(57)【要約】【課題】  アノード極の触媒層における酸化反応を効率よく進行させて、出力の経時安定性に優れた燃料電池の提供。【解決手段】  アノード極とカソード極とで電解質膜を挟んで構成される燃料電池であって、前記アノード極の触媒層における酸化反応が、液相で進行することを特徴とする燃料電池。【選択図】        図２
2006252909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ触媒層を有するアノード極とカソード極とで電解質膜を挟んで構成される燃料電池であって、前記アノード極の触媒層は、燃料の酸化反応が液相で進行するように構成されてなることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記アノード極の触媒層は、電子伝導体に接触していない表面の少なくとも一部が親水性材料で被覆されている触媒を担持する電子伝導体を含有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記電子伝導体に接触していない表面の少なくとも一部が親水性材料で被覆されている触媒を担持する電子伝導体は、触媒を担持する電子伝導体と親水性材料を混合して得られる物であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記電子伝導体に接触していない表面の少なくとも一部が親水性材料で被覆されている触媒を担持する電子伝導体は、電子伝導体に担持された触媒の表面に親水性材料を含む塗布液を塗布することにより得られた物であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記電子伝導体に接触していない表面の少なくとも一部が親水性材料で被覆されている触媒を担持する電子伝導体は、電子伝導体に担持された触媒の表面に親水性材料の層をホットプレスすることにより得られた物であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記液相のｐＨが、７以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記親水性材料は、スルフォン酸基、カルボン酸基、水酸基、アミノ基から選ばれる少なくとも１種の官能基を有する有機高分子を含有することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記親水性材料は、数平均分子量５００以上の有機高分子を含有することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記親水性材料は、スルフォン酸基、カルボン酸基、水酸基、アミノ基から選ばれる少なくとも１種の官能基を有し、かつ、数平均分子量５００以上の有機高分子を含有することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記親水性材料は、無機材料を含有することを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記燃料電池は、直接メタノール燃料電池であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の燃料電池。
【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】
近年、携帯用電子機器及び無線通信機器の急激な普及に伴って、携帯用電源供給装置や無公害自動車用エネルギー源として燃料電池が注目され、その開発に力が注がれている。
【０００３】
燃料電池は、電極であるアノード極およびカソード極と、これらの間に設けられた電解質等から構成され、燃料として水素ガスからなる気体燃料又はアルコール（例えばメタノールやエタノール）水溶液等の液体燃料を用い、酸化剤として酸素ガス又は空気を用い、これらを電気化学的に反応させて生ずるエネルギーを直接電気エネルギーに変換させる発電システムである。これには、５００〜７００℃の高温で作動する溶融炭酸塩電解質型燃料電池、２００℃付近で作動する燐酸電解質型燃料電池、常温から１００℃以下で作動するアルカリ電解質型燃料電池及び高分子電解質型燃料電池等が含まれる。
【０００４】
液体を燃料として用いた燃料電池としては、燃料気化層を有する燃料気化供給型や毛管力を利用した方法など種々のタイプが知られている。
【０００５】
以下、高分子電解質型燃料電池を例に挙げて説明する。
【０００６】
高分子電解質型燃料電池は、さらに細分すれば、水素ガスを燃料として使用する水素イオン交換膜燃料電池（Ｐｒｏｔｏｎ  Ｅｘｃｈａｎｇｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）と、アルコール水溶液として液状のメタノールと水を直接燃料としてアノード極に供給して使用する直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）等がある。
【０００７】
高分子電解質型燃料電池は、化石エネルギーを代替することができる未来型清浄エネルギー源として、出力密度及びエネルギー転換効率が高く、また、小型化が可能なので、無公害自動車、家庭用発電システム、移動通信装備の携帯用電源、医療機器、及び軍事用装備等の分野に非常に幅広い応用の可能性を有する。
【０００８】
このような高分子電解質型燃料電池は、電解質膜にプロトン伝導性固体高分子膜を用い、この電解質膜を介して、拡散層である多孔性カーボンペーパー上に触媒を担持させた電子伝導体である炭素粒子を塗布してなるカソード極とアノード極を接合し、アノード側には燃料を供給するための流路溝を有するアノード極側セパレータが設けられ、カソード側には酸化剤ガスとしての空気を供給するための流路溝を有するカソード側セパレータが設けられた構造を取っている。（特許文献１参照）
また、燃料気化層を有する燃料気化供給型では、アノード極の燃料供給上流側にアノード極に接した状態で燃料気化層を設ける。
【０００９】
アノード極とカソード極は、各々の反応物の供給及び拡散のための拡散層と反応物の酸化／還元反応が生じる触媒層とを有する電極である。
【００１０】
アノード極の拡散層は、アノード極の触媒層を支持するとともに電子をアノード極側セパレータに受け渡す電極としての役割を持つ。アノード極の触媒層は触媒の作用により電気化学反応を生じさせて起電力を生じる作用を担う。
【００１１】
