(57)【要約】      （修正有）【課題】  あらゆる温度条件下においても安定して電力を供給することができる燃料電池を提供する。【解決手段】アノード１４と、カソード１６と、電解質膜１２と、アノード１４の電解質膜１２が設けられていない側に設置されたガス拡散層１８及びセパレータ２２と、カソード１６の電解質膜１２が設けられていない側に配置されたガス拡散層２０及びセパレータ２４と、少なくともカソード１６近傍の温度を測定する温度センサ３４と、少なくともガス拡散層１８，２０及びセパレータ２２，２４を加熱及び冷却可能なように設けられ且つ供給される電力を熱エネルギーに変換する熱電変換素子３０，３２と、熱電変換素子３０，３２に電力を供給する直流電源２６と、温度センサ３４によって測定された温度に応じて直流電源２６から熱電変換素子３０，３２に供給される電力を制御する制御装置２８とを備える燃料電池。【選択図】  図１
2005228523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒を備えた触媒層を有し還元性ガスが供給されるアノードと、
触媒を備えた触媒層を有し酸化性ガスが供給されるカソードと、
前記アノードと前記カソードとに挟持された電解質膜と、
前記アノードの前記電解質膜が設けられていない側に設置され、前記アノードに前記還元性ガスを供給するための流路が形成された還元性ガス供給手段と、
前記カソードの前記電解質膜が設けられていない側に配置され、前記カソードに前記酸化性ガスを供給するため流路が形成された酸化性ガス供給手段と、
少なくとも前記カソード近傍の温度を測定する温度測定手段と、
少なくとも前記酸化性ガス供給手段を加熱及び冷却可能なように設けられ且つ供給される電力を熱エネルギーに変換する熱電変換素子と、
前記熱電変換素子に電力を供給する電力供給手段と、
前記温度測定手段によって測定された温度に応じて前記電力供給手段から前記熱電変換素子に供給される電力を制御する制御手段と、
を備えた燃料電池。
【請求項２】
前記制御手段は、前記温度測定手段よって測定した温度Ｔが、予め定められた温度Ｔ1以下の場合に、前記電力供給手段から所定の電力Ｗ1を前記熱電変換素子に供給にして、前記熱電変換素子によって前記酸化性ガス供給手段を加熱するようにした請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記予め定められた温度Ｔ1が０℃である請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記制御手段は、前記温度測定手段よって測定した温度Ｔが、予め定められた温度Ｔ2以上の場合に、前記電力供給手段から所定の電力Ｗ2を前記熱電変換素子に供給して、前記熱電変換素子によって前記酸化性ガス供給手段を冷却するようにした請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記予め定められた温度Ｔ2が、９５℃である請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記酸化性ガス供給手段は、多孔質構造を有するガス拡散層と、前記酸化性ガスの流路を形成するセパレータとを備え、且つ、前記ガス拡散層を備えた側に前記カソードが密着するように設置されており、更に、前記酸化性ガス供給手段の前記セパレータを備えた側に前記熱電変換素子が設置された請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス等の還元性ガスを燃料とする燃料電池に関し、特に電解質膜を有する固体高分子型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の埋蔵量が激減しており、その代替となる燃料の開発が求められている。化石燃料の代替燃料としては、容易に生成することが可能であり、環境に対する負荷の少ない水素が注目されている。水素ガスを用いたエネルギー源としては、発電の際に二酸化炭素等を発生せず、クリーンなエネルギー源である燃料電池が注目されており、各種開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池の一種である固体高分子型燃料電池は、水素などの燃料ガス（還元性ガス）が供給されるアノードと、空気などの酸化性ガスが供給されるカソードと、前記電極に挟持される電解質膜と、を備えて構成されており、各電極には白金等の触媒が備えられている。固体高分子型燃料電池は、電極に備えられた触媒上で水素と酸素とを電気化学的に反応させ、電気を発生させるものである。
