(57)【要約】【課題】  イオン伝導性を有する材料を含む液体燃料を用いた固体アルカリ形燃料電池において、アノード電極に二酸化炭素吸収剤を含むことで、出力及び耐久性を向上させた固体アルカリ形燃料電池を提供する。【解決手段】  本発明による固体アルカリ形燃料電池１０は、二酸化炭素吸収剤を含有した触媒層２０を電極基材４上に配置したアノード電極１２と、電極基材５上に触媒層３を配置したカソード電極１３と、アノード電極１２及びカソード電極１３に挟持されたアニオン伝導性高分子電解質膜１とを備える。燃料には、イオン伝導性を有する材料を少なくとも含有した液体燃料を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料に液体燃料を用いた固体アルカリ形燃料電池であって、
アニオン伝導性高分子電解質膜と、
前記アニオン伝導性高分子電解質膜の一方の面に配置されたアノード電極と、
前記アニオン伝導性高分子電解質膜の他方の面に配置されたカソード電極と
を備え、前記液体燃料はイオン伝導性を有する材料を含有し、前記アノード電極は二酸化炭素吸収剤を含んだことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池。
【請求項２】
前記イオン伝導性を有する材料は、水酸化カリウム、水酸化カルシウム及び水酸化ナトリウムの群から選ばれる少なくとも１種を含むアルカリ水溶液であることを特徴とする請求項１に記載の固体アルカリ形燃料電池。
【請求項３】
前記二酸化炭素吸収剤は、二酸化炭素と反応する金属酸化物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体アルカリ形燃料電池。
【請求項４】
前記金属酸化物は、酸化亜鉛であることを特徴とする請求項３に記載の固体アルカリ形燃料電池。
【請求項５】
前記液体燃料は、メタノール又はエタノールであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体アルカリ形燃料電池。
【請求項６】
前記アノード電極の基材は、多孔質金属体からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体アルカリ形燃料電池。
【請求項７】
前記多孔質金属体は、発泡ニッケル、発泡チタン及び発泡銀の群から選ばれる１種であることを特徴とする請求項６に記載の固体アルカリ形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体アルカリ形燃料電池、特に、液体燃料を用いた固体アルカリ形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質の両面に電極が配置され、水素と酸素の電気化学反応により発電する電池であり、発電時に発生するのは水のみである。このように従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないため次世代のクリーンエネルギーシステムとして普及が見込まれている。その中でも特に固体高分子形燃料電池は、作動温度が低く、電解質の抵抗が少ないことに加え、活性の高い触媒を用いるので小型でも高出力を得ることができ、家庭用コージェネレーションシステム等として早期の実用化が見込まれている。
【０００３】
この固体高分子形燃料電池は、従来より、カチオン（Ｈ＋）を通過させるカチオン伝導性高分子電解質膜を使用したものが知られている。一方で、近年、高分子電解質膜としてアニオン（ＯＨ−）を通過させるアニオン伝導性高分子電解質膜を使用したアニオン伝導性高分子形燃料電池（「固体アルカリ形燃料電池」とも呼ばれている。）の開発が加速している。
【０００４】
固体アルカリ形燃料電池では、燃料電池の出力及び耐久性を向上させるために、燃料、触媒及び電解質が互いに触れ合う領域、すなわち「三相界面」を増大させる或いは適正に維持する必要がある。
こうした要求に応える方法として、アノード極側に供給する燃料にイオン伝導性を有する材料を混合する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。それによれば、アノード極の電解質が存在しない部分にもイオン伝導性を有する材料を供給できるので、アノード極の三相界面を増大させた状態に維持できると報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２１８３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの方法では、燃料にエタノール等のアルコールを用いた場合、アノード極では二酸化炭素（ＣＯ２）が発生する。このＣＯ２は燃料溶液中のイオン伝導性を有する材料、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と反応して炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）が生成され、ＫＯＨ濃度が低下してしまう。すなわち、イオン伝導性を有する材料が低減し、そのため発電性能が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、イオン伝導性を有する材料を含む液体燃料を用いた固体アルカリ形燃料電池において、アノード電極に二酸化炭素吸収剤を含むことで、出力及び耐久性を向上させた固体アルカリ形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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、燃料に液体燃料を用いた固体アルカリ形燃料電池であって、アニオン伝導性高分子電解質膜と、前記アニオン伝導性高分子電解質膜の一方の面に配置されたアノード電極と、前記アニオン伝導性高分子電解質膜の他方の面に配置されたカソード電極とを備え、前記液体燃料はイオン伝導性を有する材料を含有し、前記アノード電極は二酸化炭素吸収剤を含んだことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池である。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記イオン伝導性の材料は、水酸化カリウム、水酸化カルシウム及び水酸化ナトリウムの群から選ばれる少なくとも１種を含むアルカリ水溶液であることを特徴とする請求項１に記載の固体アルカリ形燃料電池である。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、前記二酸化炭素吸収剤は、二酸化炭素と反応する金属酸化物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体アルカリ形燃料電池である。