(57)【要約】【課題】燃料極への燃料供給が安定した構造の固体高分子型燃料電池を実現する。【解決手段】固体高分子型燃料電池１００においては、燃料気化層１０５を両面から挟持する有孔固定板１０３，１０４を有し、メタノール燃料１０２側に配置した有孔固定板１０３の開口率が、アノード電極１０７側に配置した有孔固定板１０４の開口率よりも大きい。かかる構造の固体高分子型燃料電池１００によれば、燃料気化層１０５の物理的な形状が有孔固定板１０３，１０４により固定されるとともに、燃料気化層１０５を介してメタノール燃料１０２からアノード電極１０７への燃料供給が安定できる。すなわち、アノード電極１０７で発生する二酸化炭素ガスのメタノール燃料１０２側へ逆流による、アノード電極１０７への燃料供給の変動を低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜と、
該固体高分子電解質膜を両面から挟持する燃料極および酸化剤極と、
液体燃料を収容する燃料容器と、
前記燃料極と前記液体燃料との間に設けられる気液分離性多孔質体からなる燃料気化層と、
該燃料気化層を両面から挟持する有孔固定板と、
を有し、
前記液体燃料側に配置した前記有孔固定板の開口率が、前記燃料極側に配置した前記有孔固定板の開口率よりも大きいことを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の固体高分子型燃料電池において、
前記燃料極側に配置した前記有孔固定板の前記開口率に対する前記液体燃料側に配置した前記有孔固定板の前記開口率が、２以上１０以下であることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の固体高分子型燃料電池において、
前記有孔固定板の前記開口率が１％以上３０％以下であることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の固体高分子型燃料電池において、
前記固体高分子電解質膜と前記燃料極との間に設けられるスペーサーに、前記燃料極で発生する二酸化炭素を外部へ排出する排出部が設けられていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項５】
請求項１乃至３いずれかに記載の固体高分子型燃料電池において、
前記燃料容器の前記燃料極側の側面に、前記燃料極で発生する二酸化炭素を外部へ排出する排出部が設けられていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体燃料を使用した固体高分子型燃料電池は、小型、軽量化が容易であるために、今日では携帯機器をはじめとした種々の電子機器用電源としての研究開発が活発に進められている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜をアノード電極（酸化剤極）とカソード電極（燃料極）とで挟持した構造の電極−電解質膜接合体（ＭＥＡ；Ｍｅｍｂｒａｎｅ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）を備えている。液体燃料を直接アノード電極に供給するタイプの燃料電池は、直接型燃料電池と呼ばれ、供給された液体燃料をアノード電極に担持された触媒上で分解して陽イオン、電子及び中間生成物を生成する。
【０００４】
さらにこのタイプの燃料電池は、生成された陽イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード電極側に移動し、生成された電子が外部負荷を経てカソード側に移動し、これらがカソード電極で空気中の酸素と反応することによって発電する。
【０００５】
例えば、液体燃料としてメタノール水溶液をそのまま使用するダイレクトメタノール型燃料電池（以下、「ＤＭＦＣ」という。）では、下式（１）で表される反応がアノード電極で起こり、下式（２）で表される反応がカソードで起こる。
【０００６】
これらの式（１）及び（２）から明らかなように、ＤＭＦＣでは、理論上、アノードで１モルのメタノールと１モルの水とが反応して１モルの反応生成物（二酸化炭素）が生成する。すなわち、水素イオン及び電子も生成されるため、燃料であるメタノール水溶液中のメタノールの理論濃度は体積％で約７０ｖｏｌ％となる。
【０００７】
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−        （１）
【０００８】
６Ｈ＋＋６ｅ−＋３／２Ｏ２→３Ｈ２Ｏ        （２）
