(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アニオン伝導性電解質膜と、
前記アニオン伝導性電解質膜の第１表面に積層される第１電極と、
前記アニオン伝導性電解質膜の前記第１表面に対向する第２表面に積層される第２電極と、
前記第１電極と離間して、前記第１表面に積層される第３電極と、
前記第２電極と電気的に接続される電極を前記第１電極または前記第３電極のいずれかに切り替えるための切り替え手段と、
を備えるアルカリ形燃料電池。
【請求項２】
前記アニオン伝導性電解質膜を介して、前記第１電極と前記第２電極とが対向して設けられる請求項１に記載のアルカリ形燃料電池。
【請求項３】
互いに離間して配置される複数の第３電極を備える請求項１または２に記載のアルカリ形燃料電池。
【請求項４】
前記第１電極は２つ以上に分割されており、
前記第３電極は、分割された２つの前記第１電極の間であって、前記第１電極と離間して配置される請求項１に記載のアルカリ形燃料電池。
【請求項５】
前記第１電極上に積層される第１集電層と、
前記第２電極上に積層される第２集電層と、
前記第３電極上に積層される第３集電層と
をさらに備え、
前記第１集電層と前記第３集電層とが電気的に絶縁されている請求項１〜４のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池。
【請求項６】
アニオン伝導性電解質膜と、
前記アニオン伝導性電解質膜の第１表面に積層される第１電極と、
前記アニオン伝導性電解質膜の前記第１表面に対向する第２表面に積層される第２電極と、
前記第１電極と離間して、前記第１表面に積層される第３電極と、
前記第２電極と離間して、前記第２表面に積層される第４電極と、
前記第２電極と電気的に接続される電極を前記第１電極または前記第３電極のいずれかに切り替え、前記第１電極と電気的に接続される電極を前記第２電極または前記第４電極のいずれかに切り替えるための切り替え手段と、
を備えるアルカリ形燃料電池。
【請求項７】
互いに離間して配置される複数の第４電極を備える請求項６に記載のアルカリ形燃料電池。
【請求項８】
前記第２電極は２つ以上に分割されており、
前記第４電極は、分割された２つの前記第２電極の間であって、前記第２電極と離間して配置される請求項６に記載のアルカリ形燃料電池。
【請求項９】
前記第１電極上に積層される第１集電層と、
前記第２電極上に積層される第２集電層と、
前記第３電極上に積層される第３集電層と、
前記第４電極上に積層される第４集電層と、
をさらに備え、
前記第１集電層と前記第３集電層とが電気的に絶縁されており、前記第２集電層と前記第４集電層とが電気的に絶縁されている請求項６〜８のいずれかに記載のアルカリ形燃料電池。
【請求項１０】
アニオン伝導性電解質膜と、
前記アニオン伝導性電解質膜の第１表面に積層される第１電極と、
前記アニオン伝導性電解質膜の前記第１表面に対向する第２表面に積層される第２電極と、
前記第１電極と離間して、前記第１表面に積層される第３電極と、
前記第２電極と離間して、前記第２表面に積層される第４電極と、
前記第３電極と前記第４電極とを電気的に接続するか、または前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続するかを切り替えるための切り替え手段と、
を備え、
前記アニオン伝導性電解質膜を介して、前記第１電極と前記第２電極とが対向して設けられ、
前記第３電極および前記第４電極は、前記第３電極から前記第４電極に至る最短経路が、前記第１電極と前記第２電極との間に介在するアニオン伝導性電解質膜内を通るように配置されるアルカリ形燃料電池。
【請求項１１】
前記第３電極は、前記第１電極の外側側方に配置されるとともに、前記第４電極は、前記第２電極における前記第３電極に対向する側とは反対側の外側側方に配置される請求項１０に記載のアルカリ形燃料電池。
【請求項１２】
前記第１電極上に積層される第１集電層と、
前記第２電極上に積層される第２集電層と、
前記第３電極上に積層される第３集電層と、
前記第４電極上に積層される第４集電層と、
をさらに備え、
前記第１集電層と前記第３集電層とが電気的に絶縁されており、前記第２集電層と前記第４集電層とが電気的に絶縁されている請求項１０または１１に記載のアルカリ形燃料電池。
【請求項１３】
アニオン伝導性電解質膜と、前記アニオン伝導性電解質膜の第１表面に積層される第１電極と、前記アニオン伝導性電解質膜の前記第１表面に対向する第２表面に積層される第２電極と、前記第１電極と離間して、前記第１表面に積層される第３電極と、を備えるアルカリ形燃料電池の使用方法であって、
前記第２電極に酸化剤を供給し、前記第３電極に還元剤を供給するとともに、前記第２電極と前記第３電極とを電気的に接続して、前記第２電極と前記第３電極との間に電流を流す工程と、
前記第２電極と前記第３電極との間の電気的接続を切断する工程と、
前記第１電極に還元剤を供給し、前記第２電極に酸化剤を供給するとともに、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続して、電力を得る工程と、
を含む使用方法。
【請求項１４】
アニオン伝導性電解質膜と、前記アニオン伝導性電解質膜の第１表面に積層される第１電極と、前記アニオン伝導性電解質膜の前記第１表面に対向する第２表面に積層される第２電極と、前記第１電極と離間して、前記第１表面に積層される第３電極と、前記第２電極と離間して、前記第２表面に積層される第４電極と、を備えるアルカリ形燃料電池の使用方法であって、
前記第１電極に酸化剤を供給し、前記第４電極に還元剤を供給するとともに、前記第１電極と前記第４電極とを電気的に接続して、前記第１電極と前記第４電極との間に電流を流す工程と、
前記第１電極と前記第４電極との間の電気的接続を切断する工程と、
前記第２電極に酸化剤を供給し、前記第３電極に還元剤を供給するとともに、前記第２電極と前記第３電極とを電気的に接続して、前記第２電極と前記第３電極との間に電流を流す工程と、
前記第２電極と前記第３電極との間の電気的接続を切断する工程と、
前記第１電極に還元剤を供給し、前記第２電極に酸化剤を供給するとともに、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続して、電力を得る工程と、
を含む使用方法。
【請求項１５】
アニオン伝導性電解質膜と、前記アニオン伝導性電解質膜の第１表面に積層される第１電極と、前記アニオン伝導性電解質膜の前記第１表面に対向する第２表面に積層される第２電極と、前記第１電極と離間して、前記第１表面に積層される第３電極と、前記第２電極と離間して、前記第２表面に積層される第４電極と、を備えるアルカリ形燃料電池の使用方法であって、
前記第３電極に還元剤または酸化剤のいずれか一方を供給し、前記第４電極に還元剤または酸化剤のいずれか一方であって、前記第３電極に供給される剤とは異なる剤を供給するとともに、前記第３電極と前記第４電極とを電気的に接続して、前記第３電極と前記第４電極との間に電流を流す工程と、
前記第３電極と前記第４電極との間の電気的接続を切断する工程と、
前記第１電極に還元剤を供給し、前記第２電極に酸化剤を供給するとともに、前記第１電極と前記第２電極とを電気的に接続して、電力を得る工程と、
を含む使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極複合体、これを用いたアルカリ形燃料電池およびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、小型軽量化や高出力密度を実現できる可能性を有していることから、携帯用電子機器用の新規電源や家庭用コジェネレーションシステムなどへの用途展開が精力的に進められている。燃料電池は、発電主要部として、電解質膜をアノード極およびカソード極で挟持した構成の膜電極複合体（ＭＥＡ）を備えており、電解質膜の種類によって、固体高分子形燃料電池（直接形燃料電池を含む）、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、アルカリ形燃料電池などに分類される。
【０００３】
アルカリ形燃料電池は、電解質膜としてアニオン伝導性電解質膜（アニオン交換膜）を用いた、電荷キャリアが水酸化物イオン（ＯＨ-）である燃料電池である。アルカリ形燃料電池においては、アノード極とカソード極とを電気的に接続すると、次のような電気化学反応によりアノード極とカソード極との間に電流が流れ、電気エネルギーを得ることができる。すなわち、カソード極に酸化剤（たとえば酸素または空気など）および水（この水は、アノード極で生じ、電解質膜を透過した水であり得る）を供給すると、下記式（１）：
カソード極：１／２Ｏ2＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ‐  →  ２ＯＨ-        （１）
で表される触媒反応によりＯＨ-が生成される。このＯＨ-は、水分子との水和状態で電解質膜を介してアノード極側に伝達される。一方、アノード極では、供給された還元剤（燃料）、たとえばＨ2ガスとカソード極から伝達されたＯＨ-とが、下記式（２）：
アノード極：Ｈ2＋２ＯＨ-  →  ２Ｈ2Ｏ＋２ｅ‐            （２）
で表される触媒反応を起こし、水および電子を生成する。
【０００４】
アルカリ形燃料電池においては、電解質膜および触媒層の電解質にアニオン伝導性電解質を用いるために、稼動停止中に、電解質膜および触媒層が環境中の二酸化炭素（ＣＯ2）を吸収し、電解質膜および触媒層中のＯＨ-は、ＣＯ32-および／またはＨＣＯ3-（以下、「ＣＯ2由来アニオン」ということがある。）に置換される〔下記式（３）および（４）参照〕。このようなＣＯ2由来アニオンの濃度上昇（ＯＨ-イオン濃度の低下）は、電解質のアニオン伝導度を低下させ、セル抵抗を大きく増大させる。
【０００５】
ＣＯ2＋２ＯＨ-  →  ＣＯ32-＋Ｈ2Ｏ                        （３）
ＣＯ2＋ＯＨ-  →  ＨＣＯ3-                               （４）