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、前記金属酸化物は、酸化亜鉛であることを特徴とする請求項３に記載の固体アルカリ形燃料電池である。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、前記液体燃料は、メタノール又はエタノールであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体アルカリ形燃料電池である。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、前記アノード電極の基材は、多孔質金属体からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体アルカリ形燃料電池である。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明は、前記多孔質金属体は、発泡ニッケル、発泡チタン及び発泡銀の群から選ばれる１種であることを特徴とする請求項６に記載の固体アルカリ形燃料電池である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、イオン伝導性を有する材料を含む液体燃料を用いた固体アルカリ形燃料電池において、アノード電極に二酸化炭素吸収剤を含むことで、アノード電極で発生する二酸化炭素を吸収し、イオン伝導性を有する材料の低減を防止できるので、出力及び耐久性を向上させた固体アルカリ形燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池の模式的断面構造図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池の製造方法の説明図であって、（ａ）電極基材４を準備する工程図、（ｂ）電極基材４上に二酸化炭素吸収剤を含有した触媒層２０を加圧してアノード電極１２を形成する工程図、（ｃ）アノード電極１２と電極基材５上に触媒層３の形成されたカソード電極１３を、触媒層３，２０側が接するようにアニオン伝導性高分子電解質膜１の両面に形成する工程図、（ｄ）ガスケット１５を電極１２，１３の周縁部に形成した後、セパレータ６，７を形成する工程図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池におけるアノード電極１２Ａの模式的断面構造図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池におけるアノード電極１２Ｂの模式的断面構造図。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池におけるアノード電極１２Ｃの模式的断面構造図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態による固体アルカリ形燃料電池を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なり、また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることに留意すべきである。
【００１８】
[第１の実施の形態]
（固体アルカリ形燃料電池の構造）
本発明の第１の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池１０は、図１に示すように、二酸化炭素吸収剤を含有した触媒層２０を電極基材４上に配置したアノード電極１２と、電極基材５上に触媒層３を配置したカソード電極１３と、アノード電極１２及びカソード電極１３に挟持されたアニオン伝導性高分子電解質膜１とを備える。アノード電極１２及びカソード電極１３のそれぞれの周縁部はガスケット１５で囲まれており、各電極１２，１３及びガスケット１５のぞれぞれの上に一対のセパレータ６，７が配置されている。セパレータ６，７はそれぞれ外部回路１１で接続されている。燃料には液体燃料を用い、燃料中にはイオン伝導性を有する材料を含有している。
【００１９】
（アニオン伝導性高分子電解質膜）
アニオン伝導性高分子電解質膜１は、カソード電極１３で生成したアニオン（水酸化物イオン）をアノード電極１２に伝導するためのものである。厚みは、電極基材の種類、触媒層の厚み等を考慮して適宜設定することができる。通常、例えば、約２０〜２００μｍ程度であり、好ましくは、約２５〜７５μｍ程度である。
【００２０】
本実施の形態に係るアニオン伝導性高分子電解質膜１としては、炭化水素系及びフッ素樹脂系のいずれかのアニオン伝導性高分子電解質膜を用いることができる。燃料に高濃度のアルカリ水溶液を用いた場合は、耐高濃度アルカリ性のフッ素樹脂系高分子電解質膜を使用することが好ましい。燃料に低濃度もしくはアルカリ水溶液を用いない場合は、コスト面からも炭化水素系を用いることが好ましい。これらの選択は適用するシステムにより適宜最適化することができる。
【００２１】
上述したアルカリ水溶液において、高濃度とは、アルカリ水溶液の種類等によって適宜変更することができるが、本実施の形態では、約２モル／リットル程度以上をいい、低濃度とは、約２モル／リットル程度未満をいう。
【００２２】
本実施の形態に係る炭化水素系のアニオン伝導性高分子電解質膜１としては、例えば、旭化成（株）製のアシプレックス（登録商標）Ａ−２０１，２１１，２２１等、トクヤマ（株）製のネオセプタ（登録商標）ＡＭ−1，ＡＨＡ等を用いることができる。また、フッ素樹脂系のアニオン伝導性高分子電解質膜１としては、東ソー（株）製のトスフレックス（登録商標）ＩＥ−ＳＦ３４，ＦｕＭａｔｅｃｈ社製のＦｕｍａｐｅｍ（登録商標）ＦＡＡ等を用いることができる。
【００２３】
（電極基材）
本実施の形態に係る電極基材４，５は、電極の基体となるものであり、多孔質でかつ導電性を有する。アノード電極１２に用いる場合は液体拡散層として、カソード電極１３に用いる場合はガス拡散層としての役割を果たす。多孔質でかつ導電性の基材としては、公知のものを用いることができ、例えば、燃料電池における燃料極及び空気極を構成する各種液体及びガスの拡散層を使用することができる。このような電極基材４，５は、液体及びガスの拡散に優れ、燃料の利用率が高まる。また、多孔質の導電性材料から構成されるため、集電効果が向上する。電極基材４，５の厚みは、例えば、約１５０〜１０００μｍ程度、好ましくは約２００〜８００μｍ程度である。
【００２４】
電極基材４，５の材質としては、導電性を有し、多孔質なものであり、かつ液体及びガスを透過させることができる限り特に限定はされない。例えば、鉄，コバルト，ニッケル，パラジウム，銀，ルテニウム，イリジウム，モリブデン，マンガン等の金属のほか、カーボンから広く選択できる。また、電極基材４，５の気孔率は、例えば、約５０〜９８％程度、好ましくは約６０〜９５％程度である。
