(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やクロスオーバーの問題を解決するとともに、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。【解決手段】燃料電池セル１は、燃料極２と電解質膜３と空気極４とからなり、燃料極２と空気極４とは電気回路Ｌにより電気的に接続されている。固体状メタノール収容容器５は、燃料電池セル１の燃料極２側に近接して設置されている。収容容器５は、矩形箱型のケーシング１１の内部に固体状メタノールと水含有固体材料とを充填してなり、下面側に開口部１２が形成されていて、この開口部１２を合成樹脂製メッシュ１２Ａにより仕切ることにより、固体状メタノール及び水含有固体材料を保持した状態で通気性を確保している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接メタノール形燃料電池セルと、
前記直接メタノール形燃料電池セルの燃料極に近接して設けられた燃料容器と
からなり、
メタノールを固体化した固体状メタノールと水含有固体材料とを前記燃料容器に収容したことを特徴とする直接メタノール形燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料容器は、前記直接メタノール形燃料電池セルに燃料を供給するための動力を有しない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】
前記燃料容器に通気性面が形成されており、
前記通気性面が、前記直接メタノール形燃料電池セルの燃料極側に対向していることを特徴とする請求項１又は２に記載の直接メタノール形燃料電池システム。
【請求項４】
前記通気性面が、気体成分のみが通過できるような透過性材料によって仕切られていることを特徴とする請求項３に記載の直接メタノール形燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料容器の通気性面側に、前記水含有固体材料を遍在させたことを特徴とする請求項３又は４に記載の直接メタノール形燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料容器に、前記固体状メタノールと前記水含有固体材料とのそれぞれが前記通気性面に臨むように区画して収容されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の直接メタノール形燃料電池システム。
【請求項７】
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］の反応により電子と水素イオンとが生成される。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］のように水が生成される。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、大掛りな補機を必要としないこと等から、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の開発が活発化している。
【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。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。特に、クロスオーバー現象が発生すると、燃料の単位容積当たりの発電効率が低下するばかりでなく、空気極での酸化過程でホルムアルデヒド、ギ酸、ギ酸メチル等の有害物質が生成されるため、これを解決することが直接メタノール形燃料電池の実用化に向けて大きな課題となっている。
【０００７】
近年、開発が進められている直接メタノール形燃料電池システムとしては、燃料の体積密度を向上させるために、より高濃度のメタノールを適用する方法が主流であるが、燃料濃度が高くなるほどクロスオーバーの問題はより深刻になる。そこで、燃料電池セルに使用される電解質膜等の素材の改良を進めることでクロスオーバーの低減を図ることが検討されているが、いまだ十分なレベルに達しておらず、このことが直接メタノール形燃料電池の商品化への大きな障壁となっている。
【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、液漏れし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に保持されているメタノールを水側に放出する。このように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問題が依然として存在していた。また、この水供給方式では、水タンク、ポンプ等の水供給機構が必要となるが、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。
【００１０】
一方、直接メタノール形燃料電池はその出力の低さが問題となっており、現状では直接メタノール形燃料電池単独で電子機器を稼動するのではなく、直接メタノール形燃料電池と充電可能な二次電池とのハイブリッド形式での運用方法が主流となっているが、直接メタノール形燃料電池を最も効率の良い条件で運転して、安定的に二次電池に充電し得るような機能が求められている。
【００１１】
上述したような機能の実現に対して、直接メタノール形燃料電池が最も効率よく発電できるようにメタノールを燃料極に供給することが求められている。しかしながら、従来は、直接メタノール形燃料電池におけるアノード及びカソードでの反応を最適なものにすることは非常に困難であった。
【００１２】
