(57)【要約】【課題】長期間使用しても電流−電圧特性の低下が小さい高分子電解質形燃料電池を提供する。【解決手段】高分子電解質膜１０５、酸素極の触媒層１０４、水素極の触媒層１０９、水素極の拡散層１０７および酸素極の拡散層１０３から選ばれた少なくとも一つに硫酸イオンを含有し、かつ前記水素極の拡散層および酸素極の拡散層の少なくとも一方にプラスチック多孔体の表面にカーボン層を配置したガス拡散層１０２が設けられている高分子電解質形燃料電池。【選択図】図１
2008041459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜、酸素極の触媒層、水素極の触媒層、水素極の拡散層および酸素極の拡散層から選ばれた少なくとも一つに硫酸イオンを含有し、かつ前記水素極の拡散層および酸素極の拡散層の少なくとも一方にプラスチック多孔体の表面にカーボン層を配置したガス拡散層が設けられていることを特徴とする高分子電解質形燃料電池。
【請求項２】
前記ガス拡散層のプラスチック多孔体の表面とカーボン層の間に、ニッケル層が配置されていることを特徴とする請求項１記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項３】
前記カーボン層が導電性カーボンペーストからなることを特徴とする請求項１または２記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項４】
前記導電性カーボンペーストに含有されるバインダが疎水性バインダを含むことを特徴とする請求項３記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項５】
前記酸素極の拡散層およびガス拡散層に大気を送り込む手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の高分子電解質形燃料電池。
【請求項６】
表面にカーボン層を配置したプラスチック多孔体の多孔度が５０％以上９５％以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載の高分子電解質形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学的な発電装置である高分子電解質形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、据置用、自動車用の観点から、クリーンエネルギーであること、エネルギーの多様化が見込めること、また、モバイルエネルギー源として、充電不要というメリットがあることから精力的に開発が進められている。特に、高分子電解質形燃料電池は、小型化が可能であることから、モバイル機器用の電源として注目されている。
【０００３】
高分子電解質形燃料電池は、高分子電解質膜を介して燃料極と酸素極を有する構造から成っている。燃料としては、水素、メタノール、ヒドラジン等が用いられ、燃料極に供給される。なお、燃料として水素を用いる場合には水素極と呼ぶ。一方、酸素極では、燃料を燃焼させるための酸素を、大気中から取り入れている。
【０００４】
高分子電解質形燃料電池では、以下のような反応が起きる。燃料として水素を使用した場合、水素極の白金表面では、下記の（１）式
【０００５】
【化１】
2008041459.tif 000003
【０００６】
の反応が起こり、このＨ+（水素イオン）が高分子電解質膜を移動する。一方、酸素極では、白金表面で高分子電解質膜を通して移動してきたＨ+と、拡散層をとおして拡散してきた酸素が結合し、水を生成する反応、すなわち、下記の（２）式
【０００７】
【化２】
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【０００８】
の反応が起こる。
高分子電解質形燃料電池の基本特性のひとつ、電流−電圧特性を改善するためには、多くの場合、（２）式の反応の、酸素の供給が律速になっているため、より効率的に酸素を取り入れる必要がある。また、この拡散層には、酸素の取り入れ以外に、反応により生成した水を外部へ排出する機能、電気伝導体としての機能も要求される。
【０００９】
電流−電圧特性を改善する手段として、この拡散層に、発泡金属、あるいは、一部が撥水処理された発泡金属を用いることが特許文献１に開示されている。これは、酸素の取り込みと、反応で発生した水を外部へ排出する働きと、優れた電気伝導性を有していることから、電流−電圧特性が改善され、限界電流密度の増大を図ることができた。この発泡金属の材料として、ニッケルやアルミニウム、銅などが、開示されている。
【００１０】
