(57)【要約】【課題】出力性能が改善された膜電極接合体及び燃料電池を提供する。【解決手段】本発明に係る膜電極接合体は、カソード触媒層及びカソードガス拡散層を含むカソードと、アノード触媒層及びアノードガス拡散層を含むアノードと、前記カソード触媒層と前記アノード触媒層の間に配置された電解質膜とを具備する膜電極接合体であって、前記アノードガス拡散層の撥水度が、前記カソードガス拡散層の撥水度より低いことを特徴とする。【選択図】図１
2011008972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード触媒層及びカソードガス拡散層を含むカソードと、
アノード触媒層及びアノードガス拡散層を含むアノードと、
前記カソード触媒層と前記アノード触媒層の間に配置された電解質膜と、
を具備する膜電極接合体であって、
前記アノードガス拡散層の撥水度が、前記カソードガス拡散層の撥水度より低いことを特徴とする膜電極接合体。
【請求項２】
前記アノードガス拡散層中の撥水剤の量が、２０重量％以下（０重量％を含む）であることを特徴とする、請求項１に記載の膜電極接合体。
【請求項３】
前記カソードガス拡散層が、５０重量％以下の撥水剤を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の膜電極接合体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の膜電極接合体を具備することを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極接合体及び燃料電池に関し、特に液体燃料を用いた直接供給型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池に代わって、小型の燃料電池が注目を集めている。特に、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell: DMFC）は、水素ガスを燃料として使用する燃料電池に比べ、水素ガスの取り扱いの困難さや、有機燃料を改質して水素を作り出す装置等が必要なく、小型化に優れている。
【０００３】
ＤＭＦＣでは、アノード（燃料極）においてメタノールの酸化分解反応（内部改質反応）が生じ、二酸化炭素、プロトンおよび電子が生成する。一方、カソード（空気極）では、空気から得られる酸素と、電解質膜を経て燃料極から供給されるプロトン、および燃料極から外部回路を通じて供給される電子によって水が生成する。
【０００４】
特許文献１では、発電反応によりカソードで生成した水は、電解質膜を透過してカソード側からアノード側へ拡散し、アノードでの内部改質反応に利用される。しかし、この水が不足すると、内部改質反応の反応抵抗が高くなるため、十分な出力特性を得られなくなる。従って、膜電極接合体では、発電反応を効率よく進行させるために、カソード側からアノード側への水の移行を促進し、アノードに十分な水を供給することが必要である。
【０００５】
特許文献２には、アノード側とカソード側のガス拡散層を撥水処理し、両者のガス拡散層の耐水圧のバランスを調整した膜電極接合体構造が考えられている。また、特許文献３には、アノードの拡散層の撥水性が、カソードの拡散層の撥水性より高い膜電極接合体構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００５／１１２１７２号公報
【特許文献２】特開2005-158722号公報
【特許文献３】特開2006-120402号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、高出力が安定して得られる膜電極接合体及び燃料電池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】
【０００８】
本発明に係る膜電極接合体は、カソード触媒層及びカソードガス拡散層を含むカソードと、アノード触媒層及びアノードガス拡散層を含むアノードと、前記カソード触媒層と前記アノード触媒層の間に配置された電解質膜とを具備する膜電極接合体であって、前記アノードガス拡散層の撥水度が、前記カソードガス拡散層の撥水度より低いことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る燃料電池は、上記本発明に係る膜電極接合体を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、出力性能が改善され、高出力が安定して得られる膜電極接合体及び燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態に係る膜電極接合体の拡大断面図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る膜電極接合体に用いるガス拡散層の表面の接触角を測定する方法を説明するための模式図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る膜電極接合体に用いるガス拡散層の表面の接触角を測定する方法を説明するための模式図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る膜電極接合体に用いるガス拡散層の表面の接触角を測定する方法を説明するための模式図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る膜電極接合体に用いるガス拡散層の表面の接触角を測定する方法を説明するための模式図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る燃料電池を示す内部透視断面図である。
