(57)【要約】【課題】  電極触媒を高性能化するには、触媒粒子の凝集を防いで粒子を小粒径に保ち、比表面積を大きくする必要がある。現在、小粒径粒子の作製方法としては保護剤を用いて表面をコートし、凝集を防止する方法が一般的となっている。しかしながら、触媒反応は表面の活性サイトで進行するため、触媒金属表面を保護剤で覆い隠すと触媒活性が低下するという課題がある。  本発明の目的は、本願に係る発明は、高い比表面積を有した触媒金属粒子を有する触媒材料を提供するものであり、また、これを燃料電池に搭載する膜電極接合体に用いることにより出力密度が向上した燃料電池を提供することを目的とする。【解決手段】  触媒担体の表面に、触媒金属粒子と共有結合を形成する官能基と、その官能基と共有結合する触媒金属粒子を有することを特徴とする触媒材料を燃料電池に用いる。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒担体の表面に、触媒金属粒子と共有結合を形成する官能基と、前記官能基と共有結合した触媒金属粒子を有することを特徴とする触媒材料。
【請求項２】
前記官能基がイオウ原子を含有することを特徴とする請求項１に記載の触媒材料。
【請求項３】
前記触媒金属粒子がＰｔもしくはＰｔを含む合金からなることを特徴とする請求項１記載の触媒材料。
【請求項４】
前記触媒金属の粒径が１〜１０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の触媒材料。
【請求項５】
前記触媒金属粒子は、測定によって求められる有効表面積が、計算から求められる理論表面積の３０％〜９０％となることを特徴とする請求項１に記載の触媒材料。
【請求項６】
触媒金属粒子がＰｔもしくはＰｔを含む合金を有し、Ｐｔ，Ｐｔ以外の金属原子及びイオウ原子を合わせた全重量のうち、イオウ原子の重量比が１〜３０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載の触媒材料。
【請求項７】
触媒金属粒子がＰｔもしくはＰｔを含む合金を有し、Ｐｔ，Ｐｔ以外の金属原子及びイオウ原子を合わせた全重量のうち、Ｐｔ以外の金属原子の重量比が３０〜９５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載の触媒材料。
【請求項８】
請求項１に記載の触媒材料を電極触媒層として用いることを特徴とする電解質膜−電極複合体。
【請求項９】
請求項１に記載の触媒材料を電極触媒層として用いることを特徴とする電解質膜−電極複合体を用いた燃料電池。
【請求項１０】
燃料に水素及び／又は炭化水素化合物を用いることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１１】
燃料を酸化するアノードと、酸素を還元するカソードと前記アノードと前記カソードとの間に形成された電解質膜とを有する燃料電池であって、前記アノード及び／又はカソードは触媒金属粒子と触媒担体と、前記触媒金属粒子と共有結合を形成する官能基とを有することを特徴とした燃料電池。
【請求項１２】
触媒金属粒子と共有結合を形成する官能基をカーボン担体表面に修飾する工程と、前記工程で作製した表面修飾カーボン担体に前記触媒金属粒子を担持する工程からなることを特徴とする請求項１に記載の触媒材料の作製方法。
【請求項１３】
前記触媒金属粒子と共有結合を形成する官能基をカーボン担体表面に修飾する工程と、前記工程で作製した表面修飾カーボン担体に金属粒子を担持する工程から作製した触媒材料を電極の触媒層として用いることを特徴とする電解質膜−電極複合体。
【請求項１４】
触媒金属粒子と共有結合を形成する官能基をカーボン担体表面に修飾する工程と、前記工程で作製した表面修飾カーボン担体に金属粒子を担持する工程から作製した触媒材料を電極の触媒層として用いることを特徴とする電解質膜−電極複合体を用いた燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極触媒およびアノード，電解質膜，カソード，拡散層から構成される膜／電極接合体(ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly) のアノードで液体の燃料が酸化され、カソードで酸素が還元される燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の二次電池は一定の電力を使用したあとに、必ず充電操作を必要とし、充電設備と比較的長い充電時間が必要となるため、携帯機器を何時でも、何処でも、長時間にわたって連続的に駆動するには多くの問題が残されている。今後、携帯機器は増加する情報量とその高速化，高機能化に対応して、より高出力密度で高エネルギー密度の電源、すなわち、連続駆動時間の長い電源を必要とする方向に向かっており、充電を必要としない小型発電機、即ち、用意に燃料補給ができるマイクロ発電機の必要性が高まっている。
【０００３】
こうした背景から、上記要請に応え得るものとして燃料電池電源が考えられる。燃料電池は少なくとも固体又は液体の電解質及び所望の電気化学反応を誘起する二個の電極，アノード及びカソードから構成され、その燃料が持つ化学エネルギーを電極触媒の作用により直接電気エネルギーに高効率で変換する発電機である。燃料には化石燃料或いは水などから化学変換された水素，通常の環境で液体或いは溶液であるメタノール，アルカリハイドライドやヒドラジン又は加圧液化ガスであるジメチルエーテルが用いられ、酸化剤ガスには空気又は酸素ガスが用いられる。
【０００４】
燃料はアノードにおいて電気化学的に酸化され、カソードでは酸素が還元されて、両電極間には電気的なポテンシャルの差が生じる。このときに外部回路として負荷が両極間にかけられると電解質中にイオンの移動が生起し外部負荷には電気エネルギーが取り出される。
【０００５】
燃料電池の中でも、液体燃料を使用する直接型メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ：DirectMethanol Fuel Cell）やメタルハイドライド，ヒドラジン燃料電池は燃料の体積エネルギー密度が高いために小型の可搬型又は携帯型の電源として有効なものとして注目され、中でも取り扱いが容易で、近い将来バイオマスからの生産も期待されるメタノールを燃料とするＤＭＦＣは理想的な電源システムといえる。
【０００６】