上記セル抵抗増大の問題は、燃料電池の稼動により生じるセルフパージと呼ばれる現象により改善できることが知られている。セルフパージとは、燃料電池の稼動により、アニオン伝導度の低下の要因である、電解質膜および触媒層に含まれるＣＯ2由来アニオンがアノード極に移動し、還元剤によって還元され、ＣＯ2ガスとしてアノード極から排出される現象をいい、具体的には下記式（５）および（６）：
Ｈ2＋ＣＯ32-  →  ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ-                     （５）
Ｈ2＋２ＨＣＯ3-  →  ２ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-              （６）
で表すことができる。
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に示されるように、セルフパージによれば、多くのＣＯ2由来アニオンがＯＨ-に再置換されるため、セル抵抗の増大を抑制することは可能であるものの、ある一定量残存したＣＯ2由来アニオンがセルフパージによってアノード極に局在化し、蓄積される結果、アノード極における反応過電圧が高くなり、発電効率が低下してしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｙｕ  Ｍａｔｓｕｉ，Ｍｏｒｉｈｉｒｏ  Ｓａｉｔｏ，Ａｋｉｍａｓａ  Ｔａｓａｋａ，ａｎｄ  Ｍｉｎｏｒｕ  Ｉｎａｂａ，ＥＣＳ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，２５（１３），１０５−１１０（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、セルフパージによるアノード極へのＣＯ2由来アニオンの蓄積を抑制することによりアノード極における反応過電圧を低下させることができ、もって良好な発電効率を示すアルカリ形燃料電池用の膜電極複合体およびこれを用いた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】
【０００９】
本発明は、アニオン伝導性電解質膜と、該アニオン伝導性電解質膜の第１表面に積層される第１電極と、該アニオン伝導性電解質膜の第１表面に対向する第２表面に積層される第２電極とを含むアルカリ形燃料電池用膜電極複合体であって、第１電極と離間して第１表面に積層される第３電極をさらに備える膜電極複合体（ＭＥＡ）を提供する。第１電極と第２電極とは、好ましくはアニオン伝導性電解質膜を介して対向するように設けられる。
【００１０】
本発明の膜電極複合体は、互いに離間して配置される複数の第３電極を備えることができる。この場合、複数の第３電極は、第１表面内において略均等に分散して配置されることが好ましい。
【００１１】
本発明の膜電極複合体は、第２電極と離間して第２表面に積層される第４電極をさらに備えることができ、また、互いに離間して配置される複数の第４電極を備えることができる。複数の第４電極を備える場合、これらは第２表面内において略均等に分散して配置されることが好ましい。
【００１２】
第４電極を備える１つの好ましい実施形態において、第１電極と第２電極とは、アニオン伝導性電解質膜を介して対向するように設けられ、第３電極から第４電極に至る最短経路が、第１電極と第２電極との間に介在するアニオン伝導性電解質膜内を通るように配置される第３電極および第４電極を備える。この実施形態において、好ましくは、第３電極は、第１電極の外側側方に配置されるとともに、第４電極は、第２電極における第３電極に対向する側とは反対側の外側側方に配置される。
【００１３】
また本発明は、上記膜電極複合体と、各電極上に積層される集電層とを少なくとも備えるアルカリ形燃料電池およびその使用方法を提供する。第１電極上に積層される第１集電層と第３電極上に積層される第３集電層とは電気的に絶縁される。また、膜電極複合体が第４電極を備える場合、第２電極上に積層される第２集電層と第４電極上に積層される第４集電層とは電気的に絶縁される。
【発明の効果】
【００１４】
上記のように、本発明の膜電極複合体は、実質的な発電を担う電極（すなわち、第１電極および第２電極）とは独立して、セルフパージ用として使用される第３電極および任意で設けられる第４電極を備えるものである。このような膜電極複合体を用いたアルカリ形燃料電池によれば、発電を担う電極にＣＯ2由来アニオンが蓄積することを抑制できるため、発電時においてアノード極として機能する電極（第１電極）における反応過電圧を低下させることができ、発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の膜電極複合体およびこれを用いたアルカリ形燃料電池の好ましい一例を示す概略断面図である。
【図２】図１に示されるＩＩ−ＩＩ線における概略断面図である。
【図３】図１に示されるＩＩＩ−ＩＩＩ線における概略断面図である。
【図４】本発明の膜電極複合体およびこれを用いたアルカリ形燃料電池の他の好ましい一例を示す概略断面図である。
【図５】図４に示されるＶ−Ｖ線における概略断面図である。
【図６】図４に示されるＶＩ−ＶＩ線における概略断面図である。
【図７】本発明の膜電極複合体およびこれを用いたアルカリ形燃料電池の他の好ましい一例を示す概略断面図である。
【図８】図７に示されるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における概略断面図である。
【図９】図７に示されるＩＸ−ＩＸ線における概略断面図である。
【図１０】本発明の膜電極複合体およびこれを用いたアルカリ形燃料電池の他の好ましい一例を示す概略断面図である。
【図１１】図１０に示されるＸＩ−ＸＩ線における概略断面図である。
【図１２】図１０に示されるＸＩＩ−ＸＩＩ線における概略断面図である。
【図１３】本発明の膜電極複合体およびこれを用いたアルカリ形燃料電池の他の好ましい一例を示す概略断面図である。
【図１４】図１３に示されるＸＩＶ−ＸＩＶ線における概略断面図である。
【図１５】図１３に示されるＸＶ−ＸＶ線における概略断面図である。
【図１６】図１３に示されるＸＶＩ−ＸＶＩ線における概略断面図である。
【図１７】図１３に示されるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線における概略断面図である。
【図１８】実施例１で作製したアルカリ形燃料電池を示す概略断面図である。
【図１９】図１８に示されるＸＩＸ−ＸＩＸ線における概略断面図である。
【図２０】図１８に示されるＸＸ−ＸＸ線における概略断面図である。
【図２１】実施例２で作製したアルカリ形燃料電池を示す概略断面図である。
【図２２】図２１に示されるＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線における概略断面図である。
【図２３】図２１に示されるＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線における概略断面図である。
【図２４】実施例３で作製したアルカリ形燃料電池を示す概略断面図である。
【図２５】図２４に示されるＸＸＶ−ＸＸＶ線における概略断面図である。
【図２６】図２４に示されるＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線における概略断面図である。
【図２７】図２４に示されるＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線における概略断面図である。
【図２８】図２４に示されるＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩ線における概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の膜電極複合体は、実質的な発電を担う電極（第１電極および第２電極）とは独立して、セルフパージ用の第３電極を別途に備えることを特徴としている。この第３電極は、発電時においてアノード極として機能する第１電極と同じ側のアニオン伝導性電解質膜表面（第１表面）に積層されるが、第１電極と離間して（接触しないように）配置される。また、本発明の膜電極複合体は、第３電極に加えて、セルフパージ用の第４電極を備えることもできる。この第４電極は、発電時においてカソード極として機能する第２電極と同じ側のアニオン伝導性電解質膜表面（第２表面）に積層されるが、第２電極と離間して（接触しないように）配置される。かかる膜電極複合体を備えるアルカリ形燃料電池は、第３、第４電極などを用いてセルフパージを行なった後、第１および第２電極を用いて実質的な発電を行なうものである。
【００１７】
このような膜電極複合体を用いたアルカリ形燃料電池によれば、セルフパージにより第１電極、第２電極およびアニオン伝導性電解質膜のＣＯ2由来アニオン濃度を低減（ＯＨ-濃度を増大）でき、これによりセル抵抗の増大を抑制できるとともに、セルフパージによるＣＯ2由来アニオンの蓄積は、第３電極および／または第４電極において主に生じることになるため、発電時においてアノード極として機能する第１電極における反応過電圧を低下させることができ、発電効率を向上させることができる。
【００１８】
また、セルフパージにより膜電極複合体にイオン電流が流れ、これにより膜電極複合体は適度に加温された状態となるため、セルフパージ後、発電を行なう際の起動性を高めることができ、発電開始初期から十分に高い電力を得ることができる。
【００１９】
以下、本発明の膜電極複合体、これを用いたアルカリ形燃料電池およびその使用方法について、実施の形態を示して詳細に説明する。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
（１）膜電極複合体およびアルカリ形燃料電池の構成