もう一つの、電流−電圧曲線を改善する手法として、高分子電解質膜のイオン伝導性を向上させる方法がある。高分子電解質膜はスルホン基が含まれており、この近傍に、水や水素イオンが存在するため、イオン伝導性なる機能を保有している。このイオン伝導性を向上させる手法として、硫酸水溶液等の電解質を高分子電解質膜に保持させることが、特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開平０６−００５２８９号公報
【特許文献２】特開平０８−１８０８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
電流−電圧特性の優れた高分子電解質形燃料電池を作製するために、発泡金属として用いられるニッケルやアルミニウム、銅などに撥水処理を施しても、酸性水溶液により、わずかではあるが腐食される。このため、腐食により、溶解した金属イオンが白金触媒や白金を主成分とする合金触媒を被毒したり、高分子電解質膜に悪影響を及ぼすことになる。
【００１２】
これら腐食の問題も、比較的短い時間であるならば、ほとんど問題にならない。しかし、高分子電解質形燃料電池の使用にあたっては、数１０００時間以上の発電時間、長期間に及ぶ保存期間中の安定性が要求されるため、使用中に問題を発生させないためには、部材の材質が極めて重要になる。
【００１３】
上記のような還元性の酸性雰囲気での使用にあたって、実質的に問題ないと考えられる金属としては、タンタル、タングステン、モリブデン等や、白金、金等の貴金属がある。実際、モリブデンはナトリウム−イオウ二次電池のような非常に腐食性の高い雰囲気の電極として用いられている。しかし、これらの金属は、融点が非常に高く、加工しにくいことから、拡散層のような金属多孔体を作ることは、極めて難しい。また、仮に、作製することができたとしても、コスト的に非現実的なものとなってしまう。
【００１４】
一方、白金や金は加工性がよく、メッキも容易でありことから、たとえば、ニッケルからなる発泡金属体表面に貴金属のメッキをすることにより、上記のような腐食は抑制することができる。しかし、発泡金属の骨格表面は、欠陥が多いため、貴金属メッキをしても、完全に被覆することは極めて難しい。その理由を以下に説明する。
【００１５】
図２は、一例として発泡金属の断面図を示す。発泡金属の骨格２０３は金属でできているが、その骨格の中は、隙間２０２になっている。また、骨格２０３の表面には、部分的に金属が存在しない欠陥部２０４が存在する。単なる金属シートであれば、メッキによる効果も期待できるが、図２のような発泡金属では、内側まで、メッキにより被覆することは極めて難しく、部分的に金属が露出された状態で存在する。このため、貴金属によるメッキをしたとしても、腐食を抑制することは難しい。
【００１６】
電流−電圧特性を改良するため、硫酸イオンを添加した高分子電解質形燃料電池では、酸素を取り入れるための拡散層が、長期にわたる使用中に腐食を起こす。このため、触媒や高分子電解質膜に悪影響を及ぼし、電流−電圧特性の低下を招く。
【００１７】
本発明は、この様な背景技術の課題を解決するためになされたものであり、長期間使用しても電流−電圧特性の低下が小さい高分子電解質形燃料電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を解決する高分子電解質形燃料電池は、高分子電解質膜、酸素極の触媒層、水素極の触媒層、水素極の拡散層および酸素極の拡散層から選ばれた少なくとも一つに硫酸イオンを含有し、かつ前記水素極の拡散層および酸素極の拡散層の少なくとも一方にプラスチック多孔体の表面にカーボン層を配置したガス拡散層が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
前記ガス拡散層のプラスチック多孔体の表面とカーボン層の間に、ニッケル層が配置されていることが好ましい。
前記カーボン層が導電性カーボンペーストからなることが好ましい。
【００２０】
前記導電性カーボンペーストに含有されるバインダが疎水性バインダを含むことが好ましい。
前記酸素極の拡散層およびガス拡散層に大気を送り込む手段を有することが好ましい。
【００２１】
表面にカーボン層を配置したプラスチック多孔体の多孔度が５０％以上９５％以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、長期間使用しても電流−電圧特性の低下が小さい高分子電解質形燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の高分子電解質形燃料電池の実施形態について、以下詳細に説明する。
拡散層の選択と高分子電解質膜のイオン導電性アップは、長期的な使用による電流−電圧特性の低下を防ぐため、極めて重要な課題であることは前述したとおりである。また、拡散層には、酸素の拡散以外に、発電による反応で生成した水を排出する機能、電気伝導性の機能も重要であり、要求される。
