(57)【要約】【課題】  副生成する二酸化炭素などによる燃料の連続的な拡散供給の阻害を抑制し、出力特性を向上させることができる燃料電池を提供する。【解決手段】  電解質膜１１を介して燃料電極１２と酸素電極１３とが対向配置されている。燃料電極１２の表面に直交する直交線と、重力方向とのなす角度は、３０°以上９０°以下の範囲内である。燃料電極１２に隣接する燃料室１４が燃料電極１２に対して重力方向側に位置する場合に高い出力特性が得られる。【選択図】        図１
2006164832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜を介して燃料電極と酸素電極とが対向配置された発電部を有し、
前記燃料電極の表面に直交する直交線と、重力方向とのなす角度は、３０°以上９０°以下の範囲内にある
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記発電部を支持する支持部材を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料電極には液体燃料が供給され、この液体燃料の直接酸化反応により水素イオンが生成されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項４】
前記燃料電極に供給する液体燃料として、有機物質を含む燃料を用いることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項５】
前記有機物質は、メタノールを含むことを特徴とする請求項４記載の燃料電池。
【請求項６】
前記液体燃料における前記有機物質の濃度は、５質量％以上６０質量％以下であることを特徴とする請求項４記載の燃料電池。
【請求項７】
前記燃料電極に隣接して液体燃料が密閉された燃料室を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項８】
前記燃料電極は、触媒を含む触媒層を有し、触媒は、ルテニウムを５質量％以上６０質量％以下の範囲内で含有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項９】
前記燃料電極は、触媒を含む触媒層を有し、この触媒層は、０．５ｍｇ・ｃｍ-2以上１０ｍｇ・ｃｍ-2以下の範囲内で担持された白金を含むことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記燃料電極は、触媒と導電助剤とバインダーとを含む触媒層を有し、バインダーの含有量は、触媒と導電助剤とバインダーとの合計に対して、５質量％以上８０質量％以下の範囲内であことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記発電部における表面温度の最高値を、発電時において１０℃以上８０℃以下に制御する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質膜を介して燃料電極と酸素電極とが対向配置された燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電子機器の小型軽量化に伴い容量の更なる向上が求められている。現在広く使用されているニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池では、エネルギー密度は理論限界を迎えつつあるので、高エネルギー密度を発現する新規な発電デバイスの実用化が強く望まれている。
【０００３】
このような新規発電デバイスとしては、水素イオンを利用した高分子電解質型燃料電池が注目されている。高分子電解質型燃料電池は、水素イオンの供給方式により数種類に分類され、そのうち、近年ではメタノールを直接酸化するダイレクトメタノール型燃料電池に関する研究開発が精力的に検討されるようになっている。燃料の取扱い性と高エネルギー密度化との両立が比較的容易だからである。
【０００４】
一方、従来のダイレクトメタノール型燃料電池では、出力特性が不安定化しやすいことが問題であった。そこで、出力特性を安定化させる方法として、燃料電池の構成部材あるいは内部構成に関する工夫が種々提案されている。例えば、特許文献１には、燃料タンクからの燃料の漏出を防ぐための封止に関する工夫が開示されている。また、特許文献２には、単独セルを直列接続する方法や燃料漏れ対策等の工夫が開示されている。更に、特許文献３には、燃料電池内での燃料濃度調整を可能とするシステムが開示されている。