図１は、本実施形態に係る膜電極複合体およびこれを用いたアルカリ形燃料電池を示す概略断面図であり、図２および図３はそれぞれ、図１に示されるＩＩ−ＩＩ線、ＩＩＩ−ＩＩＩ線における概略断面図である。本実施形態のアルカリ形燃料電池１００は、膜電極複合体（ＭＥＡ）１０を備えることを特徴としている。膜電極複合体１０は、アニオン伝導性電解質膜１０１；アニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面に積層される第１電極１０３；アニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面に対向する第２表面に積層される第２電極１０２；および、第１電極１０３と離間して第１表面に積層される、セルフパージ用の第３電極１１０から主に構成される。電極の周縁には、電極端面からの空気等の浸入を防止するために、ガスケット１０６（たとえば、シリコーンゴム等の弾性樹脂からなる層や、エポキシ系樹脂等の硬化性樹脂の硬化物層）が設けられている。
【００２１】
第１電極１０３と第２電極１０２とは、アニオン伝導性電解質膜１０１を介して対向するように設けられている。また、本実施形態において、第１電極１０３は２つに分割されて積層されており、これら２つの第１電極１０３の間に、第１電極１０３と離間するように第３電極１１０が配置されている。
【００２２】
また、アルカリ形燃料電池１００は、第１電極１０３上に積層される第１集電層１０５；第２電極１０２上に積層される第２集電層１０４；および、第３電極１１０上に積層される第３集電層１２０を備えている。これらの集電層は、これに接する電極との間で電子の授受を行なうとともに、電気的配線を行なうための部材である。第１集電層１０５と第３集電層１２０とは、これらの集電層の間に絶縁層１３０を介在させることにより互いに電気的に絶縁されている。また、第１集電層１０５および第３集電層１２０には、第１電極１０３または第３電極１１０に還元剤を供給するための第１流路１０５ａが設けられている。同様に、第２集電層１０４には、第２電極１０２に酸化剤を供給するための第２流路１０４ａが設けられている。このように、本実施形態において各集電層は、還元剤や酸化剤を供給するための部材でもある。
【００２３】
さらに、アルカリ形燃料電池１００は、外部配線１４５と、外部配線１４５に介在する切り替え手段（スイッチ）１４０とを備える。切り替え手段１４０は、集電層間の接続関係を切り替えるためのものであり、第２集電層１０４と電気的接続される集電層を、第１集電層１０５または第３集電層１２０のいずれかに切り替えることができる。
【００２４】
（アニオン伝導性電解質膜）
アニオン伝導性電解質膜１０１としては、ＯＨ-イオンを伝導でき、かつ、第１電極１０３および第３電極１１０と第２電極１０２との間の短絡を防止するために電気的絶縁性を有する限り特に制限されないが、アニオン伝導性固体高分子電解質膜を好適に用いることができる。アニオン伝導性固体高分子電解質膜の好ましい例は、たとえば、パーフルオロスルホン酸系、パーフルオロカルボン酸系、スチレンビニルベンゼン系、第４級アンモニウム系の固体高分子電解質膜（アニオン交換膜）が挙げられる。また、ポリアクリル酸に濃厚水酸化カリウム溶液を含浸させた膜やアニオン伝導性固体酸化物電解質膜をアニオン伝導性電解質膜１０１として用いることもできる。
【００２５】
アニオン伝導性電解質膜１０１は、アニオン伝導率が１０-5Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましく、パーフルオロスルホン酸系高分子電解質膜などのアニオン伝導率が１０-3Ｓ／ｃｍ以上の電解質膜を用いることがより好ましい。アニオン伝導性電解質膜１０１の厚みは、通常５〜３００μｍであり、好ましくは１０〜２００μｍである。
【００２６】
（第１電極および第２電極）
アニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面に積層され、発電時にアノード極として機能する第１電極１０３、および、第１表面に対向する第２表面に積層され、発電時にカソード極として機能する第２電極１０２には、触媒と電解質とを含有する多孔質層からなる触媒層が少なくとも設けられる。これらの触媒層は、アニオン伝導性電解質膜１０１の表面に接して積層される。第１電極１０３の触媒（アノード触媒）は、第１電極１０３に供給された還元剤とＯＨ-とから、水および電子を生成する反応を触媒する。第１電極１０３の電解質は、アニオン伝導性電解質膜１０１から伝導してきたＯＨ-を触媒反応サイトへ伝導する機能を有する。一方、第２電極１０２の触媒（カソード触媒）は、第２電極１０２に供給された酸化剤および水と、第１電極１０３から伝達された電子とから、ＯＨ-を生成する反応を触媒する。第２電極１０２の電解質は、生成したＯＨ-をアニオン伝導性電解質膜２０１へ伝導する機能を有する。
【００２７】
アノード触媒およびカソード触媒としては、従来公知のものを使用することができ、たとえば、白金、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、これらの金属化合物、およびこれらの金属の２種以上を含む合金からなる微粒子が挙げられる。合金は、白金、鉄、コバルト、ニッケルのうち少なくとも２種以上を含有する合金が好ましく、たとえば、白金−鉄合金、白金−コバルト合金、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、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。アノード触媒とカソード触媒とは同種であってもよいし、異種であってもよい。
【００２８】
アノード触媒およびカソード触媒は、担体、好ましくは導電性の担体に担持されたものを用いることが好ましい。導電性担体としては、たとえば、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等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭等の導電性カーボン粒子が挙げられる。また、気相法炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ、カーボンナノワイヤー等の炭素繊維を用いることもできる。
【００２９】
第１電極１０３および第２電極１０２の電解質としては、アニオン伝導性固体高分子電解質膜を構成する電解質と同様のものを用いることができる。各触媒層における触媒と電解質との含有比は、重量基準で、通常５／１〜１／４であり、好ましくは３／１〜１／３である。
【００３０】
第１電極１０３および第２電極１０２はそれぞれ、触媒層上に積層されるガス拡散層を備えていてもよい。ガス拡散層は、供給される還元剤または酸化剤を面内において拡散させる機能を有するとともに、触媒層との間で電子の授受を行なう機能を有する。
【００３１】
ガス拡散層は、導電性を有する多孔質層であることができ、具体的には、たとえば、カーボンペーパー；カーボンクロス；カーボン粒子を含有するエポキシ樹脂膜；金属または合金の発泡体、焼結体または繊維不織布などであることができる。ガス拡散層の厚みは、厚み方向に対して垂直な方向（面内方向）への還元剤または酸化剤の拡散抵抗を低減させるために、１０μｍ以上であることが好ましく、厚み方向への拡散抵抗を低減させるために、１ｍｍ以下であることが好ましい。ガス拡散層の厚みは、より好ましくは１００〜５００μｍである。
【００３２】
第１電極１０３と第２電極１０２とは、図１に示されるように、好ましくはアニオン伝導性電解質膜１０１を介して対向するように設けられる。このような対向配置は、第１電極１０３と第２電極１０２との間の距離を最も短くさせ、これにより、これらの電極間に電流が流れる際の抵抗が低減されるため、発電効率の低下が抑制することができる。
【００３３】
第１電極１０３および第２電極１０２は、燃料電池単位面積あたりの出力を向上させる観点から、アニオン伝導性電解質膜１０１上にできるだけ大きい面積を有して形成されることが好ましく、たとえば図２に示されるように、アニオン伝導性電解質膜１０１と同じ長さまたは同程度の長さを有して形成されることが好ましい。
【００３４】
（第３電極）
第３電極１１０はセルフパージ用の電極であり、還元剤の供給によりＣＯ2由来アニオンをＣＯ2ガスとして排出する電極である。第３電極１１０の構成および組成に関しては、第１電極１０３について既述した内容が引用される。
【００３５】
第３電極１１０は、セルフパージ用として独立に機能させるために、第１電極１０３と離間してアニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面上に配置される。ここで、図１および図２に示される膜電極複合体１０においては、第１電極１０３を２つに分割し、それらの間であって、アニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面の中央領域に第３電極１１０を配置しているが、このような配置に限定されるものではない。たとえば、第１電極１０３を分割することなく、第３の電極１１０を第１電極１０３の側方に配置するなど、第１電極１０３の数（分割の有無）や第３の電極１１０の位置は特に制限されない。ただし、セルフパージの効率を考慮すると、第２電極１０２に対向するような位置に第３電極１１０を設けることが好ましい。
【００３６】
第１電極１０３の面積（幅×長さ）と、第３電極１１０の面積との比は、燃料電池の発電能力とセルフパージの効率性の双方を勘案して決定される。当該比（第１電極１０３の面積／第３電極１１０の面積）があまりに大きいと、第３電極１１０が小さすぎてセルフパージの効率が低下する。一方、当該比があまり小さいと、発電に寄与するアノード極としての第１電極１０３が小さすぎて十分な出力を得ることができない。セルフパージの効率を考慮すると、第３電極１１０の長さは、アニオン伝導性電解質膜１０１のできるだけ広い範囲からＣＯ2由来アニオンを取り込むことができるよう長いことが好ましく、たとえば、アニオン伝導性電解質膜１０１と同じか、または略同じ長さとすることができる（図２参照）。第１電極１０３の厚みと第３電極１１０の厚みは同じであることが好ましい。