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、液体燃料を使用する場合の液漏れやクロスオーバーの問題を解決するとともに、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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は、直接メタノール形燃料電池セルと、前記直接メタノール形燃料電池セルの燃料極に近接して設けられた燃料容器とからなり、メタノールを固体化した固体状メタノールと水含有固体材料とを前記燃料容器に収容したことを特徴とする直接メタノール形燃料電池システムを提供する（請求項１）。
【００１４】
上記発明（請求項１）によれば、固体状メタノールと水含有固体材料とを収容する燃料容器を燃料電池セルの燃料極に近接して設けているので、固体状メタノールの表面からメタノール分子が徐々に気化して燃料電池セルの燃料極に達し、発電が行われることになる。
【００１５】
これは以下のような理由によると考えられる。すなわち、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、徐々に気化していく。
【００１６】
そこで、固体状メタノールを燃料電池セルの燃料極に近接して設けて、燃料電池セル内の燃料極と固体状メタノールとの隙間の空間を非常に小さくすることにより、空間内のメタノール濃度は飽和蒸気濃度に速やかに達する。
【００１７】
そして、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、発電が行われるのである。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。
【００１８】
続いて、燃料極上でメタノールが分解されていくに伴い、分解した分を補充するような形でさらに固体状メタノール表面からのメタノールの気化が進むことで発電が継続される。
【００１９】
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。
【００２０】
しかしながら、本発明者らが研究した結果、燃料電池の燃料極では、等モルのメタノールと水とが反応するが、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とがわかった。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。
【００２１】
そこで、上記発明（請求項１）においては、メタノールと同様に水も固体化することで、システムに内に液体としての水を存在させなくても電解質の湿潤及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。しかも、固体状メタノールと水含有固体材料とを併用することで、膜の含水率低下を引き起こすことなく発電を行えるようになる。さらに、システム内に液体を持たないので、液漏れのリスクがないという効果も得られる。
【００２２】
上記発明（請求項１）においては、前記燃料容器は、前記直接メタノール形燃料電池セルに燃料を供給するための動力を有しないことが好ましい（請求項２）。かかる発明（請求項２）によれば、直接メタノール形燃料電池システムをコンパクトにすることができる。
【００２３】
上記発明（請求項１，２）においては、前記燃料容器に通気性面が形成されており、前記通気性面が、前記直接メタノール形燃料電池セルの燃料極側に対向していることが好ましい（請求項３）。
【００２４】
上記発明（請求項３）によれば、燃料電池セルと燃料容器との設置間隔に対して、固体状メタノールから気化したメタノールの燃料極への移動距離を最小とすることができるので、燃料電池セルでの発電が速やかに行われ、かつ効率も良好なものとすることができる。
【００２５】
上記発明（請求項３）においては、前記通気性面が、気体成分のみが通過できるような透過性材料によって仕切られていることが好ましい（請求項４）。かかる発明（請求項４）によれば、固体状メタノールや水含有固体材料の残骸等が燃料極等に残留すると、当該固体状メタノールに含まれるメタノール以外の成分が電解質膜の劣化を引き起こす可能性があるが、透過性材料によってこれを遮断することで、このような弊害を防止することができる。
【００２６】
上記発明（請求項３，４）においては、前記燃料容器の通気性面側に前記水含有固体材料を遍在させることが好ましい（請求項５）。メタノールと水とでは水の蒸気圧の方が低く、気化速度が遅いが、かかる発明（請求項５）によれば、燃料極に近い通気性面側に水含有固体材料を遍在させることで、この気化速度の遅さを補うことができる。
【００２７】
上記発明（請求項３，４）によれば、前記燃料容器に、前記固体状メタノールと前記水含有固体材料とのそれぞれが前記通気性面に臨むように区画して収容するのが好ましい（請求項６）。
【００２８】
上記発明（請求項６）によれば、水は安全な物質であるため、水含有固体材料は液体の水が表面に浮き出てくるくらい湿潤した状態でも安全に使用することができる。しかし、このような材料を固体状メタノールと共存させると、湿潤した水の層にメタノールが徐々に移動し、燃料容器内部でメタノール水溶液を生成してしまうことが起こりうる。そこで、固体状メタノールと水含有固体材料とをそれぞれ通気性面に臨むように区画して収容することで、メタノール水溶液の生成を防止することができ、安定した性能を発揮することができる。
【００２９】
また、本発明は、上記発明（請求項１〜６）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７）。かかる発明（請求項７）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】