【特許文献１】特開平２００１−２８３８８８号公報
【特許文献２】特開平２００２−２８００１６号公報
【特許文献３】特開平２００３−３４６８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池の出力特性を安定化させるには、発電反応を司る触媒反応の高効率化が重要であると考えられる。特に、燃料物質が燃料電極における触媒表面に連続的に拡散供給されることが必要不可欠である。しかしながら、ダイレクトメタノール型燃料電池では、触媒表面において液体燃料が水素イオンに変換される反応と並行して、二酸化炭素が副生成する反応も進行し、この二酸化炭素が触媒と液体燃料との接触界面に滞在するので、燃料の連続的な拡散供給が阻害されてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、副生成する二酸化炭素などによる燃料の連続的な拡散供給の阻害を抑制し、出力特性を向上させることができる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】
【０００７】
本発明による燃料電池は、電解質膜を介して燃料電極と酸素電極とが対向配置された発電部を有し、燃料電極の表面に直交する直交線と、重力方向とのなす角度は、３０°以上９０°以下の範囲内にあるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による燃料電池によれば、燃料電極の表面に直交する直交線と、重力方向とのなす角度を、３０°以上９０°以下の範囲内となるようにしたので、副生成する二酸化炭素などによる燃料の連続的な拡散供給の阻害を抑制することができ、出力特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態に係る燃料電池の構成を表すものである。この燃料電池は、エネルギーを発電可能な発電部１０と、必要に応じてこれを支持する支持部材２０とを有している。
【００１１】
図２は、図１に示した燃料電池のＩ−Ｉ線に沿った断面構造を表すものである。発電部１０は、電解質膜１１を介して対向配置された燃料電極１２と酸素電極１３とを有している。また、燃料電極１２に隣接して燃料室１４が設けられると共に、酸素電極１３に隣接して酸素室１５が設けられている。燃料室１４は、例えば、液体燃料を密閉することができるようになっており、液体燃料が自然対流により燃料電極１２に供給されるようになっている。また、燃料室１４には、例えば、図示しない燃料供給口が設けられており、発電時には閉口されるようになっている。更に、酸素室１５には、外部と連通するように流通孔１５Ａが設けられており、この流通孔１５Ａから自然換気により空気すなわち酸素を酸素電極１３に供給するようになっている。燃料室１４と酸素室１５とは、例えば螺子１６により固定されている。
【００１２】
発電部１０は、その表面温度の最高値を、発電時において、１０℃以上８０℃以下の範囲内に制御するための図示しない制御手段を備えていてもよい。最高値をこの範囲内にすれば、高い出力特性が得られるからである。このような制御手段としては、電動ファンなどの機械的な冷却装置、あるいは放熱用の熱伝導率に優れた板を配する装置などがある。
【００１３】
電解質膜１１は、例えば、プロトン伝導体により構成されている。プロトン伝導体としては、イオン伝導性を有していればよく、例えばパーフルオロスルホン酸重合体，ポリベンゾイミダゾール，ポリイミド，ポリエーテルエーテルケトン，ポリフェニレンスルファイド，ポリスチレン，フラーレンにスルホン酸基を導入したもの，あるいはこれらを基本骨格に含む誘導体が挙げられる。また、常温溶融塩を担持体に担持させたものも挙げられる。
【００１４】
電解質膜１１の厚みは、５μｍ以上２００μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。これより薄いと、クロスオーバー現象により出力特性が低下してしまい、これより厚いと、触媒と液体燃料との反応の際に抵抗が増大して出力特性が低下してしまうからである。
