(57)【要約】【課題】少なくともカソードの触媒層中の触媒の被毒を防止し、良好な触媒活性を維持することが可能な直接メタノール型燃料電池を提供する。【解決手段】集電体および集電体に形成された触媒層を有し、メタノール水溶液を燃料として導入されるアノードと、集電体および集電体に形成された触媒層を有し、アノードの触媒層にその触媒層が対向するように配置され、酸化剤が導入されるカソードと、これらのアノードとカソードの間に各触媒層と接するように介在された電解質膜とを備えた直接メタノール型燃料電池であって、少なくともカソードの触媒層は、触媒と、パーフルオロアルキルスルホン酸重合体と、Ｐｔの有機金属錯体を有する第１ビニルモノマー、Ｍ１（Ｍ１：Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，ＡｌまたはＣｕから選ばれる金属）の有機金属錯体を有する第２ビニルモノマーおよびＭ２（Ｍ２：ＥｕまたはＬａ）がイオン結合された有機金属錯体を有する第３ビニルモノマーの三元系金属含有共重合体と、を含むことを特徴とする。【選択図】    図２
2011108458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体およびこの集電体に形成された触媒層を有し、メタノール水溶液を燃料として導入されるアノードと、集電体およびこの集電体に形成された触媒層を有し、前記アノードの触媒層にその触媒層が対向するように配置され、酸化剤が導入されるカソードと、これらのアノードとカソードの間に前記各触媒層と接するように介在された電解質膜とを備えた直接メタノール型燃料電池であって、
少なくとも前記カソードの触媒層は、触媒と、パーフルオロアルキルスルホン酸重合体と、Ｐｔの有機金属錯体を有する第１ビニルモノマー、Ｍ１（Ｍ１：Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，ＡｌまたはＣｕから選ばれる金属）の有機金属錯体を有する第２ビニルモノマーおよびＭ２（Ｍ２：ＥｕまたはＬａ）がイオン結合された有機金属錯体を有する第３ビニルモノマーの三元系金属含有共重合体と、を含むことを特徴とする直接メタノール型燃料電池。
【請求項２】
前記第１〜第３のビニルモノマーは、主鎖に炭素がそれぞれ結合され、かつこの炭素に酸性官能基、塩基性官能基および前記各有機金属錯体が結合されていることを特徴とする請求項１記載の直接メタノール型燃料電池。
【請求項３】
前記三元系金属含有共重合体は、下記一般式（Ｉ）にて表わされることを特徴とする請
求項１記載の直接メタノール型燃料電池。
【化１】
2011108458.tif 000009
ただし、式中の（１）〜（３）はそれぞれ第１、第２、第３のビニルモノマーで、Ｒ1は下記構造式（Ａ）に示すビニル結合を有する脂肪族炭化水素とビニル結合した２つの炭素に結合された白金からなる有機金属錯体、Ｒ2は下記構造式（Ｂ）に示すヘテロ芳香族環に金属Ｍ１が結合した有機金属錯体、Ｒ3は下記構造式（Ｃ）に示す酢酸に金属Ｍ２がイオン結合した有機金属錯体、ｌ、ｍ、ｎはそれぞれ第１、第２、第３のビニルモノマーの重合度を示し、それぞれ１００〜３００，７０〜２００，３〜４０である。
【化２】
2011108458.tif 000010
【化３】
2011108458.tif 000011
ここで、Ｍ１はＳｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，ＦｅまたはＣｏから選択される金属である。
【化４】
2011108458.tif 000012
ここで、Ｍ２はＥｕまたはＬａから選択される金属である。
【請求項４】
前記一般式（Ｉ）のｌ、ｍ、ｎはそれぞれ１４０〜２５０、１００〜１６０、１０〜３０であることを特徴とする請求項４記載の直接メタノール型燃料電池。
【請求項５】
前記触媒は白金であることを特徴とする請求項１記載の直接メタノール型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接メタノール型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
