(57)【要約】【課題】燃料カートリッジの状態では非常に安全である固体状メタノールを利用し、システムとしても液体燃料を使用する場合の液漏れ、クロスオーバー、出力低下等の問題を解決したメタノールを気体として供給する方式の直接メタノール形燃料電池システムを提供する。【解決手段】直接メタノール形燃料電池システムは、燃料極に酸素が供給されないよう、窒素ガス（Ｎ２）の圧縮気体ボンベを備えたキャリアガス源１と、固体状メタノール燃料カートリッジ３と、燃料電池セル５とを備える。キャリアガス源１と固体状メタノール燃料カートリッジ３とは、キャリアガス供給路２により連通しているとともに、固体状メタノール燃料カートリッジ３と燃料電池セル５とは、燃料ガス流通路４により連通している。燃料電池セル５の燃料ガス流通路４と排出ガス流路９とが連通したカバー５Ａ内に密封されており、空気極８は大気解放となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタノールを固体化した固体状メタノールを収容する燃料収容部と、
燃料電池セルと、
キャリアガス供給手段と
を備え、
前記燃料収容部には、前記キャリアガス供給手段に連通したキャリアガス供給路と、前記燃料電池セルの燃料極側に連通した燃料ガス流通路とが設けられており、
前記燃料電池セルには、前記燃料極側に連通して排出ガス流路が設けられており、
前記燃料収容部にキャリアガスを供給すると、前記固体状メタノールから気化したメタノールを含む燃料ガスが、前記燃料電池セルの燃料極に供給された後、前記排出ガス流路から排出されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記キャリアガス供給手段が、送風手段であることを特徴とする請求項１に記載の直接メタノール形燃料電池システム。
【請求項３】
前記キャリアガス供給手段が、圧縮気体ボンベであることを特徴とする請求項１に記載の直接メタノール形燃料電池システム。
【請求項４】
前記キャリアガス供給手段が、加熱装置と、加熱によりガスを発生する物質とを有することを特徴とする請求項１に記載の直接メタノール形燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料収容部が、着脱可能なカートリッジであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の直接メタノール形燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池セルの燃料極に供給されるキャリアガスが、実質的に酸素を含まないことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の直接メタノール形燃料電池システム。
【請求項７】
前記固体状メタノールが、メタノール水溶液を固体化したものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の直接メタノール形燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料収容部が、前記固体状メタノールとともに水含有固体材料を含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の直接メタノール形燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料収容部と前記燃料電池セルとの間に、水含有固体材料を含有する補水容器を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の直接メタノール形燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料ガス流通路が、前記燃料極において分岐状に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の直接メタノール形燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の直接メタノール形燃料電池システムを備えることを特徴とする携帯用電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体状メタノールを燃料とする直接メタノール形燃料電池システムに関し、特に小型携帯用電子機器に好適な直接メタノール形燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質型燃料電池は、パーフルオロスルホン酸膜等の固体電解質膜を電解質とし、この膜の両面に燃料極（アノード）及び酸化剤極（カソード）を接合して構成され、アノードに水素やメタノール、カソードに酸素を供給して電気化学反応により発電する装置である。このうち、メタノールを燃料とする固体高分子電解質型燃料電池は、「直接（ダイレクト）メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）」と呼ばれ、下記の反応式により発電が行われる。
