(57)【要約】      （修正有）【課題】アルコールのアノード酸化反応における副生成物の生成を抑制することが可能な多孔質材料、該多孔質材料の製造方法、該多孔質材料を用いて製造されている電解質膜・電極接合体、該電解質膜・電極接合体を有する燃料電池及び該燃料電池を有する電子機器を提供する。【解決手段】多孔質材料は、電解質膜２上にアノード触媒からなる多孔質体３が設けられている。また、多孔質材料は、電子伝導性を有する多孔質体にアノード触媒が担持されている。【選択図】図１
2006318710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード触媒を少なくとも有する多孔質材料において、
電解質膜上に該アノード触媒からなる多孔質体が設けられていることを特徴とする多孔質材料。
【請求項２】
アノード触媒を少なくとも有する多孔質材料において、
電子伝導性を有する多孔質体に該アノード触媒が担持されていることを特徴とする多孔質材料。
【請求項３】
前記アノード触媒は、白金、白金及びルテニウムの混合体並びに白金、ルテニウム及び周期律表のＩｂ族、ＩＶｂ族、Ｖｂ族、ＶＩｂ族、ＶＩＩｂ族若しくはＶＩＩＩｂ族に属すると共に第４周期、第５周期若しくは第６周期に属する元素又は該元素の化合物の混合体のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の多孔質材料。
【請求項４】
２×１０−２Ｐａ以上１０Ｐａ以下の圧力で、気相合成法によりアノード触媒を電解質膜又は電子伝導性を有する多孔質体に形成することを特徴とする多孔質材料の製造方法。
【請求項５】
０．８Ｐａ以上１０Ｐａ以下の圧力及び２０℃以上１００℃以下の温度で、スパッタリング法によりアノード触媒を電解質膜又は電子伝導性を有する多孔質体に形成することを特徴とする多孔質材料の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の多孔質材料の製造方法を用いて製造されていることを特徴とする多孔質材料。
【請求項７】
アノード及びカソードに電解質膜が挟持されている電解質膜・電極接合体において、
請求項１乃至３及び６のいずれか一項に記載の多孔質材料を用いて製造されていることを特徴とする電解質膜・電極接合体。
【請求項８】
請求項７に記載の電解質膜・電極接合体を少なくとも有することを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
前記電解質膜・電極接合体を少なくとも有するセルを複数有し、
該複数のセルは、少なくとも一つの平面に平面状に配列されていると共に、電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記電解質膜・電極接合体を少なくとも有するセルを複数有し、
該複数のセルは、両極板を介して積層されていると共に、電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の燃料電池を有する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、多孔質材料、多孔質材料の製造方法、電解質膜・電極接合体、燃料電池及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の小型化に適合する技術として、アノードに直接メタノールを供給する直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）が古くより研究されている。ＤＭＦＣは、燃料として、メタノール水溶液を直接アノードに供給するため、メタノールから水素を取り出すための改質器が不要となり、装置自体の小型化及び低価格化が可能となるだけでなく、燃料の取り扱いの安全性や始動性を向上させることができ、全体の運転手段も簡素化できる。このように利点の多いＤＭＦＣであるが、メタノールのアノード酸化反応の過電圧が大きいため、低効率・低出力であるという問題を有している。
【０００３】
このような観点から、メタノールの代わりに、エタノール、ジメチルエーテル等を用いる燃料電池が知られているが、メタノール以上の出力特性が得られていない。しかしながら、小型及び超小型の個人用燃料電池には、エタノールを燃料に使用することが好ましいと考えられる。
【０００４】
ところで、ＤＭＦＣは、実際の使用条件（８０℃）において、メタノールをアノード酸化する過程でホルムアルデヒド、ギ酸、一酸化炭素等の副生成物がｐｐｍオーダーで検出されている。また、炭素数が２以上のアルコールのアノード酸化反応は、さらに複雑となり、炭素−炭素結合を解離できないと、例えば、エタノールの場合、アセトアルデヒド、酢酸等の副生成物が生成することがある。非特許文献１〜５に、以下のようなアルコールのアノード酸化反応の反応機構が記載されている。
【０００５】
まず、エタノールのアノード酸化反応は、式（１）
ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ＋３Ｈ２Ｏ→２ＣＯ２＋１２Ｈ＋＋１２ｅ−  （１）
で示されるようになる。エタノールのアノード酸化は、白金等のアノード触媒の表面への化学吸着から始まり、酸化過程を経て、アノードの表面から二酸化炭素が発生する。アノード酸化で生成したプロトンは、電解質膜を通過し、カソードで酸素を還元する。また、アノード酸化で生成した電子は、電子伝導体から集電体、外部回路を経て、カソードで酸素を還元する。式（１）で示されるエタノールのアノード酸化反応に関して、非特許文献１では、エタノールの化学吸着力の違いにより並発的な式（２）
ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ→［ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ］ａｄ→（Ｒ）ａｄ→ＣＯ２  （２）
及び式（３）
ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ→［ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ］ａｄ→ＣＨ３ＣＨＯ→ＣＨ３ＣＯＯＨ  （３）
で示される反応が進行することが記載されている。式（２）の（Ｒ）ａｄは、化学吸着力の強いエタノール中間体で、非特許文献３で示されているような（ＣＯ−ＣＨ３）ａｄや（ＣＯ）ａｄが挙げられる。これらの中間体は、化学吸着力が強いことから触媒被毒種となりうるため、逐次除去する必要がある。そこで、白金の近傍にルテニウムを配置した白金−ルテニウム合金は、ルテニウムが白金に比べて酸素種を吸着しやすいため、触媒被毒種の酸化を促す効果があることが知られている。しかしながら、依然として過電圧が大きく、特にエタノールでは、メタノールを燃料とする燃料電池の半分以下の出力しか得られない（非特許文献６参照）。そこで、白金とルテニウムの他に、さらに元素を組み合わせた三元素混合触媒を用いて、アルコールのアノード酸化反応に関する活性が評価されている（特許文献１及び非特許文献７参照）。