直接メタノール型燃料電池のセル構造は、集電体およびこの集電体に形成された触媒層を有し、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）水溶液を燃料として導入されるアノードと、集電体およびこの集電体に形成された触媒層を有し、酸化剤が導入されるカソードと、これらのアノードとカソードの間に前記各触媒層と接するように介在されたプロトン伝導膜とを備える。各触媒層は、触媒とパーフルオロアルキルスルホン酸重合体であるナフィオン（Nafion）（デュポン社製商標名）と混合した混合物から形成されている。各触媒層中のナフィオンは、電解質膜であるプロトン伝導膜の構成樹脂として用いられていると共に、化学的安定性に優れ、かつ触媒を保持する役目をなす。
【０００３】
このようなセル構造を有する燃料電池において、大気中の汚染物質の１つであるエタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）が酸化剤である空気と共にカソードに流入すると、カソードの触媒層中の触媒を被毒し、その触媒活性を低下させる。なお、エタノールは例えば酒類および化粧品を発生源として大気に放散される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、少なくともカソードの触媒層中の触媒の被毒を防止し、良好な触媒活性を維持することが可能な直接メタノール型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】
【０００５】
本発明によると、集電体およびこの集電体に形成された触媒層を有し、メタノール水溶液を燃料として導入されるアノードと、集電体およびこの集電体に形成された触媒層を有し、前記アノードの触媒層にその触媒層が対向するように配置され、酸化剤が導入されるカソードと、これらのアノードとカソードの間に前記各触媒層と接するように介在された電解質膜とを備えた直接メタノール型燃料電池であって、
少なくとも前記カソードの触媒層は、触媒と、パーフルオロアルキルスルホン酸重合体と、Ｐｔの有機金属錯体を有する第１ビニルモノマー、Ｍ１（Ｍ１：Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，ＡｌまたはＣｕから選ばれる金属）の有機金属錯体を有する第２ビニルモノマーおよびＭ２（Ｍ２：ＥｕまたはＬａ）がイオン結合された有機金属錯体を有する第３ビニルモノマーの三元系金属含有共重合体と、を含むことを特徴とする直接メタノール型燃料電池が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、少なくともカソードの触媒層中の触媒被毒を防止し、触媒被毒に伴う触媒活性の低下を低減して出力向上を達成した直接メタノール型燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の単セルを示す概略分解斜視図。
【図２】図１の単セルに組み込まれた膜状電極ユニットを示す断面図。
【図３】合成例１〜５により得られた三元系金属含有共重合体の円２色性スペクトル測定の結果を示す図。
【図４】実施例１〜５および比較例１の評価用単セルの温度５０℃における電流−電圧曲線を示す図。
【図５】実施例１〜５および比較例１における一定電流密度に保持しながら、長時間稼動させた時の評価用単セルの電圧変化を示す図。
【図６】一般式（Ｉ）で表わされる三元系金属含有共重合体の第１ビニルモノマーの重合度ｌを変化させたときの評価用単セルの電圧変化を示す図。
【図７】一般式（Ｉ）で表わされる三元系金属含有共重合体の第２ビニルモノマーの重合度ｍを変化させたときの評価用単セルの電圧変化を示す図。
【図８】一般式（Ｉ）で表わされる三元系金属含有共重合体の第３ビニルモノマーの重合度ｎを変化させたときの評価用単セルの電圧変化を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態に係る直接メタノール型燃料電池を詳細に説明する。
【０００９】
実施形態に係る直接メタノール型燃料電池は、集電体に触媒層が形成され、メタノール水溶液を燃料として導入されるアノードと、集電体に触媒層が形成され、酸化剤が導入されるカソードと、これらのアノードとカソードの間に各触媒層と接するように介在された電解質膜とを備えている。少なくともカソードの触媒層は、触媒と、パーフルオロアルキルスルホン酸重合体と、Ｐｔの有機金属錯体を有する第１ビニルモノマー、Ｍ１（Ｍ１：Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，ＡｌまたはＣｕから選ばれる金属）の有機金属錯体を有する第２ビニルモノマーおよびＭ２（Ｍ２：ＥｕまたはＬａ）がイオン結合された有機金属錯体を有する第３ビニルモノマーの三元系金属含有共重合体と、を含む。
