(57)【要約】【課題】外部からの締め付けの必要がなく、電解質膜からの部材の剥離を抑制することができる膜電極複合体、燃料電池および電気機器を提供する。【解決手段】アノード導電層のアノード触媒層が積層されている側の表面とは反対側の表面がアノード絶縁性支持基材によって覆われ、カソード導電層のカソード触媒層が積層されている側の表面とは反対側の表面がカソード絶縁性支持基材によって覆われており、アノード絶縁性支持基材は電解質膜のアノード触媒層が積層されている側のアノード触媒層によって覆われていない部分を全面に亘って覆っており、カソード絶縁性支持基材は電解質膜のカソード触媒層が積層されている側のカソード触媒層によって覆われていない部分を全面に亘って覆っている膜電極複合体、その膜電極複合体を備えた燃料電池およびその燃料電池を搭載した電気機器である。【選択図】図１
2008166162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード絶縁性支持基材と、カソード導電層と、カソード触媒層と、電解質膜と、アノード触媒層と、アノード導電層と、アノード絶縁性支持基材と、が順次積層されており、
前記アノード導電層の前記アノード触媒層が積層されている側の表面とは反対側の表面において前記アノード絶縁性支持基材によって覆われている部位および前記カソード導電層の前記カソード触媒層が積層されている側の表面とは反対側の表面において前記カソード絶縁性支持基材によって覆われている部位を有するとともに、
前記アノード絶縁性支持基材が前記アノード触媒層を介さずに前記電解質膜と接合されている部位および前記カソード絶縁性支持基材が前記カソード触媒層を介さずに前記電解質膜と接合されている部位を有し、
前記アノード絶縁性支持基材は前記電解質膜の前記アノード触媒層が積層されている側の前記アノード触媒層によって覆われていない部分を全面に亘って覆っており、前記カソード絶縁性支持基材は前記電解質膜の前記カソード触媒層が積層されている側の前記カソード触媒層によって覆われていない部分を全面に亘って覆っている、膜電極複合体。
【請求項２】
前記アノード絶縁性支持基材は前記電解質膜と前記アノード触媒層との接合部の端部において前記電解質膜と接合しており、前記カソード絶縁性支持基材は前記電解質膜と前記カソード触媒層との接合部の端部において前記電解質膜と接合していることを特徴とする、請求項１に記載の膜電極複合体。
【請求項３】
前記アノード絶縁性支持基材は前記電解質膜の前記アノード触媒層が積層されている側の表面のうち前記アノード触媒層によって覆われていない部分の全面に亘って接合されており、前記カソード絶縁性支持基材は前記電解質膜の前記カソード触媒層が積層されている側の表面のうち前記カソード触媒層によって覆われていない部分の全面に亘って接合されていることを特徴とする、請求項１に記載の膜電極複合体。
【請求項４】
前記アノード絶縁性支持基材と前記カソード絶縁性支持基材とが接合されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の膜電極複合体。
【請求項５】
前記アノード導電層が前記アノード触媒層を介さずに前記電解質膜と接合されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の膜電極複合体。
【請求項６】
前記カソード導電層が前記カソード触媒層を介さずに前記電解質膜と接合されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の膜電極複合体。
【請求項７】
前記アノード絶縁性支持基材および前記カソード絶縁性支持基材がそれぞれシートフィルム状であることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の膜電極複合体。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の膜電極複合体と、前記膜電極複合体に燃料を供給するための燃料供給手段と、を備えた、燃料電池。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池を搭載した、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極複合体、燃料電池および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高出力の燃料電池用の電解質として固体高分子からなる電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が注目されている。
【０００３】
このような固体高分子型燃料電池に用いられる膜電極複合体としては、特許文献１〜４に開示されたものが知られている。
【０００４】
たとえば、特許文献１には、固体高分子電解質膜が１対の電極によって挟まれた接合体を１対のセパレータで挟み込み、外部よりボルト等の締付冶具でこれらのセパレータを締め付けた構造の膜電極複合体が開示されている（特許文献１の図１等参照）。
【０００５】
また、特許文献２には、固体高分子電解質膜が空気極と酸素極との間に挟まれた構成の接合体と、筐体と、パターニングした導体層を設置された可撓性の基板と、からなり、基板を折り畳んでその間に上記の接合体を挟み込み、上記の接合体が１組の導体層で挟持された構造の膜電極複合体が開示されている（特許文献２の図４等参照）。
【０００６】
また、特許文献３には、その両面に電極触媒層が設置された固体高分子電解質膜を１対の電極基材で挟み込んでホットプレスを行ない、電極基材が固体高分子電解質膜の内側に食い込んでいる構造の膜電極複合体が開示されている（特許文献３の図１および図２等参照）。ここで、電極触媒層の表面の面積は、固体高分子電解質膜および電極基材のそれぞれの表面の面積よりも小さくなっている。
【０００７】
また、特許文献４には、触媒層／電解質接合体に多孔質の電極基材を、ホットメルト層を有するカバーシートフィルムを用いて熱圧着して一体化した構造の膜電極複合体が開示されている（特許文献４の図１等参照）。
【特許文献１】特開２０００−２２３１３６号公報
【特許文献２】特開２００４−２０００６４号公報
【特許文献３】特許第３１００７５４号公報
【特許文献４】特開平１１−４５７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された膜電極複合体においては、固体高分子電解質膜に接する触媒層と触媒層上の多孔質基材とから電極が構成されており、触媒層の表面の面積と多孔質基材の表面の面積とは同一であると考えられる。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示された膜電極複合体においては、多孔質基材は触媒層を介して固体高分子電解質膜と接合されているため、多孔質基材と固体高分子電解質膜との間に十分な密着性が得られないという問題があった。また、特許文献１に開示された膜電極複合体においては、締付冶具による厚み方向への均一な押し付け圧を確保するためにセパレータにある程度の厚さが必要とされることから、特許文献１に開示された膜電極複合体においてはその薄型化が困難であるという問題もあった。