【００２４】
本発明によれば、高分子電解質膜、酸素極の触媒層、水素極の触媒層、水素極の拡散層、酸素極の拡散層の、少なくともその一部に硫酸イオンを添加し、少なくともプラスチック多孔体の表面をカーボン層で覆った拡散層を用いることができる。
【００２５】
本発明によれば、拡散層のカーボン層を厚くすることによって、もしくは、拡散層の厚さを薄くすることによって、拡散層の電気伝導性の低下を実質的に問題ないレベルにすることができる。この場合、酸素の拡散性が低下するため、大電流を取り出す必要がある場合には、ファンで強制的に酸素（空気）を拡散層に送り込むとより効果がある。
【００２６】
本発明によれば、プラスチック多孔体とカーボン層の間に、金属層を設けることにより、拡散層としての機能を満たそうとするものである。
本発明によれば、カーボン層として、カーボンとバインダで構成された、いわゆる導電性ペーストを用いることができる。この導電性ペーストを用いることによって、製造が極めて容易になる。
【００２７】
本発明によれば、酸素の拡散性を実質的に損なうことなく、耐食性、電気伝導性を維持することができるため、大電流をとりだし、長期にわたって、発電が可能な高分子電解質形燃料電池を作製することができる。
【００２８】
図１は、本発明の高分子形電解質燃料電池の一実施態様を示す概略図である。図１に示すように、本発明では、高分子電解質膜１０５を挟んで、酸素極の触媒層１０４と水素極の触媒層１０９が配置されている。その両側を、酸素極の第１の拡散層１０３と水素極の拡散層１０７（水素極は１種類のみ）で、はさんでいる。酸素極には第２のガス拡散層１０２が配置されている。さらに、その両側に水素極の集電体１０６と酸素極の集電体１０１が配置されている。その水素極の集電体１０６には、水素を入れるための孔部１０８が設けられている。なお、図示はしていないが、高分子電解質膜１０５、酸素極の触媒層１０４、水素極の触媒層１０９、水素極の拡散層１０７、酸素極の第１の拡散層１０３の、少なくともその一部に硫酸イオンを添加している。なお、硫酸イオンとはＳＯ 2-4を表し、ＳＯ 2-4の化合物から導入されるイオンである。
【００２９】
本発明の燃料電池は、燃料として供給された水素が、水素を入れるための孔部１０８より入り、水素極の拡散層１０７をとおして水素極の触媒層１０９に水素がいきわたる。水素極の触媒層１０９で、供給された水素が、
【００３０】
【化３】
2008041459.tif 000005
【００３１】
の反応を起こす。このＨ+が高分子電解質膜を移動する。
一方、酸素極では、酸素極の触媒層１０４で高分子電解質膜１０５を通して移動してきたＨ+と、酸素極の第１の拡散層１０３と酸素極の第２のガス拡散層１０２をとおして拡散してきた酸素が結合し、水を生成する
【００３２】
【化４】
2008041459.tif 000006
【００３３】
の反応が起こる。
また、生成した水は、主に、この酸素極の第１の拡散層１０３と酸素極の第２のガス拡散層１０２から、排出される。
【００３４】
生成した水には硫酸イオンが含まれるが、外部へは、大部分が水蒸気として排出されるため、硫酸イオンが排出される可能性は、極めて低い。酸素極の第２のガス拡散層１０２にも生成した水が排出のため行きわたり、酸性雰囲気になるが、発電中は多量に水が生成するため、硫酸イオンの濃度は低い。しかし、発生する水が少ない発電条件や、発電終了後、時間がたつにつれ、水が蒸発していき、硫酸イオンの濃度が高まり、腐食しやすいような環境になってしまう。
【００３５】
高分子電解質膜１０５は、プロトン（Ｈ+）伝導性を有するとともに、大気中の窒素ガス、酸素ガスおよび水素ガスが、高分子電解質膜をとおしてガスリークしないようなガス遮断性が要求される。この材質としては、フッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、フラーレン等を用いることができる。フッ素系は、パーフルオロスルホン酸膜が主に使用されている。炭化水素系は、イオン交換基を除く母材部分が、炭化水素系重合体で構成されている。ここで、炭化水素系は、実質的に炭素−フッ素結合を含まず、重合体を構成する主鎖及び側鎖の結合の大部分が、炭素−炭素結合で構成されている重合体である。厚さは、薄すぎるとガスがリークしやすく、場合によっては、触媒層あるいは拡散層が貫通し、短絡してしまう。逆に、厚すぎると、膜抵抗が増加し、プロトン伝導性が低下してしまう。高分子電解質膜の厚さは、材質によっても異なるが、概ね２０μｍ以上１５０μｍ以下が望ましい。
【００３６】