【００２５】
電極基材４，５が金属からなる場合、発泡金属体であるのがよく、触媒活性作用に優れる点から、発泡ニッケル又は発泡銀であるのが特に好ましい。発泡金属体としては、具体的には、富山住友電工株式会社製のセルメット（連続気孔を持つ金属多孔体）や、三菱マテリアル株式会社の発泡金属が挙げられる。
【００２６】
発泡金属体やセルメットの呼孔径は約５０〜２０００μｍ程度、好ましくは約１００〜１０００μｍ程度であることが好ましい。呼孔径が５０μｍ以下であると、後述するように、触媒層を構成する材料が充填されにくく、２０００μｍ以上であると発泡金属体自身の強度が小さくなり、電極の強度が下がってしまう。
【００２７】
電極基材４，５がカーボンからなる場合、液体及びガスの拡散性並びに導電性の観点から導電性炭素が好ましい。例えば、アセチレンブラック，ファーネスブラック，チャンネルブラック，ケッチェンブラックなどのカーボンブラックのほか、黒鉛，活性炭，カーボン繊維，カーボンナノチューブ，カーボンナノワイヤー等から製造されるものが挙げられる。
【００２８】
（触媒層）
本実施の形態に係る触媒層３，２０は、後述する、触媒粒子を担持させた炭素粒子及びアニオン伝導性高分子電解質を含む。また、アノード電極１２に配置する触媒層２０には、二酸化炭素吸収剤が含まれている。
【００２９】
触媒及びアニオン伝導性高分子電解質の含有量（重量比）は限定的でないが、好ましくは前者：後者＝５：１〜１：４程度、より好ましくは前者：後者＝３：１〜１：３程度である。本実施の形態に係る触媒層３，２０は、上記成分に加えてさらに、フッ素系樹脂を含有してもよい。このフッ素系樹脂を含有することにより、当該上記成分の結着性が向上し、より強固な触媒層３，２０となると同時に撥水性を付与することができる。
【００３０】
フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン，ポリフッ化ビニリデン，テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体，フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体等が挙げられる。これらの中でも、より結着性及び撥水性良好な点から、ポリテトラフルオロエチレンが好ましい。
【００３１】
フッ素系樹脂を含有する場合の含有量は、触媒１００重量部に対して、通常約５〜２５重量部程度、好ましくは約１０〜１５重量部程度である。
【００３２】
触媒層３，２０の厚みは、電極基材４，５の種類、後述する電解質膜の厚み等を考慮して適宜決定すればよいが、通常約８０〜２０００μｍ程度がよい。
【００３３】
（触媒）
本実施の形態に係る触媒は、触媒金属微粒子が担体に担持されて形成されている。触媒金属微粒子の材質としては、例えば、白金や白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、ルテニウム，パラジウム，ニッケル，モリブデン，イリジウム，鉄等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と、白金との合金等が挙げられる。また白金を使用しない触媒金属微粒子は、鉄，コバルト，ニッケル，パラジウム，セリウム及び銀からなる群から選ばれる少なくとも１種、又はこれら２種以上からなる合金である。合金である場合は、鉄，コバルト，ニッケルのうち少なくとも２種以上含有する合金微粒子が好ましい。例えば、鉄−コバルト合金，コバルト−ニッケル合金，鉄−ニッケル合金等のほか、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。これらの金属の各比率は限定的でなく、幅広い範囲から適宜選択できる。触媒金属微粒子の粒径は限定的ではないが、通常約０．０５〜２０ｎｍ程度、好ましくは、約０．１〜１０ｎｍ程度、最も好ましくは、約０．３〜５ｎｍ程度である。
【００３４】
触媒金属微粒子が担持される担体としては限定的でなく、公知又は市販のものが使用でき、例えば、アルミナ粒子，シリカ粒子，炭素粒子等が挙げられる。耐食性及び導電性が良好である観点から導電性を有する炭素粒子であるのが好ましい。このような炭素粒子としては、例えば、アセチレンブラック，ファーネスブラック，チャンネルブラック，ケッチェンブラックなどのカーボンブラックのほか、黒鉛，活性炭，カーボン繊維，カーボンナノチューブ，カーボンナノワイヤー等が挙げられる。これらを１種又は２種以上使用してもよい。
【００３５】
炭素粒子の比表面積は限定されないが、通常約１０〜１５００ｍ２／ｇ程度、好ましくは、約１０〜５００ｍ２／ｇ程度である。粒径は限定されないが、一般的には平均一次粒子径として、約０．０１〜１μｍ程度、好ましくは、約０．０１〜０．２μｍ程度である。触媒金属微粒子の担持量は、触媒金属微粒子及び担体の種類等によって適宜決定されるが、担体１００部に対して、通常約１〜８０部程度、好ましくは、約３〜５０部程度である。
【００３６】
（アニオン伝導性高分子電解質）
アニオン伝導性高分子電解質は、特に限定されるものではなく、アニオンとして水酸化物イオン（ＯＨ−）を伝導できる電解質であればよい。具体的には炭化水素系樹脂及びフッ素系樹脂のいずれかの電解質を用いることができる。
【００３７】
炭化水素系樹脂電解質としては、例えば、芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体のクロロメチル化物をアミノ化して得られる電解質等が挙げられる。フッ素系樹脂電解質としては、例えば、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボンポリマーの末端をジアミンで処理し4級化したポリマー，ポリクロロメチルスチレンの４級化物等のポリマー等が挙げられ、具体的には、例えば、ＦｕＭａｔｅｃｈ社製のＦｕｍｉｏｎ（商標登録）ＦＡＡ等が挙げられる。中でも、溶媒可溶性のものであるのが好ましい。
【００３８】
より具体的に説明すると、クロロメチル化は、芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体にクロロメチル化剤を反応させて行う。クロロメチル化剤としては、例えば、（クロロメトキシ）メタン，１，４−ビス（クロロメトキシ）ブタン，１−クロロメトキシ−４−クロロブタン，ホルムアルデヒト−塩化水素，パラホルムアルデヒト−塩化水素等が使用できる。
【００３９】