【００３７】
（集電層）
第１集電層１０５、第２集電層１０４、第３集電層１２０はそれぞれ、第１電極１０３、第２電極１０２、第３電極１１０上に接して設けられる、接する電極との間で電子の授受を行なうとともに、電気的配線を行なうための部材である。また、本実施形態のアルカリ形燃料電池１００において、これらの集電層は、還元剤や酸化剤を供給する機能も兼ね備えており、第１集電層１０５および第３集電層１２０には、還元剤を第１電極１０３および第３電極１１０に供給するための第１流路１０５ａが、第２集電層１０４には、酸化剤を第２電極１０２に供給するための第２流路１０４ａが設けられている。
【００３８】
上述のように、第１集電層１０５と第３集電層１２０とは、これらの集電層の間に絶縁層１３０を介在させることにより互いに電気的に絶縁されている。絶縁層１３０は、電気的絶縁性を示すものであれば特に制限されず、たとえば、各種非導電性高分子（絶縁性接着剤などを含む）からなることができる。集電層の材質は特に制限されず、たとえば、カーボン材料、導電性高分子、各種金属、ステンレスに代表される合金などの導電性材料を用いることができる。各集電層の材質は同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００３９】
第１流路１０５ａおよび第２流路１０４ａは、集電層の電極側表面に設けられた１または２以上の溝から構成することができ、その形状は特に制限されず、ライン状、サーペンタイン状等であることができる。なお、第１電極１０３に還元剤を供給するための流路と第３電極１１０に還元剤を供給するための流路とは連結されていてもよいし、連結されていなくてもよい。
【００４０】
集電層に還元剤や酸化剤を供給する機能を付与するのではなく、還元剤や酸化剤の供給を担う別途の部材（流路板）を集電層上に積層してもよい。流路板は、たとえば、各種プラスチック材料などの非導電性材料からなる板状体の表面に１または２以上の溝を設けたものであることができる。
【００４１】
以上のような構成のアルカリ形燃料電池によれば、たとえば下記方法に従って稼動させることにより、上記した所望の効果を得ることができる。
【００４２】
（２）アルカリ形燃料電池の使用方法
まず、第２集電層１０４の第２流路１０４ａを通して第２電極１０２に酸化剤を供給するとともに、第３集電層１２０の第１流路１０５ａを通して第３電極１１０に還元剤を供給し、さらに切り替え手段１４０により（図１に示される端子Ａ１とＡ２とを接続する）、第２集電層１０４と第３集電層１２０（したがって、第２電極１０２と第３電極１１０）とを電気的に接続して、第２電極１０２と第３電極１１０との間に一定時間電流（イオン電流）を流す〔セルフパージ工程〕。この工程により、第２電極１０２では上記式（１）のような触媒反応が生じ、一方、第３電極１１０では、上記式（５）および（６）のようなセルフパージ反応が生じる（一部、上記式（２）のような触媒反応も生じ得る）。これらの反応によって、アニオン伝導性電解質膜１０１、および、電極のうちの主に第２電極１０２に含まれるＣＯ2由来アニオンが第３電極１１０に移動し、還元剤によって還元され、ＣＯ2ガスとして第３電極１１０から排出されることとなる。
【００４３】
ここで、上記の「一定時間」とは、セルフパージが完了するまでの時間であればよく、具体的には、２〜６０分間、好ましくは、５〜２０分間程度である。セルフパージが完了するまでの時間とは、セルフパージ工程の開始直後、ＣＯ2由来アニオンの排出量が一端増加した後、減少し安定するまでの時間である。セルフパージの完了は、膜電極複合体のオーミック抵抗の時間変化や、セルフパージ工程が定電位操作である場合は、電流の時間変化、セルフパージ工程が定電流操作である場合は、電圧の時間変化を観測することで判別できる。観測値の時間変動が一定値以下になれば、セルフパージ完了とみなしてよい。
【００４４】
上記セルフパージにより多くのＣＯ2由来アニオンがＯＨ-に再置換されるため、セル抵抗の増大を抑制することができる。また、セルフパージによるＣＯ2由来アニオンの蓄積は、主に第３電極１１０において生じるため、発電時においてアノード極として機能する第１電極１０３における反応過電圧を低下させることができ、したがって、良好な発電効率を発揮することができる。なお、第１集電層１０５と第３集電層１２０とは電気的に絶縁されているため、第１電極１０３がセルフパージに関与することはない。
【００４５】
還元剤としては、たとえば、Ｈ2ガス、炭化水素ガス、アンモニアガスなどを用いることができる。なかでも、Ｈ2ガスを用いることが好ましい。酸化剤としては、たとえば、Ｏ2ガスや、空気等のＯ2を含むガスなどを用いることができる。なかでも、空気が好ましく用いられる。
【００４６】
なお、第３電極１１０に還元剤を供給することなく、セルフパージ工程を実施することも可能である（後述する他の実施形態についても同様）。すなわち、外部配線１４５中に外部電源（発電装置）を介在させておき、外部電源を稼動させて、強制的に第２電極１０２と第３電極１１０との間に電流を流すことにより、ＣＯ2由来アニオンを第３電極１１０に移動させ、外部電源の電気エネルギーによりこれを還元して、ＣＯ2ガスとして第３電極１１０から排出させることができる。外部電源の電気エネルギーによるＣＯ2由来アニオンの還元は、下記式（７）および（８）：
ＣＯ32-  →  ＣＯ2＋１／２Ｏ2＋２ｅ-                    （７）
２ＨＣＯ3-  →  ２ＣＯ2＋１／２Ｏ2＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ-        （８）
で表されるような反応に従う。
【００４７】
上記外部電源は、第３電極１１０に還元剤を供給しながらセルフパージを行なう場合にも用いることができ、これによりセルフパージ工程にかかる時間を短縮させることができる。
【００４８】
セルフパージ工程後、第２電極１０２と第３電極１１０との間の電気的接続を切断し、ついで、第１集電層１０５の第１流路１０５ａを通して第１電極１０３に還元剤を供給するとともに、第２集電層１０４の第２流路１０４ａを通して第２電極１０２に酸化剤を供給し、さらに切り替え手段１４０により（図１に示される端子Ａ１とＡ３とを接続する）、第１集電層１０５と第２集電層１０４（したがって、第１電極１０３と第２電極１０２）とを電気的に接続することにより、電力を得る〔発電工程〕。上述のように、セルフパージによっても第１電極１０３にＣＯ2由来アニオンの蓄積は生じにくいため、良好な発電効率を発揮することができる。
【００４９】
＜第２の実施形態＞
図４は、本実施形態に係る膜電極複合体およびこれを用いたアルカリ形燃料電池を示す概略断面図であり、図５および図６はそれぞれ、図４に示されるＶ−Ｖ線、ＶＩ−ＶＩ線における概略断面図である。図４および図５に示されるように、本実施形態のアルカリ形燃料電池２００は、セルフパージ用の第３電極１１０を複数（図４の例では３つ）有する膜電極複合体２０を備えることを特徴としており、これ以外の構成については、上記第１の実施形態と同様とすることができる（可能な変形についても第１の実施形態と同様である）。また、アルカリ形燃料電池の使用方法についても第１の実施形態と同様である。
【００５０】
膜電極複合体２０は、アニオン伝導性電解質膜１０１；アニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面に積層される第１電極１０３；アニオン伝導性電解質膜１０１の第２表面に積層される第２電極１０２；および、第１電極１０３と離間して第１表面に積層される、３つの第３電極１１０から主に構成される。第１の実施形態と同様、電極の周縁にはガスケット１０６が設けられている。第１電極１０３と第２電極１０２とは、アニオン伝導性電解質膜１０１を介して対向するように設けられている。
【００５１】
本実施形態において、第１電極１０３は２つに分割されて積層されており、これら２つの第１電極１０３の間、および２つの第１電極１０３それぞれの外側側方に、第１電極１０３と離間するように合計３つの第３電極１１０が配置されている。
【００５２】
アルカリ形燃料電池２００は、第１電極１０３上に積層される第１集電層１０５（計２つ）；第２電極１０２上に積層される第２集電層１０４；および、第３電極１１０上に積層される第３集電層１２０（計３つ）を備えている。第１集電層１０５と第３集電層１２０とは、これらの集電層の間に絶縁層１３０を介在させることにより互いに電気的に絶縁されている。また、第１集電層１０５および第３集電層１２０には、第１電極１０３または第３電極１１０に還元剤を供給するための第１流路１０５ａが設けられており、第２集電層１０４には、第２電極１０２に酸化剤を供給するための第２流路１０４ａが設けられている。
【００５３】
アルカリ形燃料電池２００は、外部配線１４５と、外部配線１４５に介在する切り替え手段（スイッチ）１４０とを備える。切り替え手段１４０により、第２集電層１０４と電気的接続される集電層を、第１集電層１０５または第３集電層１２０のいずれかに切り替えることができる。
【００５４】
本実施形態のように複数の第３電極を設ける場合においては、図４および図５に示されるように、これら複数の第３電極をアニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面内において略均等に分散して配置することが好ましい。これは次の理由による。アニオン伝導性電解質膜１０１は非常に薄いため、膜厚方向のイオン伝導抵抗は、膜面内方向のイオン伝導抵抗に比べて非常に小さい。したがって、セルフパージを進めた場合、主に、第３電極１１０近傍のアニオン伝導性電解質膜１０１および第２電極１０２と第３電極１１０との間でＣＯ2由来アニオンの移動が起こり、セルフパージが優先的に進行する。一方、第３電極１１０から遠く離れた領域のアニオン伝導性電解質膜１０１および第２電極１０２と第３電極１１０との間では、イオン伝導抵抗が大きいため、ＣＯ2由来アニオンの移動が起こりにくく、セルフパージが十分に進まない傾向にある。複数の第３電極１１０を設け、好ましくはこれらを第１表面内において略均等に分散して配置することにより、第３電極１１０近傍の領域を増加させることができ、これによりアニオン伝導性電解質膜１０１および第２電極１０２全体のセルフパージを行なうことができるようになる。なお、セルフパージの効率を考慮すると、複数の第３電極１１０は、第２電極１０２に対向するような位置に設けることが好ましい。