【０００９】
しかし、従来、アノード電極へのメタノールの供給量が水の供給量に比べて相対的に多くなると、メタノールが上記式（１）で表される反応に寄与することなく固体高分子電解質膜を透過してしまう、いわゆる「クロスオーバー」が起こり、発電容量や発電電力が低下することが知られている。
【００１０】
クロスオーバーが大きくなると、（ｉ）出力（電位）が下がってしまう、（ｉｉ）燃料の消費効率が悪くなってしまう、（ｉｉｉ）発熱量が大きくなってＭＥＡの温度が上がるため、燃料温度が必要以上に上昇してクロスオーバーがさらに加速され、更なる温度上昇を引き起こしてしまう、等の問題が生じ易くなる。
【００１１】
このようなクロスオーバーを抑制するための技術として、特許文献１には、ＭＥＡのアノード電極部前に燃料気化層として有孔板で挟持した気液分離性を有するプロトン伝導性を有する燃料供給抑制膜を有し、かつ固体高分子電解質膜とアノード電極との間に通気孔が網けられた燃料気化供給型の燃料電池が提案されている。
【００１２】
特許文献１の構造に基づいた燃料電池セルにより、気液分離多孔質体単体から構成された燃料電池に比べ、二酸化炭素ガスがアノード電極横に形成した開口部から効率的に排出された。また、排出される二酸化炭素ガスによる気液分離膜の物理的な形状変動が、有孔板によって抑制され、燃料供給量が安定化した。このため、出力及び時間的安定性が大幅に改善された。
【００１３】
これに関連する技術として、特許文献２にも、気液分離膜と燃料極との間に二酸化炭素を外部に排出する機構を有する燃料電池が記載されている。
【００１４】
また、燃料気化供給型として、特許文献３，４には、気化供給する材料として撥水性を有するＰＴＦＥ多孔質体を用いることが開示されている。
【特許文献１】国際公開第２００６／１０９６４５号パンフレット
【特許文献２】特開２００６−３１８７１２号公報
【特許文献３】特開２０００−１０６２０１号公報
【特許文献４】特開２００６−５４０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１の構造に基づいた燃料電池において、本発明者が、さらに高エネルギー密度化（高出力化と燃料消費量低減）の両立に向けた検討を行ったところ、次のことが見出された。
【００１６】
すなわち、高出力化のため負荷電流や電極面積を大きくした場合、燃料極で発生する二酸化炭素ガスの発生量が非常に多くなり、発生した二酸化炭素ガスが燃料気化層を形成する多孔質体を燃料容器側へ逆流する程度が大きくなることが見出された。
これにより、燃料極への燃料供給量が変動してしまうことがわかった。また、逆流する二酸化炭素ガスによっても、気液分離膜の物理的な形状が変化することがわかった。
【００１７】
一方で、燃料消費量の最小限に抑制するためには、燃料極に供給される燃料は、発電に必要な量に制限する必要がある。そこで、上記のような二酸化炭素ガスの逆流によって燃料供給量が変動すると、わずかな燃料供給量の変動であっても安定した発電が難しくなる場合があった。
【００１８】
また、ポンプなど外部補器を用いずに燃料を自然吸気させるパッシブモードや高濃度燃料を用いる場合には、上記のような燃料供給の安定はさらに困難になる。すなわち、高濃度燃料を用いる場合にも、クロスオーバーの影響を最小にするために、燃料極（アノード電極）への燃料供給量を必要最低限に制限する必要がある。そのため、上記のような二酸化炭素ガスの逆流によって発電が大きく影響してしまう。
【００１９】
このように高出力と燃料利用効率の両立を実現するためには燃料保持部側への二酸化炭素ガスの逆流の影響を受けにくいセル構造の燃料電池が要求される。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明による固体高分子型燃料電池は、
固体高分子電解質膜と、
該固体高分子電解質膜を両面から挟持する燃料極および酸化剤極と、
液体燃料を収容する燃料容器と、
前記燃料極と前記液体燃料との間に設けられる気液分離性多孔質体からなる燃料気化層と、
該燃料気化層を両面から挟持する有孔固定板と、
を有し、
前記液体燃料側に配置した前記有孔固定板の開口率が、前記燃料極側に配置した前記有孔固定板の開口率よりも大きいことを特徴とする。
【００２１】