【００１０】
三元系金属含有共重合体の各ビニルモノマーは、主鎖に炭素がそれぞれ結合され、かつこの炭素に酸性官能基、塩基性官能基および前記各有機金属錯体が結合されていることが好ましい。
【００１１】
三元系金属含有共重合体は、下記一般式（Ｉ）にて表わされることが好ましい。
【化１】
2011108458.tif 000003
【００１２】
ただし、式中の（１）〜（３）はそれぞれ第１、第２、第３のビニルモノマーで、Ｒ1は下記構造式（Ａ）に示すビニル結合を有する脂肪族炭化水素とビニル結合した２つの炭素に結合された白金からなる有機金属錯体、Ｒ2は下記構造式（Ｂ）に示すヘテロ芳香族環に金属Ｍ１が結合した有機金属錯体、Ｒ3は下記構造式（Ｃ）に示す酢酸に金属Ｍ２がイオン結合した有機金属錯体、ｌ、ｍ、ｎはそれぞれ第１、第２、第３のビニルモノマーの重合度を示し、それぞれ１００〜３００，７０〜２００，３〜４０である。
【化２】
2011108458.tif 000004
【００１３】
【化３】
2011108458.tif 000005
【００１４】
ここで、Ｍ１はＳｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，ＦｅまたはＣｏから選択される金属である。
【化４】
2011108458.tif 000006
【００１５】
ここで、Ｍ２はＥｕまたはＬａから選択される金属である。
【００１６】
一般式（Ｉ）の第１ビニルモノマーの重合度ｌが１００未満と小さくなると、大気中の汚染物の１つであるエタノールがカソードに流入したときに、エタノールの分解能が低下して、触媒層中の触媒被毒を効果的に防ぐことが困難になる。より好ましい一般式（Ｉ）のｌは１４０〜２５０である。
【００１７】
一般式（Ｉ）の第２ビニルモノマーの重合度ｍが１００未満と小さくなると、大気中の汚染物の１つであるエタノールがカソードに流入したときに、エタノールの分解能が低下して、触媒層中の触媒被毒を効果的に防ぐことが困難になる。一方、重合度ｍの値が２００を超えると、触媒層と共存するパーフルオロアルキルスルホン酸重合体溶液への三元系金属含有共重合体の分散性が低下して、エタノールの分解能が低下して、同様に触媒層中の触媒被毒を効果的に防ぐことが困難になる。より好ましい一般式（Ｉ）のｍは１００〜１６０である。
【００１８】
一般式（Ｉ）の第３ビニルモノマーの重合度ｎが３未満と小さくなると、大気中の汚染物の１つであるエタノールがカソードに流入したときに、エタノールの分解能が低下して、触媒層中の触媒被毒を効果的に防ぐことが困難になる。一方、重合度ｎが４０を超えると、触媒層中で三元系金属含有共重合体が凝集し、エタノールの分解能が低下して、同様に触媒層中の触媒被毒を効果的に防ぐことが困難になる。より好ましい一般式（Ｉ）のｎは１０〜３０である。
【００１９】
実施形態に係る燃料電池の単セルを図１および図２を参照して具体的に説明する。図１は、単セルを示す概略分解斜視図、図２は図１の単セルに組み込まれた膜状電極を示す断面図である。
【００２０】
単セル１は、図１に示すように膜状電極１１を備えている。枠状のシール材２１ａ、燃料用流路板３１ａおよび集電板４１ａは、膜状電極１１の一方の面にこの順序で配列、積層されている。枠状のシール材２１ｂ、酸化性ガス用流路板３１ｂおよび集電板４１ｂは、膜状電極１１の他方の面にこの順序で配列、積層されている。
【００２１】
膜状電極１１は、図２に示すようにメタノール水溶液が導入されるアノード１２と、酸化剤が導入されるカソード１３と、これらのアノード１２，カソード１３間に介在される電解質膜１４とを備えている。アノード１２は、電解質膜１４に接する触媒層１２ａと、この触媒層１２ａに積層された例えばカーボンペーパからなる集電体（拡散層）１２ｂとから構成されている。カソード１３は、電解質膜１４に接する触媒層１３ａと、この触媒層１３ａに積層された例えばカーボンペーパからなる集電体（拡散層）１３ｂとから構成されている。
【００２２】