上述の電極触媒の高性能化を目的として、特許文献１〜３がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１０９５号公報
【特許文献２】特開２００２−３０５０００号公報
【特許文献３】特開２００３−９３８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電極触媒を高性能化するには、触媒粒子の凝集を防いで粒子を小粒径に保ち、比表面積を大きくする必要がある。現在、小粒径粒子の作製方法としては保護剤を用いて表面をコートし、凝集を防止する方法が一般的となっている。しかしながら、触媒反応は表面の活性サイトで進行するため、触媒金属表面を保護剤で覆い隠すと触媒活性が低下するという課題がある。
【０００９】
本発明の目的は、本願に係る発明は、高い比表面積を有した触媒金属粒子を有する触媒材料を提供するものであり、また、これを燃料電池に搭載する膜電極接合体に用いることにより出力密度が向上した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】
【００１０】
触媒担体の表面に、触媒金属粒子と共有結合を形成する官能基と、その官能基と共有結合する触媒金属粒子を有することを特徴とする触媒材料を燃料電池に用いる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる触媒材料を燃料電池に用いることにより、触媒粒子同士の凝集を防ぎ、出力密度の高い燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明に係る実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の実施の形態では燃料としてはメタノールを用いるが、水素や水素を含むガスを用いてもよい。
【００１３】
本実施の形態に用いられるメタノールを燃料とする燃料電池１では、以下に示す電気化学反応でメタノールの持っている化学エネルギーが直接電気エネルギーに変換される形で発電される。アノード側では供給されたメタノール水溶液が（１）式にしたがって反応して炭酸ガスと水素イオンと電子に解離する（メタノールの酸化反応）。
【００１４】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-                             …（１）
生成された水素イオンは電解質膜中をアノードからカソード側に移動し、カソード電極上で空気中から拡散してきた酸素ガスと電極上の電子と（２）式に従って反応して水を生成する（酸素の還元反応）。
【００１５】
６Ｈ+＋３／２Ｏ2＋６ｅ- → ３Ｈ2Ｏ                                  …（２）
従って発電に伴う全化学反応は（３）式に示すようにメタノールが酸素によって酸化されて炭酸ガスと水とを生成し、化学反応式はメタノールの火炎燃焼と同じになる。
【００１６】
ＣＨ3ＯＨ＋３／２Ｏ2 → ＣＯ2＋３Ｈ2Ｏ                              …（３）
以下に本実施の形態にかかる燃料電池の実施例を詳細に説明する。
【００１７】
図１に本実施例にかかる電源システムの構成を示す。電源システムは、燃料電池１，燃料カートリッジタンク２，出力端子３及び排ガス口４から構成されている。排ガス口４からはアノード側で生成された炭酸ガスを燃料室１２（図２）から排気するために形成されている。燃料カートリッジタンク２は、高圧液化ガス，高圧ガス又はバネなどの圧力によって燃料を送り出す方式のものであり、燃料を図２に開示する燃料室１２に供給するとともに、燃料室内を液体燃料で大気圧よりも高い圧力に維持するシステムになっている。発電に伴って、燃料室１２の燃料が消費されると圧力により燃料カートリッジ２から消費された量の燃料が補給される。電池出力は直流／直流変換器５を介して負荷機器に電力を供給する方式をとっており、燃料電池１，燃料カートリッジタンク２の燃料残量，直流／直流変換器５などの運転時及び停止時の状況にかかわる信号を得て、直流／直流変換器５を制御し、必要に応じて警告信号を出力するように設定された制御器６をもって電源システムが構成されている。また、制御器６は、必要によっては電池電圧，出力電流，電池温度などの電源の運転状態を負荷機器に表示することができ、燃料カートリッジタンク２の残量が諸定置を下回る状況になった場合、或いは空気拡散量などが所定の範囲から外れた場合には、直流／直流変換器５から負荷への電力供給を停止するとともに音響，音声，パイロットランプ又は文字表示などの異常警報を駆動する。正常運転時においても燃料カートリッジタンク２の燃料残量信号を受けて、負荷機器に燃料残量表示が出来る。
【００１８】
図２に本発明にかかる一実施例による燃料電池の部品構成を示す。燃料電池１は、燃料カートリッジホルダー１４を備えた燃料室１２とその片方の面に、アノード端板１３ａ，ガスケット１７，拡散層付きのＭＥＡ１１，ガスケット１７，カソード端板１３ｃの順に積層し、燃料室１２のもう一方の面にも、アノード端板１３ａ，ガスケット１７，拡散層付きのＭＥＡ１１，ガスケット１７，カソード端板１３ｃの順に積層し、該積層体を面内の加圧力が略均一になるようにネジ１５（図３）で一体化，固定して、構成される。
【００１９】
図３に積層，固定された燃料室の両面に片面６枚の拡散層付きのＭＥＡ１１を平面上に並べた発電部を有する燃料電池１の概観を示す。燃料電池１は、燃料室１２の両面に複数の単電池が直列接続され、該両面の直列単電池群はさらに接続端子１６で直列接続され、出力端子３から電力を取り出す構造になっている。
【００２０】
図３において、燃料は、燃料カートリッジタンク２から高圧液化ガス，高圧ガス又はバネなどによって加圧供給され、アノードで生成した炭酸ガスは、ここには図示されず、図５にその一実施例として示す排ガスモジュール３０を介して排ガス口４から排出される。この排ガスモジュール３０は、気液分離機能を持ち、排ガスを捕集する機能を持っている。一方、酸化剤である空気は空気拡散スリット２２ｃからの拡散で供給され、カソードで生成した水はこのスリット２２ｃを通して拡散，排気される。電池を一体化するための締め付け方法は本実施例で開示したネジによる締め付けに限定されることなく、この電池を筐体内に挿入して筐体からの圧縮力によって達成することやその他の方法で達成することが出来る。
【００２１】