【０００６】
式（３）は、化学吸着力の弱いエタノール中間体からアセトアルデヒド、酢酸等の中間生成物が生成する反応である。主な中間生成物としては、非特許文献１に記載されているように、アセトアルデヒドが検出されている例もあれば、非特許文献５に記載されているように、酢酸が検出されている例もある。このことから、アノードの表面で弱く吸着されているエタノール中間体がアセトアルデヒドや酢酸として、容易にバルクへ拡散されてしまうことは明らかであり、それらの量的な関係は、電位に依存している。非特許文献３に、白金触媒では、０．６Ｖ（ｖｓ．可逆水素電極（以下、ＲＨＥという））以下、すなわち、０．４Ｖ（ｖｓ．銀／塩化銀電極（以下、Ａｇ／ＡｇＣｌという））以下では、アセトアルデヒドが主に生成し、０．８Ｖ（ｖｓ．ＲＨＥ）以上では、酢酸が主に生成することが記載されている。これは、白金触媒が酸素種を吸着するのに要する分極電位が０．６〜０．８Ｖ（ｖｓ．ＲＨＥ）であるためである。また、メタノールをアノード酸化する場合、式（２）で示されるような反応経路となるが、エタノールでは、式（３）の寄与が大きいため、アセトアルデヒドや酢酸で反応が終了して、これらの副生成物の収率が高くなる。非特許文献８には、白金−ルテニウム触媒を用いた場合でも、二酸化炭素の収率が４０％、アセトアルデヒドの収率が６０％となることが記載されている。このように、アルコールのアノード酸化反応における副生成物の生成量が多いという問題がある。
【０００７】
一方、白金等のアノード触媒は、希少金属であるため、実際の燃料電池では、粒子径が数ｎｍ程度のアノード触媒を比表面積の大きな数十ｎｍ程度の担持体に均一担持させることにより、アノード触媒の使用量を少量にするための工夫がされている。しかしながら、アノード触媒は、粒子径が数百ｎｍの凝集体を形成しやすいため、触媒効率の低下を引き起こすことがある。
【０００８】
そこで、アノード触媒の担持方法としては、アノード触媒を含む溶液中に担持体を含浸させる方法が採用されている（特許文献２参照）。このようにして得られるアノード触媒が担持されている担持体を電解質と共に、電解質膜や拡散電極（カーボンペーパー）に塗布することにより、アノード触媒層を形成することができる。しかしながら、液体燃料を透過することができる細孔を有するアノード触媒層を形成することができない。
【０００９】
また、スパッタリング法を用いて基板上に気孔度２０％以上の薄膜状のアノード触媒層を形成する方法が知られている（特許文献３参照）。この方法では、気孔度を制御することにより、燃料や生成物を輸送しやすい形状にすることができる。これにより、水素及び酸素を用いた燃料電池においては、反応活性を有する表面積が増加して、アノード触媒の利用率が高まる。しかしながら、電解質膜のスパッタリングに用いることができず、三層界面の活性点が減少し、出力が低下するという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−１５２７４８号公報
【特許文献２】特開２００１−１５１２１号公報
【特許文献３】特開２００５−２６２２５号公報
【非特許文献１】Ｋ．Ａ．Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ  ｅｔ  ａｌ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｏａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，４７２（１９９９）１２０−１２５“Ｅｔｈａｎｏｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｎ  ＰｔＲｕ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ｓｔｕｄｉｅｄ  ｂｙ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ”
【非特許文献２】Ｃ．Ｌａｍｙ  ｅｔ  ａｌ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，３１（２００１）７９９−８０９“Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｌｉｐｈａｔｉｃ  ａｌｃｏｈｏｌｓ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｔｈｅ  ｄｉｒｅｃｔ  ａｌｃｏｈｏｌ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ（ＤＡＦＣ）”
【非特許文献３】Ｃ．Ｌａｍｙ  ｅｔ  ａｌ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅｓ，１０５（２００２）２８３−２９６“Ｒｅｃｅｎｔ  ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ｄｉｒｅｃｔ  ａｌｃｏｈｏｌ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌｓ（ＤＡＦＣ）”
【非特許文献４】Ｍ．Ｗａｔａｎａｂｅ  ｅｔ  ａｌ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，１７（２００１）１４６−１５４“Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ  Ｔｏｔａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ−Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ  Ｐｔ  Ｆｉｌｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ”
【非特許文献５】Ｔ．Ｉｗａｓｉｔａ，Ｊ．Ｂｒａｚ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．１３  Ｎｏ．４（２００２）４０１−４０９“Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌｓ：Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ  Ｓｔｕｄｉｅｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ａｌｃｏｈｏｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ”
【非特許文献６】藤田他，電池討論会講演要旨集，４２ｎｄ，５９０−５９１（２００１）“直接エタノール形燃料電池の発電特性”
