(57)【要約】  直接液体燃料電池用アノード（３）では、燃料の酸化もしくは分解反応の結果として水素ガスが発生する。燃料電池の電解質室（５）を向くように仕向けられたアノード（３）の表面が、実質完全にポリマー材料（６）によって覆われており、ポリマー材料（６）は、生成される水素ガスの少なくとも約８０％について、水素ガスがポリマー材料を通って電解質室（５）へ移ることを防止する。
2008516387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の酸化もしくは分解反応の結果として水素ガスが生成される直接液体燃料電池用アノードであって、
前記燃料電池の電解質室を向くようにされた前記アノードの表面が、実質的完全にポリマー材料によって覆われており、
前記ポリマー材料が、前記生成された水素ガスの少なくともその約８０％について、前記ポリマー材料を通って前記電解質室へ移るのを防止することを特徴とするアノード。  
【請求項２】
前記水素ガスの少なくとも約８５％が、前記電解質室へ入るのを防止されることを特徴とする請求項１に記載のアノード。  
【請求項３】
前記水素ガスの少なくとも約９０％が、前記電解質室へ入るのを防止されることを特徴とする請求項２に記載のアノード。
【請求項４】
前記水素ガスの少なくとも約９５％が、前記電解質室へ入るのを防止されることを特徴とする請求項３に記載のアノード。
【請求項５】
前記水素ガスの少なくとも約９８％が、前記電解質室へ入るのを防止されることを特徴とする請求項４に記載のアノード。
【請求項６】
前記ポリマー材料と前記アノードとの組み合わせの電気抵抗率が、約１Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くないことを特徴とする請求項１乃至５に記載のアノード。
【請求項７】
前記ポリマー材料と前記アノードとの組み合わせの電気抵抗率が、約０．９Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くないことを特徴とする請求項１乃至６に記載のアノード。
【請求項８】
前記ポリマー材料と前記アノードとの組み合わせの電気抵抗率が、約０．８５Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くないことを特徴とする請求項１乃至７に記載のアノード。
【請求項９】
前記ポリマー材料と前記アノードとの組み合わせの電気抵抗率が、約０．８Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くないことを特徴とする請求項１乃至８に記載のアノード。
【請求項１０】
前記アノードの表面が、前記ポリマー材料の単一層によって覆われていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のアノード。
【請求項１１】
前記ポリマー材料の少なくとも２つの層が、前記アノードの表面に配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のアノード。
【請求項１２】
前記ポリマー材料の前記少なくとも２つの層が、異なったポリマー材料を備えることを特徴とする請求項１１に記載のアノード。
【請求項１３】
前記ポリマー材料が、１つもしくはそれより多くのポリマー材料の層を有し、前記１つもしくはそれより多くのポリマー材料の層が、約２００μｍを超えない全体厚さを有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のアノード。
【請求項１４】
前記ポリマー材料が、１つもしくはそれより多くのポリマー材料の層を有し、前記１つもしくはそれより多くのポリマー材料の層が、少なくとも約２５μｍの全体厚さを有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のアノード。
【請求項１５】
前記ポリマー材料が、親水基を備えた少なくとも１つのポリマーを有することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載のアノード。
【請求項１６】
前記親水基が、ＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＳＯ３Ｈ基の中から１つもしくはそれより多く選択されたものであることを特徴とする請求項１５に記載のアノード。
【請求項１７】
前記親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ＯＨ基を有することを特徴とする請求項１５乃至１６のいずれかに記載のアノード。
【請求項１８】
前記親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ビニルアルコールのホモポリマーおよびコポリマーのうち少なくともいずれか１つを有することを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかに記載のアノード。
【請求項１９】
前記ビニルアルコールのホモポリマーおよびコポリマーのうち少なくともいずれか１つが、約１００，０００より多くない重量平均分子量を有することを特徴とする請求項１８に記載のアノード。
【請求項２０】
前記ビニルアルコールのホモポリマーおよびコポリマーのうち少なくともいずれか１つが、約３０，０００より少なくない重量平均分子量を有することを特徴とする請求項１８に記載のアノード。
【請求項２１】
前記親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ビニルアルコールのホモポリマーを有することを特徴とする請求項１５に記載のアノード。
【請求項２２】
前記親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ビニルアルコールのホモポリマーと、１つもしくはそれより多くのエチレン系不飽和コポリマーを有することを特徴とする請求項１７に記載のアノード。
【請求項２３】
前記ビニルアルコールのコポリマーが、ビニルアルコール／エチレンコポリマーを有することを特徴とする請求項２２に記載のアノード。
【請求項２４】
前記ビニルアルコールのコポリマーが、少なくとも約５０ｍｏｌ−％のビニルアルコール単位を有することを特徴とする請求項２２乃至２３のいずれかに記載のアノード。
【請求項２５】
前記ポリマー材料の少なくとも一部が、水溶液中で膨張可能であることを特徴とする請求項１乃至２４のいずれかに記載のアノード。
【請求項２６】
前記親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、少なくとも部分的に架橋されていることを特徴とする請求項１５乃至２４のいずれかに記載のアノード。
【請求項２７】
前記親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、親水性ポリマーの官能基と反応可能な少なくとも１つの官能基をもつポリマーを備えた架橋剤に対し、少なくとも部分的に架橋されることを特徴とする請求項２６に記載のアノード。  
【請求項２８】
親水基をもつ少なくとも一つのポリマーと前記架橋剤との重量比は、約２：１〜約１：２であることを特徴とする請求項２７に記載のアノード。
【請求項２９】
前記親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ＯＨ基を有するポリマーを有し、前記架橋剤が、ポリエチレングリコール、ポリエチレン酸化物およびそれらの組み合わせの中から選択されたポリマーを有することを特徴とする請求項２７乃至２８のいずれかに記載のアノード。
【請求項３０】
前記架橋剤が、約３００〜約１０，０００の重量平均分子量数をもつポリエチレングリコールを有することを特徴とする請求項２７乃至２９のいずれかに記載のアノード。
【請求項３１】
前記架橋剤が、約３５，０００〜約２００，０００の重量平均分子量数をもつポリエチレン酸化物を有することを特徴とする請求項２７乃至３０のいずれかに記載のアノード。
【請求項３２】
前記親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ケイ酸、ピロリン酸、糖アルコール、アルデヒドの中から選択された少なくとも１つの架橋剤に対し、少なくとも部分的に架橋されていることを特徴とする請求項２６に記載のアノード。
【請求項３３】
親水基をもつ少なくとも一つのポリマーと前記架橋剤との重量比は、約２：１〜約１：２であることを特徴とする請求項３２に記載のアノード。  
【請求項３４】