電解質膜はアノード極の触媒層で生じた水素イオンをカソード側に拡散させる一方、電子を通しにくいという作用効果を有し、この効果により起電力を発生する。
【００１２】
カソード極の拡散層は、燃料電池の還元反応のためのカソード極の触媒層を担持する機能とカソード極側セパレータから電子を受け取る電極としての機能を有する。
【００１３】
セパレータは、燃料電池ユニットを積層したときに、互いに隣接するカソード極とアノード極とでそれぞれ生じる燃料や酸化剤の流れや化学反応を分離する機能を有する。また、燃料電池ユニットから外部回路に電流を流す導体としての機能を有する。
【００１４】
一般に、水素を燃料として使用する水素イオン交換膜燃料電池は、エネルギー密度が大きいという長所を有しているが、水素ガスの取扱に注意を要し、燃料ガスである水素を生産するためにメタンやメタノール及び天然ガス等を改質するための燃料改質装置等の付帯設備を必要とする問題点がある。
【００１５】
これに対し、直接メタノール型燃料電池は水素ガス等を用いた気体型燃料電池に比べてエネルギー密度は低いが、取扱容易性、低い運転温度、付加的な燃料改質装置が不要であること等の長所に基づいて、小型及び汎用の移動用電源に適するシステムとして認められている。
【００１６】
次に、燃料電池の起電力発生に寄与する化学反応やその問題点について、アルコールとしてメタノールを用いた、直接メタノール型燃料電池を例に挙げて説明する。以下の説明でアノード拡散層とアノード触媒層を併せてアノード極、カソード拡散層とカソード触媒層を併せてカソード極という場合がある。なお電池では一般に定義されているように、燃料電池においてもアノード極が外部回路に対してマイナスの電位を持つ電極であり、カソード極が外部回路に対してプラスの電位を持つ電極として働く。
【００１７】
直接メタノール型燃料電池のアノード極では、メタノール酸化反応が起こって水素イオンと電子とを生成し、生成した水素イオンは電解質膜を通ってカソード極に移動する。カソード極に移動した水素イオンは酸素と反応する、すなわち、還元が生ずる。アノード極から外部回路を経由してカソード極に移動する電子に基づく起電力（ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅ  ｆｏｒｃｅ）が燃料電池のエネルギー発生源になる。下記反応式はアノード極とカソード極で生ずる反応及び燃料電池ユニットで生ずる全反応を示す。
アノード極における反応とアノード側の起電力は、
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-    Ｅａ＝０．０４Ｖ
カソード極における反応とカソード側の起電力は、
３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ-→  ３Ｈ2Ｏ            Ｅｃ＝１．２３Ｖ
従って、燃料電池ユニット全体の反応と起電力は、
ＣＨ3ＯＨ＋３／２Ｏ2→  ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ        Ｅｃｅｌｌ＝１．１９Ｖ
直接メタノール型燃料電池の全性能は、アノード極の反応速度が遅いためアノード極の触媒層の性能により大きく影響を受ける。従って、実用化のためにはメタノール酸化反応のための優れた触媒の開発と反応制御が非常に重要である。
【００１８】
アノード極上の酸化反応における問題として触媒毒が知られている。すなわち、メタノールが白金表面に電気的に吸着（ｅｌｅｃｔｒｏａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）し酸化されて水素イオン及び電子を発生させる間に、一酸化炭素が白金に線形に結合して白金の触媒作用を減殺する触媒毒が生ずる。白金にルテニウムを組み合わせることにより、白金触媒の一酸化炭素の触媒毒作用に対する耐性が向上することが報告された。その報告のなかで、望ましい原子比率は５０：５０であった（例えば、非特許文献１参照。）。こうした一酸化炭素に対する耐性向上は、メタノールが白金に吸着する化学ポテンシャルにおいて、ルテニウムが水分子を吸着する能力に基づいている。こうした二機能メカニズムは、遷移金属の相互作用による触媒活性の促進を説明するものであり、次のように表される。
Ｐｔ−ＣＯ＋Ｒｕ−ＯＨ  →  Ｐｔ＋Ｒｕ＋ＣＯ2＋Ｈ+＋ｅ-
直接メタノール型燃料電池においては、アノード極の触媒層は白金−ルテニウム（ＰｔＲｕ）二元合金触媒を用いて主として開発されており、一部は既に商用化されている。従って、多くの研究が、白金を基本とする二元系アノード触媒（Ｐｔ−Ｍｏ，Ｐｔ−Ｗ，Ｐｔ−Ｓｎ，又はＰｔ−Ｏｓ等）と、白金−ルテニウムを基本とした３元系触媒（Ｐｔ−Ｒｕ−Ｏｓ，Ｐｔ−Ｒｕ−Ｎｉ等）に集中しているのが実情である。
【特許文献１】国際公開第２００１／０９２１５１号パンフレット
【非特許文献１】Ｄ．Ｃｈｕ  ａｎｄ  Ｓ．Ｇｉｌｌｍａｎ，  Ｊ，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９９６，１４３，１６８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従来技術において、液体燃料を燃料気化層で気化させて燃料として用いる燃料気化供給型のタイプの燃料電池では、当然の如く、アノード極での触媒表面の酸化反応は、気相で進行する。
【００２０】
また、アルコール水溶液等のような液体燃料を毛管力によりアノード極に拡散させる燃料電池の場合、特許文献１に開示されているように、拡散層である多孔性カーボンペーパー上に触媒を担持させた炭素粒子を塗布することにより触媒層を形成させ、アノード極を作製するという工程をとる。
【００２１】
したがって、拡散層、触媒層内の空孔をアルコールや水が、毛管現象により拡散していく。その際、アルコールや水の拡散速度は、極めて遅く、実際は、アルコールや水が気化して拡散し、触媒に到達して、気相で反応が進行することが多い。
【００２２】
また、運転時間の増加とともに電池反応の反応熱による温度上昇が発生し、セパレータ内に導入された液体燃料は、気化しやすい。
【００２３】
このように、従来の燃料電池では、気相でアノード極の触媒層における酸化反応が進行するため、反応の活性化エネルギーが大きく、燃料が未反応の状態で触媒層を通過してしてしまい、反応効率を低下させて燃料電池の出力の経時安定性を低下させる要因になっていることがわかった。
【００２４】