酸素極の触媒層１０４には、酸素と水素（プロトン）を反応させ、水を生成させる触媒作用が要求される。材質は、白金もしくは、白金を主成分とする微粒子、もしくは、カーボンに担持された白金、もしくは白金を主成分とする微粒子からなる。白金以外の成分としては、ロジウム、銅、コバルトなどがあり、要求される性能により、適宜、添加することが望ましい。また、触媒作用を効果的に働かせるためには、適度な撥水性、適度な多孔度も必要である。また、触媒作用以外の機能としては、電気伝導性も要求される。この触媒層の微粒子は、基本的には細かいほど（粒子径が約２０オングストローム）よいが、実際には、コスト等の問題があり、粒子径が約１０００オングストローム以下であれば、事実上、使用できる。この触媒層は、適度な撥水性が必要であるため、フッ素系の樹脂を白金等の触媒の近傍に適宜、配置するのが望ましい。
【００３７】
水素極の触媒層１０９は、供給された水素をプロトンに解離させる機能が要求される。基本的な材質は、酸素極の触媒層１０４と同様であるが、撥水性や多孔度、触媒量、添加合金の種類等を、変えることにより、より適切な水素極の触媒層１０９とすることができる。
【００３８】
酸素極の第１の拡散層１０３は、基本的には、大気中より取り入れた酸素を触媒層１０４まで導く機能を有する。その他の機能として、電気伝導性が高いこと、発生した水を排出できることが必要である。上記の機能を満たすための部材として、カーボンクロス、カーボンフェルト、カーボンペーパーがあり、触媒層側にカーボンブラックとバインダからなる層を配置したものもある。この拡散層１０３には、水の排出の機能も要求されるので、適宜、撥水処理したものを用いることができる。
【００３９】
酸素極の第２のガス拡散層１０２は、大気中より酸素を取り入れる機能を有する。実際には、窒素も混入するが、触媒層１０４で消費されるのは、酸素だけである。また、電気的導電性も必要である。この部材として、プラスチック多孔体にカーボンとバインダからなる層を形成したものを用いることができる。図３は、プラスチック多孔体の一例を示す概略図である。３次元状の構造からなるプラスチック多孔体の骨格３０２の表面に、カーボンとバインダからなる層３０３が形成されている。また、プラスチック多孔体の骨格３０２と、カーボンとバインダからなる層３０３の間に、ニッケル層を配置したものを用いることができる。プラスチック多孔体の材質としては、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリイミド系等のものを用いることができる。
【００４０】
上記のカーボンとバインダからなる層３０３は、カーボンは一定の電気伝導性を有するため、黒鉛、カーボンブラック等の種類の違いにかかわらず、部材として使用することができる。より好ましくは、電気伝導性の高い黒鉛を用いることができる。
【００４１】
バインダは、基本的には、カーボン粉末同士、プラスチック多孔体とカーボン粉末を結着できればよい。バインダの材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリスチレン、フェーノール、ポリイミド等が用いられる。また、これらの組み合わせでも問題ない。僅かではあるが、硫酸イオンや水が存在するため、耐水性、耐酸性があることが、より好ましい。カーボンとバインダからなる層３０３の厚さは２μｍ以上、好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下が望ましく、２μｍ未満では、電気的導電性が低く、機能しにくい。
【００４２】
また、上記のプラスチック多孔体の骨格３０２と、カーボンとバインダからなる層３０３の間に金属層（不示図）を設けることにより、カーボンのみの場合より、酸素極の第２のガス拡散層１０２の電気伝導性をより向上できる。金属層としては、電気伝導性の高い、銅、ニッケル、アルミニウム、鉄、コバルト等の金属を用いることができる。また、これらの組み合わせでもよい。金属層の厚さは特に制限はないが、好ましくは１μｍ以上２０μｍ以下の範囲である。このように、カーボンとバインダからなる層３０３の下層に金属層があるが、その金属層の内側にはプラスチックがあり、図２で示したような発泡金属と異なり、欠陥部２０４、隙間２０２の部分がなく、酸性水溶液が入り込む隙間がない。この状態で、かつ、金属層の表面がカーボンとバインダからなる層３０３で覆われているため、酸性雰囲気になっても、腐食がほとんど進行しない。
【００４３】
表面にカーボンとバインダからなる層３０３を配置したプラスチック多孔体の多孔度は５０％以上９５％以下、好ましくは８０％以上９５％以下が望ましい。なお、多孔度は（（真密度−（重量／体積））／真密度）×１００により求めた値を示す。
【００４４】