図４に本発明の実施形態にかかる燃料室１２の構造を示す。燃料室１２には燃料を分配するための複数のリブ２１が設けられ、リブ支持板２３の支持を受けて両面貫通のスリット２２ａを形成しており、リブ支持板２３は、燃料室１２の厚さよりは十分に薄く、この部分にも燃料分配のための溝部が形成され、且つ、この支持板には、図５に開示する気液分離管３１を支持する支持孔２４が設けられている。また、燃料室１２には、排ガス口４，電池締め付け用ネジ孔２５ａ，燃料カートリッジ受け口２６、及び燃料カートリッジホルダー１４が設けられている。燃料室１２の材料はＭＥＡ装着時に面圧が均一にかかるように平滑であり、面内に設置される複数の電池が相互に短絡しないように絶縁された構造となれば特に限定はない。高密度塩化ビニル，高密度ポリエチレン，高密度ポリプロピレン，エポキシ樹脂，ポリエーテルエーテルケトン類，ポリエーテルスルフォン類，ポリカーボネート或いはこれらをガラス繊維繊維強化したものを用いると良い。また、炭素板や鋼，ニッケル，その他軽量なアルミニウム，マグネシウムなどの合金材料、或いは、銅−アルミニウムなどに代表される金属間化合物や各種のステンレススチールを用い、表面を不導体化する方法や樹脂を塗布して絶縁化する方法を用いることが出来る。
【００２２】
燃料や酸化剤ガスなど流体を分配するスリット２２ａは、図３では平行溝構造をとっているが、その他の構造などを選択することも可能で、流体が面内で均一に分配される構造であれば特に限定されるものではない。また、図３では電池構成部材をネジによって均一に締め付けて、電気的接触と液体燃料のシールを図っているが、これも本実施例に限定されることなく、例えば、電池部材をそれぞれ接着性高分子フィルムで張り合わせて、該電池を筐体などで加圧，締め付けする方法などは、電源を軽量，薄型化を図る上で有効な方法である。
【００２３】
図６に本発明による実施例として、図４に示した構造の燃料室１２と図５に示した排ガスモジュール３０を組み合わせた燃料室の概観を示す。排ガスモジュール３０の各々の気液分離管３１は、燃料室１２に設けられたリブ支持板２３の支持孔２４を通して固定され、モジュール基板３２は排ガス口４に接続されて、それぞれの気液分離管３１に回収されたガスを電池外に排気する機能を持っている。このような構造をとることによって、気液分離管は炭酸ガスが発生するアノードの近傍で対向する２つのアノードとほぼ等距離に設置されることになり、燃料カートリッジを装着すると、燃料室内は所定の圧力で燃料が満たされた状態になり、発電しないときには、気液分離管の撥水性によって、その細孔内に燃料が特定の圧力に達するまでは進入できないために、特定圧以下では燃料の漏洩がなく、燃料内溶存ガスの脱気や発電開始とともに発生する炭酸ガスは気液分離管に補足されて、液体燃料の圧力で電池外へ排気される。したがって、用いられる気液分離管の膜厚，平均細孔経，細孔分布及び開口率は、燃料カートリッジの初期圧及び最終圧と電池の最大出力時の炭酸ガス発生量から選択されて用いられる。
【００２４】
図７に燃料室に接合されるアノード端板１３ａの構造を示す。アノード端板１３ａは、同一面内に６個の単電池を配置し、直列に電気接続するため３種の電子伝導性と耐食性を持ったカレントコレクタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃと絶縁シート４１が一体化，接合され、それぞれのカレントコレクタには、複数のスリット２２ｂが設けられている。絶縁シート４１には、電池部品の一体化，締め付けのために、複数のネジ孔２５ｂが設けられている。
【００２５】
また、アノード端板１３ａを構成する絶縁シート４１は、面内に配置されたカレントコレクタ４２がそれぞれ一体化接合でき、絶縁性，平面性を確保できる材料であれば特に限定はない。高密度塩化ビニル，高密度ポリエチレン，高密度ポリプロピレン，エポキシ樹脂，ポリエーテルエーテルケトン類，ポリエーテルスルフォン類，ポリカーボネート，ポリイミド系樹脂或いはこれらをガラス繊維繊維強化したものを用いると良い。また、鋼，ニッケル，その他軽量なアルミニウム，マグネシウムなどの合金材料、或いは、銅−アルミニウムなどに代表される金属間化合物や各種のステンレススチールを用い、表面を不導体化する方法や樹脂を塗布して絶縁化する方法を用い、カレントコレクタ４２と接合することが出来る。
【００２６】
図８に同一面内に複数の単位電池を直列に配置するカソード端板１３ｃの構造の一例を示す。カソード端板１３ｃは、基板８１に複数のカレントコレクタ４２を接合するためのザグリ部８２ａ，８２ｂ，８２ｃ、そのザグリ部８２に酸化剤である空気及び生成物である水蒸気を拡散させるためのスリット２２ｃが設けられ、更に、燃料電池部品を一体化，締め付けのためのネジ孔２５ｃが設けられている。基板８１は、面内に配置されたカレントコレクタ４２が接合でき、絶縁性，平面性を確保でき、更にＭＥＡと十分に低い接触抵抗となるように面内締め付けが可能な剛性を持った材料であれば特に限定はない。高密度塩化ビニル，高密度ポリエチレン，高密度ポリプロピレン，エポキシ樹脂，ポリエーテルエーテルケトン類，ポリエーテルスルフォン類，ポリ−カーボネート，ポリイミド系樹脂或いはこれらをガラス繊維繊維強化したものを用いると良い。また、鋼，ニッケル、その他軽量なアルミニウム，マグネシウムなどの合金材料、或いは、銅−アルミニウムなどに代表される金属間化合物や各種のステンレススチールを用い、表面を不導体化する方法や樹脂を塗布して絶縁化する方法を用い、カレントコレクタ４２と接合することが出来る。
【００２７】
図９に図８に示した基板８１のザグリ部８２に、図１０に開示されるカレントコレクタを接合したカソード端板１３ｃの概観を示す。カソード端板１３ｃは、同一面内に６個の単電池のカソードと接触，集電する６個のカレントコレクタ４２と燃料電池部品を一体化，締め付けするためのネジ孔２５ｃが設けられている。カレントコレクタ４２は、基板
８１のフランジ面と可能な限り、同一面を構成するように、ザグリ部８２に嵌め込まれて接着剤で接合されることが望ましい。このときの接着剤には、メタノール水溶液に溶解，膨潤せず、メタノールよりも電気化学的に安定なものであれば良く、エポキシ樹脂系接着剤などは好適なものである。
【００２８】
また、接着剤による固定に限定されること無く、例えば、ザグリ部の一部に、カレントコレクタ４２に設けられたスリット２２ｂの一部と或いは特別に設けられた嵌め込み孔と嵌合する突起を基板８１に設けて固定することも出来る。また、カレントコレクタ４２と基板８１の一方の面が同一面を形成することも特に限定的なものではなく、この部分に段差が生じるような構造の場合、例えば、基板８１にザグリ部８２を設けることなくカレントコレクタ４２を接合することも可能で、シールのために用いられるガスケットの構造，厚みを変更することで対応できる。