この固体高分子型燃料電池においては、燃料気化層を両面から挟持する有孔固定板を有し、液体燃料側に配置した有孔固定板の開口率が、燃料極側に配置した有孔固定板の開口率よりも大きい。かかる構造の固体高分子型燃料電池によれば、燃料気化層の物理的な形状が有孔固定板により固定されるとともに、燃料気化層を介して液体燃料から燃料極への燃料供給が安定できる。すなわち、燃料極で発生する二酸化炭素が液体燃料側へ逆流による、燃料極への燃料供給の変動を低減できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃料極への燃料供給が安定した構造の固体高分子型燃料電池が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、本発明による固体高分子型燃料電池の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る固体高分子型燃料電池の構成を模式的に示した断面図である。
図１に示すように、固体高分子型燃料電池１００は、固体高分子電解質膜１０８と、
固体高分子電解質膜１０８を両面から挟持するアノード電極１０７およびカソード電極１０９と、メタノール燃料１０２を収容する燃料タンク１０１と、アノード電極１０７とメタノール燃料１０２との間に設けられる気液分離性多孔質体からなる燃料気化層１０５と、燃料気化層１０５を両面から挟持する有孔固定板１０３および１０４と、を有する。
【００２５】
固体高分子型燃料電池１００は、燃料タンク１０１に収容されたメタノール燃料１０２を気化供給するセル構造である。
【００２６】
有孔固定板１０３および１０４は、メタノール燃料１０２側に配置した有孔固定板１０３の開口率が、アノード電極１０７側に配置した有孔固定板１０４の開口率よりも大きい。これにより、アノード電極１０７で発生した二酸化炭素ガスが、メタノール燃料１０２側へ逆流する流量そのものを低減できる。
【００２７】
有孔固定板１０３および１０４は、燃料気化層１０５を上下から挟持している。有孔固定板１０３および１０４として用いられる材料としては、耐酸性を有する材料であって、燃料気化層１０５を保持できる強度を有するものが好ましい。たとえば、ステンレス板（ＳＵＳ板）、または、チタン、グラファイト、セラミックス、およびプラスチック製樹脂などを材料に用いて板状に加工したものが挙げられる。
【００２８】
有孔固定板１０３および１０４の開口率は、１％以上３０％以下であることが好ましい。これにより、燃料気化層１０５を十分に固定、保持できる。
また、開口部の形状は特に制限されない。例えば、開口部の形状が円形である場合、開口部の口径は、有孔固定板１０４側の開口は１ｍｍ以下であり、有孔固定板１０３側の開口は０．２ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００２９】
有孔固定板１０３および１０４の開口率は、アノード電極１０７側に配置した有孔固定板１０４の開口率Ａ４に対するメタノール燃料１０２側に配置した有孔固定板１０３の開口率Ａ３、すなわちＡ３／Ａ４、が２以上１０以下である。これにより、二酸化炭素がアノード電極１０７からメタノール燃料１０２側へ流れにくくなり、燃料供給が安定する。すなわち、両面の開口率が非対称であることにより、二酸化炭素ガスが一定方向に流れるようにできる。
【００３０】
有孔固定板１０３および１０４の開口率とは、有孔固定板１０３および１０４の開口が設けられる面積に対する、開口の口径、隣り合う口径同士の距離（ピッチ）および開口の数から算出される開口面積をいう。また、開口の加工方法は、特に限定されないが、例えば、レーザー加工またはエッチング加工などが挙げられる。
【００３１】
有孔固定板１０３および１０４の厚さは、特に限定されないが、排出される二酸化炭素ガス圧力の変動に耐えるように０．１ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００３２】
燃料気化層１０５は、気液分離性を有する多孔質体である。燃料気化層１０５としては、例えば、ＰＴＦＥ多孔質膜、またはイオン交換基を有するフッ素系及び炭化水素系イオン交換膜を用いることができる。また、イオン交換樹脂を他の硬化性樹脂などと混合してキャスト化したものを用いてもよい。
【００３３】
ここでメタノール燃料１０２は飽和蒸気圧によって燃料気化層１０５表面からメタノール蒸気及び水蒸気としてアノード電極１０７に供給される。本実施形態における固体高分子型燃料電池１００では、燃料気化層１０５を有孔固定板１０３および１０４で挟持した部分が燃料気化供給部として機能する。
【００３４】
固体高分子電解質膜１０８は、両面をアノード電極１０７およびカソード電極１０９によって圧着されることにより、ＭＥＡ（電極−電解質膜接合体；Ｍｅｍｂｒａｎｅ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が得られる。このＭＥＡの上下面にカソード集電電極１１０とアノード集電電極１０６とが、絶縁兼シール材１１４をそれぞれ挟んで固定されている。