このようにして得られたクロロメチル化物を、アミン化合物と反応させてアニオン交換基を導入する。アミン化合物としては、例えば、モノアミン，１分子中に２個以上のアミノ基を有するポリアミン化合物等が使用できる。具体的にはアンモニアの他、メチルアミン，エチルアミン，プロピルアミン，ブチルアミン等のモノアルキルアミン；ジメチルアミン，ジエチルアミン等のジアルキルアミン；アニリン，N−メチルアニリン等の芳香族アミン；ピロリジン，ピペラジン，モルホリン等の複素環アミン等のモノアミンや、ｍ−フェニレンジアミン，ピリダジン，ピリミジン等のポリアミン化合物が使用できる。
【００４０】
上述したアニオン伝導性高分子電解質は、通常アルコール，エーテル等の有機溶剤や有機溶剤と水との混合溶剤に、例えば、約５〜６０％程度、好ましくは、約２０〜４０％程度の濃度で分散させて用いる。
【００４１】
（アノード電極）
本実施の形態に係るアノード電極１２は、二酸化炭素吸収剤を上述の触媒及びアニオン伝導性高分子電解質と混合して形成した触媒層２０を液体拡散層としての電極基材４上に配置して構成される。触媒層２０に二酸化炭素吸収剤が含まれることにより、アノード電極１２での電池反応により発生する二酸化炭素を良好に吸収することができる。
【００４２】
（二酸化炭素吸収剤）
本実施の形態に係る二酸化炭素吸収剤は、アノード電極１２で発生する二酸化炭素を吸収するためのものであり、少なくとも二酸化炭素と反応し、好ましくは、さらに導電性を有する材料であるのがよい。このような二酸化炭素吸収剤としては、例えば、酸化亜鉛，酸化チタン，酸化アルミニウム，酸化ニッケル等の金属酸化物が挙げられる。これらの中でも、二酸化炭素との反応性及び導電性がより優れている点で、酸化亜鉛が好ましい。
【００４３】
金属酸化物を用いる場合、その添加量は、触媒担持カーボン１質量部に対して、０．２〜２質量部程度添加することが好ましい。金属酸化物の添加量は少ないと二酸化炭素吸収量に乏しく、添加量が多いと燃料拡散性が悪くなり、また触媒層２０の厚みが厚くなるので電気抵抗が高くなる。
【００４４】
（カソード電極）
本実施の形態に係るカソード電極１３は、上述の触媒及びアニオン伝導性高分子電解質を混合して形成した触媒層３をガス拡散層としての電極基材５上に配置して構成される。
【００４５】
（接着層）
本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池１０は、アノード電極１２及びカソード電極１３とアニオン伝導性高分子電解質膜１間に接着層を配置してもよい。接着層は、アニオン伝導性高分子電解質膜１とアノード電極１２及びカソード電極１３を接合するためのものであり、その厚さは、接着層として機能すれば特に限定されないが、例えば、約２〜２０μｍである。
【００４６】
接着層の材質としては、アニオンとしてＯＨ−を伝導できる電解質であれば、特に限定はされない。例えば、炭化水素系樹脂やフッ素系樹脂等を挙げることができる。好ましくはアニオン伝導性高分子電解質膜１に使用するアニオン伝導性高分子電解質を用いるのがよい。
【００４７】
接着層に、導電性炭素繊維や触媒等の導電性を有する材料を添加してもよい。導電性を有する材料を添加することにより、電解質膜１と触媒層２，３間の密着性が高まるだけでなく、導電性も向上し、ひいては電池の抵抗値が低下することが期待される。
【００４８】
接着層を用いることにより、接着層を介してアニオン伝導性高分子電解質膜１にアノード電極１２及びカソード電極１３を形成することができるので、複雑な工程がなく、簡便に電解質膜と電極とを一体化することができる共に、電極強度を向上させることができる。
【００４９】
（ガスケット）
ガスケット１５は、電極１２，１３からの燃料や酸化剤の外部への漏出を防止すると共に、電極１２，１３を固定するためのものである。ガスケット１５の材質としては、熱・アルカリに耐えうる強度及び耐食性を保ち、かつ、外部に燃料及び酸化剤を漏出しない程度のガスバリア性を有していれば特に限定されない。例えば、ポリエチレンテレフタレートシートやテフロン（登録商標）シート，シリコンゴムシート等を例示することができる。
【００５０】
（セパレータ）
セパレータ６は、燃料をアノード電極１２に供給するためのものであり、燃料を流通するための燃料流路８を有する。一方、セパレータ７は、酸化剤ガスをカソード電極１３に供給するためのものであり、酸化剤ガスを流通するための酸化剤ガス流路９を有する。
【００５１】
セパレータ６，７の材質としては、燃料電池１０内の環境においても安定な導電性を有するものであればよい。一般的には、カーボン板に流路を形成したものが用いられる。また、セパレータ６，７は、ステンレススチール等の金属により構成し、その金属の表面にクロム，白金族金属又はその酸化物，導電性ポリマーなどの導電性材料からなる被膜を形成したものであってもよい。同様に、金属によって構成し、その金属の表面に銀，白金族の複合酸化物，窒化クロム等の材料によるメッキ処理を施したもの等も使用可能である。
【００５２】
なお、セパレータ６，７は、燃料電池１０を複数個積層して構成した燃料電池に用いる場合、集電体としての機能を有することができる。
【００５３】
（液体燃料）
液体燃料としては、メタノール，エタノール，プロパノール等の１価アルコールや、エチレングリコール，プロピレングリコール等の多価アルコール等のアルコールを挙げることができる。
【００５４】
本実施の形態に係る液体燃料は、イオン伝導性を有する材料を含んでいる。イオン伝導性を有する材料としては、水酸化カリウム、水酸化カルシウム及び水酸化ナトリウム等からなるアルカリ水溶液を挙げることができる。これらアルカリ源と液体燃料とを混合して燃料水溶液を調製する。イオン伝導性を有する材料を含むことにより、アノード電極１２での三相界面を増大させ、発電性能を高めることができる。
【００５５】
（動作原理）
本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池１０は、以下に示すようにして、発電させることができる。
【００５６】
まず、酸化剤ガス流路９を介して、カソード電極１３側に酸素（Ｏ２）を供給し、燃料流路８を介して、アノード電極１２側に燃料となる、例えば、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）をＫＯＨ水溶液と混合した燃料水溶液を供給する。カソード電極１３においては、アニオン伝導性高分子電解質膜１を介して到達した水（Ｈ２Ｏ）と、外部回路１１を介して到達した電子（ｅ−）とが、カソード電極１３側の触媒層３の触媒により、供給した酸素と反応して水酸化物イオン（ＯＨ−）を生成し、式（１）の還元反応が進行する。
カソード電極：Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−                 ・・・（１）
【００５７】