【００３０】
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、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、水供給機構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】
【００３１】
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概略図であり、図２は、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固体状メタノール収容容器を示す斜視図である。
【００３２】
図１及び図２に示すように、燃料電池セル１は、燃料極２と電解質膜３と空気極４とからなり、燃料極２と空気極４とは電気回路Ｌにより電気的に接続されている。固体状メタノールを収容する収容容器５は、燃料電池セル１の燃料極２側に近接して設置されている。燃料電池セル１及び収容容器５は、枠体６により四方を囲むように固定されているとともに、収容容器５の天面は開閉可能のカバー７で覆われている。
【００３３】
収容容器５は、矩形箱型のケーシング１１の内部に、メタノールを固体化した固体状メタノールと、水含有固体材料とを充填してなり、下面側に開口部１２が形成されていて、この開口部１２を合成樹脂製メッシュ１２Ａにより仕切っている。このように、図３に示すように、固体状メタノール及び水含有固体材料が均一に混合された状態で保持することで、通気性を確保している。
【００３４】
この透過性材料としては、メタノールや水の分子は通過するが、固体状メタノール及び水含有固体材料の粒子は通過しないような細孔を有するものであって、メタノール蒸気で侵されないような材料であればどのようなものでもよく、合成樹脂製メッシュ１２Ａの他、高分子フィルター、紙フィルター、その他の多孔質材料等を用いることができる。このような収容容器５は、カバー７を開閉する等して枠体６に着脱自在な燃料カートリッジとして使用するのが好ましい。
【００３５】
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、固体状メタノールとしては、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−ソルビトール等のゲル化剤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料に吸着等によりメタノールを保持させ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。
【００３６】
分子化合物とは、単独で安定に存在することのできる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。
【００３７】
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。
【００３８】
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ができ、それにより気化速度を大きくし、かつ発生したメタノール蒸気の移動が容易となる。
【００３９】
固体状メタノールの粒径は、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。なお、合成樹脂製メッシュ１２Ａ等の透過性材料は、これら固体状メタノールの態様に応じ、これがこぼれないようなものを適宜選択して用いればよい。
【００４０】
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。
【００４１】
また、水含有固体材料の基材としては、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温度を調節したもの等を用いてもよい。
【００４２】
このような水含有固体材料は、基材１質量部に対し、水１〜４質量部が取り込まれたものであることが好ましい。また、固体状メタノールと水含有固体材料とは、同一の固体物質（粒子、シート、ブロック等）内に共存させてもよい。例えば、固体状メタノール粒子と水とを混合し、造粒した粒子を使用することもできる。
【００４３】
収容容器５中における、これら固体状メタノールと水含有固体材料との割合は、理論的には全固体状メタノールに含まれるメタノールの量に対し、水は化学量論量（等モル）必要になるが、実際にはシステムとして動作させると化学量論量よりも少ない水の量で安定した運転を継続することができる。これは化学量論的には不足する水が、空気極で発生する水の燃料極への逆拡散によって補われるためと考えられる。
【００４４】
したがって、全固体状メタノールに含まれるメタノールの量に対して、水が０．１〜１．０（ｍｏｌ／ｍｏｌ）、好ましくは０．２〜０．５（ｍｏｌ／ｍｏｌ）となるように水含有固体材料を充填すればよい。ただし、水含有固体材料が多いと、燃料容器５における固体状メタノールを充填できるスペースが減ることから、水含有材料の配合量はできるだけ少ないことが望ましい。
【００４５】
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、ケーシング１１内の固体状メタノールは、その材料内部で包接現象をはじめとする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いが、徐々に気化する。また、水含有固体材料からも徐々に水が気化する。そして、固体状メタノールの表面から徐々に気化したメタノール分子及び水含有固体材料の表面から徐々に気化した水分子が燃料電池セル１の燃料極２に達する。