前記架橋剤が、ケイ酸アルカリ金属およびピロリン酸アルカリ金属のうち少なくともいずれかを有することを特徴とする請求項３２乃至３３のいずれかに記載のアノード。
【請求項３５】
前記架橋剤が、キシリトールおよびソルビトールのうち少なくともいずれかを有することを特徴とする請求項３２乃至３４のいずれかに記載のアノード。
【請求項３６】
前記架橋剤が、ホルムアルデヒドを有することを特徴とする請求項３２乃至３５のいずれかに記載のアノード。  
【請求項３７】
前記アノードが、金属メッシュ集電体を有することを特徴とする請求項１乃至３６のいずれかに記載のアノード。
【請求項３８】
前記金属が、ニッケルを有することを特徴とする請求項３７に記載のアノード。
【請求項３９】
前記アノードが、結合剤を有することを特徴とする請求項１乃至３８のいずれかに記載のアノード。
【請求項４０】
前記結合剤が、ポリテトラフルオロエチレンを有することを特徴とする請求項３９に記載のアノード。
【請求項４１】
燃料の酸化もしくは分解反応の結果として水素ガスが生成される直接液体燃料電池用アノードであって、
前記燃料電池の電解質室を向くようにされた前記アノードの表面が、少なくとも部分的に架橋されたビニルアルコールのホモポリマーと、ビニルアルコール単体の含有量が少なくとも約５０ｍｏｌ−％であるビニルアルコールのコポリマーのうち少なくともいずれかを有する材料による１つもしくはそれより多くの層によって実質的完全に覆われており、
前記１つもしくはそれより多くの層が、生成された水素ガスの少なくとも約９０％について、前記１つもしくはそれより多くの層に水素ガスが浸透して前記電解質室へ流れるのを防止し、
前記１つもしくはそれより多くの層を有する前記アノードが、約０．９Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くない電気抵抗率を有することを特徴とするアノード。
【請求項４２】
前記１つもしくはそれより多くの層が、ビニルアルコールのコポリマーと１つもしくはそれより多くのエチレン系不飽和コモノマーとを有する前記アノードと接触する第１の層と、前記第１の層の上に配置されてビニルアルコールのホモポリマーを有する第２の層といった２つの層を有することを特徴とする請求項４１に記載のアノード。
【請求項４３】
前記１つもしくはそれより多くの層が、ビニルアルコールのホモポリマーを有することを特徴とする請求項４１に記載のアノード。
【請求項４４】
前記１つもしくはそれより多くの層が、約２５μｍ〜約２００μｍの全体厚さを有することを特徴とする請求項４１乃至４３のいずれかに記載のアノード。
【請求項４５】
前記ビニルアルコールのポリマーが、ポリエチレン、グリコールそしてポリエチレン酸化物の中から選択された架橋剤と少なくとも部分的に架橋させられることを特徴とする請求項４１乃至４４のいずれかに記載のアノード。
【請求項４６】
前記ビニルアルコールのポリマーと前記架橋剤との重量比は、約２：１〜約１：２であることを特徴とする請求項４５に記載のアノード。
【請求項４７】
前記ビニルアルコールポリマーが、珪酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、ソルビトール、キシリトール、ホルムアルデヒドそしてそれらの２つもしくはそれより多くの組み合わせの中から選択される架橋剤に対し、少なくとも部分的に架橋されていることを特徴とする請求項４１乃至４４のいずれかに記載のアノード。
【請求項４８】
前記１つもしくはそれより多くの層が、前記生成された気体ガスの少なくとも約９５％について前記１つもしくはそれより多くの層に浸透するのを防止し、前記１つもしくはそれより多くの層を備えた前記アノードが、約０．８５Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くない電気抵抗率を有することを特徴とする請求項４１乃至４７のいずれかに記載のアノード。
【請求項４９】
前記アノードが、ニッケルメッシュ集電体を有することを特徴とする請求項４１乃至４８のいずれかに記載のアノード。
【請求項５０】
請求項１乃至４９のいずれかに記載されたアノードを備えた直接液体燃料電池。
【請求項５１】
前記燃料電池が、金属水素化物成分および金属ホウ化水素成分の少なくともいずれかを燃料室内に有することを特徴とする請求項５０に記載の燃料電池。
【請求項５２】
前記燃料電池が、燃料室内にホウ化水素ナトリウムを有することを特徴とする請求項５０乃至５１のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５３】
前記電解質室が、水性アルカリ金属水酸化物を有することを特徴とする請求項５０乃至５２のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５４】
水素ガスの生成とともに分解を起こす傾向にある液体燃料を使用する直接液体燃料電池であって、
カソードと、
アノードと、
前記カソードと前記アノードとの間に配置された電解質室と、
前記アノードの前記電解質室を向く側とは反対側に配置された燃料室と、
前記燃料室を向く前記アノードの表面に配置されたポリマー材料の１つもしくはそれより多くの層とを備え、
前記ポリマー材料の１つもしくはそれより多くの層が、液体燃料が燃料室にある場合、燃料室に存在する水素ガスの少なくとも実質的部分が前記１つもしくはそれより多くの層を通って前記電解質室内へ流れるのを防ぐことを特徴とする燃料電池。
【請求項５５】
前記燃料電池が、金属水素化物成分および金属ホウ化水素成分の少なくともいずれかを有する請求項５４に記載の燃料電池。
【請求項５６】
前記アノードが、単一層のポリマー材料を有することを特徴とする請求項５４乃至５５のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５７】
前記前記アノードが、少なくとも２層のポリマー材料を有することを特徴とする請求項５４乃至５５のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５８】
前記水素ガスの少なくとも約９０％が、前記電解質室へ入るのを防止されることを特徴とする請求項５４乃至５７のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５９】
前記水素ガスの少なくとも約９５％が、前記電解質室へ入るのを防止されることを特徴とする請求項５４乃至５８のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６０】
前記ポリマー材料を備えた前記アノードの電気抵抗率が、約１Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くないことを特徴とする請求項５４乃至５９のいずれかに記載の燃料電池。  
【請求項６１】
前記ポリマー材料を備えた前記アノードの電気抵抗率が、約０．９Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くないことを特徴とする請求項５４乃至６０のいずれかに記載の燃料電池。  
【請求項６２】
前記１つもしくはそれより多くのポリマー材料の層が、約２００μｍを超えない全体厚さを有することを特徴とする請求項５４乃至６１のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６３】
前記１つもしくはそれより多くのポリマー材料の層が、少なくとも約２５μｍの全体厚さを有することを特徴とする請求項５４乃至６２のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６４】
前記ポリマー材料が、親水基を備えた少なくとも１つのポリマーを有することを特徴とする請求項５４乃至６３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６５】
前記親水基が、ＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＳＯ３Ｈ基の中から１つもしくはそれより多く選択されたものであることを特徴とする請求項６４に記載の燃料電池。
【請求項６６】
前記少なくとも１つのポリマーが、ＯＨ基を有することを特徴とする請求項６５に記載の燃料電池。
【請求項６７】
前記少なくとも１つのポリマーが、ビニルアルコールのホモポリマーおよびコポリマーのうち少なくともいずれか１つを有することを特徴とする請求項６４乃至６６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６８】
前記ビニルアルコールのコポリマーが、少なくとも約５０ｍｏｌ−％のビニルアルコール単位を有することを特徴とする請求項６７に記載の燃料電池。