【００１５】
燃料電極１２は、集電体１２Ａに触媒層１２Ｂが形成された構成を有している。集電体１２Ａとしては、耐食性が高く、電気伝導性を示す材料を用いることができ、例えば、ニッケル（Ｎｉ），ステンレス鋼，金（Ａｕ），白金（Ｐｔ）あるいは銀（Ａｇ）貴金属よりなるエキスパンドメタル、または炭素繊維が挙げられる。
【００１６】
図３は、その触媒層１２Ｂの一部を拡大して模式的に表したものである。触媒層１２Ｂは、例えば、導電助剤１２Ｃと、これを集電体１２Ａに結着させるバインダー１２Ｄとを含んで構成されており、導電助剤１２Ｃの表面には、図４に示したように触媒１２Ｅが担持されている。
【００１７】
導電助剤１２Ｃとしては、活性炭あるいはカーボンブラックなどの表面積が大きなものが好ましい。高い出力特性が得られるからである。
【００１８】
バインダー１２Ｄとしては、プロトン伝導性を有していればよく、例えば、パーフルオロスルホン酸重合体などのスルホン酸基を有する高分子化合物が挙げられる。
【００１９】
バインダー１２Ｄの含有量は、導電助剤１２Ｃとバインダー１２Ｄと触媒１２Ｅとの合計に対して、５質量％以上８０質量％以下の範囲内にあることが好ましい。この範囲内で高い出力特性を得ることができるからである。
【００２０】
触媒１２Ｅとしては、液体燃料に対して触媒活性を有するものであれば特に限定はされないが、白金あるいはルテニウム（Ｒｕ）が好ましい。触媒被毒を緩和することができるからである。触媒１２Ｅとしてルテニウムを用いる場合には、全触媒に対して５質量％以上６０質量％以下の範囲内で含まれていることが好ましい。また、触媒１２Ｅとして白金を用いる場合には、０．５ｍｇ・ｃｍ-2以上１０ｍｇ・ｃｍ-2以下の範囲内で触媒層１２Ｂに担持されていることが好ましい。これらの範囲内で高い出力特性を得ることができるからである。
【００２１】
触媒１２Ｅの直径は、小さいほど好ましく、具体的には数ｎｍ程度のものが好ましい。使用量を抑制しつつ、十分な反応量が得られるからである。
【００２２】
燃料電極１２の表面に直交する直交線Ｔと、重力とのなす角度は、３０°以上９０°以下の範囲内にあることが好ましい。副生成する二酸化炭素などによる燃料の連続的な拡散供給の阻害を抑制することができ、出力特性を向上させることができるからである。但し、燃料室１４が燃料電極１２に対して重力方向側に位置している方が好ましい。高い効果が得られるからである。
【００２３】
燃料電極１２の表面に直交する直交線Ｔとは、具体的には、図５に示したように、触媒層１２Ｂに、平滑かつ反りのない金属板を押しつけた際に得られる平面に直交する線をいう。また、重力方向とは、測定点から地球の真中心に向かう方向をいう。                
【００２４】
なお、このような角度は、支持部材２０の態様を適宜変化させることにより、制御することができる。
【００２５】
燃料電極１２に供給される燃料としては、例えば、メタノール，エタノールあるいはジメチルエーテルなどの有機物質、またはこれらを純水で希釈した溶液が挙げられる。有機物質を純水で希釈した場合には、有機物質の濃度は、５質量％以上６０質量％以下の範囲内にあることが好ましい。低いと物質拡散律速による分極増大が大きくなり、出力特性が低下してしまい、高いとクロスオーバー現象による電圧低下により出力が低下してしまうからである。
【００２６】
酸素電極１３は、例えば、燃料電極１２と同様に、集電体１３Ａに触媒層１３Ｂが形成された構成を有している。触媒層１３Ｂは、触媒層１２Ｂと同様に、触媒を担持させた導電助剤と、これを集電体に結着させるバインダーとを含んで構成されている。集電体１３Ａ、触媒層１３Ｂに用いられる触媒，導電助剤およびバインダーとしては、燃料電極１２に用いる材料と同様のものを挙げることができる。
【００２７】
燃料室１４を構成する材質は、液体燃料に対して耐食性を有するものであれば好ましく、例えば、テトラフルオロエチレン，ポリカーボネートあるいはアクリルなどの高分子化合物、またはステンレスあるいはアルミニウムなどの金属、または硝子が挙げられる。
【００２８】
酸素室１５を構成する材質は、例えば燃料室１４を構成する材質と同様である。
【００２９】
この燃料電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００３０】