カソード１３の触媒層１３ａは、触媒と、パーフルオロアルキルスルホン酸重合体と、Ｐｔの有機金属錯体を有する第１ビニルモノマー、Ｍ１（Ｍ１：Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，ＦｅまたはＣｏから選ばれる金属）の有機金属錯体を有する第２ビニルモノマーおよびＭ２（Ｍ２：ＥｕまたはＬａ）がイオン結合された有機金属錯体を有する第３ビニルモノマーの三元系金属含有共重合体とを含む。この三元系金属含有共重合体は、前記一般式（Ｉ）で表わされることが好ましい。
【００２３】
なお、アノード１２の触媒層１２ａもカソード１３の触媒層１３ａと同様な構成、すなわちパーフルオロアルキルスルホン酸重合体と、Ｐｔの有機金属錯体を有する第１ビニルモノマー、Ｍ１（Ｍ１：Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，ＦｅまたはＣｏから選ばれる金属）の有機金属錯体を有する第２ビニルモノマーおよびＭ２（Ｍ２：ＥｕまたはＬａ）がイオン結合された有機金属錯体を有する第３ビニルモノマーの三元系金属含有共重合体とを含んでもよい。この三元系金属含有共重合体も前記一般式（Ｉ）で表わされることが好ましい。
【００２４】
触媒は、アノードの場合、例えば白金ルテニウム触媒、カソードの場合、例えば白金を用いることができる。
【００２５】
パーフルオロアルキルスルホン酸重合体は、例えばデュポン社製商標名のナフィオン（Nafion）を用いることができる。
【００２６】
以上説明した実施形態によれば、少なくともカソードの触媒層は触媒と、パーフルオロアルキルスルホン酸重合体と、Ｐｔの有機金属錯体を有する第１ビニルモノマー、Ｍ１（Ｍ１：Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，ＦｅまたはＣｏから選ばれる金属）の有機金属錯体を有する第２ビニルモノマーおよびＭ２（Ｍ２：ＥｕまたはＬａ）がイオン結合された有機金属錯体を有する第３ビニルモノマーの三元系金属含有共重合体とを含む。このようなカソードは、燃料電池の発電時に大気中に含まれる汚染物質の１つであるエタノールが酸化剤である空気と共に流入しても、前記三元系金属含有共重合体によりエタノールを分解できる。したがって、カソードの触媒層中の触媒（例えばＰｔ触媒）のエタノールによる被毒を防止して良好な触媒活性を維持でき、発電出力の向上を達成できる。
【００２７】
特に、一般式（Ｉ）にて表わされる三元系金属含有共重合体において各ビニルモノマーは主鎖に炭素がそれぞれ結合され、かつこの炭素にカルボキシル基、アミノ基および有機金属錯体がそれぞれ結合されて螺旋構造を形成しているため、エタノールの取り込み性が向上される。その結果、エタノールの分解性が促進される。また、一般式（Ｉ）にて表わされる三元系金属含有共重合体のように第１ビニルモノマーのＰｔの有機金属錯体、第２ビニルモノマーのＳｎ（またはＺｎ，Ｎｉ，ＦｅまたはＣｏ）の有機金属錯体の二元系に加えて、第３ビニルモノマーのＥｕ（またはＬａ）の有機金属錯体の作用によりエタノールの分解性をより一層向上できる。その結果、燃料電池の発電時に大気中に含まれる汚染物質の１つであるエタノールが酸化剤である空気と共にカソードに流入しても、前記一般式（Ｉ）で表わされる三元系金属含有共重合体によりエタノールを効果的に分解できる。したがって、カソードの触媒層中の触媒（例えばＰｔ触媒）のエタノールによる被毒をより効果的に防止して優れた触媒活性を維持できるため、発電出力をより一層向上できる。
【００２８】
さらに、アノードの触媒層もカソードの触媒層と同様に三元系金属含有共重合体を含む構成にすれば、カソードからアノードに流入するエタノールによるアノードの触媒層中の触媒（例えばＰｔ−Ｒｕ触媒）のエタノールによる被毒を防止して良好な触媒活性を維持できる。
【００２９】
以下、本発明の実施例を説明する。なお、実施例中の「部」は「重量部」を意味する。
【００３０】
（合成例１）
オーバーヘッドスターラー、ジムロート冷却管を取り付けた丸底反応容器にＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド３００部を入れ、この容器内に３−（白金−１−プロピレン）−３−アミノ−３−カルボキシ−１−プロピレン［一般式（Ｉ）における第１ビニルモノマー（１）］を１００部、３−ジフラルスズメチン−３−アミノ−３−カルボキシ−１−プロピレン［一般式（Ｉ）における第２ビニルモノマー（２）］を７０部、３−トリ酢酸ヨウロピウムメチル−３−アミノ−３−カルボキシ−１−プロピレン［一般式（Ｉ）における第３ビニルモノマー（３）］を３部入れ、反応溶液を溶解させた。さらにアゾビスイソブチロニトリル０．５部を添加後、反応溶液をオイルバスで５０℃で加熱させながら反応溶液を２時間攪拌した。攪拌後、反応溶液を取り出しアセトン２００部中に滴下することにより重合物を沈殿させ、遠心分離操作により単離し、三元系金属含有共重合体を合成した。