また、非特許文献１に開示された触媒の工夫によっても、燃料電池を長時間運転しつづけた場合にメタノールの酸化反応の制御が難しく、未反応のメタノールや不完全な分解物が触媒層を通過して、電解質膜へ移動し、電解質膜の劣化を引き起こしていた。
【００２５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アノード極の触媒層における酸化反応を効率よく進行させて、出力の経時安定性に優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】
【００２６】
上記の本発明の目的は以下の構成によって達成することが出来る。
（請求項１）
それぞれ触媒層を有するアノード極とカソード極とで電解質膜を挟んで構成される燃料電池であって、前記アノード極の触媒層は、燃料の酸化反応が液相で進行するように構成されてなることを特徴とする燃料電池。
（請求項２）
前記アノード極の触媒層は、電子伝導体に接触していない表面の少なくとも一部が親水性材料で被覆されている触媒を担持する電子伝導体を含有することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
（請求項３）
前記電子伝導体に接触していない表面の少なくとも一部が親水性材料で被覆されている触媒を担持する電子伝導体は、触媒を担持する電子伝導体と親水性材料を混合して得られる物であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
（請求項４）
前記電子伝導体に接触していない表面の少なくとも一部が親水性材料で被覆されている触媒を担持する電子伝導体は、電子伝導体に担持された触媒の表面に親水性材料を含む塗布液を塗布することにより得られた物であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
（請求項５）
前記電子伝導体に接触していない表面の少なくとも一部が親水性材料で被覆されている触媒を担持する電子伝導体は、電子伝導体に担持された触媒の表面に親水性材料の層をホットプレスすることにより得られた物であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
（請求項６）
前記液相のｐＨが、７以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池。
（請求項７）
前記親水性材料は、スルフォン酸基、カルボン酸基、水酸基、アミノ基から選ばれる少なくとも１種の官能基を有する有機高分子を含有することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池。
（請求項８）
前記親水性材料は、数平均分子量５００以上の有機高分子を含有することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池。
（請求項９）
前記親水性材料は、スルフォン酸基、カルボン酸基、水酸基、アミノ基から選ばれる少なくとも１種の官能基を有し、かつ、数平均分子量５００以上の有機高分子を含有することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池。
（請求項１０）
前記親水性材料は、無機材料を含有することを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載の燃料電池。
（請求項１１）
前記燃料電池は、直接メタノール燃料電池であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の燃料電池。
【００２７】
本発明者は、それぞれ触媒層を有するアノード極とカソード極とで電解質膜を挟んで構成される燃料電池であって、前記アノード極の触媒層は、燃料の酸化反応が液相で進行するように構成されてなることを特徴とする燃料電池により、気相反応の場合に比べて、酸化反応の活性化エネルギーを下げることができるので、酸化反応を効率よく進行させることができ、未反応の燃料、例えば、未反応のアルコールや不完全な分解物が触媒層を通過して、電解質膜へ移動し、電解質膜の劣化を引き起こすことを防止し、出力の経時安定性を向上させることができると考え、本発明に至った。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る燃料電池は、アノード極の触媒層での酸化反応の活性化エネルギーを下げることができるので、出力の経時安定性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
まず、本発明に係る燃料電池の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る燃料電池の単セルＩの基本構成を示す概略図である。符号１は電解質膜、符号２はアノード極触媒層、符号３はカソード極触媒層、符号４はアノード極拡散層、符号５はカソード極拡散層、符号６はアノード極側セパレータ、符号７はカソード極側セパレータ、符号８は燃料流路、符号９は酸化剤流路を表す。
【００３１】
ここでは便宜上、拡散層４とその上に設けられたアノード極側触媒層２を含めてアノード極と称し、拡散層５とその上に設けられたカソード極側触媒層３を含めてカソード極と称する。
【００３２】
図１に示すように電解質膜１をアノード極とカソード極とにより接合した接合体の外側に、アノード極側セパレータ６とカソード極側セパレータ７とを配置している。これらを接合することにより、単セルＩを形成している。
【００３３】
次に、燃料供給部を改良した本発明の実施の形態の別の例を図２によって説明する。図２は、本発明に係る燃料気化層を有する燃料電池の単セルIIの基本構成を示す概略図である。燃料気化層を設けることにより、燃料供給が容易になるという効果が得られる。
【００３４】
前述の図１と同じ機能を担う構成要素には同一の符号を付した。
【００３５】
図２において燃料電池セルIIは、図１に示す燃料電池セルＩと比べて、アノード極側セパレータ６がない代わりに、燃料浸透層１２と燃料気化層１１を備えている点で異なっている。
【００３６】
図１、図２ともこれらの各構成要素を接合することにより、単セルＩ及びIIを形成している。この単セルを複数個、場合によっては図示していない冷却板を介して積層することにより、燃料電池スタックが構成される。
【００３７】