まず、例えば、触媒１２Ｅを担持させた導電助剤１２Ｃと、バインダー１２Ｄと、水とを混合してスラリー状とし、これを集電体１２Ａに塗布したのち、自然乾燥して燃料電極１２を作製する。
【００３１】
また、燃料電極１２と同様にして、触媒を担持させた導電助剤と、バインダーと、水とを混合してスラリー状とし、これを集電体１３Ａに塗布したのち、自然乾燥して酸素電極１３を作製する。
【００３２】
次に、燃料電極１２と、電解質膜１１と、酸素電極１３とをこの順に積層して積層体とし、これを例えば金属製の平板により挟みこみ、加熱加圧することにより、燃料電極１２および酸素電極１３と、電解質膜１１とを界面接合させる。その際、加熱温度は、１００℃以上１８０℃以下の範囲内であることが好ましい。低いと十分な接合強度が得られず、高いと電解質膜１１が熱分解してしまうからである。
【００３３】
続いて、積層体の燃料電極１２側に隣接するように燃料室１４を取り付けると共に、酸素電極１３側に隣接するように酸素室１５を取り付け、これらを例えば、螺子１６により固定する。そののち、支持部材２０により、直交線Ｔと、重力とのなす角度とを調整する。これにより図１に示した燃料電池が完成する。
【００３４】
この燃料電池では、燃料電極１２に燃料が供給され、反応により水素イオンと電子とを生成する。水素イオンは電解質膜１１を通って酸素電極１３に移動し、電子および酸素と反応して水を生成する。その際、二酸化炭素が副生成するが、直交線Ｔと、重力とのなす角度が、３０°以上９０°以下の範囲内であるので、二酸化炭素が触媒と液体燃料との接触界面に滞在することが防止され、液体燃料が連続的に拡散供給される。
【００３５】
このように本実施の形態によれば、燃料電極１２の表面に直交する直交線Ｔと、重力方向とのなす角度を、３０°以上９０°以下の範囲内となるようにしたので、副生成する二酸化炭素などによる燃料の連続的な拡散供給の阻害を抑制することができ、出力特性を向上させることができる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池の構成を表すものである。この燃料電池は、エネルギーを発電可能な発電部３０と、これを支持する支持部材４０とを有している。
【００３７】
発電部３０は、電解質膜３１を介して対向配置された燃料電極３２と酸素電極３３とを有している。燃料電極３２は、集電体３２Ａに触媒層３２Ｂが形成された構成を有している。集電体３２Ａには、燃料の流路３２Ｃが設けられており、この流路３２Ｃは図示しない燃料供給部に連結され、例えばポンプにより連続的に燃料が供給されるようになっている。酸素電極３３は、集電体３３Ａに触媒層３３Ｂが形成された構成を有している。集電体３３Ａには、流路３３Ｃが設けられており、この流路３３Ｃは外部と連通され、自然換気により空気すなわち酸素が供給されるようになっている。電解質膜３１，集電体３２Ａ，３３Ａ，触媒層３２Ｂ，３３Ｂの構成は、上述した電解質膜１１，集電体１２Ａ，１３Ａ，触媒層１２Ｂ，１３Ｂと同様である。
【００３８】
この燃料電池は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００３９】
まず、触媒層３２Ｂと、電解質膜３１と、触媒層３３Ｂとをこの順に積層して界面接合することにより積層体とする。続いて、この積層体の触媒層３２Ｂ側に隣接するように集電体３２Ａを取り付けると共に、触媒層３３Ｂ側に隣接するように集電体３３Ａを取り付ける。そののち、支持部材４０により、直交線Ｔと、重力とのなす角度とを調整する。これにより図６に示した燃料電池が完成する。
【００４０】
この燃料電池は、第１の実施の形態の燃料電池と同一の作用および効果を有する。
【実施例】
【００４１】
更に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００４２】
（実施例１−１〜１−７，２−１〜２−７，３−１〜３−７）  
図１に示した燃料電池を作製した。まず、導電助剤１２Ｃであるカーボンに触媒１２Ｅである白金およびルテニウムの金属微粉を担持させたものと、バインダー１２Ｄであるパーフルオロスルホン酸高分子を希釈した溶液（ナフィオン、デュポン株式会社）とを混合してスラリー状とし、これを集電体１２Ａである炭素繊維に塗布したのち、２４時間自然乾燥して燃料電極１２を作製した。その際、ルテニウムは、触媒全体に対して５０質量％となるようにした。また、白金の担持量は３. ０ｍｇ・ｃｍ-2とした。更に、パーフルオロスルホン酸高分子の量は、導電助剤１２Ｃとバインダー１２Ｄと触媒１２Ｅとの合計に対して、６０質量％とした。
