(57)【要約】【課題】燃料のクロスオーバーを抑制することが可能な固体電解質型燃料電池を提供する。【解決手段】燃料極２と、酸化剤極３と、燃料極２と酸化剤極３とで挟持された固体電解質膜４Ａとで構成される固体電解質型燃料電池において、燃料極２と酸化剤極３との間にクロスオーバーした燃料を捕捉する物質を備える固体電解質型燃料電池。燃料極２と酸化剤極３との間にクロスオーバーした燃料を捕捉する物質を備えることにより、過剰な液体有機燃料が通過することが抑制されるため、クロスオーバーを低減することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と、酸化剤極と、該燃料極と酸化剤極とで挟持された固体電解質膜とを備えてなる固体電解質型燃料電池において、該燃料極と酸化剤極との間にクロスオーバーした燃料を捕捉する物質が存在することを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の固体電解質型燃料電池において、前記クロスオーバーした燃料を捕捉する物質が、該燃料と錯体又は分子化合物を形成する化合物を含むことを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体電解質型燃料電池において、前記燃料と錯体又は分子化合物を形成する化合物が、有機化合物、無機化合物、及び有機・無機複合化合物よりなる群から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の固体電解質型燃料電池において、前記燃料と分子化合物を形成する化合物が、該燃料と包接化合物を形成する、単分子系ホスト化合物、多分子系ホスト化合物、高分子系ホスト化合物、無機系ホスト化合物、及び有機−無機ハイブリッドホスト化合物よりなる群から選ばれる１種又は２種以上であることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の固体電解質燃料電池において、前記燃料と錯体又は分子化合物を形成する化合物が多孔質物質に担持されていることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の固体電解質型燃料電池において、前記燃料と錯体又は分子化合物を形成する化合物が前記固体電解質膜に含まれていることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の固体電解質型燃料電池において、前記固体電解質膜と酸化剤極との間に前記燃料と錯体又は分子化合物を形成する化合物を含む層が設けられていることを特徴とする固体電解質型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料極と、酸化剤極と、該燃料極と酸化剤極とで挟持された固体電解質膜とを備えてなる固体電解質型燃料電池に係り、特に、燃料のクロスオーバーを抑制することができる固体電解質型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体電解質型燃料電池は、例えばパーフルオロスルフォン酸膜等の固体高分子電解質膜を電解質とし、この膜の両面に燃料極及び酸化剤極を接合して構成され、燃料極に水素やメタノールなどの液体有機燃料を、酸化剤極に酸素をそれぞれ供給して電気化学反応により発電する装置である。
【０００３】
このような燃料電池の中で、近年はダイレクトメタノール型燃料電池に代表されるような、液体有機燃料を改質せずに燃料極に直接供給するものが盛んに開発されるようになってきている。液体有機燃料を改質せずに燃料極に直接供給する燃料電池は、液体有機燃料を直接燃料極に供給する構造であるため、改質器のような装置を必要としない。そのため、電池の構成を簡単なものとすると共に、装置全体を小型化することが可能であるという利点を有している。また、水素ガスや炭化水素ガス等の気体燃料と比較して、液体有機燃料は容易かつ安全に運搬可能であるという利点も有している。
【０００４】
一般的に、液体有機燃料を使用する燃料電池においては、電解質として固体高分子イオン交換樹脂からなる固体高分子電解質膜が用いられる。ここで、燃料電池が機能するためには、水素イオンがこの膜中を燃料極から酸化剤極へ移動することが必要であるが、この水素イオンの移動には水の移動が伴うことが知られており、当該電解質膜には一定の水分が含まれていることが必要である。
【０００５】
しかし、水に対して親和性の高いメタノールなどの液体有機燃料を用いる場合、当該液体有機燃料は水分を含んだ固体高分子電解質膜に拡散し、更には、酸化剤極まで到達する、所謂クロスオーバーと呼称される現象が起きる。このクロスオーバーは、本来燃料極において電子を提供すべき液体有機燃料が酸化剤極側に達することで酸化されてしまい、燃料として有効に使用されなくなるため、電圧や出力の低下、燃料効率の低下を引き起こす。
【０００６】
このようなクロスオーバーを回避する対策として従来、種々の方法が報告されている。そのひとつに固体電解質膜の素材として、クロスオーバーし難い物質を用いる例が提案されているが、未だ十分な効果が得られているとは言えなかった。
【特許文献１】特開２００４−２６９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明は、燃料のクロスオーバーを抑制することが可能な固体電解質型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】