【００２９】
図１０に図７と図９に開示したアノード端板１３ａ，カソード端板１３ｃに接合されるカレントコレクタの構造を示す。カレントコレクタ４２は、同一面内の単電池を直列に接続するために、４２ａ，４２ｂ，４２ｃと３種類の形状のものが用いられる。カレントコレクタ４２ａは、電池の出力端子３を備え、面内には燃料もしくは酸化剤である空気の拡散のためのスリット２２ｂが設けられている。カレントコレクタ４２ｂ及び４２ｃは同一面内の単電池を直列に接続するためのインターコネクタ５１ｂ，５１ｃとスリット２２ｂが設けられている。更に、これらのカレントコレクタ４２をアノード端板１３ａに用いるときには、図７に開示した絶縁シート４１と一体化，接合するためのフィン５２が設けられており、カソード端板１３ｃに用いるときには、このフィン５２を持たない構造のものが選択される。
【００３０】
カレントコレクタ４２に用いられる材料は特に限定はないが、炭素板やステンレススチール，チタン，タンタルなどの金属系板或いはこれらの金属系材料と他の金属例えば、炭素鋼，ステンレススチール，銅，ニッケル等のクラッドなどの複合材料などを用いることが出来る。更に、金属系カレントコレクタにおいては、加工されたカレントコレクタの通電接触部に金のような耐食性貴金属をメッキすることや、導電性炭素塗料などを塗布して実装時の接触抵抗を低減することは電池の出力密度向上と長期性能安定性の確保には有効である。
【００３１】
本発明の実施の形態に係るＭＥＡを構成するアノード触媒としては炭素系粉末担体に白金とルテニウムの混合金属或いは白金／ルテニウム合金の微粒子を分散担持したもの、カソード触媒としては炭素系担体に白金微粒子を分散担持したものは容易に製造，利用できる材料である。
【００３２】
しかし、従来のように単純に触媒粒子を析出させるだけでは、析出の際に粒子同士の凝集が起こり触媒金属粒子が粗大化し、比表面積が減少するため、十分な活性を得るには多くの触媒金属が必要である。
【００３３】
さらに、担持した後の触媒粒子も触媒担体上に固定されているわけではなく、不安定で動きやすいため、時間の経過に伴い徐々に触媒粒子の凝集が進行し、触媒粒子の活性が低下するという大きな技術的課題がある。
【００３４】
そこで、ここでは、カーボン担体上に修飾した官能基を金属粒子表面と共有結合させて金属粒子を担体表面に安定に固定することにより、活性な金属表面を最大限露出しながら、粒子同士の凝集を防止することを可能とした、高活性で安定性に優れた触媒材料について説明する。
【００３５】
図１１［Ａ］に、本発明の実施の形態にかかる触媒材料の理想的な構造モデルの一例を示す。ここでは、触媒材料は、触媒金属粒子５３と、触媒金属粒子５３と共有結合する官能基５４，触媒担体であるカーボン担体上に修飾した官能基５４を有するアルキル鎖５５、及びカーボン担体５６を有する。
【００３６】
図１１［Ａ］のように触媒金属粒子５３の表面にはひとつの官能基（イ）のみが結合しており、それ以外の表面はすべて露出している事例が触媒材料としては最も望ましい。図１１［Ｂ］〜［Ｄ］は、図１１［Ａ］以外に予想される触媒材料の構造モデルの例である。
【００３７】
図１１［Ｂ］は複数の官能基（イ）が金属粒子と結合している場合、図１１［Ｃ］はカーボン担体に直接付着した金属粒子の一方に官能基（イ）が結合する場合、図１１［Ｄ］はカーボン担体に直接付着した金属粒子の周囲に官能基（イ）が結合する場合を示している。図１１［Ｂ］〜［Ｄ］は、図１１［Ａ］に比べ露出している金属表面は減少するものの、安定化の観点から好ましい構造の例である。安定化という観点から見ると、図１２
［Ａ］，［Ｂ］に示すように官能基（イ）を含む化合物で金属表面全体をコートすると、この化合物が安定化剤の役割を果たし粒子同士の凝集を阻害するため、より容易に小粒径粒子の作製・維持が可能となる。
【００３８】
しかし、金属表面全体をコートすると化合物の吸着によって反応に寄与する活性サイトが被覆されるため、触媒活性は著しく低下する。これより、高活性と安定性という２つの性能を向上させるには、金属粒子の一部を官能基で結合して、活性な金属表面を最大限露出しながら、粒子同士の凝集を防止することを可能とした図１１で示す構造を形成することが望ましい。
【００３９】
上記官能基（イ）としては、金属原子と共有結合し得る元素、例えばイオウ，セレン，テルルを含む官能基であれば特に制限はなく、好ましい例としてはイオウを含むチオール基，ジスルフィド基，セレンを含むセレノール基，ジセレニド基，テルルを含むテルロール基，ジテレニド基が挙げられ、より好ましい例としてイオウを含むチオール基，ジスルフィド基が挙げられる。官能基（イ）の数については特に制限されるものではないが、数が多すぎると金属表面を隠す割合が多くなり、触媒活性を低下させることから１〜５であることが望ましく、１または２であることがより望ましい。また、官能基（イ）の位置についても特に制限はないが、金属粒子と容易に共有結合できるように金属粒子との接触頻度が高い位置、すなわちカーボン担体表面から最も離れた、アルキル鎖の末端に位置していることが望ましい。官能基（イ）の導入量については、官能基（イ）、担体および金属粒子の種類により異なるが、官能基（イ）がイオウを含むチオール基の場合を例にとると、導入量が多すぎると余分なチオール基が金属粒子表面に吸着するため触媒活性が低下し、少なすぎると金属粒子を固定する能力が低下し、凝集防止の観点から問題がある。このため、チオール基の導入量としてはイオウ原子の重量比が金属粒子及びイオウ原子を合わせた全重量に対し０.５ 〜３０重量％となることが望ましく、１〜１０重量％となることがさらに望ましい。
【００４０】
上記官能基（イ）をカーボン表面に修飾する方法としては、カーボン担体が最初からその表面に有しているヒドロキシル基，カルボニル基，カルボキシル基，アルデヒド基などの表面官能基（ロ）に、上記官能基（イ）を末端に有するアルキル鎖を化学結合する方法が考えられる。化学結合の種類としては特に制限はないが、大量合成が可能な液相中で容易に形成できる結合、例えばエーテル結合，シリルエーテル結合，ペプチド結合などで上記官能基（イ）を末端に有するアルキル鎖をカーボン表面に修飾することが好ましい。また、表面官能基（ロ）の量は、カーボン担体を表面処理することにより増減させることが可能である。表面官能基（ロ）を増加させる方法としては、真空中でのプラズマ処理，酸素雰囲気での加熱などが挙げられるが、酸化剤を含む水溶液中にカーボン担体を浸漬する方法が最も簡便である。また、表面官能基（ロ）を減らすには、不活性な気体中もしくは真空中で加熱するとよい。
