(57)【要約】【課題】液体燃料を用いた燃料電池において、膜電極接合体（燃料電池セル）の有する電気抵抗値を最適化し、出力を向上させる。【解決手段】燃料電池１は、起電部２と燃料収容室３と燃料気化部４とから構成されている。起電部２は、アノード触媒層５とアノードガス拡散層６とを有するアノード７と、カソード触媒層８とカソードガス拡散層９とを有するカソード１０、およびアノード触媒層５とカソード触媒層８とで挟持されたプロトン伝導性の電解質膜１１とから構成されるＭＥＡ１２を有している。そして、ＭＥＡ１２の直流抵抗値が２０〜２００ｍΩとなっている。また、起電部２が複数の単セル２ａにより構成された燃料電池１において、各単セル２ａの間の直流抵抗値の差が２０ｍΩ以下となっている。【選択図】図１
2008210611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体を備える起電部と、前記膜電極接合体の前記燃料極に燃料を供給する燃料供給機構とを具備し、前記膜電極接合体の厚さ方向の直流抵抗値が、２０〜２００ｍΩであることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記起電部は、前記電解質膜を介して配置された前記燃料極と前記空気極とで構成され、かつ前記電解質膜の平面内に分離して配置され電気的に接続された複数の単セルを有しており、これらの単セル間の前記直流抵抗値の差が２０ｍΩ以下であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料供給機構は、前記膜電極接合体の前記燃料極側に配置され、前記燃料極に向けて開口された燃料収容部を備えることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記燃料供給機構は、液体燃料を収容する燃料収容部と、前記燃料収容部と流路を介して接続され、前記膜電極接合体の前記燃料極の面方向に燃料を分配しつつ供給する燃料分配機構とを備えることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
【請求項５】
さらに、前記流路に設けられた燃料供給ポンプを具備することを特徴とする請求項４記載の燃料電池。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項記載の燃料電池において、
前記燃料はメタノール燃料であることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池において、
前記メタノール燃料はメタノール濃度が８０％以上のメタノール水溶液または純メタノールであることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体燃料を用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。
【０００３】
直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯用電子機器の電源として有望視されている。ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。
【０００４】
これらのうち、内部気化型等のパッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して特に有利である。パッシブ型ＤＭＦＣにおいては、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（燃料電池セル）を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。燃料収容部から気化した燃料を直接燃料電池セルに供給する場合、燃料電池の出力の制御性を高めることが重要となる。
【０００５】
一方、ＤＭＦＣの燃料電池セルと燃料収容部とを流路を介して接続することが検討されている。また、燃料収容部から流路にポンプ等を用いて液体燃料を供給することも検討されている（例えば、特許文献２〜３参照）。
【０００６】
そして、膜電極接合体（単セル）の複数を積層したスタック型の燃料電池において、発電性能を確保するために、単セルごとにあるいは複数の単セルが積層された積層体ごとに、発電時の電圧を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。さらに、これらの電圧を適正に制御することも検討されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００７】
しかしながら、このような燃料電池の出力特性を向上させるために、各単セルの物性を電気抵抗値の面から検証することは、未だなされていないのが現状である。
【特許文献１】国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット
【特許文献２】特表２００５−５１８６４６号公報
【特許文献３】特開２００６−０８５９５２号公報