【００４３】
また、導電助剤であるカーボンに、触媒である白金を担持させたものと、バインダーであるパーフルオロスルホン酸高分子を希釈した溶液とを混合してスラリー状とし、これを集電体１３Ａである炭素繊維に塗布したのち、２４時間自然乾燥して酸素電極１３を作製した。酸素電極１３における白金の担持量は、６０質量％とした。
【００４４】
次に、電解質膜１１としてパーフルオロスルホン酸高分子（ナフィオン、デュポン株式会社）を用意し、燃料電極１２、電解質膜１１と、酸素電極１３とをこの順に積層して積層体とし、これを金属製の平板により挟みこみ、加熱加圧してこれらの界面を接合した。その際、燃料電極１２および酸素電極１３は、縦横が２. ５ｃｍの直方体とし、電解質膜１１は、縦横が３ｃｍの直方体として用いた。続いて、積層体の燃料電極１２側に隣接するように液体燃料５．５ｍｌを注入した燃料室１４を取り付けると共に、酸素電極１３側に隣接するように酸素室１５を取り付け、これらを螺子１６により固定して発電部１０を作製した。液体燃料は、メタノールを純水で希釈したメタノール溶液とし、メタノールの濃度は２０質量％とした。
【００４５】
続いて、この発電部１０を支持部材２０で支持することにより、燃料電池を作製した。その際、図７に示したように、支持部材２０を適宜調整することにより、直交線Ｔと、重力方向とのなす角度を３０°以上９０°以下の範囲内で変化させた。また、燃料室１４が燃料電極１２に対して重力方向側に位置するようにした。
【００４６】
実施例１−１〜１−７，２−１〜２−７，３−１〜３−７に対する比較例１−１〜１−３，２−１〜２−３，３−１〜３−３として、直交線Ｔと、重力方向とのなす角度を２０°，１０°または０°としたことを除き、他は実施例１−１〜１−７，２−１〜２−７，３−１〜３−７と同様にして燃料電池を作製した。
【００４７】
実施例１−１〜１−７，２−１〜２−７，３−１〜３−７および比較例１−１〜１−３，２−１〜２−３，３−１〜３−３について、出力特性を調べた。それらの結果を表１〜３に示す。なお、出力特性は、次のようにして調べた。
【００４８】
【表１】
2006164832.tif 000003
【００４９】
【表２】
2006164832.tif 000004
【００５０】
【表３】
2006164832.tif 000005
【００５１】
まず、電流密度を５０ｍＡ・ｃｍ-2、１００ｍＡ・ｃｍ-2または２００ｍＡ・ｃｍ-2として連続発電試験を行い、端子間電圧が０Ｖに達した時点で終了し、定電流法に基づく総発電量を求めた。また、発電中は、発電部１０の周囲の温度が約１０℃〜８０℃の範囲内になるように制御し、酸素電極１３の所定の位置における最高温度が３０℃になるようにした。出力特性は、直交線Ｔと、重力方向とのなす角度が９０°の場合の総発電量を１００としたときの、総発電量の相対比率とした。
【００５２】
表１〜３から分かるように、直交線Ｔと、重力方向とのなす角度が９０°より小さくなるにつれて総発電量の相対比率は徐々に低下したが、３０°未満から急激に低下した。
【００５３】
すなわち、燃料電極１２の表面に直交する直交線Ｔと、重力方向とのなす角度は、３０°以上９０°以下の範囲内が好ましいことが分かった。
【００５４】
（実施例４−１〜４−６）
図８に示したように、燃料室１４が燃料電極１２に対して重力反対側方向に位置するようにして、直交線Ｔと、重力方向とのなす角度を３０°以上９０°未満の範囲内で変化させたことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして燃料電池を作製した。
【００５５】
実施例４−１〜４−６に対する比較例４−１〜４−３として、直交線Ｔと、重力方向とのなす角度を２０°，１０°または０°としたことを除き、他は実施例４−１〜４−６と同様にして燃料電池を作製した。
【００５６】
実施例４−１〜４−６および比較例４−１〜４−３について、実施例１−１〜１−７と同様にして出力特性を調べた。それらの結果を表４に示す。なお、出力特性は、実施例１−１の総発電量を１００としたときの、総発電量の相対比率とした。