【非特許文献７】Ｊ．−Ｍ．Ｌｅｇｅｒ  ｅｔ  ａｌ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，３１（２００１）３７９−３８６“Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｅｒｎａｒｙ  ｃａｔａｌｙｓｔｓ  ｆｏｒ  ｍｅｔｈａｎｏｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｏｘｉｄａｔｉｏｎ”
【非特許文献８】Ｊ．Ｗａｎｇ  ｅｔ  ａｌ，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１４２（１９９５）４２１８−４２２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、アルコールのアノード酸化反応における副生成物の生成を抑制することが可能な多孔質材料、該多孔質材料の製造方法、該多孔質材料を用いて製造されている電解質膜・電極接合体、該電解質膜・電極接合体を有する燃料電池及び該燃料電池を有する電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、アノード触媒を少なくとも有する多孔質材料において、電解質膜上に該アノード触媒を含有する多孔質体が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、電解質膜上に該アノード触媒を含有する多孔質体が設けられているので、アルコールのアノード酸化反応における副生成物の生成を抑制することが可能な多孔質材料を提供することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、アノード触媒を少なくとも有する多孔質材料において、電子伝導性を有する多孔質体に該アノード触媒が担持されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、アノード触媒を有する多孔質材料において、電子伝導性を有する多孔質体に該アノード触媒が担持されているので、アルコールのアノード酸化反応における副生成物の生成を抑制することが可能な多孔質材料を提供することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の多孔質材料において、前記アノード触媒は、白金、白金及びルテニウムの混合体並びに白金、ルテニウム及び周期律表のＩｂ族、ＩＶｂ族、Ｖｂ族、ＶＩｂ族、ＶＩＩｂ族若しくはＶＩＩＩｂ族に属すると共に第４周期、第５周期若しくは第６周期に属する元素又は該元素の化合物の混合体のいずれかであることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、前記アノード触媒は、白金、白金及びルテニウムの混合体並びに白金、ルテニウム及び周期律表のＩｂ族、ＩＶｂ族、Ｖｂ族、ＶＩｂ族、ＶＩＩｂ族若しくはＶＩＩＩｂ族に属すると共に第４周期、第５周期若しくは第６周期に属する元素又は該元素の化合物の混合体のいずれかであるので、白金の使用量を削減することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、多孔質材料の製造方法において、２×１０−２Ｐａ以上１０Ｐａ以下の圧力で、気相合成法によりアノード触媒を電解質膜上又は電子伝導性を有する多孔質体に形成することを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、２×１０−２Ｐａ以上１０Ｐａ以下の圧力で、気相合成法によりアノード触媒を電解質膜上又は電子伝導性を有する多孔質体に形成するので、アルコールのアノード酸化反応における副生成物の生成を抑制することが可能な多孔質材料の製造方法を提供することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、多孔質材料の製造方法において、０．８Ｐａ以上１０Ｐａ以下の圧力及び２０℃以上１００℃以下の温度で、スパッタリング法によりアノード触媒を電解質膜上又は電子伝導性を有する多孔質体に形成することを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、０．８Ｐａ以上１０Ｐａ以下の圧力及び２０℃以上１００℃以下の温度で、スパッタリング法によりアノード触媒を電解質膜上又は電子伝導性を有する多孔質体に形成するので、アルコールのアノード酸化反応における副生成物の生成を抑制することが可能な多孔質材料の製造方法を提供することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、多孔質材料において、請求項４又は５に記載の多孔質材料の製造方法を用いて製造されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、請求項４又は５に記載の多孔質材料の製造方法を用いて製造されているので、アルコールのアノード酸化反応における副生成物の生成を抑制することが可能な多孔質材料を提供することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、アノード及びカソードに電解質膜が挟持されている電解質膜・電極接合体において、請求項１乃至３及び６のいずれか一項に記載の多孔質材料を用いて製造されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至３及び６のいずれか一項に記載の多孔質材料を用いて製造されているので、アルコールのアノード酸化反応における副生成物の生成を抑制することが可能な電解質膜・電極接合体を提供することができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、燃料電池において、請求項７に記載の電解質膜・電極接合体を少なくとも有することを特徴とする。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、請求項７に記載の電解質膜・電極接合体を少なくとも有するので、アルコールのアノード酸化反応における副生成物の生成を抑制することが可能な燃料電池を提供することができる。
【００２７】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の燃料電池において、前記電解質膜・電極接合体を少なくとも有するセルを複数有し、該複数のセルは、少なくとも一つの平面に平面状に配列されていると共に、電気的に直列に接続されていることを特徴とする。
【００２８】
請求項９に記載の発明によれば、前記電解質膜・電極接合体を少なくとも有するセルを複数有し、該複数のセルは、少なくとも一つの平面に平面状に配列されていると共に、電気的に直列に接続されているので、平面接続型の燃料電池を得ることができる。
【００２９】
請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の燃料電池において、前記電解質膜・電極接合体を少なくとも有するセルを複数有し、該複数のセルは、両極板を介して積層されていると共に、電気的に直列に接続されていることを特徴とする。
【００３０】