【特許文献４】特開２００６−１００１０６号公報
【特許文献５】特開２００６−２２８６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、膜電極接合体（燃料電池セル）の有する電気抵抗値を最適化することにより、出力が高くかつ安定した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】
本発明の一態様に係る燃料電池は、燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体を備える起電部と、前記膜電極接合体の前記燃料極に燃料を供給する燃料供給機構とを具備し、前記膜電極接合体の厚さ方向の直流抵抗値が、２０〜２００ｍΩであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の態様に係る燃料電池においては、膜電極接合体の厚さ方向の直流抵抗値が２００ｍΩ以下になっているので、発電時に電流を掃引した際の電圧の低下が生じにくく、高い出力が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明の燃料電池をパッシブ型（内部気化型）ＤＭＦＣに適用した第１の実施形態の構成を示す断面図である。図１に示す燃料電池１は、膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を備える起電部２と、液体燃料Ｆを収容する燃料収容室３と、これらの間に介在された燃料気化部４とから主として構成されている。
【００１３】
起電部２は、アノード触媒層５とアノードガス拡散層６とを有するアノード（燃料極）７と、カソード触媒層８とカソードガス拡散層９とを有するカソード（空気極／酸化剤極）１０、およびアノード触媒層５とカソード触媒層８とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１１とから構成される膜電極接合体（ＭＥＡ）１２を有している。
【００１４】
アノード触媒層５やカソード触媒層８に含有される触媒としては、例えばＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層５にはメタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層８にはＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は炭素材料等の導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００１５】
電解質膜１１を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜１１はこれらに限られるものではない。
【００１６】
アノード触媒層５に積層されるアノードガス拡散層６は、アノード触媒層５に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層５の集電機能を有するものである。カソード触媒層８に積層されるカソードガス拡散層９は、カソード触媒層８に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層８の集電機能を有するものである。アノードガス拡散層６やカソードガス拡散層９は、例えばカーボンペーパーのような導電性を有する多孔質基材で構成されている。
【００１７】
上記したようなＭＥＡ１２をアノード導電層１３とカソード導電層１４とで挟み込むことによって、起電部２が構成されている。アノードガス拡散層６はアノード導電層１３と積層され、カソードガス拡散層９はカソード導電層１４と積層されている。アノード導電層１３およびカソード導電層１４は、例えば金などの導電性金属材料からなるメッシュや多孔質膜、あるいは薄膜等で構成されている。起電部２はＯリング等のシール部材１５でシールされており、これによりＭＥＡ１２からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。
【００１８】
第１の実施形態では、このような起電部２において、ＭＥＡ１２の厚さ方向（積層方向）の直流抵抗の値が、２０〜２００ｍΩより好ましくは２０〜１００ｍΩとなっている。なお、この直流抵抗の値は、例えば以下に示す方法により測定されたものである。
【００１９】
すなわち、プロトン伝導性の電解質膜１１の両面側にアノード７（アノード触媒層５とアノードガス拡散層６）とカソード１０（カソード触媒層８とカソードガス拡散層９）とをそれぞれ配置し、一体に熱圧着して形成されたＭＥＡ１２を、一定の湿度（例えば、８０％ＲＨ）に加湿定置した後、アノード７側およびカソード１０側に、アノード導電層１３とカソード導電層１４とに相当する集電用金属箔（例えば金箔）をそれぞれ配置する。さらに、上下両面側からそれぞれ剛性のある樹脂板（例えばアクリル樹脂板）で挟み、一定の加重をかけた状態で、直流抵抗を精密に測定する。測定器としては、例えばＡＣミリオームハイテスター（日置電機社製）を使用することができる。なお、印加する加重により測定値は変化するが、加重が一定値（圧力に換算して６０ｇ／ｃｍ２）を超えると一定するので、この値をＭＥＡ１２の有する厚さ方向の直流抵抗とすることができる。