【００５５】
＜第３の実施形態＞
（１）膜電極複合体およびアルカリ形燃料電池の構成
図７は、本実施形態に係る膜電極複合体およびこれを用いたアルカリ形燃料電池を示す概略断面図であり、図８および図９はそれぞれ、図７に示されるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線、ＩＸ−ＩＸ線における概略断面図である（アノード極側の断面構造は図２および図３と同様である。）。図７および図８に示されるように、本実施形態のアルカリ形燃料電池３００は、セルフパージ用の第３電極１１０に加えて、同じくセルフパージ用の第４電極１１５を有する膜電極複合体３０を備えることを特徴としており、これ以外の構成については、上記第１の実施形態と同様とすることができる（可能な変形についても第１の実施形態と同様である）。
【００５６】
膜電極複合体３０は、アニオン伝導性電解質膜１０１；アニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面に積層される第１電極１０３；アニオン伝導性電解質膜１０１の第２表面に積層される第２電極１０２；第１電極１０３と離間して第１表面に積層される第３電極１１０；および、第２電極１０２と離間して第２表面に積層される第４電極１１５から主に構成される。第１の実施形態と同様、電極の周縁には、ガスケット１０６が設けられている。第１電極１０３と第２電極１０２とは、アニオン伝導性電解質膜１０１を介して対向するように設けられている。また、第３電極１１０と第４電極１１５とは、アニオン伝導性電解質膜１０１を介して対向するように設けられている。
【００５７】
本実施形態において、第１電極１０３は２つに分割されて積層されており、これら２つの第１電極１０３の間に、第１電極１０３と離間するように第３電極１１０が配置されている。同様に、第２電極１０２は２つに分割されて積層されており、これら２つの第２電極１０２の間に、第２電極１０２と離間するように第４電極１１５が配置されている。
【００５８】
アルカリ形燃料電池３００は、第１電極１０３上に積層される第１集電層１０５；第２電極１０２上に積層される第２集電層１０４；第３電極１１０上に積層される第３集電層１２０；および、第４電極１１５上に積層される第４集電層１２５を備えている。第１集電層１０５と第３集電層１２０とは、これらの集電層の間に絶縁層１３０を介在させることにより互いに電気的に絶縁されている。同様に、第２集電層１０４と第４集電層１２５とは、絶縁層１３０を介在させることにより互いに電気的に絶縁されている。また、第１集電層１０５および第３集電層１２０には、第１電極１０３または第３電極１１０に還元剤または酸化剤を供給するための第１流路１０５ａが設けられている。同様に、第２集電層１０４および第４集電層１２５には、第２電極１０２または第４電極１１５に還元剤または酸化剤を供給するための第２流路１０４ａが設けられている。
【００５９】
アルカリ形燃料電池３００は、外部配線１４５と、外部配線１４５に介在する切り替え手段（スイッチ）１４０とを備える。切り替え手段１４０により、接続される集電層の切り替えを行なうことができる。
【００６０】
第４電極１１５は、第３電極１１０と同様、セルフパージ用の電極であり、還元剤の供給によりＣＯ2由来アニオンをＣＯ2ガスとして排出する電極である。第４電極１１５の構成および組成に関しては、第１電極１０３について既述した内容が引用される。
【００６１】
第３電極１１０に加えて、第４電極１１５を設けると次の点で有利である。すなわち、セルフパージ用電極として第３電極１１０のみを備える膜電極複合体の場合、上記第１の実施形態で示したように、アニオン伝導性電解質膜１０１、および、電極のうちの主に第２電極１０２のセルフパージを行なうことができる一方、第１電極１０３のセルフパージを効果的に実施することができない。これに対し、第２表面に第４電極１１５を設けた場合、第１電極１０３に酸化剤を供給し、第４電極１１５に還元剤を供給して、第１電極１０３と第４電極１１５との間に電流を流すと、第１電極１０３のセルフパージを効果的に実施することが可能となる。本実施形態のアルカリ形燃料電池の使用方法は、具体的には、下記のとおりである。
【００６２】
（２）アルカリ形燃料電池の使用方法
まず、第１集電層１０５の第１流路１０５ａを通して第１電極１０３に酸化剤を供給するとともに、第４集電層１２５の第２流路１０４ａを通して第４電極１１５に還元剤を供給し、さらに切り替え手段１４０により（図７に示される端子Ｂ３とＢ４とを接続する）、第１集電層１０５と第４集電層１２５（したがって、第１電極１０３と第４電極１１５）とを電気的に接続して、第１電極１０３と第４電極１１５との間に一定時間電流（イオン電流）を流す〔第１セルフパージ工程〕。この工程により、第１電極１０３では上記式（１）のような触媒反応が生じ、一方、第４電極１１５では、上記式（５）および（６）のようなセルフパージ反応が生じる（一部、上記式（２）のような触媒反応も生じ得る）。これらの反応によって、アニオン伝導性電解質膜１０１および第１電極１０３に含まれるＣＯ2由来アニオンは第４電極１１５に移動し、還元剤によって還元され、ＣＯ2ガスとして第４電極１１５から排出されることとなる。第１セルフパージ工程では、第１電極１０３はカソード極として機能する。
【００６３】
次に、第１電極１０３と第４電極１１５との間の電気的接続を切断した後、第２集電層１０４の第２流路１０４ａを通して第２電極１０２に酸化剤を供給するとともに、第３集電層１２０の第１流路１０５ａを通して第３電極１１０に還元剤を供給し、さらに切り替え手段１４０により（図７に示される端子Ｂ１とＢ２とを接続する）、第２集電層１０４と第３集電層１２０（したがって、第２電極１０２と第３電極１１０）とを電気的に接続して、第２電極１０２と第３電極１１０との間に一定時間電流（イオン電流）を流す〔第２セルフパージ工程〕。この工程により、第２電極１０２では上記式（１）のような触媒反応が生じ、一方、第３電極１１０では、上記式（５）および（６）のようなセルフパージ反応が生じる（一部、上記式（２）のような触媒反応も生じ得る）。これらの反応によって、アニオン伝導性電解質膜１０１および第２電極１０２に含まれるＣＯ2由来アニオンは第３電極１１０に移動し、還元剤によって還元され、ＣＯ2ガスとして第３電極１１０から排出されることとなる。第２セルフパージ工程では、第２電極１０２がカソード極として機能する。
【００６４】
以上のとおり、第１および第２セルフパージ工程を実施することにより、アニオン伝導性電解質膜１０１、第１電極１０３および第２電極１０２のすべてのセルフパージを行なうことができる。これにより、セル抵抗の増大をより効果的に抑制することができるとともに、発電時においてアノード極として機能する第１電極１０３における反応過電圧をより効果的に低下させることができ、したがって、より良好な発電効率を発揮することができる。
【００６５】
第２セルフパージ工程後、第２電極１０２と第３電極１１０との間の電気的接続を切断し、ついで、第１集電層１０５の第１流路１０５ａを通して第１電極１０３に還元剤を供給するとともに、第２集電層１０４の第２流路１０４ａを通して第２電極１０２に酸化剤を供給し、さらに切り替え手段１４０により（図７に示される端子Ｂ１とＢ４とを接続する）、第１集電層１０５と第２集電層１０４（したがって、第１電極１０３と第２電極１０２）とを電気的に接続することにより、電力を得る〔発電工程〕。上述のように、セルフパージによっても第１電極１０３にＣＯ2由来アニオンの蓄積は生じにくいため、良好な発電効率を発揮することができる。
【００６６】
なお、第１セルフパージ工程と第２セルフパージ工程の順序を逆にしても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００６７】
＜第４の実施形態＞
図１０は、本実施形態に係る膜電極複合体およびこれを用いたアルカリ形燃料電池を示す概略断面図であり、図１１および図１２はそれぞれ、図１０に示されるＸＩ−ＸＩ線、ＸＩＩ−ＸＩＩ線における概略断面図である（アノード極側の断面構造は図５および図６と同様である。）。図１０および図１１に示されるように、本実施形態のアルカリ形燃料電池４００は、セルフパージ用の第４電極１１５を複数（図１０の例では３つ）有する膜電極複合体４０を備えることを特徴としており、これ以外の構成については、上記第３の実施形態と同様とすることができる（可能な変形についても第３の実施形態と同様である）。アルカリ形燃料電池の使用方法についても第３の実施形態と同様である。また、アルカリ形燃料電池４００は、複数（図１０の例では３つ）の第３電極１１０を有しており、この点は、上記第２の実施形態と同様である。
【００６８】
膜電極複合体４０は、アニオン伝導性電解質膜１０１；アニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面に積層される第１電極１０３；アニオン伝導性電解質膜１０１の第２表面に積層される第２電極１０２；第１電極１０３と離間して第１表面に積層される、３つの第３電極１１０；および、第２電極１０２と離間して第２表面に積層される、３つの第４電極１１５から主に構成される。第１の実施形態と同様、電極の周縁にはガスケット１０６が設けられている。第１電極１０３と第２電極１０２とは、アニオン伝導性電解質膜１０１を介して対向するように設けられている。また、第３電極１１０と第４電極１１５とは、アニオン伝導性電解質膜１０１を介して対向するように設けられている。
【００６９】