【０００４】
また、燃料電池は、電気自動車の車両の駆動力を得るための電源として用いられている。燃料電池を車両に搭載する場合の課題の一つとしては、あらゆる状況下においても一定の電力を安定して供給できることが挙げられる。特に、寒冷地等を始めとして低温時における燃料電池の作動安定性を保つことは重要である。
【０００５】
燃料電池は、カソードにおいて酸素と水素とが反応し、その結果水を生成する。このため、０℃以下の環境下においては、カソード側の空気供給路等において、カソードで生成した水が凍結してしまう場合がある。空気供給路等において水が凍結すると、空気等のガス流路を阻害し、ガス閉塞を起こして燃料電池の発電が停止してしまう。
【０００６】
また、電気自動車に搭載された燃料電池等は、連続して高負荷運転を行う場合がある。燃料電池における酸素と水素との電気化学的な反応は発熱反応であることから、このような高負荷運転時においては各電極近傍は非常に高温となる。このように電極近傍が高温になると、電解質膜中の水分が蒸発しやすく、供給されるガスを加湿した程度では電解質膜中の水分を保つのが困難になり、例えば、電解質膜が１００℃以上になると、電解質膜が乾燥する場合が多い。電解質膜が乾燥すると、プロトン伝導性が著しく低下し、燃料電池の発電性能を低下させてしまう。
【０００７】
このように、燃料電池の適性な作動温度を確保するために燃料電池の温度制御を行うことは、燃料電池の作動環境温度の領域を拡げる観点から重要な課題である。
【０００８】
燃料電池の低温での作動性を向上させるため、発熱体を冷却水路内部に内蔵し、初動の発電特性を改善させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、かかる技術は、低温での作動性には有効であるが、高負荷運転時において大量の発熱を伴う場合に、電解質膜の乾燥を有効に防止することができない。
【０００９】
また、システムの総合エネルギー利用効率を高めるために電極と冷却水との間にペルチェ素子を配置し、電極と外部との差熱を利用して発電する燃料電池が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、かかる燃料電池は、電極からの放出される熱エネルギーを電気エネルギーに変換して、システムのエネルギー利用効率を目的としたものであり、燃料電池の温度制御を目的としたものではない。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−３１３３９１号公報
【特許文献２】特開２００２−１４１０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、あらゆる条件下においても燃料電池で高い出力を発生させるためには、適性な動作温度領域を制御することが必要である。本発明は、上記問題を解決すべく、あらゆる温度条件下においても安定して電力を供給することができる燃料電池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】
【００１２】
本発明の燃料電池は、触媒を備えた触媒層を有し還元性ガスが供給されるアノードと、触媒を備えた触媒層を有し酸化性ガスが供給されるカソードと、前記アノードと前記カソードとに挟持された電解質膜と、前記アノードの前記電解質膜が設けられていない側に設置され、前記アノードに前記還元性ガスを供給するための流路が形成された還元性ガス供給手段と、前記カソードの前記電解質膜が設けられていない側に配置され、前記カソードに前記酸化性ガスを供給するため流路が形成された酸化性ガス供給手段と、少なくとも前記カソード近傍の温度を測定する温度測定手段と、少なくとも前記酸化性ガス供給手段を加熱及び冷却可能なように設けられ且つ供給される電力を熱エネルギーに変換する熱電変換素子と、前記熱電変換素子に電力を供給する電力供給手段と、前記温度測定手段によって測定された温度に応じて前記電力供給手段から前記熱電変換素子に供給される電力を制御する制御手段と、を備えて構成される。