【００３１】
（合成例２）
第１ビニルモノマー（１）に３−（白金−１−プロピレン）−３−アミノ−３−カルボキシ−１−プロピレンを１４０部、第２ビニルモノマー（２）に３−ジフラル亜鉛メチン−３−アミノ−３−カルボキシ−１−プロピレンを１００部、第３ビニルモノマー（３）に３−トリ酢酸ランタンメチル−３−アミノ−３−カルボキシ−１−プロピレンを１０部用いた以外、合成例１と同様な方法により三元系金属含有共重合体を合成した。
【００３２】
（合成例３）
第１ビニルモノマー（１）に３−（白金−１−プロピレン）−３−アミノ−３−カルボキシ−１−プロピレンを２００部、第２ビニルモノマー（２）に３−ジフラルニッケルメチン−３−アミノ−３−カルボキシ−１−プロピレンを１３０部、第３ビニルモノマー（３）に３−トリ酢酸ユウロピウムメチル−３−アミノ−３−カルボキシ−１−プロピレンを２０部用いた以外、合成例１と同様な方法により三元系金属含有共重合体を合成した。
【００３３】
（合成例４）
第１ビニルモノマー（１）に３−（白金−１−プロピレン）−３−アミノ−３−カルボキシ−１−プロピレンを２５０部、第２ビニルモノマー（２）に３−ジフラル鉄メチン−３−アミノ−３−カルボキシ−１−プロピレンを１６０部、第３ビニルモノマー（３）に３−トリ酢酸ランタンメチル−３−アミノ−３−カルボキシ−１−プロピレンを３０部用いた以外、合成例１と同様な方法により三元系金属含有共重合体を合成した。
【００３４】
（合成例５）
第１ビニルモノマー（１）に３−（白金−１−プロピレン）−３−アミノ−３−カルボキシ−１−プロピレンを３００部、第２ビニルモノマー（２）に３−ジフラルコバルトメチン−３−アミノ−３−カルボキシ−１−プロピレンを２００部、第３ビニルモノマー（３）に３−トリ酢酸ランタンメチル−３−アミノ−３−カルボキシ−１−プロピレンを４０部用いた以外、合成例１と同様な方法により三元系金属含有共重合体を合成した。
【００３５】
合成例１〜５による第１ビニルモノマー（１）、第２ビニルモノマー（２）および第３ビニルモノマー（３）の配合割合を下記表１に示す。
【表１】
2011108458.tif 000007
【００３６】
［円２色性スペクトル測定］
得られた合成例１〜５の三元系金属含有共重合体０．１部をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド１０部に溶解させた溶液を試験溶液とした。これらの試験溶液３ｍＬをメスピペットで石英ガラスセル（内側寸法１０ｍｍ×１０ｍｍ×３５ｍｍ）入れた。石英ガラスセル内の試験溶液を蛍光分光光度計（株式会社堀場製作所製：FluoroMax-4）で円２色性スペクトルを測定した。なお、セルは蛍光測定前にゆっくりと振り混ぜた後、蛍光分光光度計のセル固定ポケットに固定した。その結果を図３に示す。
【００３７】
図３から明らかなように、合成例１〜５の三元系金属含有共重合体はいずれも１８８ｎｍ前後において正のコットン効果が見出され、α-へリックス構造を示す吸収スペクトルを示した。すなわち、いずれの三元系金属含有共重合体もα-へリックス構造を有していることが明らかになった。
【００３８】
また、合成例１〜５により得られた三元系金属含有共重合体の同定結果を下記表２に示す。
【表２】
2011108458.tif 000008
【００３９】
（実施例１）
［アノードの作製]
白金ルテニウム担持炭素粉末２０部および合成例１で得た三元系金属含有共重合体３部を５％パーフルオロアルキルスルホン酸重合体（デュポン社製商標名：ナフィオン（Nafion））溶液８０部に分散させてスラリーを調製した。得られたスラリーをカーボンペーパ（東レ社製：ＴＰＧ−Ｈ−１２０）上にコーターを用いて白金ルテニウムの担持量が２ｍｇ／ｃｍ2になるよう塗布してアノードを作製した。
【００４０】
［カソードの作製］