本実施形態において、第１電極１０３は２つに分割されて積層されており、これら２つの第１電極１０３の間、および２つの第１電極１０３それぞれの外側側方に、第１電極１０３と離間するように合計３つの第３電極１１０が配置されている。同様に、第２電極１０２は２つに分割されて積層されており、これら２つの第２電極１０２の間、および２つの第２電極１０２それぞれの外側側方に、第２電極１０２と離間するように合計３つの第４電極１１５が配置されている。
【００７０】
アルカリ形燃料電池４００は、第１電極１０３上に積層される第１集電層１０５（計２つ）；第２電極１０２上に積層される第２集電層１０４（計２つ）；第３電極１１０上に積層される第３集電層１２０（計３つ）；および、第４電極１１５上に積層される第４集電層１２５（計３つ）を備えている。第１集電層１０５と第３集電層１２０とは、これらの集電層の間に絶縁層１３０を介在させることにより互いに電気的に絶縁されている。同様に、第２集電層１０４と第４集電層１２５とは、絶縁層１３０を介在させることにより互いに電気的に絶縁されている。また、第１集電層１０５および第３集電層１２０には、第１電極１０３または第３電極１１０に還元剤または酸化剤を供給するための第１流路１０５ａが設けられている。同様に、第２集電層１０４および第４集電層１２５には、第２電極１０２または第４電極１１５に還元剤または酸化剤を供給するための第２流路１０４ａが設けられている。
【００７１】
アルカリ形燃料電池４００は、外部配線１４５と、外部配線１４５に介在する切り替え手段（スイッチ）１４０とを備える。切り替え手段１４０により、接続される集電層の切り替えを行なうことができる。
【００７２】
本実施形態のように複数の第４電極を設ける場合においては、第３電極の場合と同様の理由から、図１０および図１１に示されるように、これら複数の第４電極をアニオン伝導性電解質膜１０１の第２表面内において略均等に分散して配置することが好ましい。複数の第４電極１１５を設け、好ましくはこれらを第２表面内において略均等に分散して配置することにより、第４電極１１５近傍の領域を増加させることができ、これによりアニオン伝導性電解質膜１０１および第１電極１０３全体のセルフパージを行なうことができるようになる。
【００７３】
好ましくは、図１０に示されるように、第３電極１１０および第４電極１１５をともに複数設け、これらをそれぞれ第１表面、第２表面略均等に分散して配置する。これにより、アニオン伝導性電解質膜１０１、第１電極１０３および第２電極１０２全体のセルフパージを行なうことができるようになる。
【００７４】
＜第５の実施形態＞
（１）膜電極複合体およびアルカリ形燃料電池の構成
図１３は、本実施形態に係る膜電極複合体およびこれを用いたアルカリ形燃料電池を示す概略断面図であり、図１４〜図１７はそれぞれ、図１３に示されるＸＩＶ−ＸＩＶ線、ＸＶ−ＸＶ線、ＸＶＩ−ＸＶＩ線、ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線における概略断面図である。本実施形態のアルカリ形燃料電池５００は、セルフパージ用の第３電極１１０および第４電極１１５を備える点において上記第３の実施形態と同じであるが、第３電極１１０と第４電極１１５との配置関係に特徴を有する。すなわち、アルカリ形燃料電池５００が備える膜電極複合体５０において、第３電極１１０と第４電極１１５とは、アニオン伝導性電解質膜１０１を介して対向するように設けられるのではなく、第１電極１０３の一方の外側側方に配置される第３電極１１０に対して、第４電極１１５は、第２電極１０２における第３電極１１０に対向する側とは反対側の外側側方に配置される。このような第３電極１１０と第４電極１１５との配置関係以外の構成は、第３の実施形態と同様である（可能な変形についても第３の実施形態と同様である）。第１電極１０３と第２電極１０２とは、アニオン伝導性電解質膜１０１を介して対向するように設けられる。
【００７５】
一方、第３電極１１０と第４電極１１５の機能に関していえば、第３および第４の実施形態では、セルフパージ工程において第３電極１１０および第４電極１１５は、いずれも還元剤の供給によりＣＯ2由来アニオンをＣＯ2ガスとして排出するとともに、残存したＣＯ2由来アニオンの蓄積する役割を担うが、本実施形態では、第３電極１１０または第４電極１１５のいずれか一方は、セルフパージ工程において酸化剤が供給されるカソード極としての役割を担う。
【００７６】
本実施形態に従い、図１３に示されるような配置関係で第３電極１１０および第４電極１１５を配置することは次の点で有利である。
【００７７】
（ａ）たとえば、第３電極１１０に還元剤を供給するとともに、第４電極１１５に酸化剤を供給し、第３電極１１０と第４電極１１５とを電気的に接続すると、第３電極１１０と第４電極１１５との間に電流（イオン電流）が流れるが、この電流は、必ず第１電極１０３と第２電極１０２との間に介在するアニオン伝導性電解質膜１０１内を通ることとなる。したがって、１回のセルフパージ工程でも、アニオン伝導性電解質膜１０１のかなり広い領域（第３電極および第４電極を膜電極複合体のほぼ端部に配置した場合にはアニオン伝導性電解質膜１０１のほとんどの領域）についてセルフパージを行なうことができる。
【００７８】
（ｂ）膜電極複合体内の広範囲にわたるセルフパージは、たとえば上記第２の実施形態や第４の実施形態によっても可能であるが、本実施形態によれば、隣り合う電極同士を接触しないように形成する構造の複雑さや製造の煩雑さを低減することができ、また、製造コストを低減することもできる。
【００７９】
本実施形態において、第３電極１１０と第４電極１１５との配置構成およびこれら電極の形状は図１３、図１４および図１６に示されるものに限定されず、第３電極１１０から第４電極１１４に至る最短経路が、第１電極１０３と第２電極１０２との間に介在するアニオン伝導性電解質膜１０１内を通るように配置されるように第３電極１１０および第４電極１１５を設けることで、上述の（ａ）および（ｂ）で示した有利な効果を得ることができる。
【００８０】
第３電極１１０および第４電極１１５は複数個設けられてもよく、たとえば、図１３に示される膜電極複合体５０に対し、アニオン伝導性電解質膜１０１を介して第４電極１１５と対向する位置に２つ目の第３電極１１０を設け、アニオン伝導性電解質膜１０１を介して第３電極１１０と対向する位置に２つ目の第４電極１１５を設ける構成などを挙げることができる。
【００８１】
（２）アルカリ形燃料電池の使用方法
次に、本実施形態のアルカリ形燃料電池の使用方法について説明する。本実施形態では、まず、第３集電層１２０の第１流路１０５ａを通して第３電極１１０に還元剤を供給するとともに、第４集電層１２５の第２流路１０４ａを通して第４電極１１５に酸化剤を供給し、さらに切り替え手段１４０により（図１３に示される端子Ｂ１とＢ２とを接続する）、第３集電層１２０と第４集電層１２５（したがって、第３電極１１０と第４電極１１５）とを電気的に接続して、第３電極１１０と第４電極１１５との間に一定時間電流（イオン電流）を流す〔セルフパージ工程〕。この工程により、第４電極１０２では上記式（１）のような触媒反応が生じ、一方、第３電極１１０では、上記式（５）および（６）のようなセルフパージ反応が生じる（一部、上記式（２）のような触媒反応も生じ得る）。これらの反応によって、第１電極１０３と第２電極１０２との間に介在する領域を含めたアニオン伝導性電解質膜１０１内のＣＯ2由来アニオンは第３電極１１０に移動し、還元剤によって還元され、ＣＯ2ガスとして第３電極１１０から排出されることとなる。このセルフパージ工程において、第４電極１１５はカソード極として機能している。
【００８２】
セルフパージ工程においては、第３電極１１０に還元剤を供給し、第４電極１１５に酸化剤を供給する代わりに、第３電極１１０に酸化剤を供給し、第４電極１１５に還元剤を供給するようにしてもよい。この場合、第３電極１１０がカソード極として機能する。
【００８３】
セルフパージ工程の実施により、アニオン伝導性電解質膜１０１の広い範囲にわたってセルフパージが行なわれるため、セル抵抗の増大を効果的に抑制することができるとともに、発電時においてアノード極として機能する第１電極１０３における反応過電圧を効果的に低下させることができ、したがって、良好な発電効率を発揮することができる。
【００８４】
セルフパージ工程後、第３電極１１０と第４電極１１５との間の電気的接続を切断し、ついで、第１集電層１０５の第１流路１０５ａを通して第１電極１０３に還元剤を供給するとともに、第２集電層１０４の第２流路１０４ａを通して第２電極１０２に酸化剤を供給し、さらに切り替え手段１４０により（図１３に示される端子Ｂ３とＢ４とを接続する）、第１集電層１０５と第２集電層１０４（したがって、第１電極１０３と第２電極１０２）とを電気的に接続することにより、電力を得る〔発電工程〕。上述のように、セルフパージによっても第１電極１０３にＣＯ2由来アニオンの蓄積は生じにくいため、良好な発電効率を発揮することができる。
【００８５】
本発明のアルカリ形燃料電池は、たとえば自動車、家庭用コジェネレーション、携帯型電子機器などの電源として好適に適用することができる。
【実施例】
【００８６】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８７】
＜実施例１＞
以下の手順で、図１８に示される構造（図１と同様の構造）を有するアルカリ形燃料電池を作製した。図１９および図２０はそれぞれ、図１８に示されるＸＩＸ−ＸＩＸ線、ＸＸ−ＸＸ線における概略断面図である。
【００８８】
（１）膜電極複合体の作製
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をクロロメチル化した後、アミノ化することにより、アニオン伝導性固体高分子電解質を得た。これをテトラヒドロフランに添加することにより、５重量％アニオン伝導性固体高分子電解質溶液を得た。
【００８９】
Ｐｔ担持量が５０重量％のＰｔ／Ｃである触媒担持カーボン粒子（田中貴金属社製「ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ」）と、上記で得られた電解質溶液とを、重量比で２／０．２となるように混合し、さらにイオン交換水およびエタノールを添加することにより、第１電極１０３、第２電極１０２および第３電極１１０用の触媒ペーストを調製した。