請求項１０に記載の発明によれば、前記電解質膜・電極接合体を少なくとも有するセルを複数有し、該複数のセルは、両極板を介して積層されていると共に、電気的に直列に接続されているので、積層接続型の燃料電池を得ることができる。
【００３１】
請求項１１に記載の発明は、電子機器において、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の燃料電池を有することを特徴とする。
【００３２】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の燃料電池を有するので、アルコールのアノード酸化反応における副生成物の生成を抑制することが可能な燃料電池を有する電子機器を提供することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、アルコールのアノード酸化反応における副生成物の生成を抑制することが可能な多孔質材料、該多孔質材料の製造方法、該多孔質材料を用いて製造されている電解質膜・電極接合体、該電解質膜・電極接合体を有する燃料電池及び該燃料電池を有する電子機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に説明する。
【００３５】
本発明の多孔質材料の第一の実施形態は、電解質膜上にアノード触媒を含有する多孔質体が設けられている。このとき、多孔質体は、アノード触媒層として、用いることができる。この場合、多孔質体は、液体燃料を透過することができる細孔を有するため、セパレーター等の燃料流通部から供給される液体燃料を、毛細管現象によりアノードに浸透させることができる。このとき、細孔の直径は、通常、２０ｎｍ以下であり、１０ｎｍ以下が好ましい。これにより、燃料として、アルコールを用いた場合の酸化反応の副生成物の拡散を抑制して、二酸化炭素の収率を向上させることができる。多孔質体の膜厚は、通常、１００ｎｍ以下であり、５０ｎｍ以下が好ましい。これにより、アノード触媒の使用量を減らすことができると共に、多孔質体の細孔を燃料の液面から電解質膜まで貫通した状態に維持しやすくなる。
【００３６】
電解質膜は、イオン伝導性を有する膜であり、アニオン及びカチオンのいずれのイオン伝導タイプでもよいが、プロトン伝導タイプであることが好ましい。電解質膜は、特に限定されないが、ナフィオン（デュポン社製）、アシプレックス（旭化成社製）、フレミオン（旭硝子社製）等の公知の材料を使用することができる。
【００３７】
アノード触媒としては、白金、白金とルテニウムの混合体又は白金とルテニウムと、周期律表のＩｂ族、ＩＶｂ族、Ｖｂ族、ＶＩｂ族、ＶＩＩｂ族若しくはＶＩＩＩｂ族に属すると共に第４周期、第５周期若しくは第６周期に属する元素（例えば、モリブデン、タングステン、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅等）又はその化合物（例えば、酸化物等）の混合体を用いることが好ましい。これにより、白金の使用量を削減することができる。ここで、混合体は、単結晶、多結晶、非晶質のいずれであってもよい。また、各元素の微粒子クラスターの集合体等であってもよく、混合状態は、特に限定されない。
【００３８】
このような多孔質材料の製造方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、ガス中蒸発法等のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ｃａｔ−ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ法等の公知の気相合成法を用いることができる。また、無電解めっき、コロイド含浸法等の公知の方法を用いてもよい。中でも、ＰＶＤ法を用いることが好ましく、スパッタリング法が特に好ましい。また、アノード触媒が複数の元素からなる場合は、組成の制御性が良いことから、スパッタリング法を用いることが好ましい。
【００３９】
このとき、気相合成法を用いる場合の圧力条件は、２×１０−２Ｐａ以上１０Ｐａ以下である。これにより、不純物を排除した真空反応場で、アノード触媒を構成する元素からなる各々のターゲットのバイアス電圧を変化させるだけで、構成元素の比率や触媒担持量を制御することができる。また、多孔質材料の形状を制御することができる。
【００４０】
また、スパッタリング法を用いる場合の圧力条件は、０．８Ｐａ以上１０Ｐａ以下であり、温度条件は、２０℃以上１００℃以下である。なお、圧力条件は、５Ｐａ以上７Ｐａ以下であることが好ましい。これにより、細孔を形成しやすくなる。温度条件が１００℃を超えると、細孔を形成しにくくなるだけでなく、電解質膜の分解や軟化が発生することがある。
【００４１】
さらに、多孔質材料において、多孔質体（アノード触媒層）上に拡散層を当接させると共に、電解質膜の多孔質体が設けられていない側の面にカソード触媒層及び拡散層を当接させることにより、本発明の電解質膜・電極接合体（ＭＥＡ）を得ることができる。なお、ＭＥＡは、アノード及びカソードに電解質膜が挟持されている。カソード触媒層は、白金等のカソード触媒が担持されている電子伝導性を有する担持体をイオン伝導性材料と混合した上で電解質膜に当接させることにより形成することが好ましい。イオン伝導性材料は、電解質膜と同じ材料であることが好ましい。カソードとしては、この他に、有機金属錯体及びその焼成体等の公知のものを用いることができる。拡散層は、カーボンペーパー等の電子伝導性を有する多孔質体を用いることができる。カソード触媒層を当接させる方法としては、ホットプレス法、キャスト製膜法等の公知の方法を用いることができる。拡散層を当接させる方法としては、ホットプレス法等の公知の方法を用いることができる。
【００４２】
本発明の多孔質材料の第二の実施形態は、電子伝導性を有する多孔質体にアノード触媒が担持されている。これにより、燃料として、アルコールを用いた場合の酸化反応の副生成物の拡散を抑制して、二酸化炭素の収率を向上させることができる。電子伝導性を有する多孔質体としては、カーボンブラック、活性炭等を用いることができる。このとき、アノード触媒は、多孔質体の細孔内に分散されているが、細孔内表面が被覆されていることが好ましい。多孔質体の細孔の直径は、特に限定されないが、アノード触媒が担持されている多孔質体の細孔の直径は、前述と同様に、通常、２０ｎｍ以下であり、１０ｎｍ以下が好ましい。なお、アノード触媒は、前述と同様のものを用いることができる。
【００４３】
電子伝導性を有する多孔質体にアノード触媒を担持する方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、ガス中蒸発法等のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ｃａｔ−ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ法等の公知の気相合成法を用いることができる。また、無電解めっき、コロイド含浸法等の公知の方法を用いてもよい。なお、アノード触媒が複数の元素からなる場合は、組成の制御性が良いことから、スパッタリング法を用いることが好ましい。