水素極の拡散層１０７は、酸素極の第１の拡散層１０３に相当する部材のみで、酸素極の第２のガス拡散層１０２に相当する部材は、配置してもよいが、なくてもよい。この図１では、配置していない。この水素極の拡散層１０７は、基本的には、酸素の第１の拡散層１０３と同じように、水素の拡散ができ、電気伝導性があればよい。水素極の拡散層１０７は、酸素極の第１の拡散層１０３のように、水が生成することはない。しかし、高分子電解質膜１０５を介して水分が少量ではあるが、拡散してくるため、適度な撥水性は必要である。また、水素極の拡散層１０７の、水素極の触媒層１０９の面側には、酸素の第１の拡散層１０３と同様に、カーボンブラックとバインダからなる層があることが望ましい。
【００４５】
水素極の集電体１０６、酸素極の集電体１０１は、基本的には電気伝導性があればよい。僅かではあるが、硫酸イオンや水が存在するため、耐食性も要求される。この部材としては、銅、ニッケル、ステンレス、チタン等の表面に耐食処理、電気伝導性の付与として、金メッキをしたものや、カーボンを被覆したものを用いることができる。
【００４６】
水素を入れるための孔部１０８は、水素を燃料電池内部に導入できればよい。ここでは、単セルの燃料電池について述べたが、幾つかのセルをスタックした場合には、水素極の集電体１０６とその水素を供給するための孔１０８および、酸素極の集電体１０１を変更することにより、本発明を実施することができる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１
高分子電解質膜として、寸法縦１０ｍｍ×横２０ｍｍの形状のパーフルオロスルホン酸膜（ナフィオン１１２、デュポン社製）の片側に、パーフルオロスルホン酸溶液（ナフィオン１１２溶液、アルドリッチ社製）と白金黒からなるペーストを厚さ３０μｍに塗工した。もう、反対側の面にも、同一の位置に、同様に塗工した。この白金黒を塗工したナフィオン膜を温度１３０℃で、２分間、１０ＫＰａで加圧した。このようにして作製した、高分子電解質膜と、触媒である白金黒を一体化したシートを１モルの硫酸溶液に３０分間浸漬し、風乾した。
【００４８】
酸素極の第１の拡散層は厚さ約３００μｍのカーボンクロスに、ファーネス系カーボンであるケッチェン・ブラックＥＣ−６００ＪＤ（ライオン（株）製）とポリ・テトラ・フルオロエチレン（ポリフロンディスパージョン溶液、ダイキン（株）製）からなるシートを貼り付けた後、乾燥し、プレスし、一体化した。
【００４９】
水素極の拡散層は、酸素極の第１の拡散層と同じにした。
酸素極の第２のガス拡散層は、ポリエステル系ウレタン発泡体の表面に、黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンからなる層を形成することにより、プラスチック多孔体を得た。作製方法は、まず、ポリエステル系ウレタン発泡体（イノアックコーポレーション（株）製、多孔度９７％、）を、触媒層と同じ寸法の１０ｍｍ×２０ｍｍの切断し、厚さを１．６ｍｍにスリットした。次に、平均粒径３μｍの黒鉛粉末（ＵＦ−Ｇ５、昭和電工（株）製）とポリフッ化ビニリデン溶液（ＫＦポリマー溶液、＃１１２０、クレハ（株）製）を混練することにより得た黒鉛ペーストに、上記の形状にしたポリエステル系ウレタン発泡体を浸漬し、表面に、黒鉛ペーストを付着させた後、取り出し、乾燥した。黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンの厚さは２０μｍであった。
【００５０】
表面にカーボン層を配置したプラスチック多孔体の多孔度は６３％であった。なお、多孔度の計算方法は、球体を仮定して計算する。多孔度が９７％で、直径３００μｍのポリエステル系ウレタン発泡体に黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンを２０μｍの厚さでコーティングすると、（４／３）×π×（１５０）3：９７＝（４／３）×π×（１３０）3：Ｘとなり、多孔度Ｘ＝６３％となる。
【００５１】
集電体は、酸素極、水素極共に、０．５ｍｍの銅板に金メッキしたものを用いた。メッキ厚さは、１．０μｍであった。なお、水素極には、直径０．８ｍｍの孔をあけ、水素の取り入れ口とした。
【００５２】
上記のように作製した部材を、図１のように、順次、積層し、加圧した状態で保持し、評価用の高分子電解質形燃料電池とした。
実施例２
酸素極の第２のガス拡散層以外の構成は、実施例１と同一とした。
【００５３】
酸素極の第２のガス拡散層は実施例１と同様な寸法のポリエステル系ウレタン発泡体を用い、この表面に無電解ニッケルメッキを施した。無電解メッキは、ニポジュールＵ−７７（上村工業（株）製）を用いた。厚さは、４μｍにした。そこへ、実施例１と同様に黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンの層を形成し、ガス拡散層とした。黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデンの厚さは２４μｍであった。表面にカーボン層を配置したプラスチック多孔体の多孔度は５８％であった。