【００３５】
アノード電極１０７およびカソード電極１０９には、それぞれ、多孔質の基材に触媒が付着した触媒ペースト層が形成されている。これにより、多孔質の基材は集電電極として機能できる。ＭＥＡは、アノード電極１０７およびカソード電極１０９それぞれの触媒ペースト層が固体高分子電解質膜１０８側になるように配置して圧着されることにより形成される。触媒ペースト層には、導電性の高いカーボンや金属マットを用いることができる。
【００３６】
また、触媒としては、たとえば、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、レニウム、金、銀、ニッケル、およびコバルトなどが挙げられる。これらを単独または二種類以上組み合わせて用いることができる。
また触媒を導電粒子に担持させる場合、当該導電粒子としては炭素粒子が好ましい。炭素粒子としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、およびカーボンナノホーンなどが例示される。
【００３７】
固体高分子電解質膜１０８としては、水素イオンの導電性が高い膜であることが好ましい。これにより、固体高分子電解質膜１０８は、アノード電極１０７およびカソード電極１０９との間で水素イオンを移動させる膜として機能できる。また、化学的に安定であって機械的強度が高いことが好ましい。固体高分子電解質膜１０８を構成する材料としては、たとえば、スルホン基、リン酸基、ホスホン基、およびホスフィン基などの強酸基、カルボキシル基などの弱酸基、および極性基を有する有機高分子などが挙げられる。
【００３８】
シール材１１４は、固体高分子電解質膜１０８とアノード集電電極１０６間、および固体高分子電解質膜１０８とカソード集電電極１１０間に設けられる。これにより、スペーサーとしても機能する。
【００３９】
また、二酸化炭素排出口１１５が、固体高分子電解質膜１０８とカソード集電電極１１０間にあるシール材１１４に設けられている。すなわち、二酸化炭素排出口１１５が、アノード電極１０７の側部に設けられている。二酸化炭素排出口１１５は、アノード電極１０７で発生する二酸化炭素を外部へ排出する排出部として機能する。このような二酸化炭素排出口１１５は、シール材１１４として多孔質体を用いることにより形成される。また、二酸化炭素排出口１１５は、シール材１１４に通気孔を設けることにより形成されてもよい。
【００４０】
また、固体高分子型燃料電池１００は、親水性多孔質膜１１１及び撥水性多孔質膜１１２をカソード電極１０９上に積層させた構造を具備する。親水性多孔質膜１１１は、カソード電極１０９における水の蒸発を防ぎ、保湿層として機能する。また、カソード電極１０９で発生した水をアノード電極１０７へ逆拡散させるため、水の再利用ができ、メタノール燃料１０２の消費量を低減できる。
【００４１】
親水性多孔質膜１１１の材質としては、例えば、繊維マット、親水性セルロース繊維、ガラス繊維等を挙げることができる。
また、撥水性多孔質膜１１２の材質としては、例えば、プラスチック材（ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ポリプロピレン、ポロエチレン等）や、金属マット等を挙げることができる。これらの材質は、いずれもメタノール耐性を有することが好ましい。
【００４２】
燃料タンク１０１は、メタノール燃料１０２を貯蔵するもので材料としては耐メタノール性を有するものであって８０℃以内の耐熱性を有するものが好ましい。また、燃料タンク１０１の内部のメタノール燃料１０２の収容部は、燃料保持部として機能し、ウレタン発泡体などの吸水性多孔質材料を用いることができる。
【００４３】
また、燃料タンク１０１のアノード電極１０７側の側面には、二酸化炭素排出口１１６、燃料供給口１１７が設けられている。燃料供給口１１７より、燃料タンク１０１にメタノール燃料１０２が供給される。
【００４４】
二酸化炭素排出口１１６は、アノード電極１０７で発生する二酸化炭素を外部へ排出する排出部として機能する。なお、燃料タンク１０１の内部の圧力を一定にするため、燃料タンク１０１の内部の二酸化炭素は一部が排出されればよく、すべてが排出されなくてもよい。
【００４５】
このような二酸化炭素排出口１１６は、燃料タンク１０１に形成された適当な大きさの穴を気液分離膜などにより塞ぐことにより形成される。気液分離膜としては、例えば、ＰＴＦＥ多孔質膜を非晶質ポリマーで処理したものが用いられる。また、メタノール燃料１０２などのアルコール液体燃料が外部に漏れないよう撥油性と気液分離性の両方の性質を有することが好ましい。