【０００３】
アノード：ＣＨ３ＯＨ ＋ Ｈ２Ｏ → ６Ｈ＋ ＋ ＣＯ２ ＋ ６ｅ− …［１］
カソード：３／２Ｏ２ ＋ ６Ｈ＋ ＋ ６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ …［２］
この反応を起こすために、両電極は触媒物質が担持された炭素微粒子と固体高分子電解質との混合体より構成されている。
【０００４】
このような直接メタノール形燃料電池において、アノードに供給されたメタノールは、電極中の細孔を通過して触媒に達し、この触媒によりメタノールが分解されて、上記反応式［１］の反応で電子と水素イオンとを生成する。水素イオンは、アノード中の電解質及び両電極間の固体電解質膜を通ってカソードに達し、カソードに供給された酸素及び外部回路より流れ込む電子と反応して、上記反応式［２］のように水を生じる。一方、メタノールより放出された電子はアノード中の触媒担体を通って外部回路へ導き出され、外部回路よりカソードに流れ込む。この結果、外部回路ではアノードからカソードへ向かって電子が流れ電力が取り出される。
【０００５】
このメタノールを燃料とする直接メタノール形燃料電池は、作動温度が低く、大掛りな補機が必要ないこと等から携帯用電子機器用の小型電源として有用であり、近年、携帯用コンピューターや携帯電話等の次世代電源として開発が活発化してきている。
【０００６】
その一方で、燃料に使用するメタノールは液体であるために漏れやすく、またメタノール自体の可燃性及び毒性が懸念されており、安全に使用するための対策が課題となっている。また、液体のメタノールを燃料電池セルの燃料極に供給した場合、前述したとおり燃料極では二酸化炭素ガスが発生するが、液体のメタノールからの二酸化炭素ガスの抜けが悪いため、燃料極での反応阻害要因となり、出力の低下を招きやすいという問題点がある。また、液体と燃料極との接触状態を維持するためには、燃料電池セルの向きが制限されるという問題点もある。
【０００７】
さらに、液体燃料を使用することによる短所として、液体燃料中に溶解した不純物が燃料電池セルに供給されることによる燃料電池の性能劣化、液体燃料成分であるメタノールが燃料電池セルの電解質膜を浸透して空気極に達してしまうクロスオーバー現象等が挙げられる。
【０００８】
そこで、このようなメタノールの安全性等の課題に対し、分子状化合物を形成することによりメタノールを固形化し、漏れにくくするとともに可燃性を大きく低減した「固体状メタノール燃料」について本出願人は種々提案した（特許文献１〜３参照）。この固体状メタノールは水と接触することで固体中のメタノールを水側に放出する。こうして生成したメタノール水溶液を直接メタノール形燃料電池の燃料として使用することができるものである。
【特許文献１】特開２００６−０４０６２９号公報
【特許文献２】特開２００５−３２５２５４号公報
【特許文献３】国際公開２００５／０６２４１０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１〜３で提案されている使用方法は、固体状メタノールと水とを接触させることでメタノールを抽出してメタノール水溶液を生成し、それを燃料電池セルに供給するというものである。したがって、燃料電池システムとしては、液体燃料と同様にメタノール水溶液の漏れやクロスオーバー等の課題が存在していた。また、この水供給方式では、水タンク、ポンプ等の水供給手段が必要となるが、携帯用電子機器等に適用するにはこれらを必要としないシンプルな装置構造であるのが好ましい。そこで、メタノールを気体として供給する方式の直接メタノール形燃料電池が望まれていた。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料カートリッジの状態では非常に安全である固体状メタノールを利用し、システムとしても液体燃料を使用する場合の液漏れ、クロスオーバー、出力低下等の問題を解決したメタノールを気体として供給する方式の直接メタノール形燃料電池システムを提供することを目的とする。