白金担持炭素粉末２０部および合成例１で得た三元系金属含有共重合体３部を５％パーフルオロアルキルスルホン酸重合体（デュポン社製商標名：ナフィオン（Nafion））溶液８０部に分散させてスラリーを調製した。得られたスラリーをカーボンペーパ（東レ社製：ＴＰＧ−Ｈ−１２０）上にコーターを用いて白金の担持量が１ｍｇ／ｃｍ2になるよう塗布してカソードを作製した。
【００４１】
［膜電極の作製］
得られたアノードおよびカソードをそれらの触媒層が対向するように配置し、これらの電極間に高分子電解質膜（デュポン社製NafionTM117）を配置した。その後、積層物をホットプレスして電極面積５ｃｍ2の膜電極を作製した。
【００４２】
［単セルの組立て］
得られた膜電極をコラムフロー流路を有する２枚のカーボン製セパレータおよび２枚の集電体で挟み込み、ボルト締めすることにより評価用単セルを組立てた。
【００４３】
（実施例２）
合成例１で得た三元系金属含有共重合体の代わりに合成例２で得た三元系金属含有共重合体を用いて、実施例１と同様な方法でアノードおよびカソードの作製、膜電極の作製、さらに評価用単セルの組立てを行なった。
【００４４】
（実施例３）
合成例１で得た三元系金属含有共重合体の代わりに合成例３で得た三元系金属含有共重合体を用いて、実施例１と同様な方法でアノードおよびカソードの作製、膜電極の作製、さらに評価用単セルの組立てを行なった。
【００４５】
（実施例４）
合成例１で得た三元系金属含有共重合体の代わりに合成例４で得た三元系金属含有共重合体を用いて、実施例１と同様な方法でアノードおよびカソードの作製、膜電極の作製、さらに評価用単セルの組立てを行なった。
【００４６】
（実施例５）
合成例１で得た三元系金属含有共重合体の代わりに合成例５で得た三元系金属含有共重合体を用いて、実施例１と同様な方法でアノードおよびカソードの作製、膜電極の作製、さらに評価用単セルの組立てを行なった。
【００４７】
（比較例１）
［アノードの作製]
白金ルテニウム担持炭素粉末２０部を５％パーフルオロアルキルスルホン酸重合体（デュポン社製商標名：ナフィオン（Nafion））溶液８０部に分散させて三元系金属含有共重合体を含まないスラリーを調製した。得られたスラリーをカーボンペーパ（東レ社製：ＴＰＧ−Ｈ−１２０）上にコーターを用いて白金ルテニウムの担持量が２ｍｇ／ｃｍ2になるよう塗布してアノードを作製した。
【００４８】
［カソードの作製］
白金担持炭素粉末２０部を５％パーフルオロアルキルスルホン酸重合体（デュポン社製商標名：ナフィオン（Nafion））溶液８０部に分散させて三元系金属含有共重合体を含まないスラリーを調製した。得られたスラリーをカーボンペーパ（東レ社製：ＴＰＧ−Ｈ−１２０）上にコーターを用いて白金の担持量が１ｍｇ／ｃｍ2になるよう塗布してカソードを作製した。
【００４９】
得られたアノードおよびカソードを用いて実施例１と同様な方法により膜電極の作製、さらに評価用単セルの組立てを行なった。
【００５０】
＜単セル評価＞
実施例１〜５および比較例１の単セルのアノード側に３重量％濃度のメタノール水溶液（燃料）を５ｍＬ／分の流速でそれぞれ供給し、単セルのカソード側に空気を１０ｍＬ／分の流速でそれぞれ供給した。空気は、エタノール揮発成分が常に２０ｐｐｍ存在するように供給した。５０℃の各単セルの電流−電圧特性を測定した。その結果を図４に示す。
図４から明らかなように実施例１〜５の単セルは、エタノール揮発成分が常に２０ｐｐｍ存在する空気を酸化剤として用いた場合、比較例１の単セルに比べて高い出力電圧を取り出すことができることがわかる。
また、実施例１〜５および比較例１の単セルのアノード側に３重量％濃度のメタノール水溶液（燃料）を５ｍＬ／分の流速でそれぞれ供給し、単セルのカソード側に空気を１０ｍＬ／分の流速でそれぞれ供給した。空気は、エタノール揮発成分が常に２０ｐｐｍ存在するように供給した。温度５０℃にて、電流密度を１００ｍＡ／ｃｍ2に一定に保持しながら２０００時間稼動させるときの電位変化を観察した。その結果を図５に示す。
【００５１】
図５から明らかなように実施例１〜５の単セルは、比較例１の単セルに比べて長時間稼動後にも高い電位保持率を示し、信頼性の高い発電を遂行できることがわかる。
【００５２】
（実施例６）
実施例２において一般式（Ｉ）における第２ビニルモノマー（２）の重合度ｍ＝１００、第３ビニルモノマー（３）の重合度ｎ＝１０の場合、第１ビニルモノマー（１）の重合度ｌを２０から３３０まで変化させながら、電流密度１００ｍＷ／ｃｍ2での燃料電池の電位を測定したときの結果を図６に示す。
