ、厚さ約４００μｍ）を含む。
【実施例】
【００７５】
脱イオン化された１０００ｍｌの水に、撹拌しながらＤ−ソルビトール５ｇを溶解させて溶液が調整される。その溶液は、ガラスビーカ中でヒーティングプレートの手段によって７０℃まで加熱される。アノード物質のストリップ（１８０ｍｍ×１００ｍｍ）が、その溶液中で浸漬され、その中に１時間留められる。そしてストリップは取り出され、オーブンに移され、９０℃で１時間乾燥される。アノードにおけるソルビトールの量は、０．０６ｍｇ／ｃｍ２である。
【００７６】
得られたアノード物質の親水化度は、電気化学的なインピーダンスの測定の手段により、確認される。使用される装置は、フリークエンシーリスポンス（Frequency Response）分析器と３−電極ガラス電気化学セルを備えたオートラボ  ポテンショスタット／ガルバノスタット （AutoLab Potentiostat/Galvanostat）ＰＧＳＴＡＴ３０  （エコケミー（EcoChemie））である。電解質は、６．６モル／リットル（Ｍ）の水酸化カリウムである。参照電極は、可逆水素電極（ハイドロフレックス，ガスカテル（Hydroflex Gaskatel）である。アノード片（１ｍｍ×１ｍｍ）が電解液中に浸漬される。測定は、開回路ポテンシャル（open-circuit potential）において室温下、１００ヘルツ（Ｈｚ）の周波数、１０ミリボルト（ｍＶ）の強度のＡＣ信号において行われた。インピーダンスの実数部（Ｚ’）の値が、ぬれの度合いの尺度として得られる。Ｚ’の値が低いほど、ぬれは良好である。良くぬらされたアノードは、２オーム平方センチ（Ω・ｃｍ２）よりも低いＺ’値を示す。親水化されたアノードおよび親水化されていないアノードの動的ぬれ性（wetting kinetics）をプロットしたものが図３（Ｆｉｇ．１）に示されている。親水化されたアノードは、水酸化カリウム水溶液中の最初の数分間の浸漬により、既に良くぬれている状態になることが明らかである。親水化されていないアノードの場合、満足できるぬれ性を生じるまで８０分間以上かかる。
【００７７】
なお、これまでの実施例は、単に説明の目的のために与えられたのであり、本発明を限定するものとして説明されたのではない。本発明は、典型的な実施例を参照して説明されていたものの、ここで用いられた用語は、記述および説明のための用語であり、限定の用語ではないことが理解される。添付された請求項の範囲内で、現時点で述べられ、および補正されるように、本発明の様々な面における範囲と趣旨から逸脱することなく、変更が可能である。本発明は、ここで特定の手段、材料、実施形態を参照して説明されているが、本発明が、ここに開示されたその特定の事項に限定されることは意図されていない。むしろ、本発明は、例えば添付された請求項の範囲内で、全ての機能的に等価な構成、方法、そして使用に及ぶ。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明のアノードを含む燃料電池の概略的な横断面図を示す。
【図２】アノード上にガスブロック層をさらに含んだ図１の燃料電池の概略的な横断面図を示す。
【図３】本発明のアノードと比較例のアノードにおけるインピーダンスの実数部Ｚ’対時間のグラフを示す。
【図１】
2009522742.tif 000003
【図２】
2009522742.tif 000004
【図３】
2009522742.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月20日(2008.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料電池のためのアノードであって、液体燃料に接するようになっているそのアノードの側面の少なくとも一部が親水化処理されているアノード。
【請求項２】
アノードが、活性炭、カーボンブラック、グラファイト、およびカーボンナノチューブの少なくとも１つを含む支持体上の触媒活性金属であって、プラチナ、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、金およびレニウムから選択される少なくとも１つの触媒活性金属を含む請求項１に記載のアノード。
【請求項３】
親水化処理が、アニオン性の界面活性剤、カチオン性の界面活性剤、非イオン性の界面活性剤、ポリカルボン酸およびそれらの塩、オキソ酸およびそれらの塩、糖、糖アルコール、糖誘導体およびセルロース誘導体から選択される親水化剤による処理を含む請求項１および２のいずれかに記載のアノード。
【請求項４】
親水化剤が、アルキル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、ポリアルキレングリコールおよびそれらのエーテル、アクリル酸のホモポリマーおよびコポリマー、モノマーのポリカルボン酸およびその塩、グルコース、フルクトース、キシロース、ソルボース、スクロース、マルトース、ラクトース、ガラクトース、ソルビトール、キシリトール、マンニトール、マルチトール、ラクチトール、ガラクチトース、エリスリトール、グルコン酸、およびカルボキシメチルセルロースおよびそれらの塩から選択される少なくとも１つの物質を含む請求項１から３のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項５】
アノードが、約０．００１から約５ｍｇ/ｃｍ２の親水化剤を含む請求項３および４のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項６】
親水化処理が、少なくとも液体燃料に接するようになっている完成したアノードの側面に対する低温プラズマエッチングを含む請求項１から５のいずれか１つに記載のアノード。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載のアノードを含む液体燃料電池。
【請求項８】
液体燃料電池のアノードにおいて用いられる物質の親水化方法であって、結合剤と多孔性支持体上の触媒活性金属を含む二次元物質を、アニオン性の界面活性剤、カチオン性の界面活性剤、非イオン性の界面活性剤、ポリカルボン酸およびそれらの塩、オキソ酸およびそれらの塩、糖、糖アルコール、糖誘導体およびセルロース誘導体から選択される１つまたはそれ以上の親水化物質の溶液に接触させる方法。