【請求項６９】
前記親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、親水性ポリマーの官能基と反応可能な少なくとも１つの官能基をもつポリマーを備えた架橋剤に対し、少なくとも部分的に架橋されることを特徴とする請求項６４乃至６８のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７０】
親水基をもつ少なくとも一つのポリマーと前記架橋剤との重量比は、約２：１〜約１：２であることを特徴とする請求項６９に記載の燃料電池。
【請求項７１】
前記親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ＯＨ基を有するポリマーを有し、前記架橋剤が、ポリエチレングリコール、ポリエチレン酸化物およびそれらの組み合わせの中から選択されたポリマーを有することを特徴とする請求項６４乃至６８のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７２】
前記親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ケイ酸アルカリ金属、ピロリン酸アルカリ金属、糖アルコール、アルデヒドの中から選択された少なくとも１つの架橋剤に対し、少なくとも部分的に架橋されていることを特徴とする請求項６４乃至６８のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７３】
前記アノードが、金属メッシュ集電体を有することを特徴とする請求項５４乃至７２のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７４】
前記アノードが、結合剤としてポリテトラフルオロエチレンを有することを特徴とする請求項５４乃至７３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７５】
前記電解質室が、水性アルカリ金属水酸化物を有することを特徴とする請求項５４乃至７４のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７６】
前記アルカリ金属水酸化物が、水酸化カリウムを有することを特徴とする請求項７５に記載の燃料電池。
【請求項７７】
カソードと、アノードと、前記カソードと前記アノードとの間に配置された電解質室と、前記アノードの前記電解質室を向く側とは反対側に配置された燃料室とを備えた燃料電池の電解質室における電解質の電気抵抗増加を減少、もしくは増加を実質的に防ぐ方法であって、
前記電解質室での電気抵抗の増加が、燃料室内の液体燃料による水素ガスの発生、そして前記アノードを通じた前記電解質室への移動の結果として生成される水素ガスの気泡によって生じ、
前記電解質室を向き、生成された水素ガスの実質的一部が通過するのを防ぐポリマー材料の１つもしくはそれより多くの層を備えた前記アノードの表面を提供することを特徴とする方法。
【請求項７８】
前記液体燃料が、水素化物成分およびホウ化水素成分の少なくともいずれかを有することを特徴とする請求項７７に記載の方法。  
【請求項７９】
前記液体燃料が、ホウ化水素アルカリ金属を有することを特徴とする請求項７７乃至７８のいずれかに記載の方法。  
【請求項８０】
前記液体燃料が、液体キャリア内で溶解、懸濁のうち少なくともいずれかされているホウ化水素ナトリウムを有することを特徴とする請求項７７乃至７９のいずれかに記載の方法。
【請求項８１】
前記水素ガスの少なくとも約９０％が、前記ポリマー材料の１つもしくはそれより多くの層を通ることが防止される請求項７７乃至８０のいずれかに記載の方法。
【請求項８２】
前記水素ガスの少なくとも約９５％が、前記ポリマー材料の１つもしくはそれより多くの層を通ることが防止される請求項７７乃至８１のいずれかに記載の方法。
【請求項８３】
前記ポリマー材料の１つもしくはそれより多くの層を備えた前記アノードの電気抵抗率が、約１Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くないことを特徴とする請求項７７乃至８２のいずれかに記載の方法。
【請求項８４】
前記ポリマー材料の１つもしくはそれより多くの層を備えた前記アノードの電気抵抗率が、約０．８５Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くないことを特徴とする請求項７７乃至８２のいずれかに記載の方法。
【請求項８５】
前記アノードの表面が、ポリマー材料の単一層によって覆われていることを特徴とする請求項７７乃至８４のいずれかに記載の方法。
【請求項８６】
ポリマー材料の少なくとも２つの層が、前記アノードの表面に配置されていることを特徴とする請求項７７乃至８４のいずれかに記載の方法。
【請求項８７】
前記ポリマー材料の１つもしくはそれより多くの層が、約２５μｍ〜約２００μｍの全体厚さを有することを特徴とする請求項７７乃至８６のいずれかに記載の方法。
【請求項８８】
前記ポリマー材料が、ＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＳＯ３Ｈ基の中から１つもしくはそれより多く選択された、親水基を有する少なくとも１つのポリマーを備えたことを特徴とする請求項７７乃至８７のいずれかに記載の方法。
【請求項８９】
前記少なくとも１つのポリマーが、ＯＨ基を有することを特徴とする請求項７７乃至８７のいずれかに記載の方法。
【請求項９０】
前記少なくとも１つのポリマーが、ビニルアルコールのホモポリマーおよびコポリマーのうち少なくともいずれか１つを有することを特徴とする請求項７７乃至８９のいずれかに記載の方法。
【請求項９１】
前記ビニルアルコールのホモポリマーおよびコポリマーのうち少なくともいずれかが、前記ビニルアルコールのホモポリマーおよびコポリマーのうち少なくともいずれかの官能基と反応可能な少なくとも１つの官能基をもつポリマーを備えた架橋剤に対し、少なくとも部分的に架橋されることを特徴とする請求項９０に記載の方法。
【請求項９２】
前記架橋剤が、ポリエチレングリコール、ポリエチレン酸化物およびそれらの組み合わせの中から選択されたポリマーを有することを備えたことを特徴とする請求項９１に記載の方法。
【請求項９３】
前記架橋剤が、ケイ酸アルカリ金属、ピロリン酸アルカリ金属、糖アルコール、アルデヒドのうち少なくもといずれか１つを有することを特徴とする請求項９１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素化物燃料を使用する直接液体燃料電池（ＤＬＦＣ）用のガス遮断アノードに関し、特に、水素化物燃料の分解で燃料電池の電解質で生じた水素の気泡によって起こる電解質の電気抵抗増加を防止する、もしくは増加を実質的に減少させるのに有効なアノードに関する。
【背景技術】
【０００２】
直接液体燃料電池は、新しいエネルギー変換技術の分野で非常に重要である。最も一般的に使用されているＤＬＦＣ用液体燃料は、メタノールである。そのような直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）の主な欠点は、メタノールの毒性と、常温で非常に僅かな放電性能しかないことにある。その結果、ＤＭＦＣは、概して携帯型電気機器のようなものに対して使用されていない。
【０００３】
（例えば、アルカリ溶液内の）水素化ホウ素ナトリウムなどの（金属性）水素化物およびホウ化水素成分に基づいた燃料は、非常に高い化学的、電気化学的活性度をもつ。その結果、そのような燃料を使用するＤＬＦＣは、常温においても非常に高い放電特性（電流密度、単位エネルギーなど）をもつ。
【０００４】
（ホウ化）水素化物燃料使用するＤＬＦＣを効率的に動かすためには、アノードの触媒粒子に（ホウ化）水素化物を連続的に送ることが要求される。例えば、ホウ化水素は、以下の式に従い、ＢＯ２−と水の生成を伴う直接反応によってアノードで電気化学的に酸化される。
ＢＨ４−  ＋  ８ＯＨ−  ＝  ＢＯ２−  ＋  ６Ｈ２Ｏ  ＋  ８ｅ−    （１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
副反応には、Ｈ２に対するホウ化水素の電気化学的な酸化とともに、電気化学的ではないホウ化水素の分解（自己放電）が含まれる。ホウ化水素の分解は、以下の式に従って起こる。
ＢＨ４−  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  ＢＯ２−  ＋  ４Ｈ２↑                （２）
【０００６】