【００１０】
また、特許文献２に開示された膜電極複合体においては、燃料極および空気極と基板上の導体層との密着性を確保する必要があるため、基板の全面に均一な押し付け圧を確保することが求められる。したがって、特許文献２に開示された膜電極複合体においては、基板の全面に均一な押し付け圧を確保するために筐体の剛性を高くする必要があり、そのためには筐体にある程度の厚みが必要になることから、膜電極複合体の薄型化が困難であるという問題があった。
【００１１】
また、特許文献３に開示された膜電極複合体においては、導電性を有する電極基材で固体高分子電解質膜の全面を覆った場合には電気的に短絡してしまうおそれがあるため、電極基材は固体高分子電解質膜より小さい面積である必要がある。したがって、特許文献３に開示された膜電極複合体においては、固体高分子電解質膜と電極基材との接合部から外側の部分が固体高分子電解質膜の露出部となり、その露出部において固体高分子電解質膜の膨潤および収縮を完全に抑制することができないため、固体高分子電解質膜が変形してしわが生じるという問題があった。そのため、固体高分子電解質膜と電極基材との接合面において、上記の露出部との界面から徐々に剥離が進行し、固体高分子電解質膜と電極触媒層との接合面、および電極触媒層と電極基材との接合面の密着性を長期的に保つことが難しいという問題もあった。
【００１２】
また、特許文献４に開示された膜電極複合体においては、電極基材のみにより触媒層／電解質接合体を支持する必要があるため、固体高分子電解質膜の膨潤および収縮を抑制するには電極基材に厚みが必要であり、膜電極複合体の薄型化が制限されるという問題があった。
【００１３】
また、特許文献４に開示された膜電極複合体においては、電流の取り出し用の電極としてセパレータ等の部材を設置する必要があるため、セパレータと電極基材との密着性を確保する必要がある。しかしながら、この場合には、電極基材の全面に均一な押し付け圧を確保するためにセパレータの厚みが必要となり、燃料電池の小型化が制限されてしまう。
【００１４】
また、特許文献４においては、固体高分子電解質膜の膨潤および収縮を抑制するために電極基材と別の部材であるカバーシートフィルムを用いる必要があるが、特に同一の固体高分子電解質膜上に複数組の平面配列された触媒層が形成されている構造においては、触媒層毎に電極基材が必要となり膜電極複合体の構成部材点数が増加してしまう。
【００１５】
さらに、膜電極複合体の一体化工程の際に、固体高分子電解質膜の全面を隙間無く覆うためには、全ての電極基材とカバーシートフィルムとを精度よく位置あわせする必要があるため、一体化工程が困難であり、電極基材とカバーシートフィルムとの間に隙間が生じやすいという問題もあった。電極基材とカバーシートフィルムとの間に隙間が生じることにより、固体高分子電解質膜と電極基材との接合部の端部近傍において固体高分子電解質膜が露出するため、固体高分子電解質膜の膨潤および収縮による固体高分子電解質膜と触媒層との剥離および電極基材と触媒層との剥離を十分に抑制することができないという問題もあった。
【００１６】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、外部からの締め付けの必要がなく、電解質膜からの部材の剥離を抑制することができる膜電極複合体、その膜電極複合体を備えた燃料電池およびその燃料電池を搭載した電気機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、カソード絶縁性支持基材と、カソード導電層と、カソード触媒層と、電解質膜と、アノード触媒層と、アノード導電層と、アノード絶縁性支持基材と、が順次積層されており、アノード導電層のアノード触媒層が積層されている側の表面とは反対側の表面においてアノード絶縁性支持基材によって覆われている部位およびカソード導電層のカソード触媒層が積層されている側の表面とは反対側の表面においてカソード絶縁性支持基材によって覆われている部位を有するとともに、アノード絶縁性支持基材がアノード触媒層を介さずに電解質膜と接合されている部位およびカソード絶縁性支持基材がカソード触媒層を介さずに電解質膜と接合されている部位を有し、アノード絶縁性支持基材は電解質膜のアノード触媒層が積層されている側のアノード触媒層によって覆われていない部分を全面に亘って覆っており、カソード絶縁性支持基材は電解質膜のカソード触媒層が積層されている側のカソード触媒層によって覆われていない部分を全面に亘って覆っている膜電極複合体である。
【００１８】
ここで、本発明の膜電極複合体において、アノード絶縁性支持基材は電解質膜とアノード触媒層との接合部の端部において電解質膜と接合しており、カソード絶縁性支持基材は電解質膜とカソード触媒層との接合部の端部において電解質膜と接合していることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の膜電極複合体において、アノード絶縁性支持基材は電解質膜のアノード触媒層が積層されている側の表面のうちアノード触媒層によって覆われていない部分の全面に亘って接合されており、カソード絶縁性支持基材は電解質膜のカソード触媒層が積層されている側の表面のうちカソード触媒層によって覆われていない部分の全面に亘って接合されていることがより好ましい。
【００２０】
また、本発明の膜電極複合体においては、アノード絶縁性支持基材とカソード絶縁性支持基材とが接合されていることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の膜電極複合体においては、アノード導電層がアノード触媒層を介さずに電解質膜と接合されていることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の膜電極複合体においては、カソード導電層がカソード触媒層を介さずに電解質膜と接合されていることが好ましい。
【００２３】
また、本発明の膜電極複合体においては、アノード絶縁性支持基材およびカソード絶縁性支持基材がそれぞれシートフィルム状であることが好ましい。
【００２４】
また、本発明は、上記の膜電極複合体と、膜電極複合体に燃料を供給するための燃料供給手段と、を備えた、燃料電池である。
【００２５】
さらに、本発明は、上記の燃料電池を搭載した電子機器である。
本発明における一体化とは、膜電極複合体の各部材が外部から圧力を加えなくとも分離しない状態のことをいい、具体的には化学結合やアンカー効果や粘着力等により接合された状態のことをいう。