また、本発明は、上記直接メタノール形燃料電池システムを用いた携帯用電子機器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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、メタノールを固体化した固体状メタノールを収容する燃料収容部と、燃料電池セルと、キャリアガス供給手段とを備え、前記燃料収容部には、前記キャリアガス供給手段に連通したキャリアガス供給路と、前記燃料電池セルの燃料極側に連通した燃料ガス流通路とが設けられており、前記燃料電池セルには、前記燃料極側に連通して排出ガス流路が設けられており、前記燃料収容部にキャリアガスを供給すると、前記固体状メタノールから気化したメタノールを含む燃料ガスが、前記燃料電池セルの燃料極に供給された後、前記排出ガス流路から排出されることを特徴とする燃料電池システムを提供する（請求項１）。
【００１２】
上記発明（請求項１）によれば、ガスボンベ、ポンプ、ブロア等の送風装置によりキャリアガスを燃料収容部に供給すると、固体状メタノールでは、メタノールはその材料内部で包接現象等の分子間力でゆるやかに拘束されているため、一気に気化することはなく、徐々に気化して、これを含む燃料ガスが、燃料電池セルの燃料極に供給され、この気化したメタノールが燃料極の触媒上で分解されることにより、発電が行われる。なお、燃料電池セルにおいて、発電を行うには燃料極にメタノールと等モル量の水の供給が必要であるが、発電開始時には元々電解質膜が保持していた水分を利用することで反応が進行し、反応が進むに連れて空気極で生成する水が電解質膜を逆浸透し、燃料極に供給されるため、水を供給しなくても発電は起こる。
【００１３】
そして、このキャリアガスの供給を継続することにより、燃料極へメタノールが補充されることで発電が継続される一方、余剰のメタノールは排出ガス流路から排出される。このように過剰なメタノールが燃料極に供給されることがないので、クロスオーバーや液漏れ等の問題が解消された直接メタノール形燃料電池システムとすることができる。
【００１４】
上記発明（請求項１）においては、前記キャリアガス供給手段として、送風手段を用いてもよいし（請求項２）、圧縮気体ボンベを用いてもよい（請求項３）。さらに、前記キャリアガス供給手段として、加熱装置と加熱によりガスを発生する物質とを用いてもよい（請求項４）。このようにシステムを採用する機器の状況に応じてキャリアガス供給手段として種々のものを採用することができる。
【００１５】
上記発明（請求項１〜４）においては、前記燃料収容部が、着脱可能なカートリッジであるのが好ましい（請求項５）。かかる発明（請求項５）によれば、固体状メタノールに含有されているメタノール量が減少し、燃料ガス中のメタノール濃度が低下して、燃料電池の出力が低下したら、カートリッジを交換することで、再度良好な状態で使用することができる。
【００１６】
上記発明（請求項１〜５）においては、前記燃料電池セルの燃料極に供給されるキャリアガスが、実質的に酸素を含まないことが好ましい（請求項６）。かかる発明（請求項６）によれば、メタノールの酸化によるホルムアルデヒド、ギ酸、ギ酸メチル等の有害物質の生成を防止することができるとともに、メタノールの酸化による熱の発生やメタノールの消費を防止することができる。
【００１７】
上記発明（請求項１〜６）においては、前記固体状メタノールが、メタノール水溶液を固体化したものとすることができる（請求項７）。また、上記発明（請求項１〜６）においては、前記燃料収容部が、前記固体状メタノールとともに水含有固体材料を含有するものとすることができる（請求項８）。さらに、上記発明（請求項１〜６）においては、前記燃料収容部と前記燃料電池セルとの間に水含有固体材料を含有する補水容器を備える構成とすることができる（請求項９）。
【００１８】
前述したように発電開始時には元々電解質膜が保持していた水分を利用することで反応が進行し、反応が進むに連れて空気極で生成する水が電解質膜を逆浸透し、燃料極に供給されるため、水を供給しなくても発電は起こるが、水の消費量が多い場合、すなわち燃料電池の出力を大きくした場合には、かかる状態で運転を継続すると、空気極から電解質膜を逆浸透し燃料極に供給される水分や空気中の湿度だけでは水分が不足し、経時的に出力が減少する場合がある。これは燃料極の水が不足すると、反応に必要な水分の供給ができないだけでなく、電解質膜の電気伝導性が低下することが原因と考えられる。
【００１９】
そこで、上記発明（請求項７〜９）においては、メタノールとともに水も固体状としているので、システムに内に液体としての水を存在させなくても、メタノール及び水が気化することで、電解質の湿潤および反応に必要な水分を供給でき、安定した発電が行えるようになる。
【００２０】
上記発明（請求項１〜９）においては、前記燃料ガス流通路が、前記燃料極において分岐状に形成されているのが好ましい（請求項１０）。