【００１３】
本発明の燃料電池によれば、温度測定手段によって測定した温度に応じて、熱電変換素子により酸化性ガス供給手段を加熱及び冷却することができる。即ち、例えば、０℃以下の低温条件下においては酸化性ガス供給手段を加熱してガス流路が凍結された水によって塞がれるのを防止できると共に、高負荷運転時には酸化性ガス供給手段等を冷却して、高温条件下における水分の蒸発による電解質膜の乾燥を防止することができる。
【００１４】
これにより、燃料電池の最適作動温度領域を確保することができ、あらゆる温度条件下においても優れた性能を発揮し、安定して電力を供給することができる。
【００１５】
尚、本発明において電熱変換素子の設置部位は少なくとも酸化性ガス供給手段を加熱及び冷却できる箇所であれば特に限定されないが、酸化性ガス供給手段として後述するガス拡散層を設ける場合には、ガス拡散層を十分加熱できる箇所に設置されることが好ましい。また、上記還元性ガスとしては、水素ガスが挙げられ、酸化性ガスとしては、空気（酸素）が挙げられる。
【００１６】
本発明の燃料電池は、前記制御手段が、前記温度測定手段よって測定した温度Ｔが、予め定められた温度Ｔ1以下の場合に、前記電力供給手段から所定の電力Ｗ1を前記熱電変換素子に供給にして、前記熱電変換素子によって前記酸化性ガス供給手段を加熱するように構成することができる。
【００１７】
本発明の燃料電池は、前記温度測定手段によって測定した温度Ｔが、予め定められた温度Ｔ1以下の場合に、酸化性ガス供給手段を加熱することで、生成水の凍結などカソードの温度等が燃料電池の作動温度領域を下回った場合に生じる弊害を防止することができる。
【００１８】
尚、前記予め定められた温度Ｔ1は、例えば、水の凝固点である０℃に設定することができる。
【００１９】
また、本発明の燃料電池は、前記制御手段が、前記温度測定手段よって測定した温度Ｔが、予め定められた温度Ｔ2以上の場合に、前記電力供給手段から所定の電力Ｗ2を前記熱電変換素子に供給して、前記熱電変換素子によって前記酸化性ガス供給手段を冷却するよう構成することができる。
【００２０】
本発明の燃料電池は、前記温度測定手段によって測定した温度Ｔが、予め定められた温度Ｔ2以上の場合に、酸化性ガス供給手段を冷却することで、電解質膜の乾燥などカソードの温度等が燃料電池の作動温度領域を上回った場合に生じる弊害を防止することができる。
【００２１】
尚、前記予め定められた温度Ｔ2は、例えば、９５℃に設定することができる。
【００２２】
更に、本発明の燃料電池は、前記酸化性ガス供給手段が、多孔質構造を有するガス拡散層と、前記酸化性ガスの流路を形成するセパレータとを備え、且つ、前記ガス拡散層を備えた側に前記カソードが密着するように設置されており、更に、前記酸化性ガス供給手段の前記セパレータを備えた側に前記熱電変換素子が設置されるように構成することができる。
【００２３】
本発明の燃料電池は、酸化性ガス供給手段を、酸化性ガス（空気）の流路を形成するためのセパレータと共に供給された酸化性ガスを拡散して均一にカソードに供給するためのガス拡散層を備えて構成することができる。更に、酸化性ガス供給手段のセパレータ側（カソードと接していない側）に熱電変換層を設置することで、効果的に酸化性ガス供給手段を加熱及び冷却することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、あらゆる温度条件下においても安定して電力を供給することができる燃料電池を提供するができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の燃料電池（以下、「本発明の燃料電池」と称する。）の実施形態について図を用いて詳細に説明する。本実施の形態においては、燃料（還元性ガス）として水素ガスが供給され、また、酸化性ガスとしては、空気が供給されるようになっている。