生成した水酸化物イオンは、アニオン伝導性高分子電解質膜１を介してカソード電極１３側からアノード電極１２側へ移動する。そして、アノード電極１２側においては、二酸化炭素吸収剤を含有した触媒層２０の触媒により、アニオン伝導性高分子電解質膜１を通過した水酸化物イオンと燃料であるエタノールとが反応して電子を生成し、式（２）の酸化反応が進行する。
アノード電極：（１/３）Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋４ＯＨ−→（２/３）ＣＯ２＋３Ｈ２Ｏ＋４ｅ−・・・（２）
【００５８】
生成した電子は、アノード電極１２側から外部回路１１を介してカソード電極１３側に移動し、カソード電極１３へ供給される。全体として、エタノールが酸素により酸化されて二酸化炭素と水が生成する式（３）の電池反応が進行し、発電が行われる。
電池反応：（１/３）Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋Ｏ２→（２/３）ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ     ・・・（３）
【００５９】
アノード電極１２側で発生した二酸化炭素は、触媒層２０の二酸化炭素吸収剤に吸収され、残余のエタノール水溶液は外部に排出される。また、カソード電極１３側に生じた水は、残余の酸素とともに水蒸気として外部に排出される。
【００６０】
（固体アルカリ形燃料電池の製造方法）
本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池の製造方法は、電極基材４を準備する工程と、電極基材４上に二酸化炭素吸収剤を含有した触媒層２０を加圧してアノード電極１２を形成する工程と、アノード電極１２と電極基材５上に触媒層３の形成されたカソード電極１３を、触媒層３，２０側が接するようにアニオン伝導性高分子電解質膜１の両面に形成する工程と、ガスケット１５を電極１２，１３の周縁部に形成した後、セパレータ６，７を形成する工程とを備える。
【００６１】
以下に、製造工程を詳述する。
（ａ）まず、図２（ａ）に示すように、発泡金属体からなる電極基材４を準備する。
【００６２】
（ｂ）次に、図２（ｂ）に示すように、触媒層２０を以下のようにして形成する。
まず、例えば、上述した触媒及びアニオン導電性高分子電解質に二酸化炭素吸収剤として酸化亜鉛を添加して、これらを粘度調整用の溶剤（溶媒）に分散させて触媒層形成用触媒組成物を調製する。この調製した触媒組成物を電極基材４上に塗布等により形成する。
【００６３】
次いで、触媒組成物を塗布した後、乾燥することにより、二酸化炭素吸収剤を含有した触媒層２０を形成する。乾燥温度は、通常約４０〜１００℃程度、好ましくは、約６０〜８０℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常約５分〜２時間程度、好ましくは、約３０分〜１時間程度である。
【００６４】
粘度調整用の溶剤は限定されるものではなく、広い範囲内で適宜選択される。例えば、各種アルコール，各種エーテル、各種ジアルキルスルホキシド，水又はこれらの混合物等が挙げられる。これらの溶剤の中でも、アルコールが好ましい。アルコールとしては、例えば、メタノール，エタノール，n−プロパノール，イソプロパノール，n−ブタノール，ｔｅｒｔ−ブタノール等の炭素数１〜４の一価アルコール及びプロピレングリコール，ジエチレングリコール等の多価アルコールが挙げられる。
【００６５】
上記触媒組成物には、必要に応じてフッ素系樹脂を加えてもよい。フッ素系樹脂としては、上述したものが挙げられる。
【００６６】
本実施の形態に係る触媒層形成用触媒組成物の配合割合は、特に制限されず、広い範囲内で適宜選択され得る。例えば、触媒１部に対して、アニオン伝導性高分子電解質（固形分）を約０．２〜３部程度、粘度調整用の溶剤を約１〜１００部程度とすればよい。
【００６７】
触媒組成物の塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター，バーコーター，スプレー，ディップコーター，スピンコーター，ロールコーター，ダイコーター，カーテンコーター，スクリーン印刷，押出しコート等の一般的な方法を適用できる。
【００６８】
次に、触媒層２０及び電極基材４を加圧することによりアノード電極１２を製造することができる。加圧は、特に限定されるものでなく、一般的な方法を適用することができる。例えば、ホットプレス，ＨＩＰ（Hot Isostatic Press：熱間静水圧プレス），ＣＩＰ（Cold Isostatic Press：冷間静水圧プレス），その他一般的なプレス工程を用いることができる。
【００６９】
次に、図２（ｃ）に示すように、アノード電極１２と、触媒及びアニオン導電性高分子電解質を用いて、アノード電極１２と同様にして製造したカソード電極１３とを、触媒層３，２０側を接するようにアニオン伝導性高分子電解質膜１の表面に形成する。
【００７０】
次に、図２（ｄ）に示すように、ガスケット１５をアノード電極１２及びカソード電極１３を囲むように形成した後、燃料流路８が形成されたセパレータ６を燃料流路８がアノード電極１２側に接するように形成し、酸化剤ガス流路９が形成されたセパレータ７を酸化剤ガス流路９がカソード電極１３側に接するように形成することにより、図１に示す固体アルカリ形燃料電池１０を製造することができる。
【００７１】
なお、アニオン伝導性高分子電解質膜１への電極１２，１３の形成方法は、他の方法を用いてもよい。すなわち、触媒層３，２０の形成された転写基材をそれぞれ触媒層３，２０側が接するようにアニオン伝導性高分子電解質膜１の両面に転写する。次いで、転写基材を剥離した後、剥離して露出した触媒層３，２０の上にそれぞれ電極基材４，５を形成し、加圧することで製造することもできる。
【００７２】
転写基材の材質としては、ポリイミド，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリパルバン酸アラミド，ポリアミド（ナイロン），ポリサルホン，ポリエーテルサルホン，ポリフェニレンサルファイド，ポリエーテル・エーテルケトン，ポリエーテルイミド，ポリアリレート，ポリエチレンナフタレート等の高分子フィルムが挙げることができる。
【００７３】
また、ポリエチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ），テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ），テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ），テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。
【００７４】
さらには、高分子フィルム以外に、アート紙，コート紙，軽量コート紙等の塗工紙，ノート用紙，コピー用紙等の非塗工紙等であってもよい。