本発明は、アノード極触媒層２における酸化反応が、液相で進行することに特徴がある。このことにより、気相反応の場合に比べて、酸化反応の活性化エネルギーを下げることができるので、酸化反応を効率よく進行させることができ、このことにより、未反応のメタノールや不完全な分解物が触媒層を通過して、電解質膜へ移動し、電解質膜の劣化を引き起こすことを防止し、出力の経時安定性を向上させることができる。
【００３８】
液相のｐＨは、特に限定しないが、７以下（１〜７）であることが好ましい。理由は、電解質のｐＨに合わせた方が反応効率が上がるためである。さらに好ましくはｐＨが３〜７である。
【００３９】
アノード極の触媒表面の酸化反応を液相で進行させるための具体的な手段としては、触媒層内の触媒が、電子伝導体に担持され、かつ、前記電子伝導体に接触していない表面の少なくとも一部が親水性材料で被覆されているようにすればよい。このことにより、親水性材料において燃料が液化されることにより、触媒表面での酸化反応を液相で進行させることができる。以下で具体例を示す。
【００４０】
以下、各構成要素について説明する。
【００４１】
（電解質膜）
本発明においては、電解質膜１は、アノード極の触媒層で生じた水素イオンをカソード極側に拡散させる一方、電子を通しにくいという機能を有する膜である。
【００４２】
電解質膜１はプロトン伝導性固体高分子膜が好ましく、公知のプロトン伝導性ポリマーを用いることが出来る。プロトン伝導性ポリマーとしては、有機系の含フッ素高分子を骨格とするイオン交換樹脂、例えばパーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂等が挙げられる。ナフィオン１１２（商品名、デュポン社製）、ナフィオン１１７（商品名、デュポン社製）やＤＯＷ膜（商品名、ダウ・ケミカル社製）等として入手出来る。
【００４３】
その他にスルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等のスルホン化プラスチック系電解質、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルケトン、スルホアルキル化ポリエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリスルホン、スルホアルキル化ポリスルフィド、スルホアルキル化ポリフェニレン等のスルホアルキル化プラスチック系電解質等が有る。なお、これらの電解質材料のスルホン酸当量としては０．５〜２．０ミリ当量／ｇ乾燥樹脂程度、好ましくは０．７〜１．６ミリ当量／ｇ乾燥樹脂である。スルホン酸当量が０．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂より小さい場合はイオン伝導抵抗が大きくなり、２．０ミリ当量／ｇ乾燥樹脂より大きい場合には水に溶解しやすくなる。
【００４４】
又、フッ素系電解質材料として、例えば、
一般式    ＣＦ2＝ＣＦ−（ＯＣＦ2ＣＦＸ）ｍ−Ｏｑ−（ＣＦ2）ｎ−Ａ
（式中、ｍ＝０〜３、ｎ＝０〜１２、ｑ＝０又は１、Ｘ＝Ｆ又はＣＦ3、Ａ＝スルホン酸型官能基）で表されるフロロビニル化合物とテトラフロロエチレン、ヘキサフロロプロピレン、クロロトリフロロエチレン又はパーフロロアルキルビニルエーテルの如きパーフロロオレフィンとの共重合体が挙げられる。フロロビニル化合物の好ましい例としては、例えば、ＣＦ2＝ＣＦＯ（ＣＦ2）ａＳＯ2Ｆ、ＣＦ2＝ＣＦＯＣＦ2ＣＦ（ＣＦ3）Ｏ（ＣＦ2）ａＳＯ2Ｆ、ＣＦ2＝ＣＦ（ＣＦ2）ｂＳＯ2Ｆ、ＣＦ2＝ＣＦ（ＯＣＦ2ＣＦ（ＣＦ3））ｃＯ（ＣＦ2）2ＳＯ2Ｆ（ここに、ａ＝１〜８、ｂ＝０〜８、ｃ＝１〜５の整数）を用いることも出来る。
【００４５】
（触媒層）
本発明に係るアノード極触媒層２、カソード極触媒層３について以下に説明する。触媒層は、電極反応の反応場となる層であり、主成分は、触媒金属あるいは触媒金属担持カーボンと高分子電解質である。ここでカーボンは、電子伝導体に相当する。
【００４６】
本実施形態では、セパレータや燃料浸透層から外部回路への電流を供給しているが、本発明で用いる、親水性材料の抵抗値が大きい場合は、触媒層の電子伝導体から直接外部回路への電流を供給するようにしてもよい。
【００４７】
カーボンの形状としては、粒子形状、クロス状や多孔質板などが挙げられる。
【００４８】
触媒金属としては、公知の触媒金属を用いることが出来る。例えば、貴金属触媒として、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、金、銀、鉄、コバルト、ニッケル、クロム、タングステン、マガジン、バナジウム又はこれらの多元合金を用いることができ、白金及び白金合金から選ばれる少なくとも１つであることが好ましい。これらの貴金属触媒をカーボンに担持させた貴金属触媒担持カーボンを用いることが出来る。
【００４９】
また、触媒粒子の大きさは、平均粒径で表現すると、１ｍｍ以上であると経済的に好ましくなく、０．５ｎｍ未満では、凝集粒子を生じたりするので取り扱いに困難を生じる。好適な大きさは、０．５ｎｍ以上１ｍｍ未満である。さらに好ましくは、０．５ｎｍ以上５００μｍ未満であり、触媒活性と取り扱い性を考慮すると、１ｎｍ以上１００ｎｍ未満の範囲の大きさが選ばれる。
【００５０】
カーボン粒子としては、活性炭、カーボンブラック、グラファイト及びそれらの混合物を好ましく採用することが出来る。例えばカーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等が挙げられ、Ｄｅｎｋａ  ＢＬＡＣＫ（電気化学工業社製）、Ｖａｌｃａｎ  ＸＣ−７２（キャボット社製）、Ｂｌａｃｋ  Ｐｅａｒｌ  ２０００（同前）、Ｋｅｔｊｅｎ  Ｂｌａｃｋ  ＥＣ３００Ｊ（ケェチェンブラック・インターナショナル社製）等市販のものを採用することが出来る。又、そのカーボン粒子に親水化処理をしても良い。特に、カルボキシル化合物で処理してカルボキシル化したもの、又はスルホン化合物で処理してスルホン化したものが好ましい。
【００５１】
貴金属触媒をクロスや多孔質板に担持させるには、触媒粒子分散液をクロスや多孔質板に塗布すればよい。
【００５２】
貴金属触媒をカーボン粒子に担持させるには、例えばカーボンブラック分散液に白金やルテニウム等の貴金属触媒の塩を加え、ヒドラジン等を用いて還元し、濾過、乾燥することで得られる。又、更に熱処理を行っても良い。市販のＶａｌｃａｎ  ＸＣ−７２に白金或いは白金−ルテニウム触媒を担持させたもの（田中貴金属（株）製）等を用いることも出来る。