【図７】図７は、図６の燃料電池の燃料分配機構を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の膜電極接合体及び燃料電池について、図面を参照して説明する。図１は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly:MEA）1の拡大断面図である。    
膜電極接合体1は、アノード（燃料極）5と、カソード（空気極）6と、燃料極5及び空気極6の間に配置されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜7とから構成される。
【００１３】
燃料極5は、電解質膜7の一方の面と対向している燃料極触媒層8と、燃料極触媒層8に積層された燃料極ガス拡散層9とを有する。空気極6は、電解質膜7の他方の面と対向している空気極触媒層11と、空気極触媒層11に積層された空気極ガス拡散層12とを有する。
【００１４】
電解質膜7にはプロトン伝導性材料が含まれ、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂（デュポン社製の商品名ナフィオン(登録商標）や旭硝子社製の商品名フレミオン(登録商標）のようなパーフルオロスルホン酸重合体等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂、無機物（例えば、タングステン酸、リンタングステン酸、硝酸リチウムなど）等が用いられるが、これらに限定されるものではない。
【００１５】
燃料極触媒層8および空気極触媒層11には、触媒及びプロトン伝導性材料が含まれる。触媒は、例えば、白金族元素である、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の単体金属、白金族元素を含有する合金などが用いられる。具体的には、燃料極側の触媒として、メタノールや一酸化炭素に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏなど、空気極側の触媒として、白金やＰｔ−Ｎｉなどが好適に用いられるが、これらに限定されるものではない。上記の触媒は、炭素材料のような導電性担持体に担持された担持触媒として使用することもでき、あるいは単独で無担持触媒として使用することもできる。触媒層に含まれるプロトン伝導性材料は、上記の電解質膜7に含まれるものと同様であってよい。
【００１６】
燃料極ガス拡散層9は、燃料極触媒層8に燃料ガスを均一に供給する役割を果たすと同時に、燃料極触媒層8の集電体も兼ねている。空気極ガス拡散層12は、空気極触媒層11に酸化剤ガスを均一に供給する役割を果たすと同時に、空気極触媒層11の集電体も兼ねている。燃料極ガス拡散層9及び空気極ガス拡散層12は、導電性を有し、燃料ガスや酸化剤ガスなどの反応ガスを拡散させ得る物質により形成され、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロスから形成される。
【００１７】
燃料極ガス拡散層9及び空気極ガス拡散層12は、撥水処理される。撥水処理は、例えば次のように行われる。まず、撥水剤を所定の濃度で含む撥水剤溶液中に、ガス拡散層（例えば、カーボンペーパー）を浸漬して、ガス拡散層に撥水剤を含ませる。次いで、ガス拡散層を乾燥した後、加熱して撥水剤を焼結させる。撥水剤には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなフッ素系樹脂を用いることができる。
【００１８】
本実施形態の膜電極接合体1は、燃料極ガス拡散層9の撥水度が、空気極ガス拡散層12の撥水度より低いことを特徴とする。このような構成により、空気極6において発電反応により生成した水が燃料極5へ効率良く移行するとともに、燃料極5において十分に保持されることが可能となる。このため、反応に必要な水が十分に且つ安定して燃料極5に供給され、その結果、高い出力を安定して得ることが可能となる。
【００１９】
燃料極ガス拡散層9及び空気極ガス拡散層12の撥水度は、上述した撥水処理によって調節することができる。具体的には、撥水処理に用いる撥水剤溶液の濃度を調節することによって、ガス拡散層に含まれる撥水剤量を変化させることができ、これによって所望の撥水度のガス拡散層を得ることができる。
【００２０】