【００２０】
また、既に組み立てられた燃料電池１においても、解体して取り出されたＭＥＡ１２の直流抵抗値を前記と同様にして測定し、２０〜２００ｍΩの範囲にあるかどうかを検証することができる。
【００２１】
このような直流抵抗値を有するＭＥＡ１２を備えた起電部２が、液体燃料Ｆを収容する燃料収容室３の上に燃料気化部４を介して配置されている。すなわち、燃料収容室３の開口部を覆うように気液分離層１６が配設され、この気液分離層１６上にフレーム１７が配設され、燃料気化部４が形成されている。そして、この燃料気化部４の上にアノード７が位置するように、起電部２（ＭＥＡ１２）が配置されている。燃料気化部４は、気液分離層１６を透過してきた液体燃料Ｆの気化成分を一時的に収容し、さらに気化成分における燃料の濃度分布を均一にする空間として機能する。気液分離層１６は、シリコーンゴム、フッ素樹脂などの材料で構成され、液体燃料Ｆの気化成分と液体燃料Ｆとを分離し、気化成分をアノード７側に透過させるものである。
【００２２】
燃料収容室３内に貯留される液体燃料Ｆは、濃度が５０モル％を超えるメタノール水溶液、または純メタノールである。純メタノールの純度は、９５重量％以上１００重量％以下にすることが好ましい。液体燃料Ｆの気化成分とは、液体燃料として液体のメタノールを使用した場合には、気化したメタノールを意味し、液体燃料としてメタノール水溶液を使用した場合には、メタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合気を意味する。
【００２３】
起電部２のカソード導電層１４の上には、必要に応じて保湿層が配置され、その上に、酸化剤である空気を取り入れるための開口（図示を省略。）を有するカバープレート１８が積層されている。保湿層は、カソード触媒層８で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層８への空気の均一拡散を促進するものであり、例えば多孔質構造の部材で構成される。カバープレート１８は、ＭＥＡ１２を含む積層体を加圧してその密着性を高める役割も果たしており、例えばＳＵＳ３０４のような金属で形成される。
【００２４】
このように、燃料収容室３の上に、気液分離層１６を有する燃料気化部４、起電部２、カバープレート１８等を順に積層して配置し、さらにその上から例えばステンレス製のカバー（図示を省略。）を被せて全体を保持することによって、実施形態のパッシブ型ＤＭＦＣ１が構成されている。
【００２５】
上述した構成を有するパッシブ型ＤＭＦＣ１においては、燃料収容室３内のメタノール燃料等の液体燃料Ｆが気化し、この気化成分が気液分離層１６を透過して起電部２に供給される。起電部２のＭＥＡ１２内において、メタノール燃料Ｆの気化成分はアノードガス拡散層６で拡散されてアノード触媒層５に供給される。アノード触媒層５に供給された気化成分は、下記の（１）式に示すメタノールの内部改質反応を生じさせる。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ+＋６ｅ-  ………（１）
【００２６】
なお、メタノール燃料Ｆとして純メタノールを使用した場合には、燃料収容室３から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層８で生成した水や電解質膜１１中の水をメタノールと反応させて（１）式の内部改質反応を生起するか、あるいは上記した（１）式の内部改質反応によらず、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００２７】
内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ+）は電解質膜１１を伝導し、カソード触媒層８に到達する。カバープレート１８の空気取入れ口から取り入れられた空気（酸化剤）は、保湿層、カソードガス拡散層９を拡散して、カソード触媒層８に供給される。カソード触媒層８に供給された空気は、次の（２）式に示す反応を生じさせる。この反応によって、水の生成を伴う発電反応が生じる。
６ｅ-＋６Ｈ+＋（３／２）Ｏ２  →  ３Ｈ２Ｏ  ………（２）
【００２８】
上述した発電反応が生起する第１の実施形態においては、ＭＥＡ１２の有する厚さ方向の直流抵抗の値が２００ｍΩ以下となっているので、発電時の電圧低下が少なく、高い出力が得られる。ＭＥＡ１２の直流抵抗値が２００ｍΩを超える場合には、発電時の電圧の低下が大きくなりすぎるため、出力特性が悪くなり、高い出力が得られない。なお、ＭＥＡ１２は通常２０ｍΩ以上の直流抵抗値を有するので、ＭＥＡ１２の有する直流抵抗の値は実質的に２０〜２００ｍΩの範囲に限定される。
【００２９】