【００９０】
次に、縦８×横８ｃｍのサイズに切り出したフッ素樹脂系高分子電解質（旭化成社製「アシプレックス」）をアニオン伝導性電解質膜１０１として用い、アニオン伝導性電解質膜１０１の一方の面（第２表面）の中央に、上記触媒ペーストを、縦５ｃｍ×横５ｃｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、第２電極１０２（カソード極）の触媒層を形成した。第２電極１０２の触媒層のサイズは、縦５ｃｍ×横５ｃｍ×厚み約１０μｍである。
【００９１】
また、アニオン伝導性電解質膜１０１の他方の面（第１表面）の中央に、上記触媒ペーストを、縦１ｃｍ×横５ｃｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、第３電極１１０の触媒層を形成した。第３電極１１０の触媒層のサイズは、縦１ｃｍ×横５ｃｍ×厚み約１０μｍである。さらに、上記触媒ペーストを、縦１．５ｃｍ×横５ｃｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、第３電極１１０の触媒層の左右両側に、第１電極１０３（アノード極）の触媒層を形成して、膜電極複合体１０を得た。第１電極１０３の触媒層のサイズは、縦１．５ｃｍ×横５ｃｍ×厚み約１０μｍであり、第１電極１０３の触媒層と第３電極１１０の触媒層との間隔は０．５ｃｍである。第２電極１０２の触媒層が形成された領域と、第１電極１０３および第３電極１１０の触媒層が形成された領域とは、アニオン伝導性電解質膜１０１の面内において一致している。
【００９２】
（２）アルカリ形燃料電池の作製
縦８ｃｍ×横８ｃｍ×厚み１．５ｃｍのＳＵＳ板の片面にサーペンタイン状の溝（第２流路１０４ａ、深さ０．３ｃｍ）を切削加工により形成し、第２集電層１０４（カソード側の集電層）とした。また、縦３ｃｍ×横８ｃｍ×厚み１．５ｃｍのＳＵＳ板／縦１ｃｍ×横８ｃｍ×厚み１．５ｃｍのＳＵＳ板／縦３ｃｍ×横８ｃｍ×厚み１．５ｃｍのＳＵＳ板をこの順で絶縁性接着剤を用いて接合した後、その片面にサーペンタイン状の溝（第１流路１０５ａ、深さ０．３ｃｍ）を切削加工により形成し、アノード側の集電層（すなわち、図１８の第１集電層１０５／絶縁層１３０／第３集電層１２０／絶縁層１３０／第１集電層１０５に相当）とした。
【００９３】
上記得られた膜電極複合体１０の第２電極１０２の触媒層上に、縦５ｃｍ×横５ｃｍサイズに切り出したガス拡散層（ＳＧＬ社製  ＧＤＬ  ３５ＢＣ）を積層し、得られた第２電極１０２の外周部にガスケット１０６として、外形が縦８ｃｍ×横８ｃｍ×厚み２００μｍであり、中央に縦５ｃｍ×横５ｃｍの開口が形成されたシリコーンゴムシートを配置した。さらに、第２流路１０４ａ側が第２電極１０２に対向するように第２集電層１０４を積層した。また、第１電極１０３の触媒層上に、縦１．５ｃｍ×横５ｃｍサイズに切り出したガス拡散層（ＳＧＬ社製  ＧＤＬ  ３５ＢＣ）を、第３電極１１０の触媒層上に、縦１ｃｍ×横５ｃｍサイズに切り出したガス拡散層（ＳＧＬ社製  ＧＤＬ３５ＢＣ）を積層し、得られた電極の外周部にガスケット１０６として、外形が縦８ｃｍ×横８ｃｍ×厚み２００μｍであり、中央に縦５ｃｍ×横５ｃｍの開口が形成されたシリコーンゴムシートを配置した。第１流路１０５ａ側が第１電極１０３および第３電極１１０に対向するようにアノード側集電層を積層した。アノード側の集電層とカソード側の集電層との間を、絶縁被覆したボルト１５０とナット１５５により締結し、集電層間を外部配線１４５および切り替え手段１４０を用いて、図１８のように配線接続し、アルカリ形燃料電池を得た。
【００９４】
＜比較例１＞
アニオン伝導性電解質膜１０１の第１表面の中央に、第２電極１０２と同一のサイズ（縦５ｃｍ×横５ｃｍ×厚み約１０μｍ）の第１電極１０３のみを形成したこと以外は、実施例１と同様にして膜電極複合体を作製し、アルカリ形燃料電池を得た。
【００９５】
＜実施例２＞
以下の手順で、図２１に示される構造（図７と同様の構造）を有するアルカリ形燃料電池を作製した。図２２および図２３はそれぞれ、図２１に示されるＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線、ＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線における概略断面図である（アノード極側の断面構造は図１９および図２０と同様である。）。
【００９６】
（１）膜電極複合体の作製
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をクロロメチル化した後、アミノ化することにより、アニオン伝導性固体高分子電解質を得た。これをテトラヒドロフランに添加することにより、５重量％アニオン伝導性固体高分子電解質溶液を得た。
【００９７】
Ｐｔ担持量が５０重量％のＰｔ／Ｃである触媒担持カーボン粒子（田中貴金属社製「ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ」）と、上記で得られた電解質溶液とを、重量比で２／０．２となるように混合し、さらにイオン交換水およびエタノールを添加することにより、第１電極１０３、第２電極１０２、第３電極１１０および第４電極１１５用の触媒ペーストを調製した。
【００９８】
次に、縦８×横８ｃｍのサイズに切り出したフッ素樹脂系高分子電解質（旭化成社製「アシプレックス」）をアニオン伝導性電解質膜１０１として用い、アニオン伝導性電解質膜の一方の面（第２表面）の中央に、上記触媒ペーストを、縦１ｃｍ×横５ｃｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、第４電極１１５の触媒層を形成した。第４電極１１５の触媒層のサイズは、縦１ｃｍ×横５ｃｍ×厚み約１０μｍである。さらに、上記触媒ペーストを、縦１．５ｃｍ×横５ｃｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、第４電極１１５の触媒層の左右両側に、第２電極１０２（カソード極）の触媒層を形成した。第２電極１０２の触媒層のサイズは、縦１．５ｃｍ×横５ｃｍ×厚み約１０μｍである。第２電極１０２の触媒層と第４電極１１５の触媒層との間隔は０．５ｃｍである。
【００９９】
また、アニオン伝導性電解質膜１０１の他方の面（第１表面）の中央に、上記触媒ペーストを、縦１ｃｍ×横５ｃｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、第３電極１１０の触媒層を形成した。第３電極１１０の触媒層のサイズは、縦１ｃｍ×横５ｃｍ×厚み約１０μｍである。さらに、上記触媒ペーストを、縦１．５ｃｍ×横５ｃｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、第３電極１１０の触媒層の左右両側に、第１電極１０３（アノード極）の触媒層を形成して、膜電極複合体３０を得た。第１電極１０３の触媒層のサイズは、縦１．５ｃｍ×横５ｃｍ×厚み約１０μｍであり、第１電極１０３の触媒層と第３電極１１０の触媒層との間隔は０．５ｃｍである。第２電極１０２の触媒層が形成された領域と、第１電極１０３の触媒層が形成された領域とは、アニオン伝導性電解質膜１０１の面内において一致している。また、第４電極１１５の触媒層が形成された領域と、第３電極１１０の触媒層が形成された領域とは、アニオン伝導性電解質膜１０１の面内において一致している。
【０１００】
（２）アルカリ形燃料電池の作製
縦３ｃｍ×横８ｃｍ×厚み１．５ｃｍのＳＵＳ板／縦１ｃｍ×横８ｃｍ×厚み１．５ｃｍのＳＵＳ板／縦３ｃｍ×横８ｃｍ×厚み１．５ｃｍのＳＵＳ板をこの順で絶縁性接着剤を用いて接合した後、その片面にサーペンタイン状の溝（第２流路１０４ａ、深さ０．３ｃｍ）を切削加工により形成し、カソード側の集電層とした。また、縦３ｃｍ×横８ｃｍ×厚み１．５ｃｍのＳＵＳ板／縦１ｃｍ×横８ｃｍ×厚み１．５ｃｍのＳＵＳ板／縦３ｃｍ×横８ｃｍ×厚み１．５ｃｍのＳＵＳ板をこの順で絶縁性接着剤を用いて接合した後、その片面にサーペンタイン状の溝（第１流路１０５ａ、深さ０．３ｃｍ）を切削加工により形成し、アノード側の集電層とした。
【０１０１】
上記得られた膜電極複合体の第２電極１０２の触媒層上に、縦１．５ｃｍ×横５ｃｍサイズに切り出したガス拡散層（ＳＧＬ社製  ＧＤＬ  ３５ＢＣ）を、第４電極１１５の触媒層上に、縦１ｃｍ×横５ｃｍサイズに切り出したガス拡散層（ＳＧＬ社製  ＧＤＬ  ３５ＢＣ）を積層し、得られた電極の外周部にガスケット１０６として、外形が縦８ｃｍ×横８ｃｍ×厚み２００μｍであり、中央に縦５ｃｍ×横５ｃｍの開口が形成されたシリコーンゴムシートを配置した。さらに、第２流路１０４ａ側が第２電極１０２および第４電極１１５に対向するようにカソード側の集電層を積層した。また、第１電極１０３の触媒層上に、縦１．５ｃｍ×横５ｃｍサイズに切り出したガス拡散層（ＳＧＬ社製  ＧＤＬ  ３５ＢＣ）を、第３電極１１０の触媒層上に、縦１ｃｍ×横５ｃｍサイズに切り出したガス拡散層（ＳＧＬ社製  ＧＤＬ３５ＢＣ）を積層し、得られた電極の外周部にガスケット１０６として、外形が縦８ｃｍ×横８ｃｍ×厚み２００μｍであり、中央に縦５ｃｍ×横５ｃｍの開口が形成されたシリコーンゴムシートを配置した。さらに、第１流路１０５ａ側が第１電極１０３および第３電極１１０に対向するようにアノード側の集電層を積層した。アノード側の集電層とカソード側の集電層との間を、絶縁被覆したボルト１５０とナット１５５により締結し、集電層間を外部配線１４５および切り替え手段１４０を用いて、図２１のように配線接続し、アルカリ形燃料電池を得た。
【０１０２】
＜実施例３＞
以下の手順で、図２４に示される構造（図１３と同様の構造）を有するアルカリ形燃料電池を作製した。図２５〜図２８はそれぞれ、図２４に示されるＸＸＶ−ＸＸＶ線、ＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線、ＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線、ＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩ線における概略断面図である。