【００５３】
触媒層用の電解質材料としては、プロトン伝導性高分子電解質膜に用いられる様なイオン導電性を有する電解質であれば特に制限は無く、例えば、フッ素系電解質材料、部分フッ素系電解質材料、炭化水素系電解質材料等が挙げられる。この触媒層における貴金属触媒担持カーボンと高分子電解質の比率は、必要とされる電極特性に応じて適宜決められるべきもので、特に限定されるものではないが、貴金属触媒担持カーボン／高分子電解質の質量比率で５／９５〜９５／５が好ましく、４０／６０〜８５／１５がさらに好ましい。又、触媒層には、種々の添加物を加えることも出来る。例えば、電子伝導性向上のための炭素などの導電剤や、結着性向上のための高分子バインダー、撥水性向上のための撥水性付与剤等の添加物などがあるが、特に限定されることなく用いることが出来る。撥水性付与剤としては、テフロン（登録商標）の様なポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフロロエチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共重合体等の含フッ素樹脂が挙げられる。
【００５４】
触媒層を形成するための触媒インクは、触媒金属又は触媒金属担持カーボン、プロトン伝導性高分子電解質等を含む溶液と、有機溶媒−水の混合溶媒を添加して、超音波分散機を用いて均一に分散させた分散液の形態で供給されることが好ましい。
【００５５】
有機溶媒としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、プロピレンカーボネート、酢酸エチルや酢酸ブチル等のエステル類、芳香族系あるいはハロゲン系の種々の溶媒が挙げられ、単独あるいは混合物として用いることが出来る。
【００５６】
本発明の特徴的構成である、触媒層内の触媒が、電子伝導体（例えばカーボン）に担持され、かつ、前記電子伝導体に接触していない表面の少なくとも一部が親水性材料で被覆されているアノード極触媒層２について説明する。
【００５７】
触媒としては、前述のような金属粒子を用いる。
【００５８】
電子伝導体としては、例えばカーボンを用いる。
【００５９】
電子伝導体の形状としては、粒子形状、クロス状や多孔質板などが挙げられる。
【００６０】
前述のように触媒層は、触媒と触媒を担持した電子伝導体を含んで構成される。即ち、
電子伝導体に接触していない触媒表面は露出しているので、ここに親水性材料を被覆させればよい。
【００６１】
具体的には、図４に示したように触媒層内に存在する触媒粒子を担持した電子伝導体と親水性材料とを複合化した形態をとる。複合化形態は図４（ａ）のように触媒粒子を担持した電子伝導体の層の表面に親水性材料の層を形成した形態や、図４（ｂ）のような触媒粒子を担持した電子伝導体の層の表面に親水性材料の層とが積層された形態、図４（ｃ）のように触媒を担持した電子伝導体と親水性材料とが均一に複合化された形態をとることができる。本発明では複合化の形態や、それぞれの相の大きさを特に規定しないが、大切なことは、電子伝導体に触媒が担持され、その触媒の電子伝導体に接触していない部分が親水性材料に被覆されていることである。
【００６２】
複合化させる製造方法は、図４（ａ）、（ｂ）の複合形態には、例えば、電子伝導体として、クロスまたは多孔質板を用いて、電子伝導体に担持された触媒の表面に親水性材料を含む塗布液を塗布または、親水性材料の層をホットプレスすることにより、前記触媒の前記電子伝導体に接触していない表面の少なくとも一部が前記親水性材料で被覆されている複合物を作製できる。
【００６３】
図４（ｃ）の複合形態には、例えば、電子伝導体として、粒子を用い、触媒を担持した電子伝導体と親水性材料を混合することにより、前記触媒の前記電子伝導体に接触していない表面の少なくとも一部が前記親水性材料で被覆されている複合物を作製できる。
後述の実施例で例を示す。
【００６４】
親水性材料には、有機材料でも無機材料でも親水性があればどのような材料でも用いることが可能である。
【００６５】
無機材料の例としてコロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、コロイド状のＴｉＯ2、コロイド状のリチウムシリケートなどの金属酸化物のコロイド、ホスホリルトリアミドのような無機アミド化合物、コロイド状のＦｅ（ＯＨ）2、コロイド状のＳｎ（ＯＨ）4、コロイド状のＢａＳＯ4などが好ましい。さらに、このような親水性無機材料と親水性有機材料を併用するのも好ましい。
【００６６】
親水性有機材料とは、親水性の化合物であれば何でも良く特に制限を加えないが、電池の耐久性の点から低分子よりも数平均分子量が５００以上の有機高分子化合物が好ましい。より好ましくは、数平均分子量が３０００〜３０００００であり、さらに好ましくは１００００〜１６００００である。
【００６７】
数平均分子量は、標準ポリスチレンによる検量線を用いるゲル  パーミエーション  クロマトグラフィー（ＧＰＣ）により求めることができる。
【００６８】
本発明に用いる親水性高分子としては、例えばゼラチンやポリビニルアルコールのような水に対して膨潤性のある高分子、非イオン系界面活性剤として用いることが可能な高分子、水中で遊離プロトンを生成する親水性高分子などが好ましい。その他に溶解度定数（ＳＰ値）１３以上の高分子が好ましい。また特開平５−２９３３８３、特開平５−２７１７１８、特開平７−２４２７８７、特表２００１−５２１２７０には、触媒粒子をコロイド安定剤として用いることが可能な親水性高分子化合物がいくつか例示されており、本発明にこれら記載の高分子化合物を用いると好ましい結果が得られるが、好適には、スルフォン酸基、カルボン酸基、水酸基、アミノ基から選ばれる官能基を少なくとも１種含む親水性高分子化合物が選ばれる。