【００５７】
【表４】
2006164832.tif 000006
【００５８】
表４から分かるように、実施例１−１〜１−７と同様の結果が得られた。但し、燃料室１４が燃料電極１２に対して重力方向側に位置するようにした方が、高い出力特性が得られた。
【００５９】
（実施例５−１〜５−３）
触媒１２Ｅにおけるルテニウムの含有量を、５質量％、４０質量％、または６０質量％として燃料電極１２を作製したことを除き、他は実施例２−７と同様にして燃料電池を作製した。得られた実施例５−１〜５−３の燃料電池について、実施例２−１〜２−７と同様にして出力特性を調べた。それらの結果を表５に示す。なお、出力特性は、実施例２−１の総発電量を１００としたときの、総発電量の相対比率とした。
【００６０】
【表５】
2006164832.tif 000007
【００６１】
表５から分かるように、触媒１２Ｅにおけるルテニウムの含有量が５質量％以上６０質量％以下の範囲で高い総発電量比が得られ、４０質量％付近に極大点が観測された。
【００６２】
すなわち、触媒１２Ｅにおけるルテニウムの含有量は５質量％以上６０質量％以下の範囲であることが好ましいことが分かった。
【００６３】
（実施例６−１〜６−５）
触媒１２Ｅである白金の担持量を表６に示したように０. ５ｍｇ・ｃｍ-2以上１０ｍｇ・ｃｍ-2以下の範囲内で変化させて燃料電極１２を作製したことを除き、他は実施例２−７と同様にして燃料電池を作製した。得られた実施例６−１〜６−５の燃料電池について、実施例２−１〜２−７と同様にして出力特性を調べた。それらの結果を表６に示す。なお、出力特性は、実施例２−１の総発電量を１００としたときの、総発電量の相対比率とした。
【００６４】
【表６】
2006164832.tif 000008
【００６５】
表６から分かるように、白金の担持量は０. ５ｍｇ・ｃｍ-2以上１０ｍｇ・ｃｍ-2以下の範囲内で高い総発電量比が得られ、４. ０ｍｇ・ｃｍ-2付近に極大点が観測された。
【００６６】
すなわち、触媒層１２Ｂにおける白金の担持量は０. ５ｍｇ・ｃｍ-2以上１０ｍｇ・ｃｍ-2以下の範囲内であることが好ましいことが分かった。
【００６７】
（実施例７−１〜７−４）
バインダー１２Ｃであるパーフルオロスルホン酸高分子の量を、表７に示したように導電助剤１２Ｃとバインダー１２Ｄと触媒１２Ｅとの合計に対して、５質量％以上８０質量％以下の範囲内で変化させて燃料電極１２を作製したことを除き、他は実施例２−７と同様にして燃料電池を作製した。得られた実施例７−１〜７−４の燃料電池について、実施例２−１〜２−７と同様にして出力特性を調べた。それらの結果を表７に示す。なお、出力特性は、実施例２−１の総発電量を１００としたときの、総発電量の相対比率とした。
【００６８】
【表７】
2006164832.tif 000009
【００６９】
表７から分かるように、パーフルオロスルホン酸高分子の量が５質量％以上８０質量％以下の範囲内で高い総発電量比が得られ、６０質量％付近に極大点が観測された。
【００７０】
すなわち、燃料電極１２におけるバインダー１２Ｃの量は、導電助剤１２Ｃとバインダー１２Ｄと触媒１２Ｅとの合計に対して５質量％以上８０質量％以下の範囲内であることが好ましいことが分かった。
【００７１】
（実施例８−１〜８−５）
メタノールの濃度を５質量％以上６０質量以下の範囲内で変化させたことを除き、他は実施例２−７と同様にして燃料電池を作製した。得られた実施例８−１〜８−５の燃料電池について、実施例２−１〜２−７と同様にして出力特性を調べた。それらの結果を表８に示す。なお、出力特性は、実施例２−１の総発電量を１００としたときの総発電量の相対比率とした。
【００７２】
【表８】
2006164832.tif 000010
【００７３】
表８から分かるように、メタノールの濃度が５質量％以上６０質量以下の範囲内で高い総発電量比が得られ、２０質量％付近に極大点が観測された。
【００７４】
すなわち、液体燃料における有機物質の濃度は、５質量％以上６０質量以下の範囲内であることが好ましいことが分かった。
【００７５】
（実施例９−１〜９−４）