【０００８】
本発明の固体電解質型燃料電池は、燃料極と、酸化剤極と、該燃料極と酸化剤極とで挟持された固体電解質膜とを備えてなる固体電解質型燃料電池において、該燃料極と酸化剤極との間にクロスオーバーした燃料を捕捉する物質が存在することを特徴とする。
【０００９】
固体電解質型燃料電池に用いる固体電解質膜には、一般に、ナフィオン（登録商標）等に代表される、高い水素イオン伝導性を有する固体電解質膜が使用されている。こうした固体電解質膜における高い水素イオン伝導性は、この固体電解質膜が水分を含むことによって発現するのであるが、一方で、この水分の含有により、前述の如く、メタノールのような液体有機燃料が水に容易に溶解し、固体電解質膜中を移動して酸化剤極まで到達してしまうというクロスオーバーの発現を促すこととなる。
【００１０】
本発明では、燃料極と酸化剤極との間にクロスオーバーした燃料を捕捉する物質を備えることにより、過剰な液体有機燃料が通過することが抑制されるため、燃料のクロスオーバーを低減することが可能となる。
【００１１】
本発明において、クロスオーバーした燃料を捕捉する物質は、燃料と錯体又は分子化合物を形成する化合物であることが好ましく、この燃料と錯体又は分子化合物を形成する化合物としては、有機化合物、無機化合物、及び有機・無機複合化合物よりなる群から選ばれる１種又は２種以上が挙げられる。特に、燃料と分子化合物を形成する化合物は、燃料と包接化合物を形成する、単分子系ホスト化合物、多分子系ホスト化合物、高分子系ホスト化合物、無機系ホスト化合物、及び有機−無機ハイブリッドホスト化合物よりなる群から選ばれる１種又は２種以上が好適である。
【００１２】
燃料と錯体又は分子化合物を形成する化合物は多孔質物質に担持されていても良い。
【００１３】
本発明において、燃料と錯体又は分子化合物を形成する化合物は固体電解質膜に含まれていても良い。また、固体電解質膜と酸化剤極との間に燃料と錯体又は分子化合物を形成する化合物を含む層が設けられていても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池は、燃料極、酸化剤極、及び燃料極と酸化剤極とで挟持された固体電解質膜とを備えており、その燃料極に液体有機燃料が直接供給される、所謂ダイレクト型燃料電池である。前述の如く、このダイレクト型燃料電池は電池効率が高い、改質器が不要であるため省スペース化を図ることができる、等の利点が得られる反面、メタノールなどの液体有機燃料のクロスオーバーが問題となる。本発明によれば、こうしたクロスオーバーの問題を解消することができ、固体電解質型燃料電池の高出力化、高燃料効率化を図ることができ、良好な電池効率を長期間にわたって安定的に維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の固体電解質型燃料電池の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
まず、本発明の固体電解質型燃料電池の特徴であるクロスオーバーした燃料を捕捉する物質について説明する。
【００１７】
本発明において、クロスオーバーした燃料を捕捉する物質は、この燃料を捕捉できる物質であれば特に限定はされないが、燃料と錯体又は分子化合物を形成する化合物が有効である。以下、クロスオーバーした燃料を捕捉する物質を「燃料捕捉物質」と称し、燃料と錯体又は分子化合物を形成する化合物を「捕捉性化合物」と称す場合がある。
【００１８】
なお、本発明でいう分子化合物とは、単独で安定に存在することのできる化合物の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などに代表される、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、包接化合物などが含まれる。
【００１９】
このような捕捉性化合物は、燃料と接触することにより、燃料を捕捉する。
【００２０】
燃料と分子化合物を形成する化合物のうち、燃料と包接化合物を形成するホスト化合物については、燃料を包接できるものであれば良く、特に限定はされない。このようなホスト化合物としては、有機化合物、無機化合物、又は有機・無機複合化合物などが挙げられ、また、単分子系ホスト化合物、多分子系ホスト化合物、高分子系ホスト化合物、無機系ホスト化合物、有機−無機ハイブリッドホスト化合物よりなる群から選ばれる１種又は２種以上が挙げられる。
【００２１】
単分子系ホスト化合物としては、シクロデキストリン類、クラウンエーテル類、クリプタンド類、シクロファン類、アザシクロファン類、カリックスアレン類、シクロトリベラトリレン類、スフェランド類、環状オリゴペプチド類などが挙げられる。
【００２２】
また、多分子系ホスト化合物としては、尿素類、チオ尿素類、デオキシコール酸類、ペルヒドロトリフェニレン類、トリ−ｏ−チモチド類、ビアンスリル類、スピロビフルオレン類、シクロフォスファゼン類、モノアルコール類、ジオール類、アセチレンアルコール類、ヒドロキシベンゾフェノン類、フェノール類、ビスフェノール類、トリスフェノール類、テトラキスフェノール類、ポリフェノール類、ナフトール類、ビスナフトール類、ジフェニルメタノール類、カルボン酸アミド類、チオアミド類、ビキサンテン類、カルボン酸類、イミダゾール類、ヒドロキノン類などが挙げられる。