【００２６】
以下、アノード絶縁性支持基材とアノード導電層とをあわせて「アノード集電極」ともいう。また、カソード絶縁性支持基材とカソード導電層とをあわせて「カソード集電極」ともいう。
【発明の効果】
【００２７】
本発明における膜電極複合体の構造によれば、集電極と触媒層が隣接して一体化しているため、外部からの押え圧のない状態においても、集電極と触媒層との間の良好な導電性を確保した膜電極複合体を歩留まりよく製造することが可能である。
【００２８】
また、本発明における膜電極複合体の構造によれば、電解質膜のうち触媒層で覆われていない部分の全面を絶縁性支持基材が支持しているため、電解質膜の膨潤および湿潤による形状変化を抑制し、電解質膜と触媒層との接合面および触媒層と導電層との接合面がそれぞれ剥離するのを抑制することができる。
【００２９】
また、同一の電解質膜上に複数の領域に平面配列された触媒層が形成されている構造においても、絶縁性支持基材が絶縁性を有しているため、電解質膜のうち触媒層で覆われていない部分の全面に亘ってほとんど隙間なく同一の絶縁性支持基材で支持することができる。このため、電解質膜を支持する部材点数を減らすことができ、容易にかつ十分に電解質膜の膨潤および収縮による形状変化を抑制することができる。
【００３０】
さらには、電解質膜の露出した部分がほとんどなくなるため、燃料が電解質膜に直接接することが抑制される。そのため、その部分における燃料のクロスオーバーを抑制することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００３２】
（第１実施形態）
図１に本発明の膜電極複合体の一例の模式的な分解斜視図を示し、図２に図１に示す膜電極複合体を上方から見たときの模式的な平面図を示し、図３に図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った模式的な断面図を示す。
【００３３】
ここで、図１〜図３に示すように、本発明の膜電極複合体１０１は、カソード絶縁性支持基材１０６、カソード導電層１０８、カソード触媒層１０４、固体高分子電解質膜１０２、アノード触媒層１０３、アノード導電層１０７およびアノード絶縁性支持基材１０５が順次積層されて一体化された構成を有している。
【００３４】
このような構成の膜電極複合体１０１においては、アノード導電層１０７のアノード触媒層１０３が積層されている側の表面とは反対側の表面がアノード絶縁性支持基材１０５によって覆われている。また、膜電極複合体１０１においては、カソード導電層１０８のカソード触媒層１０４が積層されている側の表面とは反対側の表面がカソード絶縁性支持基材１０６によって覆われている。
【００３５】
また、図３に示すように、アノード絶縁性支持基材１０５およびアノード導電層１０７はそれぞれ、アノード触媒層１０３を介さずに固体高分子電解質膜１０２と接合されている接合部１１２を有しており、カソード絶縁性支持基材１０６およびカソード導電層１０８はそれぞれ、カソード触媒層１０４を介さずに固体高分子電解質膜１０２と接合されている接合部１１２を有している。
【００３６】
また、図１〜図３に示すように、アノード絶縁性支持基材１０５は、固体高分子電解質膜１０２のアノード触媒層１０３が積層されている側のアノード触媒層１０３によって覆われていない部分を全面に亘って覆っており、カソード絶縁性支持基材１０６は、固体高分子電解質膜１０２のカソード触媒層１０４が積層されている側のカソード触媒層１０４によって覆われていない部分を全面に亘って覆っている。
【００３７】
また、図１〜図３に示すように、アノード集電極１１０およびカソード集電極１１１にはそれぞれ、燃料または酸素を供給するための開孔１０９を複数有している。
【００３８】
ここで、固体高分子電解質膜１０２としては、たとえば従来から公知のものを用いることができるが、燃料電池の高い発電特性を得るためには、なかでもプロトン伝導率が１０-5Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましく、より好ましくは、パーフルオロスルホン酸ポリマーや炭化水素系ポリマー等のプロトン伝導率が１０-3Ｓ／ｃｍ以上の固体高分子電解質膜を用いることである。また、固体高分子電解質膜１０２の厚さは抵抗を小さくして高い出力を得る観点からは２００μｍ以下であることが好ましく、燃料のクロスオーバーを抑止する観点からは１μｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
また、アノード触媒層１０３およびカソード触媒層１０４は、たとえば、触媒とこの触媒を担持した導電性粒子とイオン導電性バインダとから構成することができる。ここで、触媒としては、たとえば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ、ＯｓまたはＩｒ等の貴金属やＮｉ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｆｅ、ＣｕまたはＺｎ等の卑金属などが挙げられ、これらの金属の１種または２種類以上を組み合わせて用いることができる。また、導電性粒子としては、たとえば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンまたはフラーレン等の炭素粒子を用いることができる。また、イオン導電性バインダとしては、たとえば、上述した固体高分子電解質膜１０２と同様の材質を用いることができる。
【００４０】
また、アノード触媒層１０３およびカソード触媒層１０４の厚さはそれぞれ、プロトン伝導の抵抗および電子伝導の抵抗を小さくし、これらの触媒層の内部まで燃料または酸素の供給を行なうために０．１ｍｍ以下であることが好ましく、十分な触媒担持量を得ることにより出力電圧を向上させる観点からは０．１μｍ以上であることが好ましい。
【００４１】
アノード絶縁性支持基材１０５およびカソード絶縁性支持基材１０６としては、たとえば、電気的に絶縁する機能と、膜電極複合体として一体化された状態においてアノード導電層１０７およびカソード導電層１０８を補強し保護する機能と、固体高分子電解質膜１０２の膨潤および収縮を十分に抑制する機能とを有する材質のものを用いることができる。また、アノード絶縁性支持基材１０５およびカソード絶縁性支持基材１０６としては、１００℃以上の耐熱性を有し、高い寸法安定性を有する高分子基材を用いることが好ましい。さらには、アノード絶縁性支持基材１０５およびカソード絶縁性支持基材１０６としては、固体高分子電解質膜１０２との一体化工程において密着性を高めるために、耐熱性および可撓性に優れた高分子であるポリイミドを用いることが好ましい。
【００４２】