【００４６】
これらの部材を積層させて、接着剤やネジなどで固定化することによって、図１に示すような燃料電池セルの固体高分子型燃料電池１００を得ることができる。
【００４７】
本実施形態の効果を説明する。
この固体高分子型燃料電池１００においては、燃料気化層１０５を両面から挟持する有孔固定板１０３，１０４を有し、メタノール燃料１０２側に配置した有孔固定板１０３の開口率が、アノード電極１０７側に配置した有孔固定板１０４の開口率よりも大きい。かかる構造の固体高分子型燃料電池１００によれば、燃料気化層１０５の物理的な形状が有孔固定板１０３，１０４により固定されるとともに、燃料気化層１０５を介してメタノール燃料１０２からアノード電極１０７への燃料供給が安定できる。すなわち、アノード電極１０７で発生する二酸化炭素ガスのメタノール燃料１０２側へ逆流による、アノード電極１０７への燃料供給の変動を低減できる。
【００４８】
また、本実施形態の固体高分子型燃料電池１００によれば、高出力と燃料利用効率の両立を実現できる。
【００４９】
本発明による固体高分子型燃料電池１００は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【実施例】
【００５０】
以下に本発明の燃料電池を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００５１】
（実施例１）
図１に示される構成の固体高分子型燃料電池１００を作製し、評価した。
【００５２】
本実施例の固体高分子型燃料電池１００を以下のようにして製造した。
先ず、炭素粒子（ライオン社製のケッチェンブラックＥＣ６００ＪＤ）に粒子径が３〜５ｎｍの範囲内にある白金微粒子を重量比で５５％担持させた触媒担持炭素微粒子を用意し、この触媒担持炭素微粒子１ｇにデュポン社製の５重量％ナフィオン溶液（商品名；ＤＥ５２１、「ナフィオン」はデュポン社の登録商標）を適量加え、攪拌して、カソード電極１０９形成用の触媒ペーストを得た。この触媒ペーストを基材としてのカーボンペーパー（東レ社製のＴＧＰ−Ｈ−９０）上に８ｍｇ／ｃｍ２の量で塗布した後、乾燥させて、４ｃｍ×４ｃｍのカソード電極１０９を作製した。一方、白金微粒子に代えて粒子径が３〜５ｎｍの範囲内にある白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金微粒子（Ｒｕの割合は６０ａｔ％）を用いた以外は上記カソード電極１０９形成用の触媒ペーストを得る条件と同じにして、アノード電極１０７形成用の触媒ペーストを得た。この触媒ペーストを用いた以外は上記カソード電極１０９の作製条件と同じ条件で、アノード電極１０７を作製した。
【００５３】
次に、デュポン社製のナフィオン１１５からなる８ｃｍ×８ｃｍ×厚さ９０μｍの膜を固体高分子電解質膜１０８として用い、この膜の厚さ方向の一方の面に上記カソード電極１０９をカーボンペーパーが外側となる向きで配置し、他の面に上記アノード電極１０７をカーボンペーパーが外側となる向きで配置して、各カーボンペーパーの外側からホットプレスした。これによりカソード電極１０９及びアノード電極１０７が固体高分子電解質膜１０８に接合して、ＭＥＡ（電極−電解質膜接合体）が得られた。
【００５４】
次に、カソード電極１０９とアノード電極１０７の上に、ＳＵＳ３１６ステンレス鋼で外寸法６ｃｍ２、厚さ１ｍｍ、穴径１ｍｍ、開口率３０％の有孔板からなるアノード集電電極１０６及びカソード集電電極１１０をそれぞれ配置した。また、固体高分子電解質膜１０８とアノード集電電極１０６及びカソード集電電極１１０との間には、絶縁兼シール材１１４としてシリコンゴム（外寸６ｃｍ２、内寸４ｃｍ２、厚さ０．２ｍｍ枠状）をそれぞれ配した。
【００５５】
シール材１１４において、アノード集電電極１０６側に配置したものについては幅１ｍｍで各辺２箇所を切り取り、その部分をＰＴＦＥ多孔質膜（厚さ０．３ｍｍ、気孔率８０％）で置き換え、二酸化炭素排出口１１５を形成した。
【００５６】
次いで、燃料気化層１０５として厚さ１００μｍ、気孔率３０％、細孔径１μｍのＰＴＦＥ多孔質膜を非晶質ＰＴＦＥ液体で撥油処理したものを用意した。これを２枚のＳＵＳ３１６ステンレス鋼で外寸法６ｃｍ２、厚さ０．３ｍｍ、穴径０．３ｍｍの有孔固定板１０３および１０４で挟持した。ここで有孔固定板１０３の開口率（メタノール燃料１０２側）は２２．５％、有孔固定板１０４の開口率（アノード電極１０７側）は５％とした。