【００７５】
転写基材の厚さは、取り扱い性及び経済性の観点から、通常６〜１００μｍ程度、好ましくは、１０〜３０μｍ程度とするのがよい。したがって、転写基材７としては、安価で入手が容易な高分子フィルムが好ましく、ＰＥＴ等がより好ましい。
【００７６】
転写基材は、表面に離型層を形成してもよい。これにより剥離性が良好となる。離型層は、例えば、化学気相成長法、物理気相成長法等の公知の方法で形成することができる。剥離性の観点から、ケイ素酸化物を用いて化学気相成長法で形成するものが好ましい。
【００７７】
また、アニオン伝導性高分子電解質膜１への電極１２，１３の形成方法は、さらに他の方法を用いることができる。すなわち、触媒層２０の形成された転写基材を触媒層２０側が接するように電極基材４上に転写する。次いで、加圧により触媒層２０を電極基材４に接合する。次いで、触媒層３の形成された転写基材を触媒層３側が接するように電極基材５上に転写し、加圧により触媒層３を電極基材５に接合する。
【００７８】
次に、転写基材をそれぞれ剥離してアノード電極１２及びカソード電極１３を作製し、これらを触媒層３，２０側が接するようにアニオン伝導性高分子電解質膜１の両面に形成した後、加圧して接合することにより製造することができる。
【００７９】
本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池１０には、アニオン伝導性高分子電解質膜１が設けられている。そのため、高い電解質膜強度と有機燃料の透過（例えば、エタノールクロスオーバー）を抑制して高い発電効率を有する固体アルカリ形燃料電池１０を得ることができる。
【００８０】
本実施の形態によれば、アノード電極１２に二酸化炭素吸収剤を含むことで、アノード電極１２で発生する二酸化炭素を吸収し、イオン伝導性の材料の低減を防止できるので、出力及び耐久性を向上させた固体アルカリ形燃料電池１０を提供することができる。
【００８１】
[第２の実施の形態]
本発明の第２の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池は、図３に示すように、アノード電極１２Ａが電極基材４、二酸化炭素吸収剤層１６及び触媒層２の順で積層して構成される。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
【００８２】
（二酸化炭素吸収剤層）
本実施の形態に係る二酸化炭素吸収剤層１６は、アノード電極１２で発生する二酸化炭素を吸収するためのものであり、少なくとも上述の二酸化炭素吸収剤を含有している。層の結着性を高めるために、バインダーを含有するのが好ましい。バインダーとしては、上述したアニオン伝導性高分子電解質やフッ素系樹脂を使用することができる。フッ素系樹脂としては、上述したものが挙げられる。また、イオン伝導性を良好にし、積層する場合には触媒層との密着性をより良好にするために、アニオン伝導性高分子電解質を含有してもよい。
【００８３】
二酸化炭素吸収剤層１６の厚みは、電極基材４の種類、後述する電解質膜の厚み等を考慮して適宜決定すればよいが、通常約５００〜３０００μｍ程度がよい。
【００８４】
二酸化炭素吸収剤として金属酸化物を用いる場合、その添加量は、例えば、バインダー及びアニオン伝導性高分子電解質の合計１質量部に対して、０．１〜２質量部程度であるのが好ましい。金属酸化物の添加量は少ないと二酸化炭素吸収量に乏しく、添加量が多いと燃料拡散性が悪くなり、また二酸化炭素吸収剤層１６の厚みが厚くなるので電気抵抗が高くなる。
【００８５】
本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池の製造方法は、アノード電極１２Ａを形成する方法が第１の実施の形態における製造方法と異なる点であり、他は第１の実施の形態と同様であるので、重複した説明は省略する。
【００８６】
本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池のアノード電極１２Ａの製造方法において、電極基材４に塗布等により二酸化炭素吸収剤層１６を形成した後、さらに二酸化炭素吸収剤層１６の上に触媒層２を塗布等により形成する。次いで、乾燥した後加圧することでアノード電極１２Ａを製造することができる。
【００８７】
また、アノード電極１２Ａの製造方法は、他の方法を用いてもよい。すなわち、二酸化炭素吸収剤層１６の形成された転写基材を二酸化炭素吸収剤層１６側が接するように電極基材４上に転写する。次いで、転写基材を剥離した後、剥離して露出した二酸化炭素吸収剤層１６の上に触媒層２の形成された転写基材を触媒層２側が接するように二酸化炭素吸収剤層１６上に転写し、加圧することで製造することもできる。
【００８８】
本実施の形態によれば、アノード電極１２に二酸化炭素吸収剤層１６を配置することで、アノード電極１２で発生する二酸化炭素を良好に吸収し、イオン伝導性を有する材料の低減を防止できるので、出力及び耐久性を向上させた固体アルカリ形燃料電池を提供することができる。
【００８９】
[第３の実施の形態]
本発明の第３の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池は、図４に示すように、アノード電極１２Ｂが、少なくとも二酸化炭素吸収剤を充填した電極基材１４と、電極基材１４上に配置された触媒層２とから構成される。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
【００９０】
電極基材１４は、二酸化炭素吸収剤に加えて、上述の触媒層を構成する材料やバインダ等を含有してもよい。  二酸化炭素吸収剤としては、第１の実施の形態で述べたのと同様の材質のものを用いればよい。
【００９１】
本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池の製造方法は、アノード電極１２Ｂを形成する方法が第１の実施の形態における製造方法と異なる点であり、他は第１の実施の形態と同様であるので、重複した説明は省略する。
【００９２】
本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池のアノード電極１２Ｂの製造方法において、触媒層２を形成する前に、電極基材４に二酸化炭素吸収剤（或いは、必要に応じて二酸化炭素吸収剤に触媒層を構成する材料やバインダ等を混合したもの）を充填する。二酸化炭素吸収剤の充填方法としては、塗工（ディップコート）・含浸・浸漬等、一般的な方法を用いることができる。或いは、二酸化炭素吸収剤を電極基材４に熱処理等をして担持させ保持させる方法等を用いて充填してもよい。次いで、二酸化炭素吸収剤の充填された電極基材１４上に触媒層２を形成し、乾燥した後加圧することでアノード電極１２Ｂを製造することができる。