【００２６】
図１を用いて本発明の燃料電池について説明する。図１は、本発明の電解質膜を備えた燃料電池の構成を示す概略図である。図１に示すように本発明の燃料電池１０は、電解質膜１２と、燃料である水素ガスが供給されるアノード１４と、酸化剤として空気が供給されるカソード１６と、アノード１４に供給される水素ガスを拡散するガス拡散層１８と、カソード１６に供給される空気を拡散するガス拡散層２０と、アノードに供給される水素ガスの流路を形成するセパレータ２２と、カソードに供給される空気の流路を形成するセパレータ２４と、直流電源２６と、直流電源から供給される電力を熱エネルギーに変換する熱電変換素子３０，３２と、温度センサ３４と、制御装置２８と、外部回路３６と、から構成されている。
【００２７】
本発明の燃料電池１０は、燃料として供給された水素ガスがアノード１４において水素イオンと電子とを放出し、放出された電子（ｅ-）が外部回路３６を介してカソード１６まで移動することで発電し、アノード１４及びカソード１６とに接続された外部回路３６を通じて外部装置３８に電力を供給できるように構成されている。
【００２８】
電解質膜１２は、アノード１４で発生した電子と水素イオンとのうち、水素イオンのみを選択的に通過させる膜であり、例えば、パーフルオロスルホン酸膜等の高分子膜で構成することができる。
【００２９】
アノード１４は、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末等を主成分とする触媒層で構成されており、触媒層が電解質膜１２の一方の面に密着するように配置されている。また、セパレータ２２によって形成されるガス流路を通じて供給された水素ガスは、ガス拡散層１８を通じてアノード１４に供給されるようになっている。
【００３０】
アノード１４に備えられる触媒としては、公知の脱水素触媒を用いることができ、例えば、Ｐｔ、Ｐｔ−Ｒｈ、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ−Ｒｅ、Ｐｔ−Ｗ等の貴金属系の金属を用いた炭素担持Ｐｔ触媒、炭素担持Ｐｔ−Ｉｒ複合金属触媒、炭素担持Ｐｔ−Ｒｅ複合金属触媒、炭素担持Ｐｔ−Ｗ複合金属触媒、又はニッケル系金属を使用した触媒等を用いることができる。
【００３１】
アノード１４の触媒層は、カーボン粉末等に担持した触媒と、電解質膜１２に用いられる高分子膜（電解質）の溶液と、結合剤等とを混合することで形成することができる。
【００３２】
アノード１４の外側（電解質膜１２と密着していない側）に配置されるガス拡散層１８は、気孔を有する多孔性部材で構成される。ガス拡散層１８を構成する多孔性部材としては、カーボンペーパー、カーボン不織布、又は、カーボンクロス等が挙げられる。また、ガス拡散層１８は、セパレータ２２と共にアノード１４に供給される水素ガスの流路を形成すると共に、アノード（電極）としての役割も担っている。また、セパレータ２２は、水素ガスのガス流路を形成すると共に、例えば、燃料電池１０を複数のセルで構成する場合には導電体としての役割を果たす。
【００３３】
カソード１６は、アノード１４と同様に、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末等を主成分とする触媒層で構成されており、電解質膜１２の一方の面に密着するように配置されている。また、セパレータ２４によって形成されるガス流路を通じて供給された空気は、ガス拡散層２０を通じてカソード１６に供給されるようになっている。
【００３４】
カソード１６に備えられる触媒としては、上述の触媒と同様のものを挙げることができる。また、カソード１６は、カーボン粉末等に担持した触媒と、電解質膜１２に用いられる高分子膜（電解質）の溶液と、結合剤等とを混合することで形成することができる。
【００３５】