また、後述する熱圧着により一体化させて膜電極複合体１０１を作製する工程において開孔１０９が閉鎖してしまう問題を回避するために、熱圧着する前にアノード絶縁性支持基材１０５とアノード導電層１０７、およびカソード絶縁性支持基材１０６とカソード導電層１０８とはそれぞれ一体化されていることが好ましい。
【００４３】
また、アノード導電層１０７およびカソード導電層１０８をそれぞれ補強する観点から、アノード絶縁性支持基材１０５およびカソード絶縁性支持基材１０６の厚さはそれぞれ１μｍ以上であることが好ましい。また、開孔１０９からの燃料および酸素の十分な供給を確保する観点からは、アノード絶縁性支持基材１０５およびカソード絶縁性支持基材１０６はそれぞれ１ｍｍ以下の厚さであるシートフィルム状であることが好ましい。
【００４４】
これにより、アノード導電層１０７およびカソード導電層１０８の厚さが薄くなった場合でも、アノード導電層１０７およびカソード導電層１０８はそれぞれアノード絶縁性支持基材１０５およびカソード絶縁性支持基材１０６により補強されているため、容易に取り扱うことが可能であり、膜電極複合体１０１として一体化するときの歩留まりが向上する。さらには、一体化して膜電極複合体１０１を作製したときに、アノード導電層１０７およびカソード導電層１０８が露出することを防止し、外部と電気的に絶縁することが可能となり、安全性が向上する。
【００４５】
また、アノード絶縁性支持基材１０５およびカソード絶縁性支持基材１０６の表面の面積は、固体高分子電解質膜１０２と一体化されたときに、固体高分子電解質膜１０２を全面に亘って覆い、固体高分子電解質膜１０２を支持することが可能となるように、固体高分子電解質膜１０２の表面の面積よりも大きいことが好ましい。また、この場合には、固体高分子電解質膜１０２の保護および固体高分子電解質膜１０２の膨潤および収縮を抑制する観点から、膜電極複合体１０１は、アノード絶縁性支持基材１０５とカソード絶縁性支持基材１０６とが接合されている部位を有することが好ましい。なお、本実施の形態においては、図２に示すように、膜電極複合体１０１の長手方向に直交する方向の両端部においてアノード絶縁性支持基材１０５とカソード絶縁性支持基材１０６とが接合されている。
【００４６】
また、接合部１１２は、アノード絶縁性支持基材１０５、カソード絶縁性支持基材１０６、アノード導電層１０７およびカソード導電層１０８が固体高分子電解質膜１０２のうちアノード触媒層１０３およびカソード触媒層１０４を介さずに積層されている部位に位置している。
【００４７】
ここで、アノード絶縁性支持基材１０５は固体高分子電解質膜１０２とアノード触媒層１０３との接合部の端部において固体高分子電解質膜１０２と接合しているとともに、カソード絶縁性支持基材１０６は固体高分子電解質膜１０２とカソード触媒層１０４との接合部の端部において固体高分子電解質膜１０２と接合していることが好ましい。また、アノード絶縁性支持基材１０５は固体高分子電解質膜１０２のアノード触媒層１０３が積層されている側の表面のうちアノード触媒層１０３によって覆われていない部分の全面に亘って接合されているとともに、カソード絶縁性支持基材１０６は固体高分子電解質膜１０２のカソード触媒層１０４が積層されている側の表面のうちカソード触媒層１０４によって覆われていない部分の全面に亘って接合されていることがより好ましい。これにより、膜電極複合体１０１が作製されるときに、固体高分子電解質膜１０２の全面をアノード集電極１１０およびカソード集電極１１１でそれぞれ支持することができ、固体高分子電解質膜１０２の保護および固体高分子電解質膜１０２の膨潤および収縮を抑制することが可能となる。
【００４８】
アノード導電層１０７は、アノード触媒層１０３と電子の授受を行なう機能と電気的配線の機能とを有し、アノード絶縁性支持基材１０５によって覆われている。また、カソード導電層１０８は、カソード触媒層１０４と電子の授受を行なう機能と電気的配線の機能とを有し、カソード絶縁性支持基材１０６によって覆われている。
【００４９】
なお、一体化して膜電極複合体１０１を作製したときに、アノード導電層１０７のアノード触媒層１０３の積層側とは反対側の表面のうちアノード絶縁性支持基材１０５で覆われている部分を有していれば、アノード導電層１０７が全面に亘ってアノード絶縁性支持基材１０５で覆われていなくてもよく、カソード導電層１０８のカソード触媒層１０４の積層側とは反対側の表面のうちカソード絶縁性支持基材１０６で覆われている部分を有していれば、カソード導電層１０８が全面に亘ってカソード絶縁性支持基材１０６で覆われていなくてもよい。
【００５０】
アノード導電層１０７およびカソード導電層１０８の材質としては、配線における電圧低下を抑制する観点から、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、ＳｎおよびＴｉからなる群から選択された少なくとも１種を含む金属材料を用いることが好ましく、なかでもＡｕ、Ｃｕ、ＳｎおよびＴｉからなる群から選択された少なくとも１種を含む金属材料を用いることがより好ましい。これらの金属材料を用いた場合にはアノード導電層１０７およびカソード導電層１０８の比抵抗が小さくなるため、アノード導電層１０７およびカソード導電層１０８の抵抗による電圧低下を低減することが可能となる。
【００５１】
また、アノード導電層１０７およびカソード導電層１０８の厚さは、用いられる金属材料の比抵抗の値によっても異なるが、配線における電圧低下を抑制する観点から、０．１μｍ以上の厚さであることが好ましい。
【００５２】
また、アノード導電層１０７およびカソード導電層１０８の腐食が問題となる場合には、たとえば、アノード導電層１０７およびカソード導電層１０８の表面にそれぞれ酸性水溶液雰囲気下または酸素雰囲気下で金属イオンが溶出せず、不導体層を形成しない耐腐食性を有したＡｕ、Ｐｔ、ＰｄまたはＲｕ等の貴金属またはカーボンをコーティングしてもよい。これにより、アノード触媒層１０３およびカソード触媒層１０４中のイオン導電性バインダおよび固体高分子電解質膜１０２に溶出した金属イオンが混入するおそれがなくなる。さらには、不導体層を形成することがないため、膜電極複合体１０１の長期信頼性を得ることが可能となる。
【００５３】
アノード絶縁性支持基材１０５とアノード導電層１０７、およびカソード絶縁性支持基材１０６とカソード導電層１０８とはそれぞれ燃料電池の発電雰囲気下で密着性の低下しない接着剤を用いて一体化することができる。発電雰囲気として、たとえば、温度６０℃、相対湿度４０％の酸性雰囲気下が挙げられる。また、上記の接着剤としては、有機高分子を主成分とした接着剤を用いることが好ましい。また、アノード絶縁性支持基材１０５およびカソード絶縁性支持基材１０６にそれぞれ熱可塑性の材質のものを用いることによって、接着剤を用いなくとも、アノード絶縁性支持基材１０５とアノード導電層１０７との熱圧着によってアノード絶縁性支持基材１０５とアノード導電層１０７とを一体化することができるとともに、カソード絶縁性支持基材１０６とカソード導電層１０８との熱圧着によってカソード絶縁性支持基材１０６とカソード導電層１０８とを一体化することができる。