本発明で用いられる非イオン系界面活性剤として用いることが可能な高分子は、具体的には、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンジステアレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンジパルミテート、ソルビタンモノベヘネート、ソルビタンジベヘネート、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンジラウレート等のソルビタン系界面活性剤；グリセリンモノラウレート、グリセリンジラウレート、ジグリセリンモノパルミテート、ジグリセリンジパルミテート、グリセリンモノステアレート、グリセリンジステアレート、ジグリセリンモノステアレート、ジグリセリンジステアレート、ジグリセリンモノラウレート、ジグリセリンジラウレート等のグリセリン系界面活性剤；ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールモノパルミネート等のポリエチレングリコール系界面活性剤；トリメチロールプロパンモノステアレート等のトリメチロールプロパン系界面活性剤；ラウリルジエタノールアミン、オレイルジエタノールアミン、ステアリルジエタノールアミン、ラウリルジエタノールアミド、オレイルジエタノールアミド、ステアリルジエタノールアミド等のジエタノールアルキルアミン系およびジエタノールアルキルアミド系界面活性剤；ペンタエリスリトールモノパルミテート等のペンタエリスリトール系界面活性剤およびポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンジステアレート、ソルビタン−ジグリセリン縮合体のモノおよびジステアレートなどが挙げられる。これらは、単独で、または２種以上組み合わせて用いることができる。
ポリオキシエチレン基含有成分を１５〜５０質量％含有する高分子の界面活性剤は、この群の中で好ましい高分子である。ポリオキシエチレン基含有率として１５〜５０質量％、好ましくは２０〜４５質量％、さらに好ましくは２５〜４０質量％である。
電解質やイオン交換樹脂に用いることが可能な高分子として、特開平６−３４２６６５、特開２０００−１１７５５、特開２０００−１１７５６、特開２０００−３８４７２、特表２０００−５１０５１１、特開２０００−２１２３０６、特開２００１−１９７２３、特表２００１−５０４８７２、特開２００１−１１８５９１などに記載されたスルフォン酸系ポリマーも用いることができる。
【００６９】
またこれらの高分子を複数組み合わせて用いることも可能である。
【００７０】
各種親水性ホスファゼン誘導体のような有機無機複合化合物も用いることが可能である。また、特開２００１−９３５４３に記載された無機系材料を用いることも可能である。
【００７１】
（拡散層）
拡散層４、５は、アノード極側触媒層２及びカソード極側触媒層３への燃料及び酸化剤などの反応物の供給、反応により生成する水及び二酸化炭素などの反応生成物の排出、ならびに発生した電子をセパレータへ受け渡すまたは受け取る機能を有する層である。この拡散層は、必ずしも必要ではないが、あれば、触媒層を支持する機能を担保することができ、また、より効果的に反応物質の供給と電子の授受を行うことが出来る。
【００７２】
拡散層４、５は、多孔質かつ電子伝導性を有する材料が用いられる。
【００７３】
拡散層４、５の主成分としては、上記の触媒層に用いられるカーボン粒子、ポリアクリロニトリルからの焼成体、ピッチからの焼成体、黒鉛及び膨張黒鉛等の炭素材、ナノカーボン材料、ステンレススチール、モリブデン、チタン等の導電性物質と、上記の撥水性付与剤、バインダーとしても機能する上記のプロトン伝導性ポリマー等である。拡散層を形成するための拡散層用インクについても、上記と同様に、導電性物質とバインダーとしても機能するプロトン伝導性ポリマー及び必要に応じて撥水性付与剤等を含む溶液と、有機溶媒−水の混合溶媒を添加して、超音波分散機を用いて均一に分散させた分散液の形態で供給されることが好ましい。
【００７４】
拡散層に用いる基材としては、電気抵抗が低く、集電を行えるものであれば、特に限定されることなく用いることが可能である。拡散層に用いる基材としては、例えば、導電性無機物質を主とするものが挙げられ、この導電性無機物質としては、ポリアクリロニトリルからの焼成体、ピッチからの焼成体、黒鉛及び膨張黒鉛等の炭素材、前述のナノカーボン材料、ステンレススチール、モリブデン、チタン等が挙げられる。拡散層に用いる基材の導電性無機物質の形態は特に限定されず、例えば繊維状あるいは粒子状で用いられるが、ガス透過性の点から繊維状導電性無機物質（無機導電性繊維）、特に炭素繊維が好ましい。無機導電性繊維を用いた拡散層の基材としては、織布あるいは不織布いずれの構造も使用可能である。例えば、東レ（株）製カーボンペーパーＴＧＰシリーズ、ＳＯシリーズ、Ｅ−ＴＥＫ社製カーボンクロスなどが用いられる。織布としては、平織、斜文織、朱子織、紋織、綴織など、特に限定されること無く用いられる。また、不織布としては、抄紙法、ニードルパンチ法、スパンボンド法、ウォータージェットパンチ法、メルトブロー法によるもの等、特に限定されること無く用いられる。また編物であっても構わない。これらの布帛において、特に炭素繊維を用いた場合、耐炎化紡績糸を用いた平織物を炭化あるいは黒鉛化した織布、耐炎化糸をニードルパンチ法やウォータージェットパンチ法等による不織布加工した後に炭化あるいは黒鉛化した不織布、耐炎化糸あるいは炭化糸あるいは黒鉛化糸を用いた抄紙法によるマット不織布等が好ましく用いられる。特に、薄く強度のある布帛が得られる点から不織布を用いるのが好ましい。拡散層用基材に炭素繊維からなる無機導電性繊維を用いた場合、炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、フェノール系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維等が例示される。なかでも、ＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。さらに、拡散層に用いる基材は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）分散液等を用いて撥水化処理を行うことができる。
【００７５】
（セパレータ）
セパレータ６、７は、燃料と空気を供給するための流路を形成するとともに、複数の単電池を積層する場合の仕切り板としての役割もある。また、外部回路に電流を流す導体としての機能を有する。
【００７６】
従って、セパレータには、ガスの不透過性、流路形成のための成形性、耐腐食性、機械強度、電導性などが要求され、材料としては、電導性セラミック、金属、炭素材料を用いることができる。
【００７７】
金属としては、モリブデン、ステンレス、チタンなどが挙げられる。
【００７８】
導電性セラミックとしては、金属窒化物、ホウ化物、炭化物、ケイ化物またはこれらの複合化合物が好ましく用いられる。
【００７９】