本実施形態において、ガス拡散層の撥水度は水の接触角によって表すことができる。以下に、水の接触角の測定方法を説明する。
【００２１】
まず、膜電極接合体１の最外層表面（燃料極ガス拡散層9の表面、すなわち各ガス拡散層9の触媒層8と接する面と反対の表面）の撥水度を調べるため、水の接触角を以下に説明する方法で測定する。次に、膜電極接合体１の表面をマイクロスコープとマイクロメータで注意深く確認しながら住友３Ｍ製ポリッシングフィルム３Ｍ２９１Ｘで削り、接触角が増加し、変化が見られなくなったところの接触角を測定し、この値を燃料極ガス拡散層9の撥水度とする。空気極ガス拡散層12の撥水度を測定する際には、燃料極ガス拡散層の測定と同様の手法で膜電極接合体１の最外層表面における空気極ガス拡散層12の表面の撥水度の測定から行う。
【００２２】
水の接触角θは、図２に示すように、液滴ＤＲと測定対象物Ｘ（ガス拡散層）とが接触する点Ｐにおける液滴ＤＲの表面カーブに対する接線Ｌと測定対象物Ｘの表面とが成す角である。
【００２３】
この接触角θは以下のように測定する。最初に、図３に示すように、マイクロシリンジＭで、純水の液滴ＤＲを形成する。本実施形態の場合、液滴（水滴）ＤＲは約０．５マイクロリットルである。
【００２４】
次に、図４に示すように、液滴ＤＲの底を測定対象物Ｘに付ける。そして、マイクロシリンジＭを測定対象物Ｘから離すと、測定対象物Ｘの表面に図５に示すように液滴ＤＲが付着する。この状態で、３０００ｍｓ後に、液滴ＤＲの高さｈと、液滴ＤＲの半径ｒを測定する。ここで、液滴ＤＲの高さｈとは、測定対象物Ｘの界面と液滴ＤＲの頂点との距離である。
【００２５】
接触角θは、図２に示すθ１（＝ａｒｃｔａｎ（ｒ／ｈ））の２倍に等しいことから、測定された水滴ＤＲの高さｈおよび半径ｒから、下式（１）を用いて接触角θの値が算出される。
【００２６】
θ＝２×｛ａｒｃｔａｎ（ｒ／ｈ）｝      式（１）
上記のように算出された接触角θは、その値が大きいほど、測定対象物の撥水度が高いことを示し、その値が小さいほど測定対象物の撥水度が低いことを示している。
【００２７】
また、本実施形態において、燃料極ガス拡散層9中の撥水剤の量は、２０重量％以下（０を含む）であることが好ましい。このような構成により、燃料極ガス拡散層9の撥水度がより低くなり、水の保持能力をより高くすることができる。これにより、膜電極接合体1の出力をより高くすることができ、また、出力をより安定させることができる。
【００２８】
さらに、本実施形態において、空気極ガス拡散層12は、５０重量％以下の撥水剤を含むことが好ましい。このような構成により、空気極ガス拡散層12の撥水度がより高くなり、より多くの水を燃料極側へ移行させることができる。空気極ガス拡散層12に含有される撥水剤が５０重量％を超えると、撥水剤によってガス拡散層の空隙が埋められ、ガスの拡散性が低下する恐れがある。また、撥水処理に用いるＰＴＦＥ溶液の濃度が高すぎ、カーボンペーパーに塗布する際に、ムラなく均一に塗布することが困難になる恐れがある。よって、空気極ガス拡散層12の撥水剤含有量は５０重量％以下であることが好ましい。
【００２９】
ガス拡散層（GDL）中の撥水剤の含有量は、下式（２）によって算出することができる。
【００３０】
撥水剤含有量［wt%］＝GDLに含まれる撥水剤量／（GDLに含まれる撥水剤量＋GDL重量）×100      式（２）
なお、空気極ガス拡散層12の撥水度を高くすると、水の移動や揮発が速くなり、反対に、撥水度を低くすると、水の移動や揮発が遅くなる。そのため、空気極ガス拡散層12の撥水剤含有量を減少させ、撥水度を低下させると、燃料極側へ移行する水の量が減少して出力がやや低下する。しかしながら、一方で、空気極6から燃料極5へ移動する水の移動が遅くなることによって、水量の変動が減少し、その結果として出力が安定するという利点がある。
【００３１】
次に、本発明の燃料電池について、図面を参照して説明する。図６は、本発明の実施形態に係る燃料電池の内部透視断面図であり、図７は、図６の燃料電池の燃料分配機構を示す斜視図である。
【００３２】
図６に示す燃料電池100は、上記で説明した膜電極接合体1と、この膜電極接合体1に燃料を供給する燃料分配機構2と、液体燃料を収容する燃料収容部3と、これら燃料分配機構2と燃料収容部3とを接続する流路4とから主として構成されている。
【００３３】
燃料電池100において、燃料極ガス拡散層9には、必要に応じて導電層14が積層される。また、空気極ガス拡散層12には、必要に応じて導電層13が積層される。これら導電層13、14としては、例えば、金、ニッケルなどの金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）または箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材などが用いられる。また、導電層13にはさらに、カバープレート16が積層される。
【００３４】