【００４１】
担体として用いるカーボン材料の大きさ，形態については特に制限はなく、板状，棒状，多孔質体，粒状，繊維状のいずれでもよい。種類としては、例えば黒鉛，グラッシーカーボン，カーボンブラック，活性炭，カーボンナノチューブなどが挙げられる。ただし、触媒担体として用いる場合は比表面積の大きな材料を選択することが望ましく、例として炭素微粒子，活性炭，カーボンブラック，多孔質カーボン，カーボンナノチューブが挙げられる。さらに燃料電池用の電極として用いる場合は、高い導電性が必要とされることから、導電性の高いカーボンブラック，多孔室カーボン，カーボンナノチューブなどが好適である。
【００４２】
本実施の形態にかかる触媒材料は、触媒担体としてのカーボン担体上に修飾した官能基（イ）を金属粒子表面と共有結合させることにより、金属粒子を担体表面に固定することを特徴とする。共有結合は化学結合の中でも最も強力な結合であり、結合した金属粒子は官能基を介して強くカーボン材料表面に固着するため、粒子同士の凝集が抑制され、担持した金属粒子を一定の粒径のまま保持することができる。共有結合させる金属粒子の種類としては特に制限されるものではなく、例えばＰｔ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｃｕ，
Ａｇ，Ａｕが挙げられるが、これらの合金であってもよい。ただし、燃料電池用、特に常温で用いられる固体高分子型燃料電池の触媒として用いる場合、水素もしくはメタノール酸化反応、および酸素還元反応に対する触媒活性が極めて高いＰｔもしくはＰｔを含む合金を使用することが好ましい。合金を使用する場合、合金組成により触媒活性が大きく異なるため、高活性触媒の作製には合金組成を制御することが必要である。ＤＭＦＣの燃料極用触媒の場合、ＰｔとＲｕを混合したＰｔＲｕ合金が一般的に用いられているが、Ｒｕの比率が少なすぎるとＣＯによる被毒のため触媒活性が低下し、Ｒｕが多すぎるとメタノール酸化活性なＰｔの割合が減少するため電流量が減少する。これより、ＤＭＦＣ燃料極用触媒の合金組成はＰｔとＲｕを合わせた全重量のうちＲｕの重量比が３０〜９０重量％を占めることが望ましく、さらに５０〜８０重量％を占めることがより望ましい。
【００４３】
また、金属粒子は粒径が小さくなるほど比表面積が大きくなり、必要とされる金属量を減らすことできる。特に粒径が１０ｎｍより小さくなると比表面積の増大率が顕著になるため、金属粒子の粒径は１〜１０ｎｍとすることが好ましく、１〜５ｎｍとすることがさらに好ましい。
【００４４】
電解質膜には水素イオン導電性材料を用いると大気中の炭酸ガスの影響を受けることなく安定な燃料電池を実現できる。このような材料としてポリパーフルオロスチレンスルフォン酸，パーフルオロカーボン系スルフォン酸などに代表されるスルフォン酸化したフッ素系ポリマーやポリスチレンスルフォン酸，スルフォン酸化ポリエーテルスルフォン類，スルフォン酸化ポリエーテルエーテルケトン類などの炭化水素系ポリマーをスルフォン化した材料或いは炭化水素系ポリマーをアルキルスルフォン酸化した材料を用いることができる。これらの材料を電解質膜として用いれば一般に燃料電池を８０℃以下の温度で作動することができる。また、タングステン酸化物水和物，ジルコニウム酸化物水和物，スズ酸化物水和物などの水素イオン導電性無機物を耐熱性樹脂若しくはスルフォン酸化樹脂にミクロ分散した複合電解質膜等を用いることによって、より高温域まで作動する燃料電池とすることもできる。特にスルフォン酸化されたポリエーテルスルフォン類，ポリエーテルエーテルスルフォン類或いは水素イオン導電性無機物を用いた複合電解質類は、ポリパーフルオロカーボンスルフォン酸類に比較して燃料のメタノール透過性の低い電解質膜として好ましい。いずれにしても水素イオン伝導性が高く、メタノール透過性の低い電解質膜を用いると燃料の発電利用率が高くなるため本実施例の効果であるコンパクト化及び長時間発電をより高いレベルで達成することができる。
【００４５】
図１３（ａ）に本発明の実施例に用いるＭＥＡ６０の構造を示す。電解質膜６１にはアルキルスルフォン酸化ポリエーテルスルフォンを用い、アノード電極６２ａには炭素担体（ＸＣ７２Ｒ：キャボット社製）に白金とルテニウムとを、カソード電極６２ｃには炭素担体（ＸＣ７２Ｒ：キャボット社製）に白金を担持した触媒を用い、バインダーには、電解質膜のアルキルスルフォン酸化ポリエーテルスルフォンと同じ高分子で電解質膜よりもスルフォン酸化当量重量の小さいものを用いた。このようなバインダーの選択によって、電極触媒に分散される電解質の水及びメタノールのクロスオーバー量を電解質膜よりも大きくとることができ、電極触媒上への燃料拡散が促進されて、電極性能は向上するのが特徴である。
【００４６】
図１３（ｂ），図１３（ｃ）に本発明に用いられるカソード拡散層７０ｃ及びアノード拡散層７０ａの構成を示す。カソード拡散層７０ｃは、撥水性を強めて、カソード近傍の水蒸気圧を高め、生成水蒸気の拡散排気と水の凝集を防ぐための撥水層７２と多孔質炭素基板７１ｃから構成されており、撥水層７２がカソード電極６２ｃと接するように積層され、アノード拡散層７０ａとアノード電極６２ａの面接触に関しては特に限定は無く、多孔質炭素基板を用いた。カソード拡散層７０ｃの多孔質炭素基板７１ｃには導電性で多孔質な材料が用いられる。一般的には炭素繊維の織布或いは不織布、例えば、炭素繊維織布としてはカーボンクロス（トレカクロス：東レ製）やカーボンペーパー（東レ製：ＴＧＰ−Ｈ−０６０）などを用い、撥水層７２は炭素粉末と撥水性微粒子，撥水性フィブリル又は撥水性繊維、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどを混合して構成される。
【００４７】
より詳細に説明すれば、カーボンペーパー（東レ製：ＴＧＰ−Ｈ−０６０）を所定の寸法に切り出し、予め吸水量を求めた後、このカーボンペーパーを焼き付け後の重量比が