上記副反応の結果としての水素ガスの生成は、いくつかの問題を生じさせる。その一つには、水素ガスがアノードを通って電解質室（electrolyte chamber）内へ移動することであり、電解質室内に水素の気泡を形成させ、電解質の電気抵抗を増加させる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、燃料の酸化もしくは分解反応の結果として水素ガスが生成される直接液体燃料電池用アノードを提供し、燃料電池の電解質室を向くようにされたアノードの表面が、実質的完全にポリマー材料によって覆われており、ポリマー材料が、生成された水素ガスの少なくともその約８０％について、ポリマー材料を通って電解質室へ移るのを防止することを特徴とする。
【０００８】
アノードの一つの態様では、水素ガスの少なくとも約８５％が、例えば、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％、あるいは少なくとも約９８％が、前記電解質室へ入るのを防止されるようになればよい。
【０００９】
アノードの他の態様では、ポリマー材料とアノードとの組み合わせの電気抵抗率が、約１Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くない、例えば、約０．９Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くない、約０．８５Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くない、約０．８Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くないようにすればよい。ここにおいておよび添付クレームに使用されている用語“エリア抵抗率（area resistivity ）”と“抵抗率”は、交換可能に使用される。
【００１０】
アノードの他の態様では、アノードの表面が、ポリマー材料の単一層によって覆われ、あるいは、ポリマー材料の少なくとも２つの層が、アノードの表面に配置されればよい。例えば、ポリマー材料の少なくとも２つの層が、異なったポリマー材料を備える。
【００１１】
さらに他の態様では、ポリマー材料が、１つもしくはそれより多くのポリマー材料の層を有し、１つもしくはそれより多くのポリマー材料の層が、約２００μｍを超えない全体厚さを有し、そして／又は、少なくとも約２５μｍの全体厚さを有するようにすればよい。
【００１２】
アノードの他の態様では、ポリマー材料が、親水基を備えた少なくとも１つのポリマーを有するようにすればよい。例えば、親水基が、ＯＨ基、ＣＯＯＨ基、および／又はＳＯ３Ｈ基であればよい。好ましくは、親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ＯＨ基を有する。また、他の態様によれば、親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ビニルアルコールのホモポリマーおよび／又はコポリマーであればよく、例えば、ポリマーは、約１００，０００より多くない重量平均分子量を有し、そして／または、約３０，０００より少なくない重量平均分子量を有する。限定しない例として、例えばビニルアルコールのコポリマーが、ビニルアルコールのコポリマーと、１つもしくはそれより多くのエチレン系不飽和コポリマー、例えば、ビニルアルコール／エチレンコポリマーを有する。また、ビニルアルコールのコポリマーが、少なくとも約５０ｍｏｌ−％のビニルアルコール単位を有するようにすればよい。      
【００１３】
アノードの他の態様では、ポリマー材料の少なくとも一部が、水溶液中で膨張可能であればよい。
【００１４】
親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、少なくとも部分的に架橋され、例えば、親水性ポリマーの官能基と反応可能な少なくとも１つの官能基をもつポリマーを備えた架橋剤に対し、少なくとも部分的に架橋される。好ましくは、親水基をもつ少なくとも一つのポリマーと架橋剤との重量比は、約２：１〜約１：２である。
【００１５】
親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ＯＨ基と、ポリエチレングリコール、ポリエチレン酸化物およびそれらの組み合わせの中から選択されたポリマーを有する架橋剤とを備えるようにすればよい。例えば、ポリエチレングリコールが約３００〜約１０，０００の重量平均分子量数をもち、ポリエチレン酸化物が、約３５，０００〜約２００，０００の重量平均分子量数をもつ。
【００１６】
他の態様では、親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ケイ酸、ピロリン酸、糖アルコール、アルデヒドの中から選択された少なくとも１つの架橋剤に対し、少なくとも部分的に架橋されていればよい。限定しない例として、架橋剤が、ケイ酸アルカリ金属、ピロリン酸アルカリ金属、キシリトール、ソルビトール、そしてホルムアルデヒドを含む。限定しない例として、親水基をもつ少なくとも一つのポリマーと架橋剤との重量比は、約２：１〜約１：２である。
【００１７】
アノードの他の態様では、アノードが、金属メッシュ集電体、例えばニッケルメッシュを備えればよい。さらに、アノードが、結合剤、例えばポリテトラフルオロエチレンを備えればよい。
【００１８】
本発明は、燃料の酸化もしくは分解反応の結果として水素ガスが生成される直接液体燃料電池用アノードを提供し、燃料電池の電解質室を向くようにされたアノードの表面が、少なくとも部分的に架橋されたビニルアルコールのホモポリマーと、ビニルアルコール単体の含有量が少なくとも約５０ｍｏｌ−％であるビニルアルコールのコポリマーのうち少なくともいずれかを有する材料による１つもしくはそれより多くの層によって実質的完全に覆われている。１つもしくはそれより多くの層が、生成された水素ガスの少なくとも約９０％について、１つもしくはそれより多くの層に水素ガスが浸透して電解質室へ流れるのを防止する。また、１つもしくはそれより多くの層を有する延期アノードが、約０．９Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くない電気抵抗率を有する。
【００１９】
アノードの他の態様では、１つもしくはそれより多くの層が、ビニルアルコールのコポリマーと１つもしくはそれより多くのエチレン系不飽和コモノマーとを有するアノードと接触する第１の層と、第１の層の上に配置されてビニルアルコールのホモポリマーを有する第２の層といった２つの層を有するようにすればよい。
【００２０】
１つもしくはそれより多くの層が、ビニルアルコールのホモポリマーを有するようにすればよい。
【００２１】
１つもしくはそれより多くの層が、約２５μｍ〜約２００μｍの全体厚さを有するようにすればよい。
【００２２】
さらに他の態様では、ビニルアルコールのポリマーが、ポリエチレン、グリコールそしてポリエチレン酸化物の中から選択された架橋剤と少なくとも部分的に架橋させられるようにすればよい。限定しない例として、ビニルアルコールのポリマーと架橋剤との重量比は、約２：１〜約１：２である。
【００２３】
他の態様では、ビニルアルコールポリマーが、珪酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、ソルビトール、キシリトール、ホルムアルデヒドそしてそれらの２つもしくはそれより多くの組み合わせの中から選択される架橋剤に対し、少なくとも部分的に架橋されているようにすればよい。
【００２４】
アノードの他の態様では、１つもしくはそれより多くの層が、生成された気体ガスの少なくとも約９５％について１つもしくはそれより多くの層に浸透するのを防止し、１つもしくはそれより多くの層を備えたアノードが、約０．８５Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くない電気抵抗率を有するようにすればよい。
【００２５】
アノードが、ニッケルメッシュ集電体を有するようにすればよい。
【００２６】
本発明は、上述した様々な態様を含む本発明のアノードを備えた調節液体燃料電池を提供する。
【００２７】
一つの態様では、燃料電池が、金属水素化物成分および／又は金属ホウ化水素成分を備えればよく、例えば、燃料室内にホウ化水素ナトリウムを有する。
【００２８】
他の態様では、電解質室が、水性アルカリ金属水酸化物を有するようにすればよく、例えば、水性水酸化カリウムを備える。
【００２９】