【００５７】
さらにＰＰ製で外寸法６ｃｍ２、高さ８ｍｍ、内寸法４４ｍｍ２、深さ３ｍｍの燃料タンク１０１を用意した。燃料タンク１０１のアノード電極１０７側の側面には、二酸化炭素排出口１１６、燃料供給口１１７が設けられている。図１に示す順序で、燃料タンク１０１上に上記の部材を積層した。なお、燃料タンク１０１内部には、燃料を保持するため、ウレタン素材からなるウィッキング材を挿入した。
【００５８】
一方、カソード集電電極１１０上に親水性多孔質膜１１１として、４０ｍｍ角に加工したセルロース繊維シート（綿繊維ワイパー材ベンコット、旭化成株式会社製）を配置し、さらに撥水性多孔質膜１１２として、ＰＴＦＥ多孔質膜（気孔率５０％）を載せて、保湿層を形成した。その後、カプトンテープを用い、カソード集電電極１１０との隙間をなくすように固定した。
【００５９】
これらの各部材のうち、上記保湿層部分を除いて、全体をネジ止めして一体化した。なお、このときに使用されるネジは、電気的な漏洩防止のために樹脂製のネジが用いられる。このようにして、図１に示す断面構造を持つ固体高分子型燃料電池１００を得た。
【００６０】
（比較例１）
有孔固定板１０３の開口率を５％とした以外、実施例１と同じ構成の燃料電池セルを作製した。
【００６１】
次に、上記のようにして得られた燃料電池セルを用いて、以下の実験を行った。
実施例１および比較例１それぞれの燃料電池セルにおいて、７０ｖｏｌ％メタノール水溶液１２ｃｃを燃料に用いて室温（２５℃）、１Ａで定電流発電を約１時間行い、それぞれの発電特性を調べた。
【００６２】
図２は、実施例１及び比較例１での定電流発電の測定結果を示すグラフである。発電開始直後において、実施例１の方が比較例１よりもセル電圧が高く、その後両者ともに発熱による温度上昇でしばらく電圧は上昇した。さらに、比較例１では駆動開始３０分後からセル電圧は変動しながら低下するが、実施例１ではセル電圧は極めて安定に推移していることがわかった。また、燃料消費量も比較例１では０．５４ｇ／ｈであるのに対し、実施例１では０．４５ｇ／ｈであった（表１参照）。これにより、実施例１の燃料に対するエネルギー密度が高いことが分かった。
【００６３】
（比較例２）
有孔固定板１０３をとり外した以外、実施例１と同じ構成で燃料電池セルを作製し、実施例１と同じ条件下において発電特性を確認した。
【００６４】
（比較例３）
有孔固定板１０４をとり外した以外、実施例１と同じ構成で燃料電池セルを作製し、実施例１と同じ条件下において発電特性を確認した。
【００６５】
表１は、実施例１及び比較例１〜３での定電流発電時における平均セル電圧と燃料消費量を示したものである。実施例１では、安定した発電特性が可能になったことが明らかになった。この要因として、比較例２及び３では燃料気化層１０５が片面からのみ保持されているため、保持性が十分ではなく、燃料気化層１０５の物理的形状の変動が生じると考えられる。そのため、燃料供給量の変動が大きくなり、セル電圧の経時変化が大きいと考えられる。
【００６６】
【表１】
2011222119.tif 000003
【００６７】
以上のように、固体高分子型燃料電池１００は、比較例よりも高出力かつ安定した発電を実現できていることがわかる。すなわち、固体高分子型燃料電池１００を用いることで、メタノール燃料１０２側に逆流する二酸化炭素ガスの影響を最小限に抑え、最適な燃料供給が可能となり、高い性能を有する燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の固体高分子型燃料電池のセル構造の一例を示す模式断面図である。
【図２】実施例１及び比較例１での定電流発電の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６９】
１００    固体高分子型燃料電池
１０１    燃料タンク
１０２    メタノール燃料
１０３    有孔固定板
１０４    有孔固定板
１０５    燃料気化層
１０６    アノード集電電極
１０７    アノード電極
１０８    固体高分子電解質膜
１０９    カソード電極
１１０    カソード集電電極
１１１    親水性多孔質膜
１１２    撥水性多孔質膜
１１４    シール材
１１５    二酸化炭素排出口
１１６    二酸化炭素排出口
１１７    燃料供給口
【図１】
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【図２】
2011222119.tif 000005