導電性セラミックを構成する上記金属としては、希土類元素、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、ニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム、タングステン、モリブデンなどが好ましく用いられる。希土類元素としては、イットリウム、ランタン、セリウム、サマリウムが好ましい。導電性セラミックスとしては、具体的には、炭化チタン、ホウ化チタン、窒化チタン、ケイ化タングステンまたは窒化タンタルおよびこれらの複合化合物である。
【００８０】
（燃料浸透層）
燃料浸透層１２の形態は、液体燃料を毛管力で浸透しうるものであれば特に限定されるものではなく、粒子やフィラーからなる多孔質体や、抄紙法等で製造した不織布、繊維を織った織布等を用いることができる。また、外部回路に電流を流す導体としての機能を有する。材質は、導電性と耐食性の観点からカーボンが好ましい。
【００８１】
以下に、燃料浸透層１２として多孔質体を用いた場合について説明する。液体燃料を燃料浸透層１２側に引き込むための毛管力としては、まず燃料浸透層１２となる多孔質体自体の毛管力が挙げられる。このような毛管力を利用する場合、多孔質体である燃料浸透層１２の孔を連結させた、いわゆる連続孔とし、その孔径を制御すると共に、燃料浸透層１２の側面から少なくとも他の一面まで連続した連通孔とすることにより、液体燃料を横方向でも円滑に毛管力で供給することが可能となる。
【００８２】
燃料浸透層１２となる多孔質体の平均孔径は、後述する液体燃料の導入管１２５内の液体燃料を引き込み得るものであればよく、特に限定されるものではないが、導入管１２５の毛管力を考慮した上で、０．０１〜１５０μｍ程度とすることが好ましい。また、多孔質体における孔の連続性の指標となる気孔率（気孔の総体積×１００／燃料浸透層の全体積）は、２０〜９０％程度とすることが好ましい。孔径を０．０１μｍより小さくすると、燃料浸透層１２の製造が困難となり、また１５０μｍを超えると毛管力が低下してしまう。また、気孔率が２０％未満となると連続孔の量が減り、閉鎖された孔が増えるため、毛管力を十分に得ることができなくなる。逆に、孔の体積が９０％を超えると、連続孔の量は増加するものの、強度的に弱くなると共に製造が困難となる。実用的には、平均孔径は０．５〜１００μｍの範囲、また気孔率は３０〜７５％の範囲とすることが望ましい
（燃料気化層）
燃料電池セル内に導入された液体燃料は、燃料気化層１１で気化されてアノード極４に到達する。このためには、その燃料供給方向上流側に隣接して位置する燃料浸透層１２の毛管力より燃料気化層１１の毛管力の方が小さくなるように設定することが重要である。
【００８３】
燃料気化層１１に求められる条件は、燃料浸透層１２中の液体燃料が気化した気体が拡散する空間があればその形態は特に限定されない。例えば、粒子やフィラーからなる多孔質体や、抄紙法等で製造した不織布、繊維を織った織布等を用いることができる。材質は、導電性と耐食性の観点からカーボンが好ましい。
【００８４】
燃料気化層１１を多孔質体で形成する場合、先にも述べたようにその平均孔径は、燃料浸透層１２中の液体燃料を引き込まず、気化した燃料が拡散し得るものであればよく、特に限定されるものではないが、燃料浸透層１２の毛管力を考慮した上で、５μｍ以上とすることが好ましい。また、多孔質体の気孔率は２０〜９０％程度とすることが好ましい。
【００８５】
（各層の接合）
上記の各層を、塗布法やホットプレス法や圧着法により接合することにより、単セルＩ、IIを作製する。実施例で例を示す。
【００８６】
本発明の燃料電池に採用できる燃料としてはメタノール、エタノール、１−プロパノール、ジメチルエーテル、アンモニア等が挙げられるが、メタノールが好ましい。
【実施例】
【００８７】
以下、実施例により本発明の燃料電池について更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本実施例では、図２の燃料気化層を有する燃料電池の単セルIIを例に挙げて説明する。
（実施例１）
１００ｍｌの水に３０ｇのゼラチンを入れ一昼夜放置する。その後攪拌しながら６０℃まで暖める。均一に溶解したら、１％ホルマリン水溶液１０ｍｌ添加後、カーボンクロス上にＰｔ−Ｒｕ系触媒を塗布した３２ｍｍ×３２ｍｍの触媒層の面に塗布し、ヘアードライヤーで乾燥する。電子顕微鏡で観察したところ、カーボンクロス上に担持されたＰｔ−Ｒｕ系触媒粒子の表面の一部はゼラチンと接触し、粒子の一部はカーボンクロス上に固定されていた。このゼラチン処理したカーボンクロスをアノード極の触媒層として用いて、燃料電池本体内部の単セルを、以下の手法により作製した。
前述の触媒層を２枚と、カーボンクロス上にＰｔを担持したカーボンブラック触媒層を塗布した３２ｍｍ×３２ｍｍのカソード極とを用意した。２枚の触媒層について、ゼラチン処理を行った面を内側に重ねアノード極とした。アノード極の片面およびカソード極の触媒層が電解質膜と接するように、パーフルオロスルホン酸膜からなる電解質膜を挟持した。これらを、１２０℃で５分間、９．８０７Ｘ１０4Ｐａの圧力でホットプレスして接合し、電極−電解質膜接合体を作製した。
【００８８】
得られた電解質膜−電極接合体と、燃料気化層１１としてのカーボン多孔質板（平均孔径８５μｍ、気孔率７３％）と、燃料浸透層１２であるカーボン多孔質板（平均孔径５μｍ、気孔率４０％）と、カソード側に酸化剤ガスを供給する深さ２ｍｍ、幅１ｍｍの溝を２ｍｍで１０本設けたカソード側セパレータ７を積層し、アノード側とカソード側の両側からアノード側ホルダー（不図示）とカソード側ホルダー（不図示）により挟み込んで各層を圧着させて、反応面積１０ｃｍ2の図２に示す燃料気化層を有する燃料電池IIを作製した。
【００８９】
次に図３によって燃料電池の構成と運転について説明する。前述のような燃料電池の単セルは通常複数個積層して燃料電池スタックとして用いる。また燃料電池として運転するためには、このような燃料電池スタックに、燃料容器やその燃料を燃料電池スタックに導く導入管等からなる、燃料供給装置が必要である。
【００９０】
図３は前述の燃料電池スタックとそれを燃料電池システムとして運転するための構成を示したものである。
【００９１】
実施例１では、前述のように作製した燃料電池の単セルIIを１０個積層して、これを燃料電池スタック１１０とした。この燃料電池スタック１１０を図３に示すように燃料電池システム１２０として構成した。