本発明は、水素ガスの生成とともに分解を起こす傾向にある液体燃料を使用する直接液体燃料電池であって、カソードと、アノードと、カソードとアノードとの間に配置された電解質室と、アノードの電解質室を向く側とは反対側に配置された燃料室と、燃料室を向くアノードの表面に配置されたポリマー材料の１つもしくはそれより多くの層とを備えた燃料電池を提供する。ポリマー材料の１つもしくはそれより多くの層が、（液体燃料が燃料室にある場合）燃料室に存在する水素ガスの少なくとも実質的部分が１つもしくはそれより多くの層を通って電解質室内へ流れるのを防ぐことを特徴とする。
【００３０】
燃料電池の一態様では、燃料電池が、金属水素化物成分および／又は金属ホウ化水素成分を有するようにすればよい。
【００３１】
他の態様では、アノードが、単一層のポリマー材料を有し、あるいは、アノードが、少なくとも２層のポリマー材料を有するようにすればよい。
【００３２】
他の態様では、水素ガスの少なくとも約９０％、例えば約９５％が、電解質室へ入るのを防止されればよい。
【００３３】
燃料電池のさらなる他の態様では、ポリマー材料を備えたアノードの電気抵抗率が、約１Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くなければよく、例えば、約０．９Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くない。
【００３４】
１つもしくはそれより多くのポリマー材料の層が、約２００μｍを超えない全体厚さ、そして／又は少なくとも約２５μｍの全体厚さを有するようにすればよい。
【００３５】
燃料電池の他の態様では、ポリマー材料が、例えばＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＳＯ３Ｈ基の中の１つあるいは幾つかの基といった親水基を備えた少なくとも１つのポリマーを有するようにすればよい。好ましい実施形態では、少なくとも１つのポリマーが、ＯＨ基を有する。限定しない例として、少なくとも１つのポリマーが、ビニルアルコールのホモポリマーおよび／又はコポリマーを備える。ビニルアルコールのコポリマーは、例えば、少なくとも約５０ｍｏｌ−％のビニルアルコール単位を有する。
【００３６】
他の態様では、親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、親水性ポリマーの官能基と反応可能な少なくとも１つの官能基をもつポリマーを備えた架橋剤に対し、少なくとも部分的に架橋されればよい。限定しない例として、親水基をもつ少なくとも一つのポリマーと架橋剤との重量比は、約２：１〜約１：２である。さらに、親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ＯＨ基を有するポリマーを備え、架橋剤が、ポリエチレングリコール、ポリエチレン酸化物およびそれらの組み合わせの中から選択されたポリマーを有するようにすればよい。また、親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ケイ酸アルカリ金属およびピロリン酸アルカリ金属、糖アルコール、アルデヒドの中から選択された少なくとも１つの架橋剤に対し、少なくとも部分的に架橋されればよい。
【００３７】
さらに燃料電池の他の態様では、アノードが、金属メッシュ集電体および／又はポリテトラフルオロエチレンを有する結合剤を備えればよい。
【００３８】
他の態様では、電解質室が、例えば水酸化カリウムなどの水性アルカリ金属水酸化物を有するようにすればよい。
【００３９】
本発明は、カソードと、アノードと、カソードとアノードとの間に配置された電解質室と、アノードの電解質室を向く側とは反対側に配置された燃料室とを備えた燃料電池の電解質室における電解質の電気抵抗増加を減少、もしくは増加を実質的に防ぐ方法を提供する。電解質室での電気抵抗の増加が、燃料室内の液体燃料による水素ガスの発生、そしてアノードを通じた電解質室への移動の結果として生成される水素ガスの気泡によって生じる。方法は、電解質室を向き、生成された水素ガスの実質的一部が通過するのを防ぐポリマー材料の１つもしくはそれより多くの層を備えたアノードの表面を提供することを含む。
【００４０】
方法の一態様では、液体燃料が、水素化物成分および／又はホウ化水素成分、例えば、ホウ化水素アルカリ金属を含む。限定しない例として、液体燃料が、液体キャリア内で溶解および／又は懸濁されているホウ化水素ナトリウムを有する。
【００４１】
他の態様では、素ガスの少なくとも約９０％、例えば、少なくとも約９５％が、ポリマー材料の１つもしくはそれより多くの層を通ることが防止されればよい。
【００４２】
方法の他の態様では、ポリマー材料の１つもしくはそれより多くの層を備えたアノードの電気抵抗率が、約１Ｏｈｍ・ｃｍ２、例えば、約０．８５Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くないようにすればよい。
【００４３】
さらに他の態様では、アノードの表面が、ポリマー材料の単一層によって覆われ、あるいは、ポリマー材料の少なくとも２つの層が、アノードの表面に配置されていてもよい。
【００４４】
他の態様では、ポリマー材料の１つもしくはそれより多くの層が、約２５μｍ〜約２００μｍの全体厚さを有するようにすればよい。
【００４５】
さらに他の態様では、ポリマー材料が、ＯＨ基、ＣＯＯＨ基、ＳＯ３Ｈ基の中から１つもしくはそれより多く選択された、親水基を有する少なくとも１つのポリマーを備えることもできる。限定しない例として、少なくとも１つのポリマーが、ＯＨ基を有する。
【００４６】
他の態様では、少なくとも１つのポリマーが、ビニルアルコールのホモポリマーおよび／又はビニルアルコールのコポリマーであればよい。好ましくは、このホモポリマーおよび／又はコポリマーは、、ビニルアルコールのホモポリマーおよびコポリマーのうち少なくともいずれかの官能基と反応可能な少なくとも１つの官能基をもつポリマーを備えた架橋剤に対し、少なくとも部分的に架橋される。例えば、架橋剤が、ポリエチレングリコール、ポリエチレン酸化物およびそれらの組み合わせを有する。代替的又は付加的に、架橋剤が、ケイ酸アルカリ金属、ピロリン酸アルカリ金属、糖アルコール、および／又はアルデヒドを有する。
【００４７】
他の例示スル実施形態および本発明の利点は、本明細書の開示および添付する図面を見ることによって確認される。
【００４８】
本発明は、本発明の例示的実施形態の限定しない例による複数の図面を参照して以下に続く発明の詳細な説明に記載され、そこでは、幾つかの図面を通じた同じ参照符号は、同じ構成要素を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
ここに示す特有のものは一例であって、単に本発明の侍史形態の例示的説明のためであり、そして、最も利用可能で容易に理解できる本発明の原理および概念的側面を記述していると信じるものを提供するために描かれている。これに関し、本発明の基本的な理解のために必要なこと以上詳細に本発明の構造的詳細を示す試みはなく、図面とともに記述は、当業者にとって本発明の幾つかの形式がどのように具現化されているかを表している。
【００５０】
図１に例示するように、本実施形態によるＤＬＦＣは、燃料室２および電解質室５を含むケース、すなわち容器本体１を含む。燃料室２は、水素化物あるいはホウ化水素燃料という形の液体燃料を備える。電解質室５は、例えば水性アルカリ金属水酸化物という形による液体電解質を含む。アノード３は、ケース１内に配置され、燃料室２と電解質室５とを分離する。カソード４はまた、ケース１内に配置され、アノード３とともに電解質室５を規定する。アノード３では、液体燃料の酸化が生じる。カソード４では、物質、典型的には周辺空気内の酸素が、還元される。さらに本実施形態による燃料電池は、電解質室５を向くアノードの表面上にポリマー材料６による少なくとも一つの層を備える。
【００５１】
本実施形態のアノードが構成されていない従来型ＤＬＦＣでは、アノード３および／又は燃料室２で形成される水素ガスのすべて、もしくは少なくとも実質的部分が、徐々に多孔性のアノードを通って電解質室５に入り、そこでは電解質に水素の泡（通常、微小気泡）が形成される。これは、電解質の電気抵抗増加を招く。アノードの電解質室５を向く表面上に少なくとも一つのポリマー層を設けたアノードは、水素ガスのすべて、もしくは少なくとも実質的部分（典型的には少なくとも約８０％、好ましくは少なくとも約９０％であって約９８％まで、あるいは約１００％に近く、以下ではしばしば“ガス遮断効率”として参照する）が電解質室に到達するのを防止し、これによって、電解質の電気抵抗増加を少なくとも実質的な範囲で避けることができる。電解質室に到達するのを防止される水素ガスの割合は、以下の実施例に記載された方法に従って決められる。