電解質膜7と導電層13、14との間には、それぞれゴム製のＯリング15が介在されており、これらによって膜電極接合体1からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。
【００３５】
図示を省略したが、カバープレート16は酸化剤である空気を取入れるための開口部を有している。カバープレート16と空気極6との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層は、空気極触媒層11で生成された水の一部が含浸されて水の蒸散を抑制するとともに、カバープレートの開口部から取り込んだ空気の空気極触媒層11への取入れ量を調整し且つ空気の均一拡散を促進するものである。また、表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。このようなカバープレート16を備えることにより、酸化剤を供給するためのブロワを用いることなく、酸化剤をカソード６に自然供給することができる。なお、酸化剤は、空気に限定されるものではなく、Ｏ2を含むガスを使用可能である。
【００３６】
燃料収容部3には、膜電極接合体1に対応した液体燃料Ｆが収容されている。液体燃料Ｆとしては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料Ｆは必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料Ｆは、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部3には膜電極接合体1に応じた液体燃料Ｆが収容される。
【００３７】
液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。ただし、複数の燃料排出口22を有する燃料分配機構2の特徴がより顕在化するのは燃料濃度が濃い場合である。このため、燃料電池は、濃度が８０％以上のメタノール水溶液もしくは純メタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。
【００３８】
膜電極接合体1の燃料極5側には、燃料分配機構2が配置されている。燃料分配機構2は配管のような液体燃料の流路4を介して燃料収容部3と接続されている。燃料分配機構2には燃料収容部3から流路4を介して液体燃料が導入される。流路4は燃料分配機構2や燃料収容部3と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構2と燃料収容部3とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料の流路であってもよい。燃料分配機構2は流路4を介して燃料収容部3と接続されていればよい。
【００３９】
液体燃料を燃料収容部3から燃料分配機構2まで送る機構は特に限定されるものではない。例えば、使用時の設置場所が固定される場合には、重力を利用して液体燃料を燃料収容部3から燃料分配機構2まで落下させて送液することができる。また、多孔体等を充填した流路4を用いることによって、毛細管現象で燃料収容部3から燃料分配機構2まで送液することができる。或いは、図６に示すように、流路にポンプ17を設置し、ポンプ17によって燃料収容部3から燃料分配機構2へ送液してもよい。また或いは、燃料分配機構2から膜電極接合体1への燃料供給が行われる構成とし、ポンプ17に代えて燃料遮断バルブを配置することも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。
【００４０】
燃料分配機構2は、図７に示すように、液体燃料が流路4を介して流入する少なくとも１個の燃料注入口21と、液体燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口22とを有する燃料分配板23を備えている。燃料分配板23の内部には図６に示すように、燃料注入口21から導かれた液体燃料の通路となる空隙部24が設けられている。複数の燃料排出口22は燃料通路として機能する空隙部24にそれぞれ直接接続されている。
【００４１】
燃料注入口21から燃料分配機構2に導入された液体燃料は空隙部24に入り、この燃料通路として機能する空隙部24を介して複数の燃料排出口22にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口22には、例えば液体燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離体（図示せず）を配置してもよい。これによって、膜電極接合体1の燃料極5には液体燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構2と燃料極5との間に気液分離膜等として設置してもよい。液体燃料の気化成分は複数の燃料排出口22から燃料極5の複数個所に向けて排出される。
【００４２】