【００５４】
また、本発明においては、アノード絶縁性支持基材１０５およびカソード絶縁性支持基材１０６がそれぞれポリイミドからなり、アノード導電層１０７およびカソード導電層１０８がそれぞれ銅からなることが最も好ましい。この構成をとることにより、電子機器等に用いられる既存のフレキシブル基板を用いて、アノード集電極１１０およびカソード集電極１１１の作製ができるため、製造コストを下げることが可能となる。
【００５５】
また、アノード集電極１１０およびカソード集電極１１１にそれぞれ開孔１０９を形成する方法としては、たとえば、パンチング法、エッチング法またはレーザ法等によって、平面に複数の開孔１０９を形成する方法を採用することができる。
【００５６】
ここで、開孔１０９は、アノード集電極１１０の厚さ方向またはカソード集電極１１１の厚さ方向にそれぞれ貫通する孔であればよく、その形状は特に限定されないが、開孔率は１０％以上９５％以下であることが好ましい。ここで、開孔率とは、触媒層の面積をＳAとし、その触媒層上の集電極に形成された開孔の面積をＳBとしたときに、（ＳB／ＳA）×１００で計算される値で定義される。アノード触媒層１０３へ燃料を十分に供給し、カソード触媒層１０４に酸素を十分に供給するためには、上記の開孔率は４０％以上であることが好ましい。また、アノード導電層１０７およびカソード導電層１０８の電気抵抗を低くし、アノード絶縁性支持基材１０５およびカソード絶縁性支持基材１０６の補強性を維持する観点からは、上記の開孔率は９０％以下であることが好ましい。
【００５７】
これにより、上記の開孔率が４０％以上９０％以下の範囲で、燃料および酸素の供給不足による出力電圧の低下を抑制した膜電極複合体１０１の作製が可能となる。
【００５８】
また、アノード触媒層１０３およびカソード触媒層１０４の形成方法としては、たとえば、触媒粒子と導電性粒子とイオン導電性バインダとを有機溶媒に分散させたペーストを、バーコード法、スクリーン印刷法またはスプレーコーティング法等を用いて均一に塗布し、ペースト中の有機溶媒を除去して形成する方法を採用することができる。このような方法によれば、多数の細孔を有したアノード触媒層１０３およびカソード触媒層１０４を形成することができ、発電に有効な触媒粒子の表面積を増加させることが可能となる。
【００５９】
また、アノード触媒層１０３およびカソード触媒層１０４はそれぞれ固体高分子電解質膜１０２の表面に形成してもよく、アノード集電極１１０のアノード導電層１０７の表面およびカソード集電極１１１のカソード導電層１０８の表面にそれぞれ形成してもよい。これにより、あらかじめ固体高分子電解質膜１０２、またはアノード導電層１０７およびカソード導電層１０８にそれぞれアノード触媒層１０３およびカソード触媒層１０４が一体化して形成されるため、密着性の良い界面を得ることが可能となる。
【００６０】
さらには、プラスチックフィルム等にアノード触媒層１０３およびカソード触媒層１０４のペーストを印刷した後に、固体高分子電解質膜１０２、またはアノード集電極１１０のアノード導電層１０７の表面およびカソード集電極１１１のカソード導電層１０８の表面にそれぞれ転写することによって形成することもできる。
【００６１】
このような転写を用いた方法では、あらかじめアノード触媒層１０３およびカソード触媒層１０４をペーストとして別に形成しておくことができ、ペースト中の触媒粒子と導電性粒子の分散性を向上させるために、固体高分子電解質膜１０２のプロトン伝導率を低下させてしまう有機溶媒や、アノード導電層１０７およびカソード導電層１０８の表面に絶縁層を形成してしまう有機溶媒であっても、上記のペーストの溶媒として用いることが可能となる。
【００６２】
固体高分子電解質膜１０２の表面のうちアノード触媒層１０３およびカソード触媒層１０４で覆われていない部分は、たとえば、アノード絶縁性支持基材１０５およびアノード導電層１０７並びにカソード絶縁性支持基材１０６およびカソード導電層１０８とそれぞれ燃料電池の発電雰囲気下で密着性の低下しない接着剤を用いて接合して一体化することができる。また、接着剤としては、たとえば、耐熱性および耐水性を有するシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、オレフィン樹脂を主成分とする接着剤を用いることができる。
【００６３】
また、固体高分子電解質膜１０２の軟化温度やガラス転移温度を超える温度での熱圧着や超音波融着等を行なうことによって、固体高分子電解質膜１０２の表面のうちアノード触媒層１０３およびカソード触媒層１０４で覆われていない部分とアノード絶縁性支持基材１０５およびアノード導電層１０７並びにカソード絶縁性支持基材１０６およびカソード導電層１０８とを一体化することもできる。
【００６４】
また、熱圧着により一体化して膜電極複合体１０１を作製することもできる。たとえば、固体高分子電解質膜１０２のアノード触媒層１０３およびカソード触媒層１０４が積層されたそれぞれ表面と、アノード集電極１１０のアノード導電層１０７の表面およびカソード集電極１１１のカソード導電層１０８の表面とがそれぞれ接するように配置した後、ホットプレス機を用いて、固体高分子電解質膜１０２やアノード触媒層１０３およびカソード触媒層１０４に含まれるイオン導電性バインダの軟化温度またはガラス転移温度を超える温度で熱圧着する工程を採用することができる。
【００６５】
アノード触媒層１０３に隣接するようにしてアノード導電層１０７と固体高分子電解質膜１０２とが一体化されていることが好ましく、カソード触媒層１０４に接するようにしてカソード導電層１０８と固体高分子電解質膜１０２とが一体化されていることが好ましい。これは、部材間の各界面における接触抵抗を低減し、電圧低下を抑制することが可能となるためである。
【００６６】
第１実施形態で説明した膜電極複合体１０１においては、固体高分子電解質膜１０２を固定するために別部材を用いることなく、アノード集電極１１０およびカソード集電極１１１のみを用いて開孔１０９の部分を除く全面に亘って固体高分子電解質膜１０２を支持することができるため、従来の膜電極複合体に比べ、固体高分子電解質膜１０２とアノード触媒層１０３およびカソード触媒層１０４とのそれぞれの接合面、アノード触媒層１０３とアノード導電層１０７との接合面、ならびにカソード触媒層１０４とカソード導電層１０８との接合面のそれぞれの接合面における剥離を抑制することが可能となり、長期信頼性を確保することができる。さらには、固体高分子電解質膜１０２の露出した部分が低減できるため、燃料が固体高分子電解質膜１０２に直接接することが抑制され、その部分における燃料のクロスオーバーを抑制することができる。