【００５３】
図６から明らかなように、第１ビニルモノマー（１）の重合度ｌは１００〜３００の範囲において高い電位が観測されることがわかる。
【００５４】
（実施例７）
実施例２において一般式（Ｉ）における第１ビニルモノマー（１）の重合度ｌ＝１４０、第３ビニルモノマー（３）の重合度ｎ＝１０の場合、第２ビニルモノマー（２）の重合度ｍの値を７０から２００まで変化させながら、電流密度１００ｍＷ／ｃｍ2での燃料電池の電位を測定したときの結果を図７に示す。
【００５５】
図７から明らかなように第２ビニルモノマーの重合度ｍは７０〜２００の範囲において高い電位が観測されることがわかる。
【００５６】
（実施例８）
実施例１において一般式（Ｉ）における第１ビニルモノマー（１）の重合度ｌ＝１４０、第２ビニルモノマ（２）の重合度ｍ＝１００の場合、第３ビニルモノマー（３）の重合度ｎの値を３から４０まで変化させながら、電流密度１００ｍＷ／ｃｍ2での燃料電池の電位を測定したときの結果を図８に示す。
【００５７】
図８から明らかなように第３ビニルモノマーの重合度ｎは３〜４０の範囲において高い電位が観測されることがわかる。
【符号の説明】
【００５８】
１…単セル、１１…膜状電極、１２…アノード、１３…カソード、１２ａ、１３ａ…触媒層、１２ｂ、１３ｂ…集電体（拡散層）、１４…電解質膜。
【図１】
2011108458.tif 000013
【図２】
2011108458.tif 000014
【図３】
2011108458.tif 000015
【図４】
2011108458.tif 000016
【図５】
2011108458.tif 000017
【図６】
2011108458.tif 000018
【図７】
2011108458.tif 000019
【図８】
2011108458.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月26日(2010.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
このようなセル構造を有する燃料電池において、大気中の汚染物質の１つであるエタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）が酸化剤である空気と共にカソードに流入すると、カソードの触媒層中の触媒を被毒し、その触媒活性を低下させる。なお、エタノールは例えば酒類および化粧品を発生源として大気に放散される。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］  特開２００８−１２３９８５号公報
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月27日(2010.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明によると、集電体およびこの集電体に形成された触媒層を有し、メタノール水溶液を燃料として導入されるアノードと、集電体およびこの集電体に形成された触媒層を有し、前記アノードの触媒層にその触媒層が対向するように配置され、酸化剤が導入されるカソードと、これらのアノードとカソードの間に前記各触媒層と接するように介在された電解質膜とを備えた直接メタノール型燃料電池であって、
前記カソードの触媒層は、触媒と、パーフルオロアルキルスルホン酸重合体と、第１〜第３のビニルモノマーの三元系金属含有共重合体と、を含み、前記第１ビニルモノマーは主鎖に炭素が結合され、かつこの炭素に酸性官能基、塩基性官能基およびＰｔの有機金属錯体の炭素が結合され、前記第２ビニルモノマーは主鎖に炭素が結合され、かつこの炭素に酸性官能基、塩基性官能基およびＭ１（Ｍ１：Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，ＡｌまたはＣｕから選ばれる金属）の有機金属錯体の炭素が結合され、前記第３ビニルモノマーは酸性官能基、塩基性官能基およびＭ２（Ｍ２：ＥｕまたはＬａ）がイオン結合された有機金属錯体の炭素が結合されていることを特徴とする直接メタノール型燃料電池が提供される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体およびこの集電体に形成された触媒層を有し、メタノール水溶液を燃料として導入されるアノードと、集電体およびこの集電体に形成された触媒層を有し、前記アノードの触媒層にその触媒層が対向するように配置され、酸化剤が導入されるカソードと、これらのアノードとカソードの間に前記各触媒層と接するように介在された電解質膜とを備えた直接メタノール型燃料電池であって、