【００２１】
通常、液体燃料供給式の直接メタノール形燃料電池システムでは、燃料極での燃料流路となるセパレータは、蛇行した一本の流路であるが、これを気化したメタノールガスに適用した場合には、セパレータの上流から下流に向けて燃料ガス中のメタノールガスの濃度が低下するので、ネルンストロスにより起電力が低下する。
【００２２】
そこで、上記発明（請求項１０）によれば、燃料ガス流通路を燃料極において、分岐状に形成することにより、燃料ガス中のメタノールガスの濃度差を少なくすることで、起電力の低下を抑制することができる。
【００２３】
また、本発明は、上記発明（請求項１〜１０）の直接メタノール形燃料電池システムを備えることを特徴とする携帯用電子機器を提供する（請求項１１）。かかる発明（請求項１１）によれば、クロスオーバーや液漏れ等の問題が改善され、効率よく発電が可能で、コンパクトな直接メタノール形燃料電池システムを用いることにより、安定して作動でき、コンパクトな携帯用電子機器とすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、クロスオーバーや液漏れ等の問題が改善され、出力低下等の問題を解決して効率よく発電が可能な直接メタノール形燃料電池システムを提供することができる。しかも、水供給手段等の装置を設ける必要がないので、直接メタノール形燃料電池システムのコンパクト化も図れる、という効果も奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムについて、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムを示すフロー図であり、図２は、図１における燃料容器たる固体状メタノール収容容器を示す断面図である。
【００２６】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムは、燃料極に酸素が供給されないようにキャリアガス供給手段たる窒素ガス（Ｎ２）の圧縮気体ボンベを備えたキャリアガス源１と、固体状メタノールの燃料収容部たる固体状メタノール燃料カートリッジ３と、燃料電池セル５とを備え、キャリアガス源１と固体状メタノール燃料カートリッジ３とは、キャリアガス供給路２により連通しているとともに、固体状メタノール燃料カートリッジ３と燃料電池セル５とは、燃料ガス流通路４により連通している。
【００２７】
このような直接メタノール形燃料電池システムにおいて、固体状メタノール燃料カートリッジ３は、図２に示すように箱型のケーシング３Ａ内に屈曲状の流路を形成するように仕切り壁３Ｂを設け、内部に固体状メタノールＳを充填してなる。そして、仕切り壁３Ｂにより仕切られた一側（図示上側）が、キャリアガス供給路２に接続しているとともに、他側（図示下側）が燃料ガス流通路４に接続することで、キャリアガスが、固体状メタノールＳに充分に接触しながら通過する。
【００２８】
また、燃料電池セル５は、燃料極６と固体高分子電解質膜７と空気極８とからなり、燃料極６は、燃料ガス流通路４と排出ガス流路９とが連通したカバー５Ａ内に密封されている一方、空気極８は大気解放となっている。
【００２９】
さらに、図３に示すように、このカバー５Ａ内には、蛇行状のセパレータ１１が内蔵されていて、当該セパレータ１１の一端は、燃料ガス流通路４に接続されており、他端は、排出ガス流路９に連通されていて、このセパレータ１１に沿って燃料ガスが通過する。
【００３０】
上述したような直接メタノール形燃料電池システムにおいて、キャリアガスとして本実施形態においては窒素ガス（Ｎ２）を用いているが、これに限らず通常の空気を供給してもよい。ただし、メタノールの酸化によるホルムアルデヒド、ギ酸、ギ酸メチル等の有害物質の生成を防止するとともに、メタノールの酸化による熱の発生やメタノールの消費を防止するために、キャリアガスは、実質的に酸素を含まないものを使用するのが好ましい。したがって、空気を供給する場合には、キャリアガス供給路２に脱酸素手段を設ける等するのが好ましい。
【００３１】
また、固体状メタノールＳとしては、メタノールの包接化合物を始めとするメタノールの分子化合物、メタノールをポリマーとともに固体化又はジベンジリデン−Ｄ−ソルビトール等によりゲル化したもの、メタケイ酸アルミン酸マグネシウム等の無機材に吸着等によりメタノールを保持することで固体状としたもの、及びこれらにコーティングを施すことによりメタノールの気化温度を調節したもの等、メタノールを包含し、かつ固体の状態を示す物質であればどのようなものでも使用することができる。
【００３２】