【００５２】
上述したように、アノードの一つの側面（主要面）は、実質的に完全に（および好ましくは完全に）少なくとも一つの層によるポリマー材料６によって覆われている。ポリマー材料によってアノードをカバーすることは、様々な方法によって達成できる。例えば、ポリマー材料の一つもしくは２つ以上のフィルムを、圧力下および／又は適当な接着剤（例えば、アノードの端部への接着）によって貼り付けることができる。好ましくは、ポリマー材料６である１つもしくは２つ以上の層が、コーティング作業によって（連続的に）貼り付けられる。例えば、所望されるポリマー材料の１つ又は２つ以上の溶液および／もしくは懸濁液が、アノードの表面に塗布され、各コーティング作業の後、溶液が、例えば熱処理および／もしくは真空処理によって少なくとも部分的に取り除かれる。限定しない典型的なコーティング処理の一例は、以下の実施例に記載されている。ポリマー層がアノード表面と直接接触しなくても、ポリマー材料が水素ガスの実質的部分について電解質室への流入を防ぎ、アノードとポリマー層の組み合わせによるイオン伝導性が非接触でもさほど悪影響を受けなければ、ポリマー材料は必ずしもアノード表面と直接接触する必要はない（直接接触することが望ましいけれども）。
【００５３】
２つもしくはそれより多いポリマー材料の層（例えば、２，３，４層のポリマー材料）が適用される場合、層は、同一もしくは異なった層を含む。例えば、単一のコーティング作業が十分な厚さ（および／もしくは機械的強度）を与えない、そして／あるいは、単一のコーティング作業によって連続的な（実質的に孔のない）コーティングフィルムを達成させるのが難しい場合、同一ポリマーの層に利点がある。
【００５４】
少なくとも２つの層の中で異なるポリマーを有する２つもしくはそれより多くの層は、例えば、望まれる性質の組み合わせをポリマー材料へ与えることに役立つ。例えば、アノードと直接接触するポリマー材料の第１の層は、アノード表面とよく接着する１つもしくは２つ以上のポリマーを含み、一方、第１の層とは異なるポリマーであって第１の層の上に配置される１つ又はそれより多くのポリマーを含む層は、その他の性質、例えば高いイオン伝導性を提供する。これに関し、実質的に約１Ｏｈｍ・ｃｍ２を越えない、より好ましくは０．９５Ｏｈｍ・ｃｍ２、特に、０．９Ｏｈｍ・ｃｍ２、０．８５Ｏｈｍ・ｃｍ２、あるいは０．８Ｏｈｍ・ｃｍ２を越えないイオン抵抗性をもつことは、アノードとポリマー材料との組み合わせにとって好ましい。イオン伝導性（抵抗性）は、以下の実施例に記載された方法によって測定される。
【００５５】
一つの層のポリマー材料、あるいは２つ（あるいはそれより多く）の層のポリマー材料がアノードに提供されていることに関わらず、各層は、個別に単一のポリマーもしくは２つ又はそれより多くのポリマーの混合物を含む。もちろん、２つ又はそれより多い層が提供される場合、これらの層は、同一もしくは異なった厚さをもてばよい。
【００５６】
アノードに配置された一つ又はそれより多いポリマー材料の層は、通常約０．２ｍｍを超えない組み合わせの厚さを有し、例えば、約０．１５ｍｍを超えない。一方、組み合わせの厚さは、このましくは、約０．０２５ｍｍより小さくなく、例えば、０．０３ｍｍより小さくない。
【００５７】
１つ又はそれより多くの層によるポリマー材料６の使用に適切なポリマーには、単独もしくは組み合わせによって、特に従来のＤＬＦＣの動作温度範囲、すなわち、常温から約６０℃までの範囲において、満足すべきイオン伝導性および高いガス遮断効率（水素ガスの低透過性）を供給するものが含まれる。また、一つもしくはそれより多くのポリマーは、長い期間約６０℃までの温度でアルカリ水溶液（特に、水溶性電解質）に浸されても、十分な範囲で十分な機械的強度を提供し、機械的完全無傷を維持しなければならない。これに関し、ＤＬＦＣに従来使用されているタイプの水溶液電解質の例は、水酸化カリウム溶液（例えば、約６Ｍ〜約７ＭのＫＯＨ）である。アノード表面に対する十分な接着もまた、望まれる特徴である。上述したように、使用するのに適切であるため望まれるすべての特性をもつことは、単一のポリマーに必要ない。ともにこれらの特性を与える二つまたはそれより多くの組み合わせが、同等に適切なものとなる。
【００５８】
満足するイオン伝導性を提供するポリマーの例は、水溶液で分解もしくは膨張できるものを含む。高いガス遮断効率は、例えば、適当なポリマー鎖を架橋することによって達成され、同時にポリマー層の機械的強度が増加する。
【００５９】
本実施形態での使用に好ましいポリマーは、ＯＨ、ＣＯＯＨおよび／又はＳＯ３Ｈ基などの一種類もしくはそれより多くの種類の親水基を含む。そのようなポリマーの限定しない例としては、ビニルアルコール、アクリル酸、メタクリル酸などの単位を含むホモポリマーおよびコポリマーがある。もちろん、異なった親水基をもつポリマーも使用可能である。明細書およびクレームで使用される“親水基”という用語は、例えば水素結合、イオン相互作用などを形成することによって水分子と親和性があり、そして／又は相互作用性のある基を含むことを意味する。本実施形態における使用に好ましい親水基を備えたポリマーの一例は、ＯＨ基を少なくとも含み、特に、ビニルアルコールのホモポリマー、およびコポリマーを含むポリマーである。
【００６０】
限定しないビニルアルコールのコポリマーの例としては、ビニルアルコールの単位と、一つ又はそれより多く（例えば、１つ又は２つ）のエチレン不飽和コモノマーを含む。好ましいコモノマーは、例えばエチレン、プロピレン、１−ブテン、１−オクテンなどのＣ２−Ｃ８アルケンを含む。特に好ましいコモノマーは、エチレンである。ビニルアルコールのコポリマー（あるいはその他の親水基を含むモノマー）、親水基のないコモノマー（例えばアルケンのようなもの）では、ビニルアルコール単位が、通常望まれるイオン伝導性を提供し、コモノマーは、好ましくはポリマーの基板（アノード表面）に対する接着を促進させる。
【００６１】
ビニルアルコールのコポリマーでは、ビニルアルコール単位が、特にコモノマーが親水基を含まないコポリマーの中で、好ましくは少なくとも５０ｍｏｌ−％の量で存在する。
【００６２】
本実施形態で使用するビニルアルコール（あるいは他のポリマー）のホモポリマーもしくはコポリマーの平均分子重量は、特に重要ではないが、しかしながら、この種のポリマーの従来範囲、すなわち、約１００，０００より著しく高くなく、約３０，０００より著しく低くない（重量平均分子量と表される）。
【００６３】
例えば上述したビニルアルコールのホモポリマーおよびコポリマーといった、本実施形態で使用する親水基を備えたポリマーの機械的強度およびガス遮断効率を向上させるため、ポリマーの鎖を架橋することに通常利点がある。架橋に適当な部位（site）は、ポリマー分子の親水基、および／又はポリマー分子で存在できる（エチレン系不飽和結合を含む）その他の官能基を含む。適当な架橋剤は、ポリマー分子に存在する一つ又はそれより多くの種類の官能基に反応する（もしくは少なくとも強く相互作用する）ことができる少なくとも２つ（例えば、２，３，４，５）の官能基を分子の中に備えたものを含む。官能基間の反応は、好ましくは（重付加を含む）重縮合、イオンもしくは遊離基重合、あるいは、反応体の間で結合（好ましくは共有結合）の形をもたらすその他の反応を含む。架橋剤は、有機もしくは無機の性質をもち、単量体あるいは重合体であり、そして、望ましくは２つ又はそれより多くの架橋剤が用いられる。
【００６４】
ビニルアルコールのホモポリマーおよびコポリマーを架橋する架橋剤の限定しない好ましい例としては、その他の種類のポリマーと同様、例えばポリアルキレングリコール、好ましくはポリエチレングリコールおよびポリエチレンオキシドといったポリマー架橋剤、そして、例えばケイ酸アルカリ金属およびピロリン酸アルカリ金属（例えば、ケイ酸ナトリウムもしくはケイ酸カリウム、およびピロリン酸ナトリウム、あるいはピロリン酸カリウム）、糖アルコール（例えば、キシリトール、ソルビトールなど）、そしてカルボニル成分、特にアルデヒド（例えば、ホルムアルデヒド）といったモノマー架橋剤を含む。
【００６５】
ポリマー架橋剤の場合、その重量平均分子量は、特に重要ではなく、商業的に利用可能な材料が用いられる。例えば、商業的に利用可能なポリエチレングリコールの重量平均分子量数は、典型的には約３００〜約１０，０００の範囲にあり、一方、商業的に利用可能なポリエチレン酸化物の重量平均分子量数は、典型的には約３５，０００〜約２００，０００の範囲にある。
【００６６】