【００９３】
また、本実施の形態においては、図５に示すように、二酸化炭素吸収剤の充填された電極基材１４と、触媒層２に代えて二酸化炭素吸収剤を含有した触媒層２０とから構成されるアノード電極１２Ｃとしてもよい。
【００９４】
また、上述の電極基材及び触媒層を組み合わせて、（ａ）触媒層２と、二酸化炭素吸収剤を含有した電極基材１４、（ｂ）触媒層２と、触媒層を構成する材料やバインダ等と二酸化炭素吸収剤を含有した電極基材１４、（ｃ）二酸化炭素吸収剤を含有した触媒層２０と、二酸化炭素吸収剤を含有した電極基材１４、或いは（ｄ）二酸化炭素吸収剤を含有した触媒層２０と、触媒層を構成する材料やバインダ等と二酸化炭素吸収剤を含有した電極基材１４、のように構成したアノード電極１２（Ｂ，Ｃ）としてもよい。
【００９５】
本実施の形態によれば、二酸化炭素吸収剤と、触媒層を構成する材料やバインダ等を混合して構成した材料とを、電極基材１４に充填したか、或いは触媒層２０を二酸化炭素吸収剤と触媒等とを混合して形成したので、二酸化炭素吸収剤が触媒周辺に存在することができる。これにより、二酸化炭素発生直後に二酸化炭素吸収剤により二酸化炭素を捕集（反応）できるので、より効率的に二酸化炭素を吸収することが可能となる。
【００９６】
本実施の形態によれば、アノード電極１２に二酸化炭素吸収剤を備えるので、アノード電極１２で発生する二酸化炭素を良好に吸収し、イオン伝導性を有する材料の低減を防止できるので、出力及び耐久性を向上させた固体アルカリ形燃料電池を提供することができる。
【００９７】
[その他の実施の形態]
以上、上述した第１乃至第３の実施の形態によって本発明を詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した第１乃至第３の実施の形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更形態として実施することができる。従って、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。
【実施例】
【００９８】
以下において、本発明を実施例に基づいて更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更実施可能である。
【００９９】
［実施例１］
（触媒層形成用触媒組成物）
まず、芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体のクロロメチル化合物をアミノ化することにより、５質量％アニオン（水酸化物イオン）伝導性高分子電解質１００ｇを得た。
【０１００】
次に、銀触媒担持カーボン（銀担持量：４０質量％、Ｅ−ＴＥＫ社製）２ｇに、イソプロピルアルコール１０ｇ、エタノール１０ｇ、６０質量％ポリテトラフルオロエチレン分散液（アルドリッチ社製）０．２ｇ、上記で得られた５質量％アニオン伝導性高分子電解質２０ｇ及び水６ｇを加え、これらを分散機にて攪拌混合することにより、カソード電極１３側の触媒層形成用触媒組成物を調製した。
【０１０１】
また、ニッケル触媒担持カーボン（Ｎｉ担持量：４０質量％）１ｇ及び酸化亜鉛（高純度化学社製  ＺＮＯ０２ＰＢ）１ｇに、イソプロピルアルコール１０ｇ、エタノール１０ｇ、６０質量％ポリテトラフルオロエチレン分散液（アルドリッチ社製）０．２ｇ、上記で得られた５質量％アニオン伝導性高分子電解質２０ｇ及び水６ｇを加え、これらを分散機にて攪拌混合することにより、アノード電極１２側の触媒層形成用触媒組成物を調製した。
【０１０２】
次に、カソード側触媒組成物及びアノード側触媒組成物をそれぞれ転写基材（ＰＥＴフィルム：Ｅ３１２０  東洋紡績株式会社製：厚さ１２μｍ）上に金属量として、カソード側には銀を、アノード側にはニッケルを、乾燥後の重量がそれぞれ４ｍｇ／ｃｍ２、２０ｍｇ／ｃｍ２となるように塗工した後、１００℃で１５分間乾燥させることにより両電極の転写フィルムを作製した。このとき、アノード側の触媒層２０の厚さは２０００μｍ、カソード側の触媒層３の厚さは２００μｍであった。
【０１０３】
次に、アニオン伝導性高分子電解質膜１としては、Ａｃｉｐｌｅｘ  Ａ−２２１（厚さ１３０〜１９０μｍ：旭化成株式会社製）を用い、６０×６０ｍｍの大きさに切断されたものを使用した。この電解質膜の両面に上記のアニオン伝導性高分子電解質を、厚さが５μｍとなるようにアプリケータ塗工して、６０℃で乾燥することにより、接着層を形成した。
【０１０４】
次に、アノード側の転写フィルム（５０×５０ｍｍ）を電極基材４である５０×５０ｍｍの液体拡散層（ニッケル発泡体セルメット：富山住友電工株式会社製、＃８：呼孔径４５０μｍ、厚さ８００μｍ）上に配置し、日機装社製プレス機を用いてＣＩＰ（加圧条件：２５℃、６０秒、２ｔoｎ）を行った後、転写基材を剥離して、アノード電極１２を作製した。
【０１０５】
次に、電解質膜１の両面に上記で作製したカソード側の転写フィルム（５０×５０ｍｍ）と、アノード電極１２（５０×５０ｍｍ）を配置した後、圧力５ＭＰａ、温度６０℃、５分間の条件で熱圧着した後、カソード側の転写フィルムの転写基材を剥離して、電解質膜−触媒層積層体を作製した。
【０１０６】
次いで、カソード側触媒層３上に電極基材５である５０×５０ｍｍのガス拡散層（カーボンクロス  ＬＴ−１２００Ｗ：Ｅ−ＴＥＫ社製）を積層して、実施例１のアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体を作製した。
【０１０７】
［実施例２］
酸化亜鉛を０．５ｇとして、アノード側の触媒層２０の厚さを１５００μｍ（乾燥後のニッケル重量が２０ｍｇ／ｃｍ２）とした以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体を作製した。
【０１０８】
［実施例３］
アノード電極１２を以下のようにして作製した。
ニッケル触媒担持カーボン（ニッケル担持量：４０質量％）１ｇに、イソプロピルアルコール５ｇ、エタノール５ｇ、６０質量％ポリテトラフルオロエチレン分散液（アルドリッチ製）０．１ｇ、上記と同じ５質量％アニオン（水酸基イオン）伝導性高分子電解質１０ｇ及び水３ｇを加え、これらを分散機にて攪拌混合することにより、アノード電極１２側の触媒層形成用触媒組成物Ａを調製した。
【０１０９】
次に、酸化亜鉛（高純度化学社製  ＺＮＯ０２ＰＢ）１ｇにイソプロピルアルコール５ｇ、エタノール５ｇ、６０質量％ポリテトラフルオロエチレン分散液（アルドリッチ製）０．１ｇ、上記と同じ５質量％アニオン（水酸基イオン）伝導性高分子電解質１０ｇ及び水３ｇを加え、これらを分散機にて攪拌混合することにより、二酸化炭素吸収剤層形成用組成物Ｂを調製した。
【０１１０】