分子化合物とは、単独で安定に存在することのできる化合物の２種類以上の化合物が水素結合やファンデルワールス力等に代表される、共有結合以外の比較的弱い相互作用によって結合した化合物であり、水化物、溶媒化物、付加化合物、包接化合物等が含まれる。
【００３３】
このような分子化合物は、分子化合物を形成する化合物とメタノールとの接触反応により形成することができ、メタノールを固体状の化合物に変化させることができ、比較的軽量で安定にメタノールを貯蔵することができる。特に、ホスト化合物とメタノールとの反応によりメタノールを包接した包接化合物が好ましい。
【００３４】
固体状メタノールとしては、シート状、ブロック状（塊状）、粒状等の種々の形態のものを用いることができる。これらの中では、粒子状のものが好ましい。固体状メタノールとして粒子状のものを用いることにより、粒径を小さくすることで気化速度を大きくでき、かつ発生したメタノール蒸気の移動が容易となる。
【００３５】
固体状メタノールの粒径としては、取扱性、充填性、ガス移動性等を考慮すると１μｍ〜１０ｍｍ、特に１００μｍ〜５ｍｍの範囲が望ましい。
【００３６】
このような固体状メタノールは、基材１質量部に対し、メタノール１〜３質量部が取り込まれたものであることが好ましい。
【００３７】
このような固体状メタノールとしては、純度１００％のメタノールを固体状としたものでなくてもよく、メタノールに水を添加して所望の濃度のメタノール水溶液としてこれを固体状としたものを用いてもよい。
【００３８】
また、本実施形態においては、燃料カートリッジ３内に固体状メタノールＳとともに水含有固体材料を含有させてもよい。水含有固体材料としては、水が液体として漏れ出さない程度に拘束できるものであればよく、メタケイ酸アルミン酸マグネシウム等の無機多孔質体や有機多孔質体、繊維状素材、吸水性高分子素材等を適用できる。具体的には、シリカ系やチタニア系の無機多孔質体、活性炭、多孔質ガラス素材、ガラス繊維、一般的な布や紙等の繊維材料、セルロースファイバ、ポリアミド系吸水性樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、水含有固体材料にコーティングを施すことにより水の気化速度を調節したもの等を用いてもよい。
【００３９】
このような水含有固体材料は、基材１質量部に対し、水１〜３質量部が取り込まれたものであることが好ましい。
【００４０】
このような構成を有する直接メタノール形燃料電池システムについて、その動作を説明する。
図１において、キャリアガス源１からＮ２ガスを供給すると、このＮ２ガスはキャリアガス供給路２を通って固体状メタノール燃料カートリッジ３に流入する。
【００４１】
燃料カートリッジ３内の固体状メタノールＳは、その材料内部で包接現象を始めとする分子間力でゆるやかにメタノールが拘束されているため、一気に気化することはないが、徐々に気化する。そして、固体状メタノールＳの表面から徐々に気化したメタノール分子は、Ｎ２ガスと混合されて、燃料ガスとして燃料ガス流通路４から、燃料電池セル５の燃料極６に供給され、図３に示すようにセパレータ１１を通って燃料極６で反応する。
【００４２】
この結果、下記の反応式により発電が行われる。
アノード：ＣＨ３ＯＨ ＋ Ｈ２Ｏ → ６Ｈ＋ ＋ ＣＯ２ ＋ ６ｅ− …［１］
カソード：３／２Ｏ２ ＋ ６Ｈ＋ ＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ …［２］
【００４３】
このとき、燃料極６近傍のメタノール濃度は、液体のメタノール（水溶液）を直接供給する方式に比べるとかなり希薄となるが、液体供給方式でも燃料極６のメタノールが全て反応するわけではなく、触媒活性の限界によって一部だけしか分解されない。また、メタノールが過剰であればあるほど、空気極８側にクロスオーバーするメタノール量も増える。
【００４４】
したがって、燃料極６におけるメタノールの濃度が高濃度であることは必ずしもメリットにならず、固体状メタノールからＮ２ガスをキャリアガスとして気化しただけの濃度のメタノールでも、液体供給方式とほぼ同等の出力が得られる。
【００４５】
そして、メタノールが燃料極６で分解されて減少する一方で、キャリアガス源１からのＮ２ガスの供給を連続することで、固体状メタノールからのメタノールガスも供給されるので、上記発電反応が継続することになる。
【００４６】
このとき上記反応式［１］においては、メタノールと等モルの水が必要であり、キャリアガス中の湿気が少なく、カソードの反応で生じる水分だけでは、水分が不足するおそれがある場合には、前述した水含有固体材料を併用するのが好ましい。これにより水含有固体材料から水分が気化してメタノールとともにキャリアガスとともに燃料極６に供給されることになる。ただし、確実に初期発電を行うためには、あらかじめ燃料極６に水を含ませておいてもよい。そして、メタノールと水との反応により、メタノールと等モルの二酸化炭素ガスが生じるが、この二酸化炭素ガスは、排出ガス流路９から外部環境に放出される。