燃料排出口22は膜電極接合体1の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板23の燃料極5と対向する面に複数設けられている。燃料排出口22の個数は２個以上であればよいが、膜電極接合体1の面内における燃料供給量を均一化する上で、0.1〜10個/cm2の燃料排出口22が存在するように形成することが好ましい。燃料排出口22の個数が0.1個/cm2未満であると、膜電極接合体1に対する燃料供給量を十分に均一化することができない。燃料排出口22の個数を１０個/cm2を超えて形成しても、それ以上の効果が得られない。
【００４３】
上述した燃料分配機構2に導入された液体燃料は空隙部24を介して複数の燃料排出口22に導かれる。燃料分配機構2の空隙部24はバッファとして機能するため、複数の燃料排出口22からそれぞれ規定濃度の燃料が排出される。そして、複数の燃料排出口22は膜電極接合体1の全面に燃料が供給されるように配置されているため、膜電極接合体1に対する燃料供給量を均一化することができる。
【００４４】
燃料分配機構2から均一に放出された燃料は、燃料極ガス拡散層9を拡散して燃料極触媒層8に供給される。燃料としてメタノール燃料を使用する場合には、次の式（Ａ）に示すメタノールの内部改質反応を生じさせる必要がある。
【００４５】
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  …式（Ａ）
内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ＋）は、電解質膜7を伝導し、空気極触媒層11に到達する。空気極ガス拡散層12から供給される気体燃料（たとえば空気）は、空気極ガス拡散層12を拡散して、空気極触媒に供給される。空気極触媒に供給された空気は、次の式（Ｂ）に示す反応を生じる。この反応によって、水が生成され、発電反応が生じる。
【００４６】
（３／２）Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ  …式（Ｂ）
発電反応により生じた水は、空気極6から電解質膜7を通して燃料極触媒層8に供給される。
【００４７】
本実施形態では、膜電極接合体1は、燃料極ガス拡散層9の撥水度が、空気極ガス拡散層12の撥水度より低いことにより、空気極側で生成した水が効率良く燃料極側に戻るとともに、燃料極側で十分に保持されるため、前述した（Ａ）の内部改質反応の反応抵抗が小さくなり、その結果、高い出力が得られる。また、水が安定に供給されることから反応レベルが安定し、結果として安定した出力が得られる。
【００４８】
本発明に適用可能な燃料電池は、その形態から、液体燃料と酸化剤の供給をポンプなどの補器を用いて行うアクティブ型燃料電池、液体燃料の気化成分をアノードに供給するパッシブ型（内部気化型）燃料電池、前述した図６に示すセミパッシブ型の燃料電池などが挙げられる。アクティブ型燃料電池では、メタノール水溶液からなる燃料について、その量が一定になるようにポンプで調整しながらＭＥＡのアノードへ供給する一方、カソードに対しても空気をポンプで供給する方式が採られる。パッシブ型燃料電池では、ＭＥＡのアノードに気化したメタノールを自然供給で送り、一方カソードに対しても外部の空気を自然供給することで、ポンプなどの余計な機器を装備しない方式が採られる。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料収容部から膜電極接合体に供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池では、燃料を循環させないことから、アクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、セミパッシブ型の燃料電池は、燃料の供給にポンプを使用しており、内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。なお、このセミパッシブ型の燃料電池では、燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給が行われる構成であればポンプに代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられる。
【実施例】
【００４９】
（実施例１）
＜空気極の作製＞
カーボンペーパー（東レ（株）製TGP-H-090）を撥水処理した。撥水剤は、PTFE溶液（三井・デュポンフロロケミカル（株）製PTFR 31-JR）を用いた。純水でPTFE溶液を希釈して30 wt%溶液とし、この溶液中にカーボンペーパーを浸漬した後、自然乾燥し、次いで、加熱焼成してPTFEを焼結させ、撥水剤量が40 wt％の空気極ガス拡散層を得た。得られたガス拡散層に触媒スラリーを塗布し、触媒層を形成した。
【００５０】
＜燃料極の作製＞
カーボンペーパー（東レ（株）製TGP-H-120）を撥水処理した。撥水剤は、PTFE溶液（三井・デュポンフロロケミカル（株）製PTFR 31-JR）を用いた。純水でPTFE溶液を希釈して3 wt%溶液とし、この溶液中にカーボンペーパーを浸漬した後、自然乾燥し、次いで加熱焼成してPTFEを焼結させ、撥水剤量が5 wt％の燃料極ガス拡散層を得た。得られたガス拡散層に触媒スラリーを塗布し、触媒層を形成した。