【００６７】
（第２実施形態）
図４に本発明の膜電極複合体の他の一例の模式的な分解平面図を示し、図５に図４に示す膜電極複合体を上方から見たときの模式的な平面図を示し、図６に図５のＶＩ−ＶＩに沿った模式的な断面図を示す。
【００６８】
ここで、図４〜図６に示すように、本発明の膜電極複合体２０１は、カソード絶縁性支持基材２０６と、カソード導電層２０８ａ、２０８ｂと、カソード触媒層２０４ａ、２０４ｂと、固体高分子電解質膜２０２と、アノード触媒層２０３ａ、２０３ｂと、アノード導電層２０７ａ、２０７ｂと、アノード絶縁性支持基材２０５と、が順次積層された構成を有している。
【００６９】
ここで、アノード絶縁性支持基材２０５の一方の表面上にアノード導電層２０７ａ、２０７ｂが備えられることによってアノード集電極２１０が構成されており、アノード導電層２０７ｂの端部には接続電極２１２ｂが設けられている。
【００７０】
また、カソード絶縁性支持基材２０６の一方の表面上にカソード導電層２０８ａ、２０８ｂが備えられることによってカソード集電極２１１が構成されており、カソード導電層２０８ａの端部には接続電極２１２ａが設けられている。
【００７１】
さらに、アノード集電極２１０およびカソード集電極２１１の表面にはそれぞれ開孔２０９が複数形成されている。ここで、開孔２０９は、アノード集電極２１０の厚さ方向またはカソード集電極２１１の厚さ方向に貫通する孔である。
【００７２】
第２実施形態における膜電極複合体２０１は、アノード集電極２１０側の固体高分子電解質膜２０２の表面上にアノード触媒層２０３ａ、２０３ｂが分割して備えられているとともに、カソード集電極２１１側の固体高分子電解質膜２０２の表面上にカソード触媒層２０４ａ、２０４ｂが分割して備えられ、アノード触媒層２０３ａ、２０３ｂとカソード触媒層２０４ａ、２０４ｂとを直列に接続することができるようにアノード導電層２０７ａ、２０７ｂおよびカソード導電層２０８ａ、２０８ｂが備えられることを特徴としている。その他の説明は第１実施形態と同様である。
【００７３】
なお、第２実施形態においては、固体高分子電解質膜２０２の両面にそれぞれ２つの触媒層が備えられているが、同一の固体高分子電解質膜の同一表面上には２つよりも多い触媒層が備えられていてもよい。
【００７４】
第２実施形態の膜電極複合体２０１においては、アノード触媒層２０３ａ、２０３ｂはそれぞれ固体高分子電解質膜２０２の一方の表面上において分割された状態で固体高分子電解質膜２０２と一体化しており、カソード触媒層２０４ａ、２０４ｂはそれぞれ固体高分子電解質膜２０２の他方の表面上において分割された状態で固体高分子電解質膜２０２と一体化している。
【００７５】
ここで、アノード触媒層２０３ａ、２０３ｂおよびカソード触媒層２０４ａ、２０４ｂの形状は特に限定されないが、アノード触媒層２０３ａとアノード触媒層２０３ｂとの間隔およびカソード触媒層２０４ａとカソード触媒層２０４ｂとの間隔はそれぞれ０．５ｍｍ以上であることが好ましい。この場合には、アノード触媒層で生成したプロトンが対となるカソード触媒層と隣接するカソード触媒層にリークすることを抑制することができる。
【００７６】
また、アノード導電層２０７ａ、２０７ｂは、たとえば、アノード絶縁性支持基材２０５の表面上に形成された金属層をパターンニングすること等によって積層することができる。また、カソード導電層２０８ａ、２０８ｂは、たとえば、カソード絶縁性支持基材２０６の表面上に形成された金属層をパターンニングすること等によって積層することができる。
【００７７】
また、第２実施形態の膜電極複合体２０１においては、アノード導電層２０７ａがアノード触媒層２０３ａに接触するとともに、アノード導電層２０７ｂがアノード触媒層２０３ｂに接触している。また、第２実施形態の膜電極複合体２０１においては、カソード導電層２０８ａがカソード触媒層２０４ａに接触するとともに、カソード導電層２０８ｂがカソード触媒層２０４ｂに接触している。
【００７８】
上記構成の第２実施形態の膜電極複合体２０１においては、同一の固体高分子電解質膜２０２の同一の表面上に複数の触媒層が積層される場合であっても、アノード絶縁性支持基材２０５およびカソード絶縁性支持基材２０６が固体高分子電解質膜２０２の表面を開孔２０９を除いて全面に亘って覆っているため、従来の膜電極複合体と比べて、固体高分子電解質膜２０２の膨潤および収縮を抑制することが可能となり、また、固体高分子電解質膜２０２と触媒層との接合面、ならびに触媒層と導電層との接合面のそれぞれの接合面における剥離を十分に抑制することができる。
【００７９】
また、上記構成の第２実施形態の膜電極複合体２０１においては、固体高分子電解質膜２０２の露出した部分がほとんどなくなるため、燃料が固体高分子電解質膜２０２に直接接することが抑制され、その部分における燃料のクロスオーバーを抑制することができる。さらに、固体高分子電解質膜２０２を支持する部材点数を大幅に減らすことができるため、容易に精度良く膜電極複合体２０１を製造することが可能となる。
【００８０】
（燃料電池）
図７に、本発明の膜電極複合体を備えた本発明の燃料電池の一例の模式的な断面図を示す。ここで、本発明の燃料電池としては、直接液体供給型燃料電池を例にとって説明する。
【００８１】
図７に示す本発明の燃料電池３０１は、本発明の膜電極複合体３０２と、燃料供給部箱体３０６、アノード触媒層３１０ａ、３１０ｂに液体燃料を供給するための液体燃料供給部３０７および液体燃料貯蔵部３０８を備えた燃料供給装置３１１と、を有している。
【００８２】
ここで、膜電極複合体３０２のアノード集電極３０５側には液体燃料供給部３０７と排気口３０９とが設けられた燃料供給部箱体３０６が設置されており、液体燃料供給部３０７の一端は液体燃料貯蔵部３０８に充填された液体燃料に接触している。
【００８３】
液体燃料貯蔵部３０８は液体燃料を外部に漏洩することなく内部に貯蔵する機能を有し、図示しない燃料カートリッジと連結されて、燃料カートリッジから液体燃料が供給される。また、本発明においては、液体燃料貯蔵部３０８が燃料カートリッジを兼ねていてもよい。
【００８４】
液体燃料供給部３０７は、膜電極複合体３０２の固体高分子電解質膜３０３上のアノード集電極３０５側に液体燃料貯蔵部３０８から液体燃料を供給する機能を有する。
【００８５】
液体燃料供給部３０７は、液体燃料を保持する機能を有していれば特に限定されず、繊維不織布やクロス、発砲させた高分子フィルム、ガラスクロス等を用いることが好ましい。たとえば、シリカ、アルミナ、フッ素系樹脂若しくは炭化水素系樹脂等からなる繊維またはエンジニアリングプラスチック等の不織布を用いることができる。
【００８６】