次に、本発明の第１の実施形態の別の構成例について、説明する。この燃料電池は、図２に示すように、電解質膜１１を介して配置されたアノード（燃料極）７とカソード（空気極）１０とで構成される単セル（単電池）２ａを複数有する起電部２を備えている。複数の単セル２ａ、２ａ…は電解質膜１１の平面内に分離して配置され、かつアノード導電層１３およびカソード導電層１４により電気的に直列に接続されている。
【００３０】
そして、それぞれの単セル２ａ、２ａ…において、ＭＥＡ１２の有する厚さ方向の直流抵抗の値は、いずれも２０〜２００ｍΩより好ましくは２０〜１００ｍΩとなっており、かつ、各単セル２ａ、２ａ…の間の直流抵抗値の差（直流抵抗が最大のものと最小のものとの直流抵抗値の差）が、２０ｍΩ以下より好ましくは１０ｍΩとなっている。
【００３１】
このように起電部２が複数の単セル２ａで構成された燃料電池において、それぞれの単セル２ａ、２ａ…のＭＥＡ１２の直流抵抗値がいずれも２０〜２００ｍΩとなっているので、発電時の電圧低下が少なく、高い出力が得られる。また、各単セル２ａ、２ａ…間の直流抵抗値の差が２０ｍΩ以下となっているので、それぞれの単セル２ａ、２ａ…における発電性能に大きなばらつきが生じない。したがって、安定した高い出力が得られ、また良好な長期運転性能も得られる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施形態について、説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の構成を示す断面図である。図３に示す燃料電池１は、ＭＥＡ１２を備える起電部２と、この起電部２に燃料を供給する燃料分配機構１９と、液体燃料Ｆを収容する燃料収容室３と、これら燃料分配機構１９と燃料収容室３とを接続する流路２０、およびこの流路２０の途中に介挿されたポンプＰを備えている。図３において、図１と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、起電部２を構成するＭＥＡ１２の直流抵抗値が、２０〜２００ｍΩより好ましくは２０〜１００ｍΩとなっている。また、起電部２が複数の単セルを有する構成において、それぞれの単セルのＭＥＡ１２の直流抵抗値がいずれも２０〜２００ｍΩとなっており、かつ単セル間の直流抵抗値の差が２０ｍΩ以下、より好ましくは１０ｍΩとなっている。
【００３４】
そして、このような起電部２のアノード７側に、燃料分配機構１９が配置されている。燃料分配機構１９は配管のような液体燃料の流路２０を介して燃料収容室３と接続されている。燃料分配機構１９には燃料収容室３から流路２０を介して液体燃料Ｆが導入される。流路２０は燃料分配機構１９や燃料収容室３と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構１９と燃料収容室３とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料の流路であってもよい。燃料収容室３内に貯留される液体燃料Ｆは、濃度が５０モル％を超えるメタノール水溶液、または純メタノールである。純メタノールの純度は、９５重量％以上１００重量％以下にすることが好ましい。
【００３５】
燃料分配機構１９は、液体燃料が流路２０を介して流入する少なくとも１個の燃料注入口２１と、液体燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口２２とを有する燃料分配板２３を備えている。燃料分配板２３の内部には、燃料注入口２１から導かれた液体燃料の通路となる空隙部２４が設けられている。複数の燃料排出口２２は燃料通路として機能する空隙部２４にそれぞれ直接接続されている。
【００３６】
燃料注入口２１から燃料分配機構１９に導入された液体燃料は空隙部２４に入り、この燃料通路として機能する空隙部２４を介して複数の燃料排出口２２にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口２２には、例えば液体燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離体（図示せず）を配置してもよい。これによって、燃料電池セル２のアノード７には面方向に均一に液体燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離体は，燃料分配機構１９とアノード７との間に気液分離膜等として設置してもよい。液体燃料の気化成分は複数の燃料排出口２２からアノード７の複数個所に向けて排出される。
【００３７】
燃料排出口２２は起電部２（ＭＥＡ１２）の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板２３のアノード７と接する面に複数設けられている。燃料分配機構１９の空隙部２４はバッファとして機能するため、複数の燃料排出口２２からそれぞれ規定濃度の燃料が排出される。そして、複数の燃料排出口２２はＭＥＡ１２の全面に燃料が供給されるように配置されているため、ＭＥＡ１２に対する燃料供給量を均一化することができる。
【００３８】