更に、カソード１６の外側（電解質膜１２と密着していない側）に配置されるガス拡散層２０は、上述と同様の気孔を有する多孔性部材で構成することができる。また、セパレータ２４は、空気のガス流路を形成すると共に、例えば、燃料電池１０を複数のセルで構成する場合には導電体としての役割を果たす。
【００３６】
セパレータ２２によって形成されるガス流路から供給された水素ガスは、ガス拡散層１８を介してアノード１４に到達し、アノード１４に備えられた触媒の作用により、水素イオンと電子とを生成する。また、アノード１４において発生した水素イオンは、電解質膜１２を通過して、カソード１６にまで移動する。一方、電解質膜１２を通過できない電子は、外部回路３６を介してカソード１６まで移動する。本発明の燃料電池１０は、この電子の移動により外部装置３８に電力を供給することができる。
【００３７】
カソード１６にまで移動した水素イオンは、セパレータ２４によって形成されたガス流路を介して供給される空気中の酸素とカソード１６において反応し、外部回路３６を介して移動してきた電子を受け取って水を生成する。水素イオンと酸素との反応によって生じた水は、図示を省略する排出口により装置外に排出される。
【００３８】
図１に示すようにセパレータ２２，２４の外側（ガス拡散層が設けられていない側）には、それぞれ熱電変換素子３０，３２が設置されている。
【００３９】
熱電変換素子３０は、直流電源２６と配線４０及び４２を通じて連結され回路を形成しており、直流電源２６から供給される電力を熱エネルギーに変換できるようになっている。また、熱電変換素子３２も同様に、直流電源２６と配線４４及び４６を通じて連結され回路を形成している。
【００４０】
熱電変換素子３０，３２は、ペルチェ効果を利用して電力を熱エネルギーに変換する素子である。熱電変換素子３０，３２は、ｐ型及びｎ型の半導体を銅電極で接合して形成されており、ｎ型半導体からｐ型半導体に直流電流を流すことで、熱勾配を生じさせ、吸熱又は発熱現象を起こすことができる。この吸熱又発熱現象は、電流の流れる方向を逆にすることで逆転することができる。
【００４１】
また、直流電源２６から熱電変換素子３０，３２において、供給される電流をＩとすると、熱量Ｑは下記の式Ａによって表すことができる。
【００４２】
Ｑ＝ΠABＩ        …（式Ａ）
式Ａ中、「ΠAB」は、ペルチェ係数と呼ばれ、熱電変換素子を構成する２つの材料に固有の値である。
【００４３】
即ち、熱電変換素子３０，３２は、それぞれ直流電源２６から供給される電流の方向を変えることで、吸熱・発熱を切り換えることができ、これにより、それぞれに密着するセパレータを通じてガス拡散層等を加熱及び冷却することができる。このため、直流電源２６は、熱電変換素子３０，３２に送る電流の方向を切替えられるように構成されている。
【００４４】
図２を用いて熱電変換素子３２について説明する。図２は、熱電変換素子の構造を示す概略図である。図２において熱電変換素子３２は、ｐ型半導体４８（４８Ａ〜４８Ｄ）とｎ型半導体５０（５０Ａ〜５０Ｄ）とが交互に銅電極５２（５２Ａ〜５２Ｉ）と接合することで構成されている。また、図１に示す直流電源２６に連結されている配線４４及び４６は、それぞれ熱電変換素子３２の末端に位置するｐ型半導体４８Ａ及びｎ型半導体５０Ｄに接合された銅電極５２Ａ及び５２Ｉに接続されている。
【００４５】
熱電変換素子３２において、例えば、矢印Ａの方向に電流が流れる場合（銅電極Ａから銅電極Ｉに向かって電流が流れている場合）には、熱勾配が矢印Ｃのように紙面上向きになる。即ち、この場合、熱電変換素子３２の内側（セパレータ２４と接触している側）が吸熱反応となり、セパレータ２４を介して燃料電池１０を冷却することができる。
【００４６】
また、これとは逆に、例えば、矢印Ｂの方向に電流が流れる場合（銅電極Ｉから銅電極Ａに向かって電流が流れている場合）には、熱勾配が矢印Ｄのように紙面下向きになる。即ち、この場合、熱電変換素子３２の内側（セパレータ２４と接触している側）が発熱反応となり、セパレータ２４を介して燃料電池１０を加熱することができる。
【００４７】