２０〜６０ｗｔ％となるように希釈したポリテトラフルオロカーボン／水分散液（Ｄ−１：ダイキン工業社製）に漬し、１２０℃で約１時間乾燥し、更に、空気中、２７０〜360℃の温度で０.５ 〜１時間焼き付け操作をする。次に、炭素粉末（ＸＣ−７２Ｒ：キャボット社製）に対して２０〜６０ｗｔ％となるようにポリテトラフルオロカーボン／水分散液を加えて混練する。ペースト状になった混練物を上記のように撥水化されたカーボンペーパーの一方の面に厚みが１０〜３０μｍとなるように塗布する。これを１２０℃で約１時間乾燥した後、２７０〜３６０℃で０.５ 〜１時間、空気中で焼成してカソード拡散層
７０ｃが得られる。カソード拡散層７０ｃの通気性及び透湿性、即ち、供給酸素及び生成水の拡散性は、ポリテトラフルオロエチレンの添加量，分散性，焼き付け温度に大きく依存するので、燃料電池の設計性能，使用環境などを考慮して適正な条件が選定される。
【００４８】
アノード拡散層７０ａは導電性と多孔質の条件を満たす炭素繊維の織布或いは不織布、例えば、炭素繊維織布としてはカーボンクロス（トレカクロス：東レ製）やカーボンペーパー（東レ製：ＴＧＰ−Ｈ−０６０）などの材料は好適なものである。アノード拡散層
７０ａの機能は、水溶液燃料の供給と生成された炭酸ガスの速やかな散逸を促進するものであるため、上記した多孔質炭素基板７１ａを緩やかな酸化又は紫外線照射などによって表面を親水化する方法や、多孔質炭素基板７１ａに親水性樹脂を分散する方法、酸化チタンなどに代表される強い親水性を有する物質を分散担持する方法は、アノードで生成した炭酸ガスが多孔質炭素基板７１ａ内で気泡成長するのを抑制し、燃料電池の出力密度を高めるために有効な方法である。また、アノード拡散層７０ａは、上記した材料に限定されること無く、実質的に電気化学不活性な金属系材料（例えば、ステンレススチール繊維不織布，多孔質体，多孔質なチタン，タンタルなど）の多孔質材料を用いることも出来る。
【００４９】
図１４に本発明による燃料電池に用いられるガスケット９０の構造を示す。ガスケット９０は、複数の実装するＭＥＡに対応した、貫通切り抜きの通電部９１と締め付けネジを通すための複数のネジ孔２５ｄ及びアノード端板１３ａ，カソード端板のインターコネクタ５１を接続する電導体を貫通させる接続孔９２から構成される。ガスケット９０は、アノード電極６２ａに供給される燃料及びカソード電極６２ｃに供給される酸化剤ガスをシールするためのものであり、通常用いられるＥＰＤＭなどの合成ゴム，フッ素系のゴム，シリコンゴムなどをガスケット材として使用することが出来る。
【００５０】
以下に、実施例及び比較例を示して前述の触媒材料をより具体的に説明する。本実施例では触媒金属として白金とルテニウムとの合金を用いるが、触媒金属としてはこれに限定されるものではなく、例えば、ＤＭＦＣのカソードには白金を有する触媒金属を用いることができる。
【００５１】
［実施例１］
実施例１は、本発明を用いたＤＭＦＣ電極用触媒材料およびその作製方法の一例である。カーボン担体にはカーボンブラック粒子（Cabot社製Vulcan ＸＣ−７２Ｒ）を、担持金属には白金およびルテニウムを、金属粒子と共有結合を形成する官能基にはチオール基を選択した。導入方法は以下の通りである。
【００５２】
工程（ａ）では、まずエタノール５０ｍｌにメルカプトプロピルトリメトキシシラン
（ＭＰＳ）が０.５mmol となるように加えた溶液に、カーボンブラック７２ｍｇを添加し、超音波をかけながら７０℃で２時間撹拌して反応させた。その後、溶液を濾過・洗浄し、１２０℃で２時間乾燥させることによりＭＰＳ修飾カーボンブラックを得た。
【００５３】
次に工程（ｂ）で、工程（ａ）で得た前記ＭＰＳ修飾カーボンブラックにＰｔＲｕ合金粒子を担持させた。まずエタノール３００ｍｌ中に前記ＭＰＳ修飾カーボンブラックを添加・撹拌し、分散溶液を得た。次に、この分散溶液の温度を７０℃に保持した後、
Ｋ2ＰｔＣｌ4水溶液およびＲｕＣｌ3 水溶液を加え、４時間攪拌してＫ2ＰｔＣｌ4およびＲｕＣｌ3 をアルコール還元し、生成したＰｔ・Ｒｕの微粒子をＭＰＳ修飾カーボンブラック上のチオール基と共有結合させた。その後、濾過，水洗し、Ｐｔ・Ｒｕ担持カーボンブラックを得た。得られたＰｔ・Ｒｕ担持カーボンブラックをＴＥＭで観察したところ、粒径２.５ｎｍ 程度の粒子が観察された。ＩＣＰ質量分析の結果、ＰｔおよびＲｕの担持量は３２重量％および２０重量％であった。さらに、Ｐｔ・Ｒｕ担持前後のＭＰＳ修飾カーボンブラックをＸＰＳで測定したところ、担持後のイオウのピークが低エネルギー側にシフトしていた。これより、Ｐｔ・Ｒｕ粒子はカーボンブラック上のチオール基と共有結合していることが判明した。またＸＰＳ測定の結果より、イオウの導入量はＰｔ・Ｒｕ原子およびイオウ原子を合わせた全重量に対して１.６ 重量％であることが明らかとなった。
【００５４】
次にメタノール酸化反応の電流−電位曲線を測定し、ＤＭＦＣ用アノード極触媒としての特性を評価した。燃料電池用触媒の評価方法としては電解質膜−電極複合体（ＭＥＡ）を作製して評価する方法が一般的だが、この方法は作成過程によって大きく結果が異なり、必ずしも触媒の活性を評価しているとはいえないので、今回は作製したＰｔ・Ｒｕ担持カーボンブラック単体の触媒活性を評価することを目的とし、次のような方法で行った。まず、１.５mol／ｌの硫酸溶液と９８％メタノールを体積比で３：１となるように混合した。この混合溶液に所定量の前記Ｐｔ・Ｒｕ担持カーボンを添加し、超音波をかけて分散させた。次に作用極，対極，参照極を溶液中にいれて、撹拌しながら十分脱気した。その後攪拌しながら、作用極の電位を０Ｖ(vs.ＮＨＥ) からゆっくり正に掃引することにより、溶液中に分散した前記Ｐｔ・Ｒｕ担持カーボン単体の触媒活性を測定した。この方法では、溶液中に分散したＰｔ・Ｒｕ担持カーボン粒子が作用極に接触した瞬間のみ電位がかかり電気化学反応が進行する。溶液中のＰｔ・Ｒｕ担持カーボン粒子濃度を一定とし、
Ｐｔ・Ｒｕ担持カーボン粒子が作用極に接触する確率を等しくすれば、作用極に流れた電流値から作製した触媒粒子単体の相対的な活性評価を行う事が可能となる。実施例１で得られたＰｔ・Ｒｕ担持カーボンを上記方法で測定した結果、０.４Ｖ（vs.ＮＨＥ）という低電位からメタノールの酸化に伴う電流が流れ始めることが確認された。また０.７Ｖ
(vs.ＮＨＥ) におけるメタノール酸化電流は３.６ｍＡ と高い値を示した（表１）。これより、Ｐｔ・Ｒｕ粒子をチオール基との共有結合でカーボン担体に固定した本発明Ｐｔ・Ｒｕ触媒が、ＤＭＦＣ用メタノール酸化触媒として優れた触媒活性を有していることが確認された。
【００５５】
［実施例２，３］