【００５１】
＜膜電極接合体の作製＞
上記で得られた空気極及び燃料極の間に、固体電解質膜ナフィオン112（デュポン社製）を挟み、ホットプレスして膜電極接合体（ＭＥＡ）を作製した。
【００５２】
（実施例２）
空気極ガス拡散層の撥水処理において、7 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が10 wt％の空気極ガス拡散層を得た。燃料極ガス拡散層の撥水処理において、3 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が5 wt％の燃料極ガス拡散層を得た。その他は、実施例１と同様にＭＥＡを作製した。
【００５３】
（実施例３）
空気極ガス拡散層の撥水処理において、30 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が40 wt％の空気極ガス拡散層を得た。燃料極ガス拡散層の撥水処理において、23 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が30 wt％の燃料極ガス拡散層を得た。その他は、実施例１と同様にＭＥＡを作製した。
【００５４】
（比較例１）
空気極ガス拡散層の撥水処理において、30 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が40 wt％の空気極ガス拡散層を得た。燃料極ガス拡散層の撥水処理において、30 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が40 wt％の燃料極ガス拡散層を得た。その他は、実施例１と同様にＭＥＡを作製した。
【００５５】
（比較例２）
空気極ガス拡散層の撥水処理において、3 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が5 wt％の空気極ガス拡散層を得た。燃料極ガス拡散層の撥水処理において、30 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が40 wt％の燃料極ガス拡散層を得た。その他は、実施例１と同様にＭＥＡを作製した。
【００５６】
（比較例３）
空気極ガス拡散層の撥水処理において、7 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が10 wt％の空気極ガス拡散層を得た。燃料極ガス拡散層の撥水処理において、10 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が15 wt％の燃料極ガス拡散層を得た。その他は、実施例１と同様にＭＥＡを作製した。
【００５７】
＜出力試験＞
上記のように作製した実施例１〜３及び比較例１〜３のＭＥＡを用いて、燃料分配機構及び燃料収容部を備えた発電ユニットを作製した。燃料収容部と燃料分配機構を連結する流路にはポンプを設置し、送液はポンプにより行った。この発電ユニットにおいて、純メタノールを燃料として用い、制御温度45℃、0.36Ｖの定電圧で出力を測定した。その結果を表１に示す。表１には、測定時間50〜250時間の平均出力と、出力の変動の標準偏差を示した。また、各実施例及び比較例のガス拡散層について、水の接触角を上記の方法によって測定し、その結果を表１に示した。
【表１】
2011008972.tif 000003
【００５８】
表１に示すとおり、燃料極ガス拡散層の撥水剤含有量が、空気極ガス拡散層の撥水剤含有量より低い実施例１〜３は、比較例と比較して平均出力が高かった。実施例１と３は、空気極ガス拡散層の撥水剤含有量が同じであるが、燃料極ガス拡散層の撥水剤量が低い実施例１の方が高い出力が得られた。このことから、燃料極ガス拡散層の撥水剤量が低い方が、より高い出力が得られることが示された。また、実施例１と２は、燃料極ガス拡散層の撥水剤含有量が同じであるが、空気極ガス拡散層の撥水剤含有量が低い実施例２は、実施例１と比較して、標準偏差が低く、出力が安定していることが示された。
【符号の説明】
【００５９】
1…膜電極接合体（ＭＥＡ）、2…燃料分配機構、3…燃料収容部、4…流路、5…アノード（燃料極）、6…カソード（空気極）、7…電解質膜、8…燃料極触媒層、9…燃料極ガス拡散層、11…空気極触媒層、12…空気極ガス拡散層、13,14…導電層、15…Ｏリング、16…カバープレート、17…ポンプ、21…燃料注入口、22…燃料排出口、23…燃料分配板、24…空隙部。
【図１】
2011008972.tif 000004
【図２】
2011008972.tif 000005
【図３】
2011008972.tif 000006
【図４】
2011008972.tif 000007
【図５】
2011008972.tif 000008
【図６】
2011008972.tif 000009
【図７】
2011008972.tif 000010