本実施の形態においては、ｐ型半導体４８およびｎ型半導体５０は、市販のものを適宜用いて構成することができる。
【００４８】
図１に示すように、ガス拡散層２０には温度センサ３４が備えられており、カソード１６の温度を測定できるようになっている。ここで、カソード１６側に温度センサ３４が備えられている理由は、低温運転時においては、特にカソード１６で生成した水の凍結が問題となるためである。このため、本発明においては、カソード１６側に熱電変換素子３２が設けられることが必須となる。
【００４９】
温度センサ３４によって測定されたカソード１６の温度は、制御装置２８でモニタリングされている。制御装置２８は、燃料電池の作動温度領域を適性な範囲に保つために予め定められた温度に基づき、温度センサ３４で測定された温度に応じて直流電源２６による熱電変換素子３０，３２への電力供給を制御する。
【００５０】
図３を用いて、制御装置２８による燃料電池の温度制御について説明する。図３は、制御装置による燃料電池の温度制御の流れを示すフローチャートである。
【００５１】
まず、イグニッションスイッチオンによる燃料電池駆動時や、一定時間経過後等に制御装置２８は、温度センサ３４によってカソード１６の温度Ｔを取り込む（ステップＳ１００）。
【００５２】
制御装置２８は、温度センサ３４によって測定した温度Ｔと予め設定された下限温度Ｔ1とを比較し（ステップＳ１０１）、温度Ｔが下限温度Ｔ1以下であると判断した場合（ステップＳ１０１肯定）は、熱電変換素子がセパレータを加熱できるように直流電源２６から熱電変換素子３０，３２に電力Ｗ1を供給し、燃料電池を加熱する（ステップＳ１０２）。この際、下限温度Ｔ1としては、例えば、水の凝固点である０℃に設定することができる。
【００５３】
制御装置２８は、一定時間熱電変換素子３０，３２による加熱を行った後、熱電変換素子３０，３２への電力の供給を停止し（ステップＳ１０３）、再びステップＳ１００に戻り同様の処理を繰り返す。
【００５４】
これに対し、ステップＳ１０１において制御装置２８が、温度Ｔが下限温度Ｔ1よりも高いと判断した場合（ステップＳ１０１否定）、制御装置２８は、更に温度Ｔと上限温度Ｔ2とを比較する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４において、制御装置２８が、温度Ｔが上限温度Ｔ2よりも低いと判断した場合（ステップＳ１０４否定）は、ステップＳ１００に戻り同様の処理を繰り返す。
【００５５】
ステップＳ１０４において制御装置２８が、温度Ｔが上限温度Ｔ2以上であると判断した場合（ステップＳ１０４肯定）は、熱電変換素子がセパレータを冷却できるように直流電源２６から熱電変換素子３０，３２に電力Ｗ2を供給し、燃料電池を冷却する（ステップＳ１０５）。
【００５６】
制御装置２８は、一定時間熱電変換素子３０，３２による冷却を行った後、熱電変換素子３０，３２への電力の供給を停止し（ステップＳ１０６）、再びステップＳ１００に戻り同様の処理を繰り返す。
【００５７】
本実施形態においては単セル構造の燃料電池を例に説明したが本発明はこれに限定されるものではなく、図４に示すように複数のセルを積層した燃料電池として構成することも可能である。図４は、本発明の燃料電池の別の一例を示す概略図である。図４において、各燃料電池の間には冷却剤による冷却手段５６が設けられており、各燃料電池（セル）の温度が高くなりすぎないように構成することができる。
【００５８】
更に図５に示すように、本発明においては、複数の熱電変換素子３０（３０Ａ，３０Ｂ）をセパレータ２２に設置することもできる。図５は、熱電変換素子の配置の一例を示す概略図である。この場合、燃料電池の温度を部分的に制御することが可能であり、例えば、熱電変換素子３０Ａが設置された部位を加熱しながら、熱電変換素子３０Ｂが設置されている部位を冷却することができる。
【００５９】
上述の通り、本発明の電解質膜を用いた燃料電池は、制御装置２８によって熱電変換素子による加熱・冷却を制御することができ、あらゆる温度条件下においても燃料電池１０の温度動作領域を適性に保つことができる。。
【００６０】