すなわち、アノード７の面内における燃料の分布が平準化され、ＭＥＡ１２での発電反応に必要とされる燃料を全体的に過不足なく供給することができる。したがって、燃料電池１の大型化や複雑化等を招くことなく、ＭＥＡ１２で効率的に発電反応を生起させることができるので、燃料電池１の出力を向上させることが可能となる。言い換えると、燃料を循環させない燃料電池１の利点を損なうことなく、出力やその安定性を高めることができる。
【００３９】
流路２０に介挿されたポンプＰは、燃料を循環される循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容室３から燃料分配機構１９に液体燃料を送液する燃料供給ポンプである。このようなポンプＰで必要時に液体燃料を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めることができる。
【００４０】
第２の実施形態の燃料電池１において、燃料分配機構１９から起電部２に供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容室３に戻されることはない。すなわち、この燃料電池１は燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料の供給にポンプＰを使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なるため、例えばセミパッシブ型と呼称される方式を適用したものである。
【００４１】
ポンプＰの種類は特に限定されるものではないが、少量の液体燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリーベーンポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。また、燃料分配機構１９からＭＥＡ１２への燃料供給が行われる構成であれば，ポンプＰに代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路２０による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである
【００４２】
第２の実施形態の燃料電池１においては、必要時にポンプＰを動作させて燃料収容室３から燃料分配機構１９に液体燃料を供給する。燃料分配機構１９に導入された液体燃料は、複数の燃料排出口２２から燃料電池セル２の全面に対して燃料が供給されて発電反応が生起される。
【００４３】
このように、ポンプＰで燃料収容室３から送液された液体燃料を、燃料分配機構１９を介して起電部２に供給するセミパッシブ型の燃料電池１においても、ＭＥＡ１２の直流抵抗値が２００ｍΩ以下となっているので、発電時に電圧の低下が生じにくく、高い出力が得られる。また、各単セルの間の直流抵抗値の差が２０ｍΩ以下となっているので、それぞれの単セルの発電性能にばらつきが生じず、安定した高い出力が得られる。さらに、燃料分配機構１９により、起電部２に対する燃料供給量が均一化されているので、ＭＥＡ１２全体で効率的に発電反応を生起することができ、出力をさらに向上させることが可能となる。
【００４４】
上述した第２の実施形態において、液体燃料を燃料収容室３から燃料分配機構１９まで送る機構は特に限定されるものではない。例えば、使用時の設置場所が固定される場合には、重力を利用して液体燃料を燃料収容室３から燃料分配機構１９まで落下させて送液することができる。また、多孔体等を充填した流路２０を用いることによって、毛細管現象で燃料収容室３から燃料分配機構１９まで送液することができる。
【００４５】
なお、第１および第２の実施形態では、液体燃料に、メタノール水溶液、または純メタノールを使用した直接メタノール型の燃料電池について説明したが、液体燃料は、これらに限られるものではない。例えば，エタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、もしくはその他の液体燃料であってもよい。次に、本発明の実施例について記載する。
【００４６】
実施例１〜３、比較例１，２
一定の加重（８００ｇ重）をかけた状態でＡＣミリオームハイテスター（日置電機社製）により測定した直流抵抗値が、２０ｍΩ（実施例１）、１００ｍΩ（実施例２）、２００ｍΩ（実施例３）、２０５ｍΩ（比較例１）、および２５０ｍΩ（比較例２）となるように調整したＭＥＡをそれぞれ使用し、図１に示すパッシブ型燃料電池１を作製した。なお、ＭＥＡのサイズおよび形状は、４０ｍｍ×３０ｍｍの矩形とし、液体燃料としては１００％濃度のメタノールを使用した。
【００４７】
実施例４，５、比較例３，４
単セル間でのＭＥＡ１２の直流抵抗値の差（直流抵抗が最大のものと最小のものとの直流抵抗値の差）が、１０ｍΩ（実施例４）、２０ｍΩ（実施例５）、２２ｍΩ（比較例３）、および３０ｍΩ（比較例４）となるように調整した４個の単セルを用いて、図２に示す起電部２を構成し、燃料電池１を作製した。なお、４個の単セルのＭＥＡの直流抵抗値は、実施例４においては、１２２ｍΩ、１２５ｍΩ、１２９ｍΩ、１３２ｍΩとし、実施例５においては、１１３ｍΩ、１２４ｍΩ、１２９ｍΩ、１３３ｍΩとし、比較例３においては、１２２ｍΩ、１２８ｍΩ、１３２ｍΩ、１４４ｍΩとし、比較例４においては、１２３ｍΩ、１３０ｍΩ、１４６ｍΩ、１５３ｍΩとした。いずれの単セルにおいてもＭＥＡの直流抵抗値が２００ｍΩ以下となるようにした。また、各単セルのＭＥＡのサイズおよび形状は、４０ｍｍ×３０ｍｍの矩形とし、液体燃料としては１００％濃度のメタノールを使用した。