【００４４】
このとき、気相合成法を用いる場合の圧力条件は、２×１０−２Ｐａ以上１０Ｐａ以下である。これにより、不純物を排除した真空反応場で、アノード触媒を構成する元素からなる各々のターゲットのバイアス電圧を変化させるだけで、構成元素の比率や触媒担持量を制御することができる。
【００４５】
また、スパッタリング法を用いる場合の圧力条件は、０．８Ｐａ以上１０Ｐａ以下であり、温度条件は、２０℃以上１００℃以下である。なお、圧力条件は、５Ｐａ以上７Ｐａ以下であることが好ましい。
【００４６】
このようにして得られる多孔質材料は、アノード触媒層として用いることができ、電解質膜に当接させることができる。また、多孔質材料をイオン伝導性材料、さらに必要に応じて添加される添加剤と共に電解質膜に当接させることもできる。添加剤としては、カーボン等の電子伝導性材料、テトラフルオロエチレン等の撥水性材料が挙げられる。イオン伝導性材料は、イオン伝導性を有するものであれば特に限定されないが、電解質膜と同じ材料であることが好ましい。多孔質材料を電解質膜に当接させる方法としては、ホットプレス法、キャスト製膜法等の公知の方法を用いることができ、これにより、電解質膜上にアノードを形成することができる。
【００４７】
さらに、多孔質材料（アノード触媒層）上に拡散層を当接させると共に、電解質膜の多孔質材料が設けられていない側の面にカソード触媒層及び拡散層を当接させることにより、本発明のＭＥＡを得ることができる。カソード触媒層、拡散層及びこれらの当接方法は、前述と同様である。
【００４８】
図１に、本発明の第１の実施形態による燃料電池の構成を示す。本発明の燃料電池の構成及び動作を説明するために、まず、燃料電池の構造について述べる。
【００４９】
図１において、筐体１内に電解質膜２がアノード（燃料極と同義）３とカソード（空気極と同義）４に挟持されている本発明のＭＥＡを有し、さらに燃料流通部５と酸化剤流通部６を具備してなる。燃料としては、エタノールと水の混合溶液を用いることが好ましいが、水素ガスや改質ガス燃料、その他のアルコール水溶液であってもよい。また、酸化剤としては、空気、酸素、過酸化水素等を用いることができる。
【００５０】
図１に示すように、カソード４側には、酸化剤流通部６が設けられており、空気等の酸化剤を導入するための酸化剤導入口６ａが上方に設けられている一方、未反応空気と水等の生成物を排出するための酸化剤排出口６ｂが下方に設けられている。この場合、強制吸気手段及び／又は強制排気手段（図示せず）を付設してもよい。また、筐体１に空気の自然対流孔を設けてもよい。
【００５１】
アノード３側には、燃料流通部５が設けられており、燃料流通部５は、燃料を収納するための部位であってもよいが、外部燃料収納部（図示せず）との流通路であってもよい。この際、燃料は、自然対流及び／又は強制対流により、攪拌されることが好ましい。強制対流が必要な場合は、強制対流手段（図示せず）を付設してもよい。図１においては、燃料を導入するための燃料導入口５ａが下方に設けられている一方、未反応燃料と二酸化炭素等の生成物を排出するための燃料排出口５ｂが下方に設けられている。
【００５２】
燃料として、エタノールを用いる場合、市販のエタノールを使用することができるが、トウモロコシ、サトウキビ等の植物を発酵することにより得られる所謂バイオエタノールを使用することが好ましい。
【００５３】
図１に示す燃料電池は、単セルからなるが、複数のセルを直列及び／又は並列接続して使用することもできる。セルの接続方式としては、膨張黒鉛に流体通路の溝加工を施した両極板、膨張黒鉛等の炭素材料と耐熱性樹脂の混合物を成形した両極板、ステンレス基材等の金属板に耐酸化性被膜及び導電性被膜を施した両極板等の公知の方法で作製した両極板を使用する従来の接続方式を採用してもよいし、例えば、“２０００  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｓｅｍｉｎａｒ  Ａｂｓｔｒａｃｔｓ”の７１９〜８１２頁に記載されている平面接続方式を採用してもよい。また、上記以外の公知の接続方式を採用してもよい。
【００５４】
本発明の燃料電池は、直接アルコール型燃料電池として用いることができる。直接アルコール型燃料電池とは、アルコール（燃料）と酸素（酸化剤）の酸化還元反応により、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する発電デバイスである。エタノール等の炭素数が２以上のアルコールの燃料効率（燃料使用量に対する発電量）は、液体水素やメタノールよりも大きく、理論効率は水素を用いた燃料電池よりも大きい。しかし、メタノール以上に反応抵抗が大きく十分な出力が得られていないのが現状である。
【００５５】
この理由を、エタノールを燃料とする直接エタノール燃料電池（ＤＥＦＣ）を例にとって説明する。
【００５６】
ＤＥＦＣにおいて、エタノールがアノードで酸化される過程でアセトアルデヒドや酢酸といった副生成物がより多く排出又は循環されることは、燃料効率が低下することを意味する。燃料循環型のシステムの場合は、副生成物の濃度が増加するため、エタノール濃度を制御している場合に、水分量が徐々に減少し、式（１）
ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ＋３Ｈ２Ｏ→２ＣＯ２＋１２Ｈ＋＋１２ｅ−  （１）
で示したような反応が起こりにくくなる。また、酢酸は、強い腐食作用を持つため、燃料流通路の耐食性を高める必要がある。このように、アセトアルデヒドや酢酸といった副生成物の生成は好ましくなく、式（２）
ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ→［ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ］ａｄ→（Ｒ）ａｄ→ＣＯ２  （２）
で示されるように二酸化炭素まで選択的に反応させることが好ましい。
【００５７】
このためには、アセトアルデヒドや酢酸といった副生成物の拡散を抑制し、エタノールの酸化反応の経路を選択的に式（２）の二酸化炭素を生成する反応にすることが好ましい。そこで、アノードの構造を制御することにより、副生成物の拡散を抑制することができる。つまり、アノードに吸着されたエタノール［ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ］ａｄは、酸化され、式（３）
ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ→［ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ］ａｄ→ＣＨ３ＣＨＯ→ＣＨ３ＣＯＯＨ  （３）
で示されるように、アセトアルデヒドを脱着するが、アノードが多孔質体であれば、アセトアルデヒドが拡散する過程で、アノードに再吸着されやすくなる。アセトアルデヒドの再吸着により生成する（ＣＯ−ＣＨ３）ａｄは、吸着力が強く（ＣＯ）ａｄと共に被毒種となる。つまり、アセトアルデヒドが逐次的に生成することを抑制する。