このため、本発明の燃料電池を車両に搭載される燃料電池として使用すると、低温運転時や高負荷運転時であっても、生成水の凍結及び電解質膜の乾燥を防止することができ、あらゆる温度条件下において安定した電力を供給することができる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例において本発明を具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６２】
［実施例１］
カーボンで形成されたセパレータ上に、拡散層（厚さ２００μｍ、サイズ５０ｃｍ×５０ｃｍ）、触媒層（厚さ１５μｍ、サイズ５０ｃｍ×５０ｃｍ）、及び、電解質層（厚さ５０μｍ、５０ｃｍ×５０ｃｍ）をこの順で積層し、更に触媒層（厚さ１５μｍ、５０ｃｍ×５０ｃｍ）、拡散層（厚さ２００μｍ、５０ｃｍ×５０ｃｍ）及び、セパレータを積層して、積層体Ａを形成した。この際、拡散層は、細孔径約３０μｍ、厚み２００μｍのカーボンペーパーに、撥水ペーストを塗布し、３００℃で焼成して作製した。
【００６３】
また、触媒層は、白金を担持したカーボン粉末と、パーフルオロスルホン酸溶液（商品名：Ｎａｆｉｏｎ（Ｒ）１１２、５質量％、アルドリッチ社製）と、水とを混合して触媒層用塗布液を調製し、これを拡散層上に塗布し、８０℃で乾燥することによって形成した。さらに、電解質層としては、パーフルオロスルホン酸膜（商品名：Ｎａｆｉｏｎ（Ｒ）１１２、デュポン社製）を用いた。
【００６４】
次いで、それぞれのセパレータの外側に熱電変換素子（商品名：ＰＳＲ−ＢＶα２４Ｂ−１２Ａ、アイシン精機、サイズ１５０ｍｍ×１０５ｍｍ、厚さ４７ｍｍ）を設置し、カソード側となる拡散層に温度センサ（商品名：ＯＹＰ−０、ＯＭＥＧＡ（株）製）を備え、単一セルを作製した。
【００６５】
各熱電変換素子をコンピュータによって制御された直流電源に接続し、単一セルを電池として組み込み、電流０．５Ａ、水素ガス及び空気をそれぞれガス流量５００ｍｌ／ｍｉｎ、の条件で、電池を稼働し、−３０℃から１２０℃まで温度を変更し、燃料電池の作動状況を評価した。尚、上記熱電変換素子は、温度センサにより測定した温度が０℃以下の場合には熱電変換素子に電力を供給してセルを加熱し、１００℃以上の場合には電力を供給してセルを冷却するように設定した。結果を下記表１に示す。
【００６６】
［比較例１］
実施例１において熱電変換素子を設けなかった以外は、実施例１と同じように単一のセルを作製し同様の評価を行った、結果を下記表１に示す。
【００６７】
【表１】
2005228523.tif 000003
【００６８】
上記表１に示すように、実施例１では０℃以下でも燃料電池が作動しており、また１００℃以上でも出力が低下することなく安定して作動していた。これに対し、比較例１では、０℃以下では燃料電池の作動が停止し、１００℃以上の場合には、電解質膜中の水分の蒸発によって出力が低下した。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の電解質膜を備えた燃料電池の構成を示す概略図である。
【図２】熱電変換素子の構造を示す概略図である。
【図３】制御装置による燃料電池の温度制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の燃料電池の別の一例を示す概略図である。
【図５】熱電変換素子の配置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０    燃料電池
１２        電解質膜
１４        アノード
１６        カソード
１８，２０  ガス拡散層
２２，２４  セパレータ
２６        直流電源
２８        制御装置
３０，３２  熱電変換素子
３４        温度センサ
【図１】
2005228523.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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