実施例２，３は、金属粒子と共有結合を形成する官能基をセレノール，テレノールとしたＤＭＦＣ電極用触媒材料の例である。官能基以外については、実施例１と同様の条件で作製した。表１に実施例２，３の特性評価結果を示す。いずれも実施例１と同様、優れた特性を示し、セレノールおよびテレノールでＰｔ・Ｒｕ粒子を担体表面に固定した触媒材料は、ＤＭＦＣ用メタノール酸化触媒として高い活性を有していることが確認された。
【００５６】
［実施例４〜６］
実施例４〜６は、官能基・カーボン担体間のアルキル鎖の長さを１，６，１２とした
ＤＭＦＣ電極用触媒材料の例である。アルキル鎖の長さ以外については、実施例１と同様の条件で作製した。表１に実施例４〜６の特性評価結果を示す。いずれも実施例１と同様、優れた特性を示した。
【００５７】
［実施例７］
実施例７は、アルキル鎖の主鎖の長さを６とし、副鎖にチオール基を導入することでチオール基の数を３としたＤＭＦＣ電極用触媒材料の例である。アルキル鎖長およびチオール基の数以外については、実施例１と同様の条件で作製した。表１に実施例７の特性評価結果を示す。実施例１と同様、優れた特性を示した。
【００５８】
［実施例８〜１０］
実施例８〜１０は、アルキル鎖の長さを６とし、主鎖にそれぞれ二重結合，酸素原子、および酸素と窒素原子を導入したＤＭＦＣ電極用触媒材料の例である。アルキル鎖長およびアルキル鎖の種類以外については、実施例１と同様の条件で作製した。表１に実施例８〜１０の特性評価結果を示す。いずれも実施例１と同様、優れた特性を示し、アルキル鎖に二重結合，酸素原子、および酸素原子と窒素原子を導入しても、ＤＭＦＣ用メタノール酸化触媒として高い活性を有していることが確認された。
【００５９】
［実施例１１，１２］
実施例１１，１２は、イオウの導入量をＰｔ・Ｒｕ原子およびイオウ原子を合わせた全重量に対して１.２ 重量％と１８重量％とした。ＤＭＦＣ電極用触媒材料の例である。イオウ導入量以外については、実施例１と同様の条件で作製した。表１に実施例１１，１２の特性評価結果を示す。イオウを１.２ 重量％導入した実施例１１は、実施例１と同様の優れた特性を示した。
【００６０】
［実施例１３，１４］
実施例１３，１４は、アルキル鎖をエーテル結合およびペプチド結合でカーボンブラック表面に結合したＤＭＦＣ電極用触媒材料の例である。アルキル鎖の結合の種類以外については、実施例１と同様の条件で作製した。表１に実施例１３，１４の特性評価結果を示す。いずれも実施例１と同様、優れた特性を示し、本実施例の触媒材料はアルキル鎖の結合の種類を変えても、ＤＭＦＣ用メタノール酸化触媒として高い活性を有していることが確認された。
【００６１】
［実施例１５，１６］
実施例１５，１６は、カーボン担体をケッチェンブラックＥＣおよびＢＰ２０００としたＤＭＦＣ電極用触媒材料の例である。カーボン担体の種類以外については、実施例１と同様の条件で作製した。表１に実施例１５，１６の特性評価結果を示す。いずれも実施例１と同様、優れた特性を示し、本実施例の触媒材料はカーボン担体の種類を変えても、
ＤＭＦＣ用メタノール酸化触媒として高い活性を有していることが確認された。
【００６２】
［実施例１７，１８］
実施例１７，１８は、工程（ｂ）でＰｔおよびＲｕの還元剤を、それぞれホルムアルデヒド，水素化ホウ素ナトリウムとしたＤＭＦＣ電極用触媒材料の例である。なお溶媒にはｐＨ１０の水溶液を使用した以外は、実施例１と同様の条件で作製した。表１に実施例
１７，１８の特性評価結果を示す。いずれも実施例１と同様、優れた特性を示し、本発明の触媒材料は還元剤を変えても、ＤＭＦＣ用メタノール酸化触媒として高い活性を有していることが確認された。
【００６３】
［実施例１９〜２１］
実施例１９〜２１は、工程（ｂ）でのしこみ量を変えることによってＰｔ・Ｒｕの担持量を、それぞれ５ｗｔ％，２０ｗｔ％，６５ｗｔ％としたＤＭＦＣ電極用触媒材料の例である。担持量以外については、実施例１と同様の条件で作製した。表１に実施例１９〜
２１の特性評価結果を示す。担持量２０ｗｔ％の実施例２０は実施例１と同等の活性を示した。
【００６４】
［実施例２２〜２５］
実施例２２〜２５は、工程（ｂ）でのＫ2ＰｔＣｌ4水溶液およびＲｕＣｌ3 水溶液の添加比率を変えることにより、Ｐｔ及びＲｕの担持比率を重量％でそれぞれ４５：５，２５：２５，２０：３３，１０：４０としたＤＭＦＣ電極用触媒材料の例である。Ｐｔ及び
Ｒｕの担持比率以外については、実施例１と同様の条件で作製した。表１に特性評価結果を示す。粒径，担持量については実施例１とほぼ同様の特性を示した。
【００６５】
［比較例１］
比較例１は、表面を修飾していないカーボンブラック(Cabot社製Vulcan ＸＣ−７２Ｒ)に、Ｐｔ・Ｒｕを担持させた触媒材料の一例である。ＰｔおよびＲｕの担持は、実施例１と同様の方法で行った。表１に特性評価結果を示す。担持量，表面積の割合については実施例１とほぼ同様の特性を示したが、粒径が７.５ｎｍ と大きく、メタノール酸化電流が１.７ｍＡと低いことがわかる。
【００６６】
【表１】
2005087989.tif 000003
【００６７】
［実施例２６］
以下に携帯情報端末用ＤＭＦＣの一実施例を説明する。図１５に本発明によるＤＭＦＣの概観を示す。この燃料電池１は燃料室１２、図には示されていないスルフォメチル化ポリエーテルスルフォンを電解質膜として用いたＭＥＡ，ガスケットを挟んだカソード端板１３ｃとアノード端板１３ａとを有し、発電部は、燃料室１２の片方の面にのみ実装されている。この燃料室１２の外周には、燃料供給管２８と排ガス口４が設けられている。また、アノード端板１３ａ及びカソード端板１３ｃの外周部には一対の出力端子３が設けられている。電池の組み立て構成は、図２に示した部品構成と同じで、燃料室の片面にのみ発電部を実装することと燃料カートリッジホルダーが一体化していない点が異なる。材料は、燃料室１２には高圧塩化ビニル，アノード端板にはポリイミド樹脂フィルム。カソード端板にはガラス繊維強化エポキシ樹脂を用いる。
【００６８】
図１６に、ＭＥＡの実装レイアウトとその断面構造を示す。このＤＭＦＣには、燃料室１２と一体化されたアノード端板１３ａの表面スリット部に発電部サイズが、１６mm×
１８mmで大きさ２２mm×２４mmのＭＥＡを１２枚が実装される。燃料室内部には、図１４Ａ−Ａ断面図に示すように、気液分離管３１を組み合わせた気液分離モジュールが、燃料室１２内に設けられた燃料分配溝２７の中に挿入されている。気液分離モジュールの一方の端部は排ガス口４に接続されている。又、燃料分配溝２７の一方は、燃料室１２の外周部に位置する燃料供給管２８と接続されている。図１４には図示されていないカレントコレクタは、アノード端板１３ａ外表面に、アノード端板表面と同一平面となるように接着され、端電池をそれぞれ直列接続するためのインターコネクタ５１及び出力端子３が設けられている。