【００５８】
一方、アノードが平滑面を形成していると、アセトアルデヒドが拡散しやすくなるため、アノードに再吸着されにくくなり、アセトアルデヒドの生成量が増加する。
【００５９】
アノードとして、白金からなる多孔質体を用いた場合を例にとると、酸素種を吸着しない０．６Ｖ（ｖｓ．ＲＨＥ）以下の電位領域では、アセトアルデヒドの生成を抑制する効果があり、酸素種を吸着する０．６Ｖ（ｖｓ．ＲＨＥ）以上の電位領域では、アセトアルデヒドの生成を抑制し、選択的に二酸化炭素を生成する効果がある。これにより、燃料を効率よく使用することができる。また、これらの副生成物による燃料電池自身への悪影響が緩和され、従来の直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）のシステムが転用できる。
【００６０】
図２は、本発明の第２の実施形態による燃料電池の模式図である。なお、図２以降の説明において、図１に示される燃料電池と同一の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。図２に示す燃料電池は、偏平な直方体の形状を有する。燃料電池内には、燃料流通部５が形成されている。また、この燃料電池は、例えば、円筒状の容器から構成される燃料収納部７を有している。燃料収納部７は、燃料電池に着脱可能になっている。燃料収納部７は、側面に小孔７ａが形成されている。燃料収納部７内に収納された燃料は、小孔７ａを通じて供給される。小孔７ａは、燃料収納部７が筐体１へ装着されていない状態では、所定の封止手段（図示せず）によって封止されており、燃料収納部７内に燃料を密封収容することが可能になっている。小孔７ａは、燃料収納部７が筐体１に装着されたときに、小孔７ａが燃料供給路６と連通する位置に形成されている。
【００６１】
本実施形態の燃料電池は、２個以上のセルを具備している。詳細には、図２において、燃料供給路５の上側に、例えば、４個のセルからなる第１のセル群が配置されている。一方、燃料供給路５の下側にも４個のセルからなる第２のセル群が配置されている。各セルは、アノード３及びカソード４に電解質膜２が挟持されている本発明のＭＥＡから構成されており、個々に独立している。各セル群におけるセルは、平面状に配置されていると共に、直列に結線されている。第１のセル群のセル及び第２のセル群のセルは、アノード３が燃料供給路５を挟んで対向するように配置されている。さらに、第１のセル群のセル及び第２のセル群のセルは、カソード４が筐体１の方を向くように配置されている。セルをこのように配置することで、燃料電池の小型化が容易となり、小型電源、特に携帯機器の電源として適したものとなる。また、燃料収納部７が着脱可能になっているので、燃料の補充が容易であり、本実施形態の燃料電池は、携帯機器の電源として適している。
【００６２】
液体の燃料を燃料収納部７内から燃料供給路５へ供給する際には、燃料を円滑に供給する点から、燃料供給路５は、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム等を焼結することにより得られる多孔質体、高分子繊維、高分子多孔質膜等から構成されていることが好ましい。なお、高分子繊維及び高分子多孔質膜は、燃料に触れても変形しない必要がある。
【００６３】
図２において、横方向に隣接するセル間には、未反応燃料がカソード４に到達すること（一種のクロスオーバー）を抑制する点から、燃料遮断機能を有する部材（図示せず）を配置することが望ましい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の高分子材料や、ガラス、酸化アルミニウム等の無機酸化物薄膜を、隣接するセル間に充填することで、燃料のカソード４への到達を抑制することができる。
【００６４】
各セル群のセルにおけるカソード４は、筐体１の方を向くように配置されている。すなわち、カソード４は筐体１と対向している。このとき、カソード４と筐体１の間には、空間が設けられている。また、筐体１には、空間と外部とを連通させる通気孔（図示せず）が設けられている。したがって、カソード４と筐体１の間の空間には、自然対流によって空気が流通する。これにより、カソード４に酸素（酸化剤）が供給される。カソード４への空気の供給を制御するためには、筐体１の所定部位にファン等の強制対流手段を付設してもよい。
【００６５】
このように複数のセルを直列に接続することで、単セルからなる燃料電池と比較して、供給電力を大きくすることができる。一般に、複数のセルを平面状に配列すると、燃料を循環させるためのポンプやブロアが必要なくなると共に、燃料電池全体の厚さを薄くすることができるので、小型燃料電池に適している。
【００６６】
図３は、本発明の第３の実施形態による燃料電池の模式図である。図３において、各セルは、電解質膜２がアノード３及びカソード４に挟持されている本発明のＭＥＡを、燃料流通部５と酸化剤流通部６で挟持して構成されている。さらに、このようなセルの上下を緻密なカーボン等からなる両極板８で挟持したものが積層（スタック）されている。図３において、積層構造を貫通して燃料供給口５ａ及び燃料排出口５ｂが形成され、各セルにおいて、燃料が燃料流通部５に供給される。一方、積層構造を貫通して酸化剤供給口６ａ及び酸化剤排出口６ｂが形成され、各セルにおいて酸化剤流通部６に酸化剤が供給される。供給された燃料及び酸化剤を、燃料流通部５及び酸化剤流通部６に沿って一様に拡散させるため、両極板８のアノード３側及びカソード４側には、溝が形成されている（図示せず）。このような積層型の燃料電池は、平面接続型の燃料電池と比較して、接続による電気抵抗を減らすことができるため、大電力の供給が可能となる。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、図１〜３に示す実施形態は、本発明を説明するための一例であり、各々のセルの配置、配列、結線等に関して、図示する以外の公知の方法を使用してもよい。
【００６８】
図４、５に基づいて、本発明の電子機器の実施形態を説明する。なお、本実施形態の電子機器の一例として、携帯可能なパーソナルコンピュータ等の情報処理装置について説明する。
【００６９】
図４は、パーソナルコンピュータの一例を示す図であり、図５は、情報処理装置の一例を概略的に示すブロック図である。
【００７０】
図５に示すように、情報処理装置は、各種演算を行って各部を集中的に制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１２、ＢＩＯＳ（バイオス）等を記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１３及びＣＰＵ１２の作業エリアとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１４がバス１５により接続されて構成されている。バス１５には、大容量記憶装置であるＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）１６、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）等の表示装置１７、キーボード、マウス等の入力装置１８、ＣＤ、ＤＶＤ等の記憶媒体１９からデータを読み取る光ディスク装置等のデータ読取装置２０及び電力を供給する燃料電池１１等が各種のコントローラ（図示せず）等を介して接続されている。