ビニルアルコールのホモポリマーおよび／又はコポリマーが本実施形態において橋かけされる場合、これらポリマーと、例えば上述したような架橋剤との重量比は、好ましくは約２：１〜約１：２の範囲に定められる。もちろん、この範囲外の重量比も同様に用いることができる。当業者であれば、その他のポリマーおよび／又は架橋剤にとって適当な重量比を容易に確かめられることに気づくであろう。
【００６７】
本実施形態におけるアノードは、今現在の燃料およびＤＬＦＣにとって適切なアノードであればよい。アノードは、通常気体および液体の物質を透過可能な多孔性物質を備え、湿式、あるいは乾式の技術によって製造される。もちろん、その材料は、化学的攻撃に耐えることができなければならず、目に見える範囲で燃料の分解を触媒してはいけない。使用されるアノードの限定しない例としては、例えばニッケルあるいはステンレススチールメッシュといった、多孔性活性化層に取り付けられる金属メッシュ集電体を備える。限定しない例として、この活性化層は、触媒活性材料（例えばいくつか示すとＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈといった金属など）を担持する活性炭、そして、結合剤、ポリテトラフルオロエチレンなどの典型的なポリマー材料といったものを備える。もちろん、アノードを作るためのその他の材料も同様に使用できる。例えば、金属メッシュの代わりに金属発砲体、親水性カーボン紙が使用できる。
【００６８】
以下の限定しない例は、ビニルアルコールホモポリマーおよびコポリマーでグリコール架橋されたポリエチレンによって覆われるアノードの製造を示す。アノードは、以下の材料から成る。
（１）カーボンブラック触媒の重量で８５％の活性化層、およびポリテトラフルオロエチレンの重量で１５％の活性化層を備えたニッケルメッシュ（５８メッシュ、ワイヤ径０．１４ｍｍ、厚さ約５００μｍ）（湿式技術で製造）
（２）カーボンブラック触媒の重量で８０％の活性化層、およびポリテトラフルオロエチレンの重量で２０％の活性化層を備えたニッケルメッシュ（４０メッシュ、ワイヤ径０．１４ｍｍ、厚さ約４００μｍ）（乾式技術）
使用されるコーティング材料は以下の通りである。
ポリビニルアルコール（ＰＶＡ，メルク）            Ｍｗ＝７２，０００
ポリエチレングリコール（ＰＥＧ，アルドリッチ）    Ｍｎ＝３００
ビニルアルコール／エチレンコポリマー（ＶＡＥ、アルドリッチ）：
エチレン含有量２７ｍｏｌ−％
【実施例１】
【００６９】
８８ｇの脱イオン水中に７．３１ｇのＰＶＡと４．６９ｇのＰＥＧを溶かし、７０℃で２時間混合液をかき混ぜながら熱する下で、溶液が用意される。溶液の１ｍｌが、アノード（２０ｃｍ２）の一つの表面に塗布され、その後周囲の温度で２０分間空気中において乾燥させられる。そして、同じ溶液の１ｍｌが第１の層に塗布され、その後、アノードは、オーブンに移されて１２０℃で２時間乾燥させられる。
【００７０】
その結果コーティングされたアノードの抵抗率は０．８Ｏｈｍ・ｃｍ２であって、そのガス遮断効率は９９％である。
【実施例２】
【００７１】
２９ｇのｎ−プロパノール／水（１：１）中に０．６ｇのＶＡＥと０．４ｇのＰＥＧを溶かし、７０℃で２時間混合液をかき混ぜながら熱する下で、溶液が用意される。溶液の１ｍｌが、アノード（２０ｃｍ２）の一つの表面に塗布され、その後周囲の温度で２０分間空気中において乾燥させられる。
そして、実施例１における溶液の１ｍｌが第１の層に塗布され、その後、アノードは、オーブンに移されて９０℃で２時間乾燥させられる。
【００７２】
その結果コーティングされたアノードの抵抗率は０．９９Ｏｈｍ・ｃｍ２であって、そのガス遮断効率は９４％である。
【実施例３】
【００７３】
実施例２の溶液の１ｍｌが、アノード（２０ｃｍ２）の一つの表面に塗布され、その後周囲の温度によって２０分間空気中で乾燥させられる。そして、同じ溶液の１ｍｌが第１の層に塗布され、その結果コーティングされたアノードがオーブンに移されて９０℃で２時間乾燥させられる。
【００７４】
その結果コーティングされたアノードの抵抗率は０．８８Ｏｈｍ・ｃｍ２であって、そのガス遮断効率は８９％である。
【００７５】
上記実施例におけるコーティングされたアノードの抵抗率は、以下のように決定される。
【００７６】
方法原理
測定方法は、多孔性対象物のイオン伝導体に注がれる直流電流（ＤＣ）、およびその厚さ方向に沿って対象物に掛かる電解質の電位差を同時計測することに基づく。４つの電極セルが計測のため使用される。そのうち２つの電極は、“電流ソース(current source)”となる補助電極であって、他の２つの電極は、同一の“電位検知（potential sense）”となる参照電極である。
【００７７】
図２は、対象となる電気抵抗率を測定するためのセルの概略的断面図を示す。セル７は、電解質８で満たされている。セルには、“電流ソース”電極９、９’（作動電極および対電極）と、“電位検知”電極１０、１０’が設けられている。抵抗率が測定される対象物１１は、その主要な両面がともに電解質８と直接接触するように、セル７内部に配置されている。
【００７８】
電解質に染み込んだ多孔性対象物の抵抗は、計測下で対象物があるときの“電位検知”電極の細管キャピラリー（capillary）の抵抗値と、対象物がない場合のキャピラリーの抵抗値との差として定められる。抵抗Ｒは、（１）式によって計算される。
Ｒ＝Ｒ１−Ｒ０＝（ΔＥ１―ΔＥ０）／Ｉ                        （１）
ただし、Ｒ１およびΔＥ１は、それぞれ対象物があるときの抵抗値および電位であり、Ｒ０およびΔＥ０は、それぞれ対象物がないときの抵抗値および電位である。Ｉは、ソース電流である。２つの測定が行われ、１つは対象物のない電解質用電極について、もう一方は電解質に染み込んだ対象物があるときの電極について行われる。Ｒ０には、経験的な温度修正が含まれる。Ｒ０（ｔ２）＝Ｒ０（ｔ１）＊[１−０．０１７（ｔ２−ｔ１）]（温度範囲が２０〜２７℃のため）。
対象物（アノード）のエリア抵抗率ρは、式（２）によって計算される。
ρ＝Ｒ・Ｓ                                                  （２）
Ｓは、対象物の表面領域である。
【００７９】
実験設備および材料
１．ポテンシオスタット／ガルバノスタット、電流範囲±１００ｍＡ、電流精度０．１％、電圧測定精度０．０１ｍＶ
２．２つの“ソース”電極を備えた測定用電池
３．６．６Ｍ  ＫＯＨで満たされた２つの“電位検知”電極：Ｈｇ／ＨｇＯ電極（コスロウ（Koslow）、放射計解析器）
【００８０】
手順
１．測定されるアノード無しのセルを組み立てる。
２．“ソース”電極用の孔を使い、セルの高さ２／３まで電解質（６．６Ｍ  ＫＯＨ）によって満たし、“ソース”電極を挿入する。そして、電解質温度を測定する。
３．（６．６Ｍ  ＫＯＨで満たされた）２つのＨｇ／ＨｇＯ“電位検知”電極を挿入する。
４．“ソース”電極を、ポテンシオスタットの作動電極と対電極ワイヤに接続し、“電位検知”電極を、参照電極および検知電極ワイヤに接続する。
５．インターフェイス制御によって、ガルバノスタットの動作モードを選択し、以下のステップをプログラムする。
【表１】
2008516387.tif 000003
各ステップの期間は１秒である（全体で１０秒）。
電位読み出し周波数は０．２秒である。
プログラムを開始させ、データテーブルを印刷して、ΔＥ（ｍＶ）とそれに対するＩ（ｍＡ）をプロットする。Ｅ（Ｉ）の枝線を正の電流値および負の電流値に対して線形直線で近似する。
傾きの絶対値は抵抗値Ｒ０に等しい。
６．ポテンシオスタットのワイヤを取り外し、すべての電極を取り出し、セルを空にして分解し、蒸留水で水洗いする。
７．試験されるアノードを備えたセルを組み立てる。
同じ温度条件でステップ２〜６を繰り返し、抵抗値Ｒ１を決定する。
８．（１）式を使ってアノードにおける電解質の抵抗値を計算し、（２）式を使ってアノードの抵抗率を計算する。電解質の抵抗率は、参照データから得られ、Ｓ＝４ｃｍ２であって、アノードの厚さは別途計測される。
【００８１】
上記実施例におけるコーティングされたアノードのガス遮断層（ＧＢＬ）のガス遮断効率（ＥＧＢＬ）は、以下のように決定される。ＥＧＢＬは、（３）式によって計算される。
ＥＧＢＬ＝１００・（１−ＶＧＢＬ／Ｖ）                            （３）
ＶＧＢＬは、電解質室に浸透した水素ガスの容積であり、Ｖは、アノード／燃料室で生成された水素ガスの全容積である。
【００８２】
ＥＧＢＬを決定するため、あらかじめ定められた一定割合で水素ガスを生成し、ＧＢＬの側から水素ガスの流れを測定する必要がある。このため、図４に示す３室のセルが使用される。
【００８３】