【００６９】
カレントコレクタ材料は０.３mm 厚みのチタン板を用い、電極と接触する面は、予め表面を洗浄したあと約０.１μｍ 程度の金蒸着した。図１５には、ＭＥＡを固定し、それぞれの電池を直列接続するためのカソード端板１３ｃの構造を示す。カソード端板１３ｃにはガラス繊維強化エポキシ樹脂板２.５mm を基板８１として用いる。この板の表面には、上記と同じように金蒸着した、厚さ０.３mm のチタン製カレントコレクタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃをエポキシ樹脂で接着した。基板８１とカレントコレクタ４０には、予め空気拡散のためのスリット２２が設けられており、それぞれ連通するように接着する。
【００７０】
こうして作成した電源のサイズは、１１５mm×９０mm×９mmである。また、この電源に組み込まれているＤＭＦＣの発電部を構成するＭＥＡは、触媒材料として実施例１にある触媒材料を用いることにより、従来のＤＭＦＣと比較し高い出力を得ることができるものである。
【００７１】
［実施例２７］
実施例２６で作成したＤＭＦＣを携帯用情報端末に実装した例を図１８に示す。この携帯用情報端末は、タッチパネル式入力装置が一体化された表示装置１０１とアンテナ103を内蔵した部分と燃料電池１，プロセッサ，揮発及び不揮発メモリ，電力制御部，燃料電池及び二次電池ハイブリッド制御，燃料モニタなどの電子機器及び電子回路などを実装したメインボード１０２，リチウムイオン二次電池１０６を搭載する部分が燃料カートリッジ２のホルダーをかねたカートリッジホルダー付ヒンジ１０４で連結された折たたみ式の構造をとっている。
【００７２】
電源実装部は、隔壁１０５によって区分され、下部にメインボード１０２及びリチウムイオン二次電池１０６が収納されて、上部に燃料電池１が配置される。筐体の上及び側壁部には空気及び電池排ガス拡散のためのスリット２２ｃが設けられ、筐体内のスリット
２２ｃの表面には空気フィルタ１０７が、隔壁面には吸水性速乾材料１０８が設けられている。空気フィルタは気体の拡散性が高く、粉塵などの進入を防ぐ材料であれば特に限定は無いが、合成樹脂の単糸をメッシュ状、または、織布のものは目詰まりを起こすことなく好適である。本実施例においては、撥水生の高いポリテトラフルオロエチレン単糸メッシュを用いる。
【００７３】
この携帯用情報端末に組み込まれているＤＭＦＣの発電部を構成するＭＥＡは、触媒材料として実施例１にある触媒材料を用いることにより、従来のＤＭＦＣと比較し高い出力を得ることができるため、携帯用端末が要求できる最大出力をより大きなものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明による燃料電池電源システムの一実施例を示す。
【図２】本発明の燃料電池構成の一実施例を示す。
【図３】本発明によるカートリッジホルダー付燃料電池電源の概観を示す。
【図４】本発明による燃料室構造の一実施例を示す。
【図５】本発明による排ガスモジュールの一実施例を示す。
【図６】本発明による燃料室／排ガスモジュール一体化構造の一実施例を示す。
【図７】本発明によるアノード端板構造の一実施例を示す。
【図８】本発明によるカソード端板構造の一実施例を示す。
【図９】本発明のカレントコレクタ／カソード端板一体化構造の一実施例を示す。
【図１０】本発明によるアノードカレントコレクタ構造の一実施例を示す。
【図１１】本発明による触媒材料の構造モデルの模式図である。
【図１２】本発明による表面が化合物で被覆された金属粒子の構造モデルの模式図である。
【図１３】本発明によるＭＥＡ及び拡散層の構造の一実施例を示す。
【図１４】本発明によるガスケット構造の一実施例を示す。
【図１５】本発明による燃料電池概観の一実施例を示す。
【図１６】本発明による燃料室／アノード端板一体化したものにＭＥＡを配置した構造の一実施例を示す。
【図１７】本発明によるカレントコレクタ付カソード端板構造の一実施例を示す。
【図１８】本発明の燃料電池を搭載した携帯情報端末の構造の一実施例を示す。
【符号の説明】
【００７５】
１…燃料電池、２…燃料カートリッジタンク、３…出力端子、４…排ガス口、５…直流／直流変換器、６…制御器、１１…拡散層付きのＭＥＡ、１２…燃料室、１３ａ…アノード端板、１３ｃ…カソード端板、１４…燃料カートリッジホルダー、１５…ネジ、１６…接続端子、１７…ガスケット、２１…リブ、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…スリット、２３…リブ支持板、２４…支持孔、２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，
２５ｆ…ネジ孔、２６…カートリッジ受け口、２７…燃料分配溝、２８…燃料供給管、
３０…排ガスモジュール、３１…気液分離管、３２…モジュール基板、４１…絶縁シート、４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…カレントコレクタ、５１ｂ，５１ｃ…インターコネクタ、５２ａ，５２ｂ，５２ｃ…フィン、５３…触媒金属粒子、５４…官能基、５５…カーボン担体上に修飾した官能基を有するアルキル鎖、５６…カーボン担体、６０…ＭＥＡ、６１…電解質膜、６２…電極、６２ａ…アノード電極、６２ｃ…カソード電極、７０ａ…アノード拡散層、７０ｃ…カソード拡散層、７１ａ，７１ｃ…多孔質炭素基板、７２…撥水層、８１…基板、８２ａ，８２ｂ，８２ｃ…ザグリ部、９０…ガスケット、９１…切り抜きの通電部、９２…接続孔、１０１…表示装置、１０２…メインボード、１０３…アンテナ、１０４…カートリッジホルダ付ヒンジ、１０５…隔壁、１０６…リチウムイオン二次電池、１０７…空気フィルタ、１０８…吸水性速乾材料。
【図１】
2005087989.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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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