【００７１】
記憶媒体１９には、各種のプログラムが記憶されている。これらのプログラムは、データ読取装置２０で読み取られ、ＨＤＤ１６にインストールされる。なお、記憶媒体１９としては、ＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスク、光磁気ディスク、フレキシブルディスク等の各種方式のメディアを用いることができる。データ読取装置２０も記憶媒体１９の方式に応じて、光ディスク装置、光磁気ディスク装置、ＦＤＤ等が用いられる。また、各種のプログラムは、記憶媒体１９から読み取るのではなく、ネットワーク（図示せず）からダウンロードしてＨＤＤ１６にインストールされるものであってもよい。
【実施例】
【００７２】
（実施例１）
電解質膜としてのナフィオン１１７（デュポン社製）の片面にスパッタリング法により、燃料を透過する細孔を有する白金触媒層を形成した。このとき、スパッタリング時の圧力は５．０Ｐａ、温度は２５℃であり、白金ターゲットに３００Ｗの高周波電力を印加して３０分間スパッタ成膜を実施した。
（実施例２）
多孔質体としての活性炭を、耐熱性バインダーを用いて担持した金基板を用い、スパッタリング法により、活性炭に白金触媒を担持させた。このとき、スパッタリング時の圧力は５．０Ｐａ、温度は２５℃であり、白金ターゲットに３００Ｗの高周波電力を印加して３０分間スパッタ成膜を実施した。
（参考例１）
スポット溶接機を用いて、直径８ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの金箔に、直径０．３ｍｍの金線を溶接してリード部を形成することにより、基板を得た。この基板の片面にスパッタリング法により、直径６ｍｍ（面積０．２８３ｃｍ２）、厚さ約１００ｎｍの燃料を透過する細孔を有する白金触媒層を形成した。このとき、スパッタリング時の圧力は５．０Ｐａ、温度は２５℃であり、白金ターゲットに３００Ｗの高周波電力を印加して１０分間スパッタ成膜を実施した。次に、白金触媒層が形成された基板を作用極、白金線を対極、銀／塩化銀電極を参照電極に使用して、１規定の硫酸水溶液中で、自然電位を出発点として、掃引速度５０ｍＶ／秒で−２００〜１０００ｍＶ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）の間を５０サイクル掃引し、サイクリックボルタンメトリーによる白金触媒層の表面のクリーニングを実施した。５０サイクル目の水素原子脱着波から、白金触媒層の表面積を求めると、１．５８ｃｍ２であった。この白金触媒層が形成された基板を即座に、１規定の硫酸水溶液に１モル／リットルとなるようにエタノールを加えた被検液（エタノール電解液）に浸し、これを作用極、白金線を対極、銀／塩化銀電極を参照電極に使用して、自然電位を出発点として、掃引速度１０ｍＶ／秒で、−１００〜８００ｍＶ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）の間を３サイクル掃引し、サイクリックボルタンメトリーを実施した。このときの電流−電位曲線を図６に示した。また、電流密度−電位曲線を図７に示した。
（参考例２）
３０分間スパッタ成膜を実施した以外は、参考例１と同様に、基板上に白金触媒層を形成した。このとき、白金触媒層の厚さは、約３００ｎｍであった。参考例１と同様に、１規定の硫酸水溶液中で、サイクリックボルタンメトリーによる白金触媒層の表面のクリーニングを実施し、白金触媒層の表面積を求めると、４．９４ｃｍ２であった。さらに、参考例１と同様に、エタノール電解液中でサイクリックボルタンメトリーを実施した。このときの電流−電位曲線を図６に示した。また、電流密度−電位曲線を図７に示した。
【００７３】
図６より、正味のエタノール酸化量は、スパッタリング時間が３０分の方が大きいことがわかる。これは、白金触媒層の活性表面積が異なるからである。
【００７４】
図７では、電流を白金触媒層の表面積で除した電流密度を用いており、白金触媒の反応活性の度合いを示している。一般に、単一反応経路で同一の触媒を用いた場合、後述する参考例３、４のメタノールの酸化特性（図８参照）のように、電流密度−電位曲線は、特に電荷移動速度に関わる０．４Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）近傍の低電位領域では、一致する。しかし、図７では、電流密度−電位曲線は一致していない。このことは、式（２）
ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ→［ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ］ａｄ→（Ｒ）ａｄ→ＣＯ２  （２）
及び式（３）
ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ→［ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ］ａｄ→ＣＨ３ＣＨＯ→ＣＨ３ＣＯＯＨ  （３）
に示すように、エタノールの酸化反応の反応経路が複数あり、これらの一方の反応が抑制されたことを示唆している。
【００７５】
図９及び図１０に、エタノールの酸化特性と後述するメタノールの酸化特性の比較を製膜時間（スパッタリング時間）がそれぞれ１０分及び３０分の場合について示した。０．６Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）における分極では、エタノールの酸化電流は、メタノールのそれの１／３〜１／４であり、炭素−炭素結合の開裂を必要とするエタノールの酸化反応の反応速度が遅いことがわかる。
【００７６】
一方、図９において、０．４Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）以下の分極では、メタノールはほとんど反応していないが、エタノールは反応している。この電位領域では、白金触媒は、水を解離吸着しないため、酢酸や二酸化炭素は生成しない。つまり、これらの電気量は、エタノールからアセトアルデヒドへの酸化又は（ＣＯ−ＣＨ３）ａｄや（ＣＯ）ａｄといった中間吸着体の酸化から供給されると考えられる。しかし、水の解離吸着がない状態では、中間吸着体は吸着力が強いため、これ以上反応しない（触媒被毒現象）。一方、エタノールは、白金触媒層の表面で酸化されて、アセトアルデヒドが生成するため、逐次的な電子の供給が可能であるため、０．４Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）以下の分極における電流のほとんどは、アセトアルデヒドの生成により賄われると考えられる。なお、メタノールは、式（３）のような反応経路をほとんど採らないため、この領域では、ほとんど電流は流れないと考えられる。