セル１２は、耐アルカリ性プラスチック：ＤｅｌｒｉｎＴＭによって生産され、４ｃｍ２の標準電極１３、１５を備える。ボルトを使ってセルが組み立てられ、ゴム製Ｏ−リングにより漏れを防ぐ。ニッケルプレートは、対電極１５として機能し、標準電極のフレームに接着された多孔性ポリプロピレン膜（ＣｅｌｇａｒｄＴＭ）が、セパレータとして使用される。試験されるＧＢＬを備えたアノード１３は、セル１２内に配置される。セルは、４Ｍ  ＫＯＨで満たされ、そのレベルはセル１２の３室すべて同じでなければならない。試験されるアノード１３は、全体的に電解質へ浸されていなければならない。
【００８４】
セル１２は、図３に示すように、試験装置に接続される。ＤＣ電流ソースの負極は、（電流計と直列的に）アノード１３に接続され、正極は、ニッケル対電極１５に接続される。アノード１３では、一定の電流負荷の下で水素ガスが一定割合で生成され、酸素が対電極１５で生成される。電極１３、１５の間に配置される膜１４は、水素と酸素の流れを分離する。
【００８５】
ＥＧＢＬは、セル１２の中央室に流入する水素ガスの容積を生成された水素ガス全体の容積で割ることによって計算される。
【００８６】
セル１２の中央室の気体出口は、シリコンゴムチューブによって、水で満たされたドレクセル（Drexel）ボトル１６（温度計１９装備）に接続される。中央室からの水素ガスは、ドレクセルボトル１６から天秤１７の上に置かれたビーカー１８へ水を押しだす。セル１２の中央室から流出する水素ガスの単位時間当たりの容積は、ビーカー１８の時間に対する重量変化から得られる。
【００８７】
実験設備および材料
１．セル
２．試験用ＤＣ電源供給器（ＧＰＣ−３０２０型）
３．電流計（フルーク（Fluke）４５  マルチメータ）
４．温度計付きドレクセルボトル（２５０ｍｌ）
５．試験用天秤  Ａ＆Ｄ  ＧＸ−４００、分解能０．００１ｇ
６．ＲＳｋｅｙソフトウェアを備えたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）
【００８８】
測定手順
１．電池を４Ｍ  ＫＯＨで満たす。
２．ドレクセルボトルを水で満たし、セルに接続させる。
３．ドレクセルボトルの流出口を、ボトル蓋と接触しないようにボトル蓋内の開口部の上に位置決めさせる。
４．ＰＣをＯＮにし、バランスデータを読み出すためＲＳｋｅｙソフトウェアをスタートさせる。
５．ＤＣ電源供給器をＯＮにし、１００ｍＡ／ｃｍ２の一定電流に定め、一時間（一分間に一度）ＭＳエクセルフォーマットにおいてデータを記録する。
６．ドレクセルボトル内のガス温度を書き出す。
７．電源供給器をＯＦＦにする。
【００８９】
ＥＧＢＬの計測および計算例
図５は、トルーメンコンポジット（Trumen Composite）からのアノード＃３２８上で得られるプロットデータを例示する。重さ−時間座標系における線の傾きは、水の置換の割合に相当し、電池１２の中央室を離れる水素ガスに等しい。
ＶＧＢＬ＝０．２９４ｍｌ／ｍｉｎである。
【００９０】
２５℃における温度補正を考慮した全電流Ｉ＝０．４Ａ（０．１Ａ／ｃｍ２・４ｃｍ２）の下での全水素ガスの生成割合Ｖは、以下に等しい。
Ｖ＝Ｉ・（２２４００・６０／２Ｆ）・（（２７３＋ｔ）／２７３）      （４）
Ｆ＝９６５００（Ｃｏｕｌｏｍｂｓ／ｍｏｌ）は、ファラデー数である。
Ｖ＝０．４・（（２２４００・６０）／（２・９６５００））・（（２７３＋２５）／２７３）
＝３．０４１（ｍｌ／ｍｉｎ）                                        （５）
パーセントで表されるＥＧＢＬは、以下に等しい。
ＥＧＢＬ＝１００・（１−ＶＧＢＬ／Ｖ）                                  （３）
ＥＧＢＬ＝１００・（１−０．２９４／３．０４１）＝９０．３％            （６）
【００９１】
上述した例は、単に説明のために提供されており、本発明を限定するものとして解釈されるものではない。本発明は、例示的な実施形態を参照しながら記載されているが、ここで使用される用語は、記述、例示するための用語であって、限定する用語ではない。今現在記載され、補正された付随するクレームの範囲内で、本発明の範囲および意図から外れることなく、変更することが可能である。本発明は特定の手段、材料、および実施形態を参照しながらここでは記述されているけれども、本発明では、ここに開示された特定のものに限定される意図はなく、むしろ、本発明は、付随するクレームの範囲内と同様の機能的に均等な構成、方法、使用すべてにまで拡張する。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本実施形態によるアノードを含む燃料電池の概略的断面図である。
【図２】本実施形態によるアノードの電気抵抗率を計測するためのセルの概略的断面図である。
【図３】本実施形態によるアノードのポリマー材料のガス遮断効率を決定するため使用される試験装置の概略的図である。
【図４】図３に示す試験装置に使用される装置の概略的断面図である。
【図５】図３の試験装置によって得られるデータからガス遮断効率を決定するのに使用される例示的ダイアグラムである。
【図１】
2008516387.tif 000004
【図２】
2008516387.tif 000005
【図３】
2008516387.tif 000006
【図４】
2008516387.tif 000007
【図５】
2008516387.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月3日(2007.10.3)
【手続補正１】
【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】
燃料の酸化もしくは分解反応の結果として水素ガスが生成される直接液体燃料電池用アノードであって、
前記燃料電池の電解質室を向くようにされた前記アノードの表面が、実質的完全にポリマー材料によって覆われており、
前記ポリマー材料が、前記生成された水素ガスの少なくともその約８０％について、前記ポリマー材料を通って前記電解質室へ移るのを防止することを特徴とするアノード。  
【請求項２】
前記ポリマー材料と前記アノードとの組み合わせの電気抵抗率が、約１Ｏｈｍ・ｃｍ２より高くないことを特徴とする請求項１に記載のアノード。
【請求項３】
前記ポリマー材料が、親水基を備えた少なくとも１つのポリマーを有することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のアノード。
【請求項４】
前記親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ビニルアルコールのホモポリマーおよびコポリマーのうち少なくともいずれか１つを有することを特徴とする請求項３に記載のアノード。
【請求項５】
前記親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、少なくとも部分的に架橋されていることを特徴とする請求項３乃至４のいずれかに記載のアノード。
【請求項６】
前記親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ＯＨ基を有するポリマーを有し、前記架橋剤が、ポリエチレングリコール、ポリエチレン酸化物およびそれらの組み合わせの中から選択されたポリマーを有することを特徴とする請求項５に記載のアノード。
【請求項７】
前記親水基を備えた少なくとも１つのポリマーが、ケイ酸、ピロリン酸、糖アルコール、アルデヒドの中から選択された少なくとも１つの架橋剤に対し、少なくとも部分的に架橋されていることを特徴とする請求項５に記載のアノード。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載されたアノードを備えた直接液体燃料電池。
【請求項９】
前記燃料電池が、金属水素化物成分および金属ホウ化水素成分の少なくともいずれかを有する請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
カソードと、アノードと、前記カソードと前記アノードとの間に配置された電解質室と、前記アノードの前記電解質室を向く側とは反対側に配置された燃料室とを備えた燃料電池の電解質室における電解質の電気抵抗増加を減少、もしくは増加を実質的に防ぐ方法であって、
前記電解質室での電気抵抗の増加が、燃料室内の液体燃料による水素ガスの発生、そして前記アノードを通じた前記電解質室への移動の結果として生成される水素ガスの気泡によって生じ、
前記電解質室を向き、生成された水素ガスの実質的一部が通過するのを防ぐポリマー材料の１つもしくはそれより多くの層を備えた前記アノードの表面を提供することを特徴とする方法。