【００４６】
このとき、燃料極２と収容容器５の合成樹脂製メッシュ１２Ａとの間の隙間空間Ｓを非常に小さくすることで、空間Ｓ内のメタノール濃度はその条件における飽和蒸気濃度に速やかに達する。
【００４７】
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］
【００４８】
このような状態における燃料極２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２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４側にクロスオーバーするメタノール量も増える。
【００４９】
したがって、燃料極２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気化しただけのメタノールでも、空間Ｓ内のメタノール濃度が飽和蒸気濃度であれば、液体供給方式とほぼ同等の出力が得られる。
【００５０】
そして、メタノールが燃料極２の触媒上で分解されて減少するに伴い、この消費された分を補充するように固体状メタノールからのメタノール分子の気化が進む。これにより上記発電反応が継続することになる。
【００５１】
なお、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るが、前述したように水含有固体材料から気化した水分と、元々電解質膜３が保持していた水分とにより、反応が開始され、反応が進むに連れて反応式［２］で示すように空気極４で生成する水が電解質膜３を逆浸透し、燃料極２に供給されるため、水含有固体材料中の水分は等モルより少なくてよい。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２に水を含ませておいてもよい。
【００５２】
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。
【００５３】
例えば、固体状メタノールと水含有固体材料とは、図４に示すように燃料極２に近い収容容器５の開口部１２側に水含有固体材料２１を遍在させ、反対側に固体状メタノール２２を遍在させるのが好ましい。このような構成を採用することにより、メタノールと水とでは水の蒸気圧の方が低いため気化速度が遅く、その供給が不足しがちであるが、燃料極２に近いほうに水含有固体材料２１を遍在させることで、気化速度の遅さを補うことができ、水含有固体材料２１の配合量を最小限に抑えることができる。
【００５４】
また、図５に示すように固体状メタノール２２と水含有固体材料２１とをそれぞれ開口部１２に臨むように収容し、両者の間に区画壁２３を設けて区画して収容してもよい。このような構成を採用することにより、水含有固体材料２１を液体の水が表面に浮き出てくるくらい水含有率を高めて湿潤した状態としても、燃料容器５内部で固体状メタノール２２が水に濡れてメタノール水溶液を生成してしまうことがない。これにより安定した性能を発揮することができる。しかも、水含有固体材料２１の水含有率を高くできるので、水含有固体材料２１の配合量を最小限に抑えることができる。
【００５５】
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、ポンプ等の燃料供給用の動力を必要とせず、コンパクト化が図れるので、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】
【００５６】
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。
【００５７】
［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）
・アノード触媒：Ｐｔ−Ｒｕ／Ｃ
・カソード触媒：Ｐｔ／Ｃ
・有効膜面積：１６ｃｍ２
集電材料：ＳＵＳメッシュ（Ａｕメッキ）
燃料極：密閉構造（ただし、上蓋の開閉で燃料の出し入れ可能）
空気極：開放構造
【００５８】
［固体状メタノールの作製］
１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン（ＴＨＰＥ）３９．８ｇ（０．１ｍｏｌ）をメタノール１００ｍＬに加熱溶解して再結晶を行うことにより、ＴＨＰＥ：メタノール＝１：２（モル比）でメタノール含有率１４質量％の固体状メタノールとして、メタノール包接化合物を得た。
【００５９】
［水含有固体材料の作製］
メタケイ酸アルミン酸マグネシウムの粉末（５０ｇ）と水（５０ｇ）とをよく攪拌混合して、含水率５０％の水含有固体材料粒子を得た。
【００６０】
［直接メタノール形燃料電池システム］
このメタノール包接化合物３．８ｇと水含有固体材料粒子０．２ｇとを均一に混合し、寸法が４０×４０×１０（ｍｍ）の図２に示す箱型容器に充填し、燃料極２に配向する面の開口部に透過性材料として不織布を張ってメタノール包接化合物が漏れ出ないようにして収容容器５とした。なお、メタノールと水の比率は、０．５４ｇ（１６．６ｍｏｌ）：０．１０ｇ（５．６ｍｏｌ）である。
【００６１】
燃料電池セル１の燃料極２に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。この燃料電池セル１を図１に示す装置に装着し、収容容器５が燃料極２側となるように装着してカバー７を閉じて密封し、直接メタノール形燃料電池システム（実施例１）とした。なお、燃料極２と収容容器５の不織布との間には５ｍｍの間隙を形成した。
【００６２】
［比較例１］