燃料供給部箱体３０６は、たとえば、液体燃料に対して不透性を有し、液体燃料の揮発や漏洩を抑制する機能を有する材質のものを用いることができる。燃料供給部箱体３０６の材質としては、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂またはポリエーテルスルホン樹脂であることが好ましく、耐熱性を有するポリエーテルイミド樹脂またはポリイミド樹脂であることがさらに好ましい。
【００８７】
排気口３０９は、発生した二酸化炭素を排出する機能を有し、燃料供給部箱体３０６に少なくとも１箇所以上あいている。
【００８８】
燃料電池３０１は、カソード集電極３０４側のカソード触媒層３１２ａ、３１２ｂが大気に接しており、ファン等の補機を用いずに大気中の空気を本発明の燃料電池に供給することができる。また、別の実施形態として、本発明の膜電極複合体を用いていわゆるアクティブ型の燃料電池として構成することができることは言うまでもない。
【００８９】
（電子機器）
図８に、図７に示す燃料電池３０１と同一の構成の燃料電池を搭載した本発明の電子機器の一例の模式的な側面図を示す。図８に示される電子機器４０３は携帯電話であるが、その他の電子機器としては、たとえば、電子手帳、ポータブルゲーム機器、モバイルテレビ機器、ハンディーターミナル、ＰＤＡ、モバイルＤＶＤプレーヤ、ノートパソコン、ビデオ機器、カメラ機器、ユビキタス機器またはモバイル発電機等が挙げられる。
【００９０】
燃料電池４０１は、取り出し電圧が１〜４Ｖ程度になるように、図７に示す燃料電池３０１と同一の構成の燃料電池が数個直列に接続されている。また、図６に示す膜電極複合体２０１を複数直列に電気的に接続し、取り出し電圧が１〜４Ｖ程度になるようにした１つの燃料電池を電子機器４０３に搭載してもよい。
【００９１】
電子機器４０３に搭載された燃料電池４０１は、電子機器４０３に適した電圧に変換する、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータや瞬時電力を補うキャパシタ等の部品（図示せず）に接続され、電子機器４０３に接続することができる。電子機器４０３を始動する際の補助電源や最大出力をカバーするための電源として、二次電池等の燃料電池４０１以外の電源を燃料電池４０１とともに有していてもよい。
【００９２】
また、燃料電池４０１は、カソード集電極側が大気に接するように搭載することができ、この場合には、ファン等の補機を用いずに大気中の空気を燃料電池４０１に供給することができる。
【００９３】
また、液体燃料カートリッジ４０２は、電子機器４０３に搭載された燃料電池４０１に接続されることにより、液体燃料カートリッジ４０２の内部の液体燃料を燃料電池４０１に供給する機能を有する。
【００９４】
これにより、外部からの押し付け圧を加える締付冶具等を必要とせずに電解質膜の膨潤および収縮を抑制した膜電極複合体を用いることで、燃料電池の長期信頼性が確保され、かつ小型化が可能になる。さらに、燃料電池を電子機器に搭載する際に、燃料電池の収容部の省スペース化が可能となり、燃料電池を搭載する電子機器の小型化が可能となる。
【実施例】
【００９５】
（実施例１）
まず、電解質膜として、４０ｍｍ×４０ｍｍの大きさの正方形状の表面を有し、厚さ約１７５μｍのＮａｆｉｏｎ（登録商標）１１７（デュポン社製）を用意した。
【００９６】
次に、Ｐｔ担持量が３２．５質量％で、Ｒｕ担持量が１６．９質量％のＰｔ粒子とＲｕ粒子とカーボン粒子とからなる触媒担持カーボン粒子（田中貴金属社製ＴＥＣ６６Ｅ５０）と、２０質量％のＮａｆｉｏｎ（登録商標）を含むアルコール溶液（アルドリッチ社製）と、イソプロパノールと、アルミナボールと、を質量比で０．５：１．５：１．６：１００の割合でテフロン（登録商標）容器に入れ、攪拌脱機を用いて５００ｒｐｍで５０分間の混合を行なうことにより、アノード触媒ペーストを作製した。
【００９７】
また、Ｐｔ担持量が４６．８質量％のＰｔ粒子とカーボン粒子とからなる触媒担持カーボン粒子（田中貴金属社製ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ）を用いたこと以外はアノード触媒ペーストと同様にしてカソード触媒ペーストを作製した。
【００９８】
続いて、上記で作製したアノード触媒ペーストを上記のＮａｆｉｏｎ（登録商標）１１７の４０ｍｍ×４０ｍｍの一方の表面に触媒担持量が２ｍｇ／ｃｍ2となるように２３ｍｍ×２３ｍｍの正方形状の開口部を有するスクリーン印刷版を用いてアノード触媒ペーストがＮａｆｉｏｎ（登録商標）１１７の上記表面の中心に形成されるようにスクリーン印刷した。その後、スクリーン印刷されたアノード触媒ペーストを室温にて乾燥させて、約２０μｍの厚さのアノード触媒層を形成した。
【００９９】
また、アノード触媒ペーストと同様にして上記のＮａｆｉｏｎ（登録商標）１１７の４０ｍｍ×４０ｍｍの他方の表面にアノード触媒層と対称となる位置にカソード触媒ペーストをスクリーン印刷し、約２０μｍの厚さのカソード触媒層を形成した。
【０１００】
また、アノード集電極およびカソード集電極はそれぞれ以下のようにして作製された。まず、厚さ５０μｍで、４５ｍｍ×５５ｍｍの矩形状の表面を有するポリイミド膜の当該表面に、ポリイミド溶液（東レ社製）をバーコート法により所定の厚さだけ塗布した。次に、その塗布されたポリイミド溶液の表面の中心に、厚さ１０μｍで、２３ｍｍ×５０ｍｍの矩形状の表面を有する銅箔を重ね合わせ、３００℃の温度で１０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力の条件でヒートロールすることにより一体形成された。
【０１０１】
次いで、上記のようにして形成されたアノード集電極およびカソード集電極をそれぞれレーザ加工機にセットし、波長２４８ｎｍのエキシマレーザ光を被加工面に口径が３００μｍとなるように集光することによって、アノード集電極およびカソード集電極の表面に開孔を形成した。ここで、エネルギ密度は被加工面で約３Ｊ／ｃｍ2となるように調整された。
【０１０２】
上記の開孔は、口径が３００μｍでピッチが３５０μｍとなるように、アノード集電極およびカソード集電極の上記銅箔が形成された２３ｍｍ×２３ｍｍの領域に複数形成された。また、開孔が形成された後には、銅箔上に厚さ約１μｍの金めっき層を形成した。
【０１０３】
オレフィン系ホットメルトタイプの固形接着剤（東亜合成社製ＰＰＥＴ５００４）とトルエンとを質量比１：１で混合し、固形分を溶解させて作製した接着剤を、上記のアノード集電極およびカソード集電極の開孔が形成された領域の外周部で電解質膜との一体化時に電解質膜と接する部分の全面にスクリーン印刷法により所定の厚さだけ塗布した。その後、６０℃の高温槽中で乾燥させることにより、接着剤に含まれる溶剤成分を揮発させた。
【０１０４】