【００７７】
このように、図７における０．４Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）の分極で流れる電流は、エタノールからアセトアルデヒドへの酸化反応の反応量に対応していると考えられる。このことから、参考例１と参考例２の比較で、白金触媒層の表面積が３倍になると、０．４Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）の分極では、アセトアルデヒドの生成が半減することが明らかとなった。また、図１０に示すように、エタノールの酸化反応は、０．４Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）より大きい分極では、メタノールの酸化反応に比べ、反応速度が遅いものの、酸化電流の立ち上がりが類似の傾向を示すようになった。つまり、式（２）の反応の寄与が大きくなり、白金触媒層の表面粗度が増す程、メタノールに類似の反応経路を進んで反応することが明らかとなった。ここで、表面粗度とは、幾何学的表面積に対する実表面積の比である。なお、実表面積とは、サイクリックボルタンメトリーの水素脱着波から求めた白金触媒層の表面積であり、幾何学的表面積とは、基板の白金触媒層が形成されている領域の表面積である。
【００７８】
図１１に、白金触媒層の細孔内でのエタノールの酸化反応を説明する概念図を示す。ここでは、水を解離吸着しない電位領域、例えば、０．４Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）の場合を示す。（ａ）のように、表面が滑らかな（表面粗度が小さい）場合は、白金触媒２１の表面に吸着した［ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ］ａｄのような中間吸着体２２が、逐次エタノール２３との交換反応によりアセトアルデヒド１２を生成する。一方、（ｂ）のように、表面が粗い（表面粗度が大きい）場合は、細孔内に存在するアセトアルデヒド２４が再吸着することで生成する（ＣＨ３ＣＯ）ａｄの被毒効果により、逐次的なアセトアルデヒド２４の生成を抑制することができる。図１１では、表面粗度の違いによる中間体捕捉効果を説明したが、燃料電池として使用するためには、三相界面（燃料輸送・電子輸送・イオン輸送）が必要であるため、白金触媒層の細孔は、電解質膜まで貫通した状態や、電解質膜の成分が触媒の近傍に存在する状態になっていることが好ましい。
（参考例３）
参考例１と同様に、基板上に白金触媒層を形成した。次に、参考例１と同様に、１規定の硫酸水溶液中で、サイクリックボルタンメトリーによる白金触媒層の表面のクリーニングを実施し、白金触媒層の表面積を求めると、１．７８ｃｍ２であった。さらに、参考例１と同様に、エタノール電解液中でサイクリックボルタンメトリーを実施した。このときの電流−電位曲線を図６に示した。また、電流密度−電位曲線を図８に示した。
（参考例４）
参考例２と同様に、基板上に白金触媒層を形成した。次に、参考例１と同様に、１規定の硫酸水溶液中で、サイクリックボルタンメトリーによる白金触媒層の表面のクリーニングを実施し、白金触媒層の表面積を求めると、５．２５ｃｍ２であった。さらに、参考例１と同様に、エタノール電解液中でサイクリックボルタンメトリーを実施した。このときの電流−電位曲線を図６に示した。また、電流密度−電位曲線を図８に示した。
【００７９】
図８より、参考例３と参考例４の電流密度−電位曲線は、ほぼ一致していることがわかる。両者とも、メタノールの酸化反応が開始される反応活性分極は、一酸化炭素等の被毒種の影響を受けているため、０．４Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）付近である。また、０．６Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）の分極における電流密度は、約１．０ｍＡ／ｃｍ２であった。０．４Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）、すなわち、０．６Ｖ（ｖｓ．ＲＨＥ）以上の分極電位では、酸素種が吸着することにより、一酸化炭素等の被毒種の酸化を促すため、酸化電流が立ち上がっている。なお、少なくとも０．６Ｖ（ｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）以下において、表面積の異なる白金触媒上におけるメタノールの酸化反応は、同一経路であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施形態による燃料電池の態様を示す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による燃料電池の態様を示す模式図である。
【図３】本発明の第３の実施形態による燃料電池の態様を示す模式図である。
【図４】パーソナルコンピュータの一例を概略的に示す図である。
【図５】情報処理装置の一例を概略的に示すブロック図である。
【図６】参考例１〜４の電流−電位曲線を示す図である。
【図７】参考例１，２の電流密度−電位曲線を示す図である。
【図８】参考例３，４の電流密度−電位曲線を示す図である。
【図９】エタノールとメタノールの酸化特性の違いを比較した図である。
【図１０】エタノールとメタノールの酸化特性の違いを比較した図である。
【図１１】白金触媒層の細孔内でのエタノールの酸化反応を説明する概念図である。
【符号の説明】
【００８１】
１    筐体
２    電解質膜
３    アノード
４    カソード
５    燃料流通部
５ａ    燃料導入口
５ｂ    燃料排出口
６    酸化剤流通部
６ａ    酸化剤導入口
６ｂ    酸化剤排出口
７    燃料収納部
７ａ    小孔
８    両極板
１１    燃料電池
１２    ＣＰＵ
１３    ＲＯＭ
１４    ＲＡＭ
１５    バス
１６    ＨＤＤ
１７    表示装置
１８    入力装置
１９    記録媒体
２０    データ読取装置
２１    白金触媒
２２    中間吸着体
２３    エタノール
２４    アセトアルデヒド
【図１】
2006318710.tif 000003
【図２】
2006318710.tif 000004
【図３】
2006318710.tif 000005
【図４】
2006318710.tif 000006
【図５】
2006318710.tif 000007
【図６】
2006318710.tif 000008
【図７】
2006318710.tif 000009
【図８】
2006318710.tif 000010
【図９】
2006318710.tif 000011
【図１０】
2006318710.tif 000012
【図１１】
2006318710.tif 000013