実施例２−７で作製した燃料電池について、出力特性を調べる際に、酸素電極１３の所定の位置における最高温度が表９に示したように１０℃以上８０℃以下の範囲内になるように温度環境を変化させた。このときの総発電量の相対比率を表９に示す。なお、出力特性は、実施例２−１の総発電量を１００としたときの、総発電量の相対比率とした。
【００７６】
【表９】
2006164832.tif 000011
【００７７】
表９から分かるように、最高温度が１０℃以上８０℃以下の範囲内にある場合に、高い総発電量比が得られ、６０℃付近に極大点が観測された。
【００７８】
すなわち、発電部１０の表面温度の最高値を、発電時において、１０℃以上８０℃以下の範囲内に制御すれば、好ましいことが分かった。
【００７９】
（実施例１０−１〜１０−７）
燃料電池の形状を図６に示したものとし、液体燃料を循環させたことを除き、他は実施例１−１〜１−７と同様にして二次電池を作製した。具体的には、表１０に示したように直交線Ｔと、重力方向とのなす角度を３０°以上９０°以下の範囲内で変化させた。
【００８０】
【表１０】
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【００８１】
実施例１０−１〜１０−７に対する比較例１０−１〜１０−３として、直交線Ｔと、重力方向とのなす角度を２０°，１０°または０°としたことを除き、他は実施例１０−１〜１０−７と同様にして燃料電池を作製した。
【００８２】
実施例１０−１〜１０−７および比較例１０−１〜１０−３について、実施例１−１〜１−７と同様にして出力特性を調べた。それらの結果を表１０に示す。なお、出力特性は、直交線Ｔと、重力方向とのなす角度が９０°である実施例１０−１の場合の総発電量を１００としたときの、総発電量の相対比率とした。
【００８３】
表１０から分かるように、実施例１−１〜１−７と同様の結果が得られた。すなわち、液体燃料を循環させるようにしても、燃料電極１２の表面に直交する直交線Ｔと、重力方向とのなす角度は、３０°以上９０°以下の範囲内が好ましいことが分かった。
【００８４】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形することができる。例えば、上記実施の形態および実施例では、電解質膜１１，燃料電極１２および酸素電極１３の構成について具体的に説明したが、他の構造あるいは他の材料により構成するようにしてもよい。
【００８５】
また、上記実施の形態および実施例では、酸素電極１３への空気の供給を自然換気とするようにしたが、ポンプなどを利用して強制的に供給するようにしてもよい。その場合、空気に変えて酸素または酸素を含むガスを供給するようにしてもよい。
【００８６】
更に、上記実施の形態および実施例では、単セル型の燃料電池について説明したが、本発明は、複数のセルを積層した積層型のものについても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る燃料電池の構成を表す斜視図である。
【図２】図１で示した燃料電池のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示した燃料電極を拡大して表す模式図である。
【図４】図１に示した燃料電極の一部を拡大して表す模式図である。
【図５】燃料電極の表面に直交する方向を説明する図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る燃料電池の構成を表す他の斜視図である。
【図７】実施例に係る燃料電池の一態様を表す図である。
【図８】実施例に係る燃料電池の他の態様を表す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０，３０…発電部、１１，３１…電解質膜、１２，３２…燃料電極、１２Ａ，１３Ａ，３２Ａ，３３Ａ…集電体、１２Ｂ，１３Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ…触媒層、１２Ｃ…導電助剤、１２Ｄ…バインダー、１２Ｅ…触媒、１３，３３…酸素電極、１４…燃料室、１５…酸素室、１５Ａ…流通口、２０，４０…支持部材、３２Ｃ，３３Ｃ…流路
【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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