アノード電極１２側の触媒組成物Ａと組成物Ｂをそれぞれ転写基材（ＰＥＴフィルム：Ｅ３１２０  東洋紡績株式会社製：厚さ１２μｍ）上に、触媒組成物Ａはニッケル触媒担持カーボンを乾燥後の重量が２０ｍｇ／ｃｍ２、組成物Ｂは酸化亜鉛を乾燥後の重量が２０ｍｇ／ｃｍ２となるように塗工した後、それぞれ１００℃で１５分間乾燥させることにより触媒層２と二酸化炭素吸収剤層１６がそれぞれ形成された転写フィルムを作製した。このときの厚さは、触媒層２及び二酸化炭素吸収剤層１６ともに２０００μｍであった。
【０１１１】
次に、二酸化炭素吸収剤層１６付き転写フィルム（５０×５０ｍｍ）を、５０×５０ｍｍの液体拡散層（ニッケル発泡体セルメット：富山住友電工株式会社製、＃８：呼孔径４５０μｍ、厚さ８００μｍ）上に配置して、ＣＩＰ（２５℃×６０秒×２ｔoｎ_日機装）を行った後、転写フィルムを剥離した。次いで、触媒層２付き転写フィルム（５０×５０ｍｍ）をさらに二酸化炭素吸収剤層１６上に配置し、ＣＩＰ（２５℃×６０秒×２ｔoｎ_日機装）を行い、転写フィルムを剥離することで、アノード電極１２Ａを作製した。
【０１１２】
次に、アノード電極１２を上記のアノード電極１２Ａとした以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体を作製した。
【０１１３】
［実施例４］
酸化亜鉛を１．５ｇとして、アノード側の触媒層２０の厚さを２５００μｍ（乾燥後のニッケル重量が２０ｍｇ／ｃｍ２）とした以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体を作製した。
【０１１４】
［実施例５］
アニオン伝導性高分子電解質膜１に接着層を形成しない点以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体を作製した。
【０１１５】
［実施例６］
二酸化炭素吸収剤として酸化亜鉛に代えて、酸化ニッケル（高純度化学社製；ＮＩＯ０４ＰＢ）を用いた以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体を作製した。
【０１１６】
［実施例７］
アニオン伝導性高分子電解質５ｇに気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ：昭和電工株式会社製）１ｇを加えて接着層を形成した以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体を作製した。
【０１１７】
［比較例１］
酸化亜鉛を添加しないで、アノード側の触媒層２０の厚さを１０００μｍ（乾燥後のニッケル重量が２０ｍｇ／ｃｍ２）とした以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体を作製した。
【０１１８】
（層厚の測定）
実施例１〜７及び比較例１で得られたアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体のアノード電極１２の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope ：走査型電子顕微鏡）を用いて観察し、触媒層３，２０の厚さを測定した。それぞれの触媒層３，２０の厚さは、表１に示す通りである。
【０１１９】
【表１】
2011009146.tif 000003
【０１２０】
（性能評価）
実施例１〜７及び比較例１で得られたアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体の両面にそれぞれガスケット１５及びセパレータ６，７を配置して、図１に示すような固体アルカリ形燃料電池１０を作製し、電池性能評価を実施した。性能評価は、燃料電池セルの最高出力密度及び無負荷抵抗値について行った。
【０１２１】
性能評価をするための運転条件は、セル温度を６０℃とし、使用燃料は、１０質量％水酸化カリウム水溶液と１０質量％エタノールの混合水溶液を用い、酸化剤ガスとして酸素ガスを用いた。
【０１２２】
性能評価は、以下のようにして行った。すなわち、燃料電池１０の作動温度を約６０℃に設定し、カソード電極１３側セパレータ７の酸化剤ガス流路９には酸素ガス、アノード電極１２側セパレータ６の燃料流路８には１０質量％水酸化カリウム水溶液と１０質量％エタノールの混合水溶液を供給し、３時間の無負荷エージング（ならし運転）を行う。エージング後（３時間後）に出力密度、無負荷抵抗及び燃料のｐＨについて１回目の測定を行った。１回目の測定後、運転を停止し（温度を室温まで冷まし、燃料供給を停止）、２日後に運転を再開し、再度無負荷エージング３時間を行った後、出力密度、無負荷抵抗及び燃料のｐＨについて２回目の測定を行った。これらの操作を合計３回繰り返し、１回目及び３回目の測定結果を表１に示した。なお、ｐＨの測定にはｐＨメーター（ＨＡＮＮＡ：日常防水ｐＨ計  ｐＨｅｐ５）を使用した。
【０１２３】
表１に示すように、出力密度及び無負荷抵抗値については、実施例１〜７は、いずれも３日の経過においても、変動が少なくほぼ安定した状態を示した。一方、比較例１は、３日の経過において、出力密度は１日目に比べ６０％近くまで低下し、無負荷抵抗値は１．８倍に増加した。また、燃料のｐＨについては、実施例１〜７では、いずれも３日の経過においても、変動が少なくほぼ安定した状態を示した。これに対して、比較例１は、３日の経過においては、１日目に比べて低い値を示しており、アルカリ濃度が低下したことが分かる。すなわち、イオン伝導性が低下し、このため性能低下となった。
【０１２４】
以上のことから、本発明による固体アルカリ形燃料電池は、耐久性が向上し、優れた電池性能を有することがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明は、固体アルカリ形燃料電池に関連した技術分野に好適に適用され得る。
【符号の説明】
【０１２６】
１・・・アニオン伝導性高分子電解質膜
２・・・アノード側触媒層
３・・・カソード側触媒層
４・・・電極基材（液体拡散層）
５・・・電極基材（ガス拡散層）
６，７・・・セパレータ
８・・・燃料流路
９・・・酸化剤ガス流路
１０・・・固体アルカリ形燃料電池
１１・・・外部回路
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ・・・アノード電極
１３・・・カソード電極
１４・・・二酸化炭素吸収剤を充填した電極基材
１６・・・二酸化炭素吸収剤層
２０・・・二酸化炭素吸収剤を含有した触媒層
【図１】
2011009146.tif 000004
【図２】
2011009146.tif 000005
【図３】
2011009146.tif 000006
【図４】
2011009146.tif 000007
【図５】
2011009146.tif 000008