【００５４】
実施例３
酸素極の第２のガス拡散層以外の構成は、実施例１と同一とした。
酸素極の第２のガス拡散層は、ポリエステル系ウレタン発泡体の厚さを１．６ｍｍから１．０ｍｍに変更し、それに、実施例１と同じ処理をして、黒鉛粉末とポリフッ化ビニリデン層を形成させ、高分子電解質形燃料電池とした。さらに、酸素の第２のガス拡散層の横側から、大気中の酸素を取り込みやすくするために、ファンを設置した。
【００５５】
表面にカーボン層を配置したプラスチック多孔体の多孔度は６３％であった。
実施例４
酸素極の第２のガス拡散層以外の構成は、実施例１と同一とした。
酸素極の第２のガス拡散層は、実施例１のポリエステル系ウレタン発泡体を市販の導電性黒鉛ペースト（ＴＵ−１３ＳＫ−Ｍ、（株）アサヒ化学研究所製）に浸漬、乾燥させることにより得た。導電性ペースト層の厚さは、繰り返し塗ることにより、約２５μｍのものを得た。表面にカーボン層を配置したプラスチック多孔体の多孔度は５６％であった。
【００５６】
比較例１
酸素極の第２のガス拡散層以外は、実施例１と同一とした。
酸素極の第２のガス拡散層は、市販の発泡ニッケルを用い、厚さは１．６ｍｍのものを用いた。発泡ニッケルの多孔度は９４％から９５％であった。
【００５７】
比較例２
酸素極の第２のガス拡散層以外は、実施例１と同一とした。
酸素極の第２のガス拡散層は、カーボンクロスを５枚重ねることにより１．５ｍｍとし、発泡ニッケルとほぼ同じ厚さにした。カーボンクロスの多孔度は５０％から６０％であった。
【００５８】
［評価］
作製した高分子電解質形燃料電池は、電流−電圧特性と、寿命特性を評価した。
水素の流量は１５ｍｌ／ｍｉｎとした。表１に電流−電圧曲線の測定結果を示す。取り出す電流を、５０ｍＡ／ｃｍ2、１００ｍＡ／ｃｍ2、２００ｍＡ／ｃｍ2、３００ｍＡ／ｃｍ2、５００ｍＡ／ｃｍ2と、順次変えて、その時の電圧を測定した。その結果、実施例１から実施例４および、比較例１は、ほぼ同レベルであった。しかし、比較例２は、電圧低下が大きく、５００ｍＡ／ｃｍ2では、測定不可であった。この比較例２で取り出すことができる電流は、実質的に２００ｍＡ／ｃｍ2くらいまでであろう。この原因は、酸素の取り込みが充分でなかったためであると思われる。
【００５９】
次に、取り出す電流を２００ｍＡ／ｃｍ2と固定し、１日あたり８時間、それを毎日繰り返して発電した。表２に、寿命特性の結果を示す。１０日後、２０日後、５０日後、１００日後、１５０日後の電圧を測定した。この結果、実施例１から実施例４、および、比較例２では、測定した１５０日後まで、大きな電圧低下はなく、実用上、問題ない範囲であることが分かった。一方、比較例１では、２０日後では、電圧低下が起こり始め、５０日後では、実質的に、使用できないレベルになっていた。
【００６０】
【表１】
2008041459.tif 000007
【００６１】
（注）表中の数値は、電池電圧を示し、単位はＶである。
【００６２】
【表２】
2008041459.tif 000008
【００６３】
（注）表中の数値は、電池電圧を示し、単位はＶである。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の高分子電解質形燃料電池は、長期間使用しても電流−電圧特性の低下が小さいので、モバイル機器用の電源等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の高分子形電解質燃料電池の一実施態様を示す概略図である。
【図２】発泡金属の断面の概略図である。
【図３】プラスチック多孔体の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０１  酸素極の集電体
１０２  酸素極の第２のガス拡散層
１０３  酸素極の第１の拡散層
１０４  酸素極の触媒層
１０５  高分子電解質膜
１０６  水素極の集電体
１０７  水素極の拡散層
１０８  水素を入れるための孔部
１０９  水素極の触媒層
２０１  発泡金属の孔
２０２  骨格の中の隙間
２０３  発泡金属の骨格
２０４  欠陥部
３０１  プラスチック多孔体の孔
３０２  プラスチック多孔体の骨格
３０３  カーボンとバインダからなる層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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