【００４７】
そして、固体状メタノールは、発電に伴い内部に含まれるメタノールが燃料極６に供給されることでメタノール含有量が少なくなるので、所定時間発電させるか、所定のレベルの出力電圧を下回るようになったら、燃料カートリッジ３を交換することで発電を継続することができる。
【００４８】
以上、本発明について実施形態に基づき説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形実施が可能である。
【００４９】
例えば、上述した実施形態においては、燃料極６のセパレータ１１を図３に示すように蛇行状としたが、このようなセパレータ１１では、上流（燃料ガス流通路４）側から下流（排出ガス流路９）側に向けて、燃料極６での反応に伴い燃料ガス中のメタノールガスの濃度が低下するので、ネルンストロスにより起電力が低下する。そこで、分岐状、すなわち図４に示すように並列にセパレータ１１Ａを形成したり、図５に示すようにグリッド状にセパレータ１１Ｂを形成したりすることにより、セパレータ１１の上流から下流に向けての燃料ガス中のメタノールガスの濃度差を低減し、起電力の低下を抑制するようにするのが好ましい。なお、セパレータ１１は、これに限らず放射状に形成する等種々の分岐状とすることができる。
【００５０】
また、上述した実施形態においては、キャリアガス供給手段を窒素ガス（Ｎ２）の圧縮気体ボンベとしたが、これに限らず、エアポンプ、ブロア等の送風手段や、加熱によりガスを発生する物質等をキャリアガス供給手段として用いてもよい。
【００５１】
さらに、固体状メタノールと、水含有固体材料とを併用する場合、上述した実施形態のように燃料カートリッジ３に固体状メタノールと水含有固体材料とを混合する必要はなく、固体状メタノールの燃料カートリッジ３とは別に水含有固体材料のカートリッジ（補水容器）を燃料カートリッジ３と、燃料電池セル５との間、すなわち燃料ガス流路４に設けてもよい。
【００５２】
上述したような本発明の直接メタノール形燃料電池システムは、システム内部に液体を有さず、コンパクト化が図れ、固体状メタノールが所定量のメタノールを有する限り、出力低下等がないので、小型化が要求される携帯用電子機器の電源として特に好適である。
【実施例】
【００５３】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、何ら以下の実施例に限定されるものではない。
【００５４】
［実施例１］
［燃料電池セル］
試験用の燃料電池セルとして以下の仕様のものを使用した。
ＭＥＡ：ケミックス社製ＤＭＦＣ用ＭＥＡ
・電解質膜；Nafion117（デュポン社製，膜厚５０μｍ）
・アノード（燃料極）触媒；Ｐｔ−Ｒｕ／Ｃ
・カソード（空気極）触媒；Ｐｔ／Ｃ
・有効膜面積：４０×４０ｍｍ
集電材料：ＳＵＳメッシュ（Ａｕメッキ）
燃料極：密閉構造
空気極：解放構造
【００５５】
［被膜形成固体状メタノールの作製］
メタケイ酸アルミン酸マグネシウムの粉末（１００ｇ）にヒドロキシプロピルセルロース（２ｇ）とメタノール（３００ｇ）を配合後、造粒装置にて直径約３ｍｍの球形粒子に造粒して、固体状メタノール粒子を得た。
【００５６】
この固体状メタノール粒子をコーティング装置に導入後、被膜形成材料であるエチルセルロースの０．５％メタノール水溶液を１０ｍＬ／ｍｉｎの流量で５分間吹き付けつつ乾燥させ、表面に厚さ約３０μｍのエチルセルロースの被膜を形成し、被膜形成固体状メタノール粒子を作製した。この被膜形成固体状メタノール粒子のメタノール含有率は約６５％であった。
【００５７】
［直接メタノール形燃料電池システム］
この被膜形成固体状メタノール粒子を寸法が４０×４０×１０（ｍｍ）の図２に示すカートリッジ３に５ｇ充填し、図１に示すシステムに装着してシステムを作製した。この際、燃料電池セル５の燃料極６として、あらかじめ純水を張って湿潤させておき、試験前に純水を除去し、窒素ガス流で水滴を除去したものを使用した。なお、キャリアガスであるＮ２ガスは８０ｍＬ／ｍｉｎの流量とし、燃料極６のセパレータ１１は、図３に示す形状とした。
【００５８】
［比較例１］
実施例１において、キャリアガスを用いずに、３％メタノール水溶液を燃料電池セル５の燃料極６に供給した以外は同様にして、直接メタノール形燃料電池システム（比較例１）を作製した。
【００５９】
［発電試験］