そして、アノード集電極の開孔が形成されている領域とＮａｆｉｏｎ（登録商標）１１７の表面のアノード触媒層が形成されている領域とが一致するとともに、カソード集電極の開孔が形成されている領域とＮａｆｉｏｎ（登録商標）１１７の表面のカソード触媒層が形成されている領域とが一致するように、銅箔面と触媒層面とを接触させ、１３０℃の温度、１０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力の条件で２分間ホットプレス処理することにより膜電極複合体を一体形成した。
【０１０５】
上記のようにして作製された膜電極複合体においては、アノード導電層としての銅箔の表面のうちアノード触媒層が積層されている側の表面とは反対側の表面がアノード絶縁性支持基材としてのシートフィルム状のポリイミドによって覆われているとともに、カソード導電層としての銅箔の表面のうちカソード触媒層が積層されている側の表面とは反対側の表面がカソード絶縁性支持基材としてのシートフィルム状のポリイミドによって覆われていた。
【０１０６】
また、上記のようにして作製された膜電極複合体においては、アノード絶縁性支持基材としてのシートフィルム状のポリイミドと上記電解質膜のアノード触媒層によって覆われていない部分の全面とが接合されているとともに、カソード絶縁性支持基材としてのシートフィルム状のポリイミドと上記電解質膜のカソード触媒層によって覆われていない部分の全面とが接合されていた。
【０１０７】
また、上記のようにして作製された膜電極複合体は、アノード絶縁性支持基材としてのシートフィルム状のポリイミドとカソード絶縁性支持基材としてのシートフィルム状のポリイミドとが電解質膜を介さずに直接接合されている部位を有していた。
【０１０８】
また、上記のようにして作製された膜電極複合体は、アノード導電層としての銅箔がアノード触媒層を介さずに電解質膜と接合されている部位およびカソード導電層としての銅箔がカソード触媒層を介さずに電解質膜と接合されている部位を有していた。
【０１０９】
次に、この膜電極複合体のアノード集電極側の面が液体燃料に全面浸かるように燃料容器を設置した。膜電極複合体のアノード集電極側の発電部外周と燃料容器とを接着し、液体燃料が漏れないようにシールすることによって燃料電池を作製した。ここで、アノード集電極側には液体燃料として３ｍｏｌ／Ｌのメタノール水溶液を供給し、カソード触媒層は大気に開放させた。
【０１１０】
そして、上記のようにして作製した燃料電池について、温度が４０℃で相対湿度が４０％の環境下において０．１Ａ／ｃｍ2の負荷条件で発電を行なったところ、１０分後の出力電圧は０．３０Ｖであった。
【０１１１】
また、上記の負荷条件で連続運転を行なったところ、３０日後の出力電圧は０．２９Ｖであり、膜電極複合体にアノード集電極およびカソード集電極の剥離や湾曲は見られなかった。
【０１１２】
（比較例１）
４５ｍｍ×５５ｍｍの矩形状の表面を有するポリイミド膜の代わりに３０×５０ｍｍの矩形状の表面を有するポリイミド膜を用い、このポリイミド膜の外周が触媒層から７ｍｍずつはみ出すようにしてホットプレス処理することにより膜電極複合体を一体形成した。
【０１１３】
このようにして作製された膜電極複合体においては、アノード集電極およびカソード集電極の表面の幅（３０ｍｍ）が電解質膜の表面の幅（４０ｍｍ）よりも小さいため、アノード絶縁性支持基材としての上記ポリイミド膜は電解質膜のアノード触媒層が積層されている側のアノード触媒層によって覆われていない部分を全面に亘って覆っておらず、カソード絶縁性支持基材としての上記ポリイミド膜は電解質膜のカソード触媒層が積層されている側のカソード触媒層によって覆われていない部分を全面に亘って覆っていなかった。
【０１１４】
このような構成の膜電極複合体を用いて形成された燃料電池について実施例１と同一の条件で発電させたところ、１０分後の出力電圧は０．２９Ｖであった。また、この燃料電池について、実施例１と同様に連続運転をさせたところ、３０日後の出力電圧は０．１８Ｖであり、露出しているＮａｆｉｏｎ（登録商標）からなる電解質膜にしわが認められ、ポリイミド膜の端部から触媒層にかけてＮａｆｉｏｎ（登録商標）とポリイミド膜との接合部および金めっき層と触媒層との端部に剥離が見られた。
【０１１５】
以上の結果から、アノード絶縁性支持基材が電解質膜のアノード触媒層が積層されている側のアノード触媒層によって覆われていない部分を全面に亘って覆っているとともに、カソード絶縁性支持基材が電解質膜のカソード触媒層が積層されている側のカソード触媒層によって覆われていない部分を全面に亘って覆っている膜電極複合体においては、外部からの締め付けをしなくても、長期にわたって部材間の剥離が生じることなく、出力電圧を維持できることが確認された。
【０１１６】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の膜電極複合体の一例の模式的な分解斜視図である。
【図２】図１に示す膜電極複合体を上方から見たときの模式的な平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った模式的な断面図である。
【図４】本発明の膜電極複合体の他の一例の模式的な分解平面図である。
【図５】図４に示す膜電極複合体を上方から見たときの模式的な平面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩに沿った模式的な断面図である。
【図７】本発明の燃料電池の一例の模式的な断面図である。
【図８】本発明の電子機器の一例の模式的な側面図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１０１，２０１，３０２  膜電極複合体、１０２，２０２，３０３  固体高分子電解質膜、１０３，２０３ａ，２０３ｂ，３１０ａ，３１０ｂ  アノード触媒層、１０４，２０４ａ，２０４ｂ，３１２ａ，３１２ｂ  カソード触媒層、１０５，２０５  アノード絶縁性支持基材、１０６，２０６  カソード絶縁性支持基材、１０７，２０７ａ，２０７ｂ  アノード導電層、１０８，２０８ａ，２０８ｂ  カソード導電層、１０９，２０９  開孔、１１０，２１０，３０５  アノード集電極、１１１，２１１，３０４  カソード集電極、１１２  接合部、２１２ａ，２１２ｂ  接続電極、３０１，４０１  燃料電池、３０６  燃料供給部箱体、３０７  液体燃料供給部、３０８  液体燃料貯蔵部、３０９  排気口、３１１  燃料供給装置、４０２  液体燃料カートリッジ、４０３  電子機器。
【図１】
2008166162.tif 000003
【図２】
2008166162.tif 000004
【図３】
2008166162.tif 000005
【図４】
2008166162.tif 000006
【図５】
2008166162.tif 000007
【図６】
2008166162.tif 000008
【図７】
2008166162.tif 000009
【図８】
2008166162.tif 000010