実施例１において、メタノール包接化合物３．８ｇと水含有固体材料粒子０．２ｇの代わりに、３％メタノール水溶液を収容容器５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（比較例１）を作製した。
【００６３】
［参考例］
実施例１において、メタノール包接化合物３．８ｇと水含有固体材料粒子０．２ｇの代わりに、メタノール包接化合物４．０ｇを収容容器５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（参考例）を作製した。
【００６４】
［発電試験］
これら実施例１、比較例１及び参考例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。測定結果を、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）を縦軸に示したグラフとして、図６に示す。
【００６５】
また、実施例１及び参考例の直接メタノール形燃料電池システムに対し、負荷電流を一定にしたときのセル電圧の経時変化を測定した。結果を図７及び図８に示す。
【００６６】
図６〜図８に示すとおり、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１６ｍＷ／ｃｍ２であった。さらに、その状態で４時間運転しても出力の低下はほとんど起こらなかった。
【００６７】
これに対し、メタノール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１４ｍＷ／ｃｍ２と低く、電流密度も劣っていた。これは、クロスオーバーが発生しているためであると考えられる。
【００６８】
さらに、水含有固体材料を充填しなかった参考例の直接メタノール形燃料電池システムは、測定中のセル電圧は安定しており、最高出力も約１６ｍＷ／ｃｍ２と高かったが、連続的に電流を負荷しつづけた結果、セル電圧が徐々に低下し、４時間後には約５０％の出力にまで低下した。これは、経時とともに水分が不足し、反応に必要な水分が不足し、さらに電解質膜の電気伝導性が低下したためであると考えられる。
【００６９】
［実施例２］
実施例１において、図４に示すように水含有固体材料粒子０．２ｇを収容容器５の開口部側（燃料極２側）にメタノール包接化合物３．８ｇが反対側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２）を作製した。
【００７０】
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と同様にして発電特性と、負荷電流を一定にしたときのセル電圧の経時変化とを測定したところ、いずれも実施例１とほぼ同等の性能を示した。
【００７１】
［実施例３］
実施例１において、図５に示すように収容容器５内に区画壁２３を設け、開口部に臨んで一方の側にメタノール包接化合物３．８ｇを他方の側に水含有固体材料粒子０．２ｇを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。
【００７２】
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と同様にして発電特性と、負荷電流を一定にしたときのセル電圧の経時変化とを測定したところ、いずれも実施例１とほぼ同等の性能を示した。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【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概略図である。
【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収容容器を示す斜視図である。
【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の収容容器における固体状メタノールと水含有固体材料との充填状態（その１）を示す概略図である。
【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の収容容器における固体状メタノールと水含有固体材料との充填状態（その２）を示す概略図である。
【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の収容容器における固体状メタノールと水含有固体材料との充填状態（その３）を示す概略図である。
【図６】実施例１、比較例１及び参考例の直接メタノール形燃料電池システムにおける発電特性測定結果を示すグラフである。
【図７】実施例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を一定にしたときのセル電圧の経時変化を示すグラフである。
【図８】参考例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を一定にしたときのセル電圧の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
１…燃料電池セル
２…燃料極
３…電解質膜
４…空気極
５…固体状メタノール収容容器（燃料容器）
１２…開口部（通気性面）
１２Ａ…合成樹脂製メッシュ（透過性材料）
２１…水含有固体材料
２２…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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【図７】
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【図８】
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