【００９２】
以下、本発明の燃料電池の単セルIIを用いた燃料電池システム１２０の構成と運転について説明する。負圧対策機構１２６を設けた燃料容器１２１には、燃料であるメタノール３０％水溶液１２２が収容されている。この燃料容器１２１を燃料浸透材１２３を介して前述の燃料電池システム１２０の接続部１２４に接続した。燃料収容容器１２１内の燃料は、接続部１２４から導入管１２５を経て、燃料浸透層１２から、毛管力により燃料電池の単セルII内部に供給される。これらの各構成要素は外囲器としてのレシーバ１２７内に収容されている。各燃料電池の単セル間を直列に接続すると共に両端の燃料電池ユニットから電流を外部に導くリード線部１２８が設けられている。こうした構造の燃料電池システム１２０に、酸化剤ガスとして大気圧の空気を１００ｍｌ／ｍｉｎでカソード極側セパレータに流して、８０℃で発電を行った。
（実施例２）
カーボンクロス上にＰｔ−Ｒｕ系触媒粒子を塗布した３２ｍｍ×３２ｍｍの触媒層と触媒を担持していないカーボンクロスを用意し、パーフルオロスルホン酸膜をはさみ、これらを、１２０℃で１０分間、９．８０７Ｘ１０4Ｐａの圧力でホットプレスして接合した。
【００９３】
電子顕微鏡で観察したところ、カーボンクロス上に担持されたＰｔ−Ｒｕ系触媒粒子の表面の一部はパーフルオロスルホン酸と接触し、粒子の一部はカーボンクロス上に固定されていた。この複合カーボンクロスをアノード極として用いて、燃料電池本体内部の単セルを、以下の手法により作製した。
【００９４】
このアノード極と、カーボンクロス上にＰｔブラック触媒層を塗布した３２ｍｍ×３２ｍｍのカソード極とを用意した。アノード極の触媒を担持している側のカーボンクロスおよび酸化剤極の触媒層が電解質膜と接するように、パーフルオロスルホン酸膜からなる電解質膜を挟持した。これらを、１２０℃で５分間、９．８０７×１０4Ｐａの圧力でホットプレスして接合し、電解質膜−電極接合体を作製した。
【００９５】
この電解質膜−電極接合体を用いて、実施例１と同様の方法で、燃料気化層を有する燃料電池IIを作製した後、燃料電池スタックを作製し、同様に燃料電池の運転を行った。
（実施例３）
アノード極として使用可能なカーボン板を粉砕し、ふるいにかけ、平均粒径０．２μｍのカーボン粉末を得た。この粉末にＰｔ−Ｒｕ系触媒を担持したアノード極用カーボン粉末１０ｇと酸化第二スズゾル（山中産業製濃度８質量％）１００ｍｌを混合し超音波分散器で１０分処理を行う。カーボンクロス上にＰｔ−Ｒｕ系触媒粒子を塗布した３２ｍｍ×３２ｍｍの触媒層にこの液体を刷毛で塗り、触媒を担持していないカーボンクロスを用意し、この上にかぶせ、これらを、室温でゆっくりと９．８０７×１０4Ｐａまで圧力をかけ、８０℃で１６時間９．８０７×１０4Ｐａの圧力をかけホットプレスし接合した。電子顕微鏡で観察したところ、カーボン粒子上に担持されたＰｔ−Ｒｕ系触媒粒子の表面の一部は酸化第二スズと接触し、粒子の一部はカーボン粉末上に固定されていた。この複合カーボンクロスをアノード極として用いて、燃料電池本体内部の単セルを、以下の手法により作製した。
【００９６】
このアノード極と、カーボンクロス上にＰｔブラック触媒層を塗布した３２ｍｍ×３２ｍｍのカソード極とを用意した。アノード極の触媒を担持している側のカーボンクロスおよびカソード極の触媒層が電解質膜と接するように、パーフルオロスルホン酸膜からなる電解質膜を挟持した。これらを、１２０℃で１０分間、９．８０７×１０4Ｐａの圧力でホットプレスして接合し、電解質膜−電極接合体を作製した。
【００９７】
この電解質膜−電極接合体を用いて、実施例１と同様の方法で、燃料気化層を有する燃料電池IIを作製した後、燃料電池スタックを作製し、同様に燃料電池の運転を行った。
（比較例１）
カーボンクロス上にＰｔ−Ｒｕ系触媒粒子を塗布した３２ｍｍ×３２ｍｍのアノード極と、カーボンクロス上にＰｔを担持したカーボンブラック触媒層を塗布した３２ｍｍ×３２ｍｍのカソード極とを用意した。こうしたアノード極の触媒粒子塗布側およびカソード極の触媒層が電解質膜と接するように、パーフルオロスルホン酸膜からなる電解質膜を挟持した。これらを、１２０℃で５分間、９．８０７×１０4Ｐａの圧力でホットプレスして接合し、電解質膜−電極接合体を作製した。
【００９８】
この電解質膜−電極接合体を用いて、実施例１と同様の方法で、燃料気化層を有する燃料電池IIを作製した後、燃料電池スタックを作製し、同様に燃料電池の運転を行った。
【００９９】
実施例１から３までと比較例の電圧−電流特性の評価結果を表１に示す。
【０１００】
【表１】
2006252909.tif 000003
【０１０１】
実施例１から３の場合、発電を１０時間継続して行った際にも、出力は低下することはなく安定していた。信頼性の高い小型の燃料電池であることが確認された。しかし比較例では１０時間後に電圧の低下と電流の著しい低下が生じた。
【０１０２】
また、比較例では、長時間運転後わずかにメタノール臭を感じた。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明に係る燃料電池の単セルＩの基本構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る燃料気化層を有する燃料電池の単セルIIの基本構成を示す概略図である。
【図３】本発明に係る気化層を有する燃料電池の単セルIIを積層して燃料電池スタックとし、それに燃料供給装置等、発電に必要な構成要素を設けて燃料電池システムとして用いる様子を示す図である。
【図４】触媒層内に存在する触媒粒子を担持した電子伝導体と親水性材料とを複合化した形態を示す図である。
【符号の説明】
【０１０４】
Ｉ  燃料電池の単セル
II  燃料気化層を有する燃料電池の単セル
１  電解質膜
２  アノード極側触媒層
３  カソード極側触媒層
４  アノード極側拡散層
５  カソード極側拡散層
６  アノード極側セパレータ
７  カソード極側セパレータ
８  燃料流路
９  酸化剤流路
１１  燃料気化層
１２  燃料浸透層
１３  親水性材料
１４  触媒粒子を担持した電子伝導体
１１０  燃料気化層を有する燃料電池スタック
１２０  燃料気化層を有する燃料電池システム
【図１】
2006252909.tif 000004
【図２】
2006252909.tif 000005
【図３】
2006252909.tif 000006
【図４】
2006252909.tif 000007