【０１０３】
（１）膜電極複合体の作製
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をクロロメチル化した後、アミノ化することにより、アニオン伝導性固体高分子電解質を得た。これをテトラヒドロフランに添加することにより、５重量％アニオン伝導性固体高分子電解質溶液を得た。
【０１０４】
Ｐｔ担持量が５０重量％のＰｔ／Ｃである触媒担持カーボン粒子（田中貴金属社製「ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ」）と、上記で得られた電解質溶液とを、重量比で２／０．２となるように混合し、さらにイオン交換水およびエタノールを添加することにより、第１電極１０３、第２電極１０２、第３電極１１０および第４電極１１５用の触媒ペーストを調製した。
【０１０５】
次に、縦８×横８ｃｍのサイズに切り出したフッ素樹脂系高分子電解質（旭化成社製「アシプレックス」）をアニオン伝導性電解質膜１０１として用い、アニオン伝導性電解質膜の一方の面（第２表面）の右寄りに、上記触媒ペーストを、縦１ｃｍ×横５ｃｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、第４電極１１５の触媒層を形成した。第４電極の触媒層のサイズは、縦１ｃｍ×横５ｃｍ×厚み約１０μｍである。さらに、上記触媒ペーストを、縦３．５ｃｍ×横５ｃｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、第４電極１１５の触媒層の左側に、第２電極１０２（カソード極）の触媒層を形成した。第２電極１０２の触媒層のサイズは、縦３．５ｃｍ×横５ｃｍ×厚み約１０μｍであり、第２電極１０２の触媒層と第４電極１１５の触媒層との間隔は０．５ｃｍである。
【０１０６】
また、アニオン伝導性電解質膜１０１の他方の面（第１表面）の左寄りに、上記触媒ペーストを、縦１ｃｍ×横５ｃｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、第３電極１１０の触媒層を形成した。第３電極１１０の触媒層のサイズは、縦１ｃｍ×横５ｃｍ×厚み約１０μｍである。さらに、上記触媒ペーストを、縦３．５ｃｍ×横５ｃｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、第３電極１１０の触媒層の右側に、第１電極１０３（アノード極）の触媒層を形成して、膜電極複合体５０を得た。第１電極１０３の触媒層のサイズは、縦３．５ｃｍ×横５ｃｍ×厚み約１０μｍであり、第１電極１０３の触媒層と第３電極１１０の触媒層との間隔は０．５ｃｍである。第２電極１０２の触媒層が形成された領域と、第１電極１０３の触媒層が形成された領域とは、アニオン伝導性電解質膜１０１の面内において一致している。
【０１０７】
（２）アルカリ形燃料電池の作製
縦２．５ｃｍ×横８ｃｍ×厚み１．５ｃｍのＳＵＳ板／縦５ｃｍ×横８ｃｍ×厚み１．５ｃｍのＳＵＳ板をこの順で絶縁性接着剤を用いて接合した後、その片面にサーペンタイン状の溝（第２流路１０４ａ、深さ０．３ｃｍ）を切削加工により形成し、カソード側の集電層とした。また、縦５ｃｍ×横８ｃｍ×厚み１．５ｃｍのＳＵＳ板／縦２．５ｃｍ×横８ｃｍ×厚み１．５ｃｍのＳＵＳ板をこの順で絶縁性接着剤を用いて接合した後、その片面にサーペンタイン状の溝（第１流路１０５ａ、深さ０．３ｃｍ）を切削加工により形成し、アノード側の集電層とした。
【０１０８】
上記得られた膜電極複合体の第２電極１０２の触媒層上に、縦３．５ｃｍ×横５ｃｍサイズに切り出したガス拡散層（ＳＧＬ社製  ＧＤＬ  ３５ＢＣ）を、第４電極１１５の触媒層上に、縦１ｃｍ×横５ｃｍサイズに切り出したガス拡散層（ＳＧＬ社製  ＧＤＬ  ３５ＢＣ）を積層し、得られた電極の外周部にガスケット１０６として、外形が縦８ｃｍ×横８ｃｍ×厚み２００μｍであり、中央右寄りに縦５ｃｍ×横５ｃｍの開口が形成されたシリコーンゴムシートを配置した。さらに、第２流路１０４ａ側が第２電極１０２および第４電極１１５に対向するようにカソード側の集電層を積層した。また、第１電極１０３の触媒層上に、縦３．５ｃｍ×横５ｃｍサイズに切り出したガス拡散層（ＳＧＬ社製  ＧＤＬ  ３５ＢＣ）を、第３電極１１０の触媒層上に、縦１ｃｍ×横５ｃｍサイズに切り出したガス拡散層（ＳＧＬ社製  ＧＤＬ３５ＢＣ）を積層し、得られた電極の外周部にガスケット１０６として、外形が縦８ｃｍ×横８ｃｍ×厚み２００μｍであり、中央左寄りに縦５ｃｍ×横５ｃｍの開口が形成されたシリコーンゴムシートを配置した。さらに、第１流路１０５ａ側が第１電極１０３および第３電極１１０に対向するようにアノード側の集電層を積層した。アノード側の集電層とカソード側の集電層との間を、絶縁被覆したボルト１５０とナット１５５により締結し、集電層間を外部配線１４５および切り替え手段１４０を用いて、図２４のように配線接続し、アルカリ形燃料電池を得た。
【０１０９】
［燃料電池の発電特性評価］
（１）実施例１のアルカリ形燃料電池
実施例１のアルカリ形燃料電池を、５０℃の恒温層に入れ、水温４８℃に設定した加湿器を用いて加湿したＨ2ガスを、アルカリ形燃料電池の第１流路１０５ａに１００ｍＬ／分の流量で供給するとともに、水温４８℃に設定した加湿器を用いて加湿した酸素を、アルカリ形燃料電池の第２流路１０４ａに１００ｍＬ／分の流量で供給し、切り替え手段１４０を用いて、第２集電層１０４と第３集電層１２０との間を接続し、３Ａの電流を１０分流通させた。ついで、切り替え手段１４０を切り替え、第１集電層１０５と第２集電層１０４の間とを接続し、０．２Ａ／ｃｍ2の電流を流し、５分後の電池出力を計測したところ、０．１４２Ｗ／ｃｍ2の出力が得られた。この時の電圧は０．７１Ｖであり、発電効率は５８％であった。日置電機株式会社製「バッテリハイテスタ３５５４」を用いて、燃料電池のオーミック抵抗を計測したところ、１５０ｍΩｃｍ2であった。
【０１１０】
（２）実施例２のアルカリ形燃料電池
実施例２のアルカリ形燃料電池を、５０℃の恒温層に入れ、水温４８℃に設定した加湿器を用いて加湿したＨ2ガスを、アルカリ形燃料電池の第２流路１０４ａに１００ｍＬ／分の流量で供給するとともに、水温４８℃に設定した加湿器を用いて加湿した酸素を、アルカリ形燃料電池の第１流路１０５ａに１００ｍＬ／分の流量で供給し、切り替え手段１４０を用いて、第１集電層１０５と第４集電層１２５との間を接続し、３Ａの電流を１０分流通させた。ついで、水温４８℃に設定した加湿器を用いて加湿したＨ2ガスを、アルカリ形燃料電池の第１流路１０５ａに１００ｍＬ／分の流量で供給するとともに、水温４８℃に設定した加湿器を用いて加湿した酸素を、アルカリ形燃料電池の第２流路１０４ａに１００ｍＬ／分の流量で供給し、切り替え手段１４０を切り替え、第２集電層１０４と第３集電層１２０との間を接続し、３Ａの電流を１０分流通させた後、切り替え手段１４０を切り替え、第１集電層１０５と第２集電層１０４との間を接続し、０．２Ａ／ｃｍ2の電流を流し、５分後の電池出力を計測したところ、０．１４４Ｗ／ｃｍ2の出力が得られた。この時の電圧は０．７２Ｖであり、発電効率は５９％であった。日置電機株式会社製「バッテリハイテスタ３５５４」を用いて、燃料電池のオーミック抵抗を計測したところ、１５０ｍΩｃｍ2であった。
【０１１１】
（３）実施例３のアルカリ形燃料電池
実施例３のアルカリ形燃料電池を、５０℃の恒温層に入れ、水温４８℃に設定した加湿器を用いて加湿したＨ2ガスを、アルカリ形燃料電池の第１流路１０５ａに１００ｍＬ／分の流量で供給するとともに、水温４８℃に設定した加湿器を用いて加湿した酸素を、アルカリ形燃料電池の第２流路１０４ａに１００ｍＬ／分の流量で供給し、切り替え手段１４０を用いて、第３集電層１２０と第４集電層１２５とを接続し、３Ａの電流を１０分流通させた。ついで、切り替え手段１４０を切り替え、第１集電層１０５と第２集電層１０４との間を接続し、０．２Ａ／ｃｍ2の電流を流し、５分後の電池出力を計測したところ、０．１３８Ｗ／ｃｍ2の出力が得られた。この時の電圧は０．６９Ｖであり、発電効率は５８％であった。日置電機株式会社製「バッテリハイテスタ３５５４」を用いて、燃料電池のオーミック抵抗を計測したところ、１６２ｍΩｃｍ2であった。
【０１１２】
（４）比較例１のアルカリ形燃料電池
比較例１のアルカリ形燃料電池を、５０℃の恒温層に入れ、水温４８℃に設定した加湿器を用いて加湿したＨ2ガスを、アルカリ形燃料電池の第１流路１０５ａに１００ｍＬ／分の流量で供給するとともに、水温４８℃に設定した加湿器を用いて加湿した酸素を、アルカリ形燃料電池の第２流路１０４ａに１００ｍＬ／分の流量で供給し、切り替え手段１４０を用いて、第１集電層１０５と第２集電層１０４の間を接続し、０．２Ａ／ｃｍ2の電流を流し、５分後の電池出力を計測したところ、０．１３４Ｗ／ｃｍ2の出力が得られた。この時の電圧は０．６７Ｖであり、発電効率は５５％であった。日置電機株式会社製「バッテリハイテスタ３５５４」を用いて、燃料電池のオーミック抵抗を計測したところ、２００ｍΩｃｍ2であった。
【符号の説明】
【０１１３】
１０，２０，３０，４０，５０  膜電極複合体、１００，２００，３００，４００，５００  アルカリ形燃料電池、１０１  アニオン伝導性電解質膜、１０２  第２電極、１０３  第１電極、１０４  第２集電層、１０４ａ  第２流路、１０５  第１集電層、１０５ａ  第１流路、１０６  ガスケット、１１０  第３電極、１１５  第４電極、１２０  第３集電層、１２５  第４集電層、１３０  絶縁層、１４０  切り替え手段、１４５  外部配線、１５０  ボルト、１５５  ナット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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