前記カソードの触媒層は、触媒と、パーフルオロアルキルスルホン酸重合体と、第１〜第３のビニルモノマーの三元系金属含有共重合体と、を含み、前記第１ビニルモノマーは主鎖に炭素が結合され、かつこの炭素に酸性官能基、塩基性官能基およびＰｔの有機金属錯体の炭素が結合され、前記第２ビニルモノマーは主鎖に炭素が結合され、かつこの炭素に酸性官能基、塩基性官能基およびＭ１（Ｍ１：Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，ＡｌまたはＣｕから選ばれる金属）の有機金属錯体の炭素が結合され、前記第３ビニルモノマーは酸性官能基、塩基性官能基およびＭ２（Ｍ２：ＥｕまたはＬａ）がイオン結合された有機金属錯体の炭素が結合されていることを特徴とする直接メタノール型燃料電池。
【請求項２】
前記触媒は白金であることを特徴とする請求項１記載の直接メタノール型燃料電池。
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月16日(2011.2.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明によると、集電体およびこの集電体に形成された触媒層を有し、メタノール水溶液を燃料として導入されるアノードと、集電体およびこの集電体に形成された触媒層を有し、前記アノードの触媒層にその触媒層が対向するように配置され、酸化剤が導入されるカソードと、これらのアノードとカソードの間に前記各触媒層と接するように介在された電解質膜とを備えた直接メタノール型燃料電池であって、
前記カソードの触媒層は、触媒と、パーフルオロアルキルスルホン酸重合体と、第１〜第３のビニルモノマーの三元系金属含有共重合体と、を含み、前記第１ビニルモノマーはビニル基に炭素が結合され、かつこの炭素に酸性官能基、塩基性官能基およびＰｔの有機金属錯体の炭素が結合され、前記第２ビニルモノマーはビニル基に炭素が結合され、かつこの炭素に酸性官能基、塩基性官能基およびＭ１（Ｍ１：Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，ＡｌまたはＣｕから選ばれる金属）の有機金属錯体の炭素が結合され、前記第３ビニルモノマーはビニル基に炭素が結合され、かつこの炭素に酸性官能基、塩基性官能基およびＭ２（Ｍ２：ＥｕまたはＬａ）がイオン結合された有機金属錯体の炭素が結合されていることを特徴とする直接メタノール型燃料電池が提供される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体およびこの集電体に形成された触媒層を有し、メタノール水溶液を燃料として導入されるアノードと、集電体およびこの集電体に形成された触媒層を有し、前記アノードの触媒層にその触媒層が対向するように配置され、酸化剤が導入されるカソードと、これらのアノードとカソードの間に前記各触媒層と接するように介在された電解質膜とを備えた直接メタノール型燃料電池であって、
前記カソードの触媒層は、触媒と、パーフルオロアルキルスルホン酸重合体と、第１〜第３のビニルモノマーの三元系金属含有共重合体と、を含み、前記第１ビニルモノマーはビニル基に炭素が結合され、かつこの炭素に酸性官能基、塩基性官能基およびＰｔの有機金属錯体の炭素が結合され、前記第２ビニルモノマーはビニル基に炭素が結合され、かつこの炭素に酸性官能基、塩基性官能基およびＭ１（Ｍ１：Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，ＡｌまたはＣｕから選ばれる金属）の有機金属錯体の炭素が結合され、前記第３ビニルモノマーはビニル基に炭素が結合され、かつこの炭素に酸性官能基、塩基性官能基およびＭ２（Ｍ２：ＥｕまたはＬａ）がイオン結合された有機金属錯体の炭素が結合されていることを特徴とする直接メタノール型燃料電池。
【請求項２】
前記触媒は白金であることを特徴とする請求項１記載の直接メタノール型燃料電池。