これら実施例１及び比較例１の直接メタノール形燃料電池システムに対し、電子負荷装置により電流を流し、燃料電池セルの特性を測定した。負荷電流密度（ｍＡ／ｃｍ２、負荷電流をＭＥＡの有効膜面積で除した値）を横軸に、セルの出力密度（ｍＷ／ｃｍ２、負荷電流密度と燃料極−空気極間の電圧値（Ｖ）との積）を縦軸にとしたグラフを図６に示す。
【００６０】
図６から明らかなとおり、実施例１の直接メタノール形燃料電池システムでは、測定中のセル電圧は安定しており、最高出力は約７ｍＷ／ｃｍ２であった。さらに、その状態で２時間運転した際にも出力の低下はほとんどなかった。
【００６１】
これに対し、メタノール水溶液を供給した比較例１の直接メタノール形燃料電池システムでは、測定中のセル電圧は安定していたが、最高出力は約６．５ｍＷ／ｃｍ２と低く、その状態で１時間運転した際にも出力の低下が認められた。これは、二酸化炭素ガスにより燃料極６での反応性の低下に一因があるものと考えられる。
【００６２】
［実施例２］
実施例１において被膜形成固体状メタノールを、メタノール水溶液（濃度７０質量％）を用いて作製し、メタノール含有率４０％、水含有率２０％とした以外は同様にして、直接メタノール形燃料電池システム（実施例２）を作製した。
【００６３】
この実施例２の直接メタノール形燃料電池システムに対し、実施例１と同様の発電試験を行い、燃料電池セルの特性を測定したところ、実施例１よりも経時安定性が良好であった。これはメタノールとともに水分も同時に燃料極６に供給されるためであると考えられる。
【００６４】
［実施例３］
実施例１において被膜形成固体状メタノール３ｇと、被膜形成固体状メタノールと同様にして製造した水含有固形材料（水含有ノイシリン、含水率７５％）２ｇとを併用して燃料カートリッジ３に充填した以外は同様にして、直接メタノール形燃料電池システム（実施例３）を作製した。
【００６５】
この実施例３の直接メタノール形燃料電池システムに対し、実施例１と同様の発電試験を行い、燃料電池セルの特性を測定したところ、実施例１よりも経時安定性が良好であった。これはメタノールとともに水分も同時に燃料極６に供給されるためであると考えられる。
【００６６】
［実施例４］
実施例１において、燃料電池セル５の燃料極６のセパレータ１１として、図４に示すものを用いた以外は同様にして、直接メタノール形燃料電池システム（実施例４）を作製した。
【００６７】
この実施例４の直接メタノール形燃料電池システムに対し、実施例１と同様の発電試験を行い、燃料電池セルの特性を測定したところ、実施例１よりも長時間出力の低下がなかった。これはネルンストロスが改善されたためであると考えられる。
【００６８】
［実施例５］
実施例１において、燃料電池セル５の燃料極６のセパレータ１１として、図５に示すものを用いた以外は同様にして、直接メタノール形燃料電池システム（実施例５）を作製した。
【００６９】
この実施例５の直接メタノール形燃料電池システムに対し、実施例１と同様の発電試験を行い、燃料電池セルの特性を測定したところ、実施例１よりも長時間出力の低下がなかった。これはネルンストロスが改善されたためであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムを示すフロー図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムにおける燃料カートリッジを示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムにおける燃料極及びセパレータの第一例を概略的に示す平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムにおける燃料極及びセパレータの第二例を概略的に示す平面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムにおける燃料極及びセパレータの第三例を概略的に示す平面図である。
【図６】実施例１及び比較例１の直接メタノール形燃料電池システムにおける負荷電流密度と、セルの出力密度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１…キャリアガス源（キャリアガス供給手段）
２…キャリアガス供給路
３…固体状メタノール燃料カートリッジ（燃料収容部）
４…燃料ガス流通路
５…燃料電池セル
６…燃料極
７…固体高分子電解質膜
８…空気極
９…排出ガス流路
Ｓ…固体状メタノール
【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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