【００４８】
こうして実施例１〜５および比較例１〜４で得られた燃料電池１の電流値を変化させ、電圧および出力密度（単位面積当りの出力）をそれぞれ測定した。実施例１〜３および比較例１，２の出力密度のグラフを図４に、電圧変化のグラフを図５にそれぞれ示す。また、実施例４，５および比較例３，４の出力密度のグラフを図６に、電圧変化のグラフを図７にそれぞれ示す。
【００４９】
なお、これらのグラフにおいて、横軸は電流密度（ｍＡ/ｃｍ２）であり、縦軸は燃料電池の出力密度あるいは電圧を相対値（％）で示したものである。ここで、図４における縦軸は、ＭＥＡの直流抵抗値が２０ｍΩである燃料電池（実施例１）の最高出力密度を１００とした場合の相対出力密度を示し、図５における縦軸は、実施例１の初期電圧を１００とした場合の相対電圧を示している。また、図６における縦軸は、ＭＥＡの直流抵抗値の差が１０ｍΩである燃料電池（実施例４）の最高出力密度を１００とした場合の相対出力密度を示し、図７における縦軸は、実施例４の初期電圧を１００とした場合の相対電圧を示している。
【００５０】
また、最大出力密度比を算定した。最大出力密度比は、実施例１〜３および比較例１，２においては、実施例１の燃料電池における最大出力密度を１００％として算定した。また、実施例４，５および比較例３，４においては、実施例４の燃料電池における最大出力密度を１００％として算定した。これらの結果を表１および表２にそれぞれ示す。
【００５１】
【表１】
2008210611.tif 000003
【００５２】
【表２】
2008210611.tif 000004
【００５３】
表１，２および図４〜図７のグラフから、ＭＥＡの直流抵抗の値が２００ｍΩ以下となっている実施例１〜３の燃料電池においては、ＭＥＡの直流抵抗値が２００ｍΩを超える比較例１，２の燃料電池に比べて、発電時の電圧低下が大幅に小さくなり、高い出力が得られていることがわかる。また、複数の単セルを有する構成において、各単セルにおけるＭＥＡの直流抵抗値が２００ｍΩ以下で、かつ単セル間の直流抵抗値の差が２０ｍΩ以下となっている実施例４，５の燃料電池においては、単セル間の直流抵抗値の差が２０ｍΩを超える比較例３，４の燃料電池に比べて、発電時の電圧低下が小さく、出力が向上していることがわかる。
【００５４】
なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、ＭＥＡに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、全てが液体燃料、または一部が液体状態で供給される液体燃料の蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合せたり、また実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除する等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す燃料電池の起電部の別の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の構成を示す断面図である。
【図４】実施例１〜３および比較例１，２で得られた燃料電池において、電流値を変化させて出力密度を測定した結果を示すグラフである。
【図５】実施例１〜３および比較例１，２の燃料電池において、電圧の変化を測定した結果を示すグラフである。
【図６】実施例４，５および比較例３，４で得られた燃料電池において、電流値を変化させて出力密度を測定した結果を示すグラフである。
【図７】実施例４，５および比較例３，４の燃料電池において、電圧の変化を測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１…燃料電池、２…起電部、３…燃料収容室、４…燃料気化部、５…アノード触媒層、６…アノードガス拡散層、７…アノード、８…カソード触媒層、９…カソードガス拡散層、１０…カソード、１１…電解質膜、１２…ＭＥＡ、１３…アノード導電層、１４…カソード導電層、１６…気液分離層、１８…カバープレート、１９…燃料分配機構、２０…流路、２３…燃料分配板、２４…空隙部。
【図１】
2008210611.tif 000005
【図２】
2008210611.tif 000006
【図３】
2008210611.tif 000007
【図４】
2008210611.tif 000008
【図５】
2008210611.tif 000009
【図６】
2008210611.tif 000010
【図７】
2008210611.tif 000011