【００２３】
また、高分子系ホスト化合物としては、セルロース類、デンプン類、キチン類、キトサン類、ポリビニルアルコール類、１，１，２，２−テトラキスフェニルエタンをコアとするポリエチレングリコールアーム型ポリマー類、α，α，α'，α'−テトラキスフェニルキシレンをコアとするポリエチレングリコールアーム型ポリマー類などが挙げられる。
【００２４】
また、無機系ホスト化合物としては、酸化チタン、グラファイト、アルミナ、遷移金属ジカルゴゲナイト、フッ化ランタン、粘土鉱物（モンモリロナイトなど）、銀塩、ケイ酸塩、リン酸塩、ゼオライト、シリカ、多孔質ガラスなどが挙げられる。
【００２５】
また、有機−無機ハイブリッド系ホスト化合物としては、カリックスアレン−タングステン酸化物クラスターなどが挙げられる。また、その他に有機リン化合物、有機ケイ素化合物なども挙げられる。更に、有機金属化合物にもホスト化合物としての性質を示すものがあり、例えば有機アルミニウム化合物、有機チタン化合物、有機ホウ素化合物、有機亜鉛化合物、有機インジウム化合物、有機ガリウム化合物、有機テルル化合物、有機スズ化合物、有機ジルコニウム化合物、有機マグネシウム化合物などが挙げられる。また、有機カルボン酸の金属塩や有機金属錯体などを用いることも可能であるが、有機金属化合物であれば、特にこれらに限定されるものではない。
【００２６】
これらのホスト化合物のうち、包接能力がゲスト化合物の分子の大きさに左右されにくい多分子系ホスト化合物が好適である。
【００２７】
多分子系ホスト化合物としては、具体的には、尿素、１，１，６，６−テトラフェニルヘキサ−２，４−ジイン−１，６−ジオール、１，１−ビス（２，４−ジメチルフェニル）−２−プロピン−１−オール、１，１，４，４−テトラフェニル−２−ブチン−１，４−ジオール、１，１，６，６−テトラキス（２，４−ジメチルフェニル）−２，４−ヘキサジイン−１，６−ジオール、９，１０−ジフェニル−９，１０−ジヒドロアントラセン−９，１０−ジオール、９，１０−ビス（４−メチルフェニル）−９，１０−ジヒドロアントラセン−９，１０−ジオール、１，１，２，２−テトラフェニルエタン−１，２−ジオール、４−メトキシフェノール、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、４，４'−ジヒドロキシベンゾフェノン、２，２'−ジヒドロキシベンゾフェノン、２，２'，４，４'−テトラヒドロキシベンゾフェノン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、４，４'−スルホニルビスフェノール、２，２'−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、４，４'−エチリデンビスフェノール、４，４'−チオビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、１，１，３−トリス（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）ブタン、１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エチレン、１，１，２，２−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、α，α，α'，α'−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、テトラキス（ｐ−メトキシフェニル）エチレン、３，６，３'，６'−テトラメトキシ−９，９'−ビ−９Ｈ−キサンテン、３，６，３'，６'−テトラアセトキシ−９，９'−ビ−９Ｈ−キサンテン、３，６，３'，６'−テトラヒドロキシ−９，９'−ビ−９Ｈ−キサンテン、没食子酸、没食子酸メチル、カテキン、ビス−β−ナフトール、α，α，α'，α'−テトラフェニル−１，１'−ビフェニル−２，２'−ジメタノール、ジフェン酸ビスジシクロヘキシルアミド、フマル酸ビスジシクロヘキシルアミド、コール酸、デオキシコール酸、１，１，２，２−テトラフェニルエタン、テトラキス（ｐ−ヨードフェニル）エチレン、９，９'−ビアンスリル、１，１，２，２−テトラキス（４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−カルボキシフェニル）エタン、アセチレンジカルボン酸、２，４，５−トリフェニルイミダゾール、１，２，４，５−テトラフェニルイミダゾール、２−フェニルフェナントロ［９，１０−ｄ］イミダゾール、２−（ｏ−シアノフェニル）フェナントロ［９，１０−ｄ］イミダゾール、２−（ｍ−シアノフェニル）フェナントロ［９，１０−ｄ］イミダゾール、２−（ｐ−シアノフェニル）フェナントロ［９，１０−ｄ］イミダゾール、ヒドロキノン、２−ｔ−ブチルヒドロキノン、２，５−ジ−ｔ−ブチルヒドロキノン、２，５−ビス（２，４−ジメチルフェニル）ヒドロキノン、などが挙げられる。
【００２８】
ホスト化合物としては、上記したものの中でも１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）エチレンのようなフェノール系ホスト化合物が経済性、包接能力の面で有利である。
【００２９】
これらのホスト化合物等の捕捉性化合物は１種を単独で用いても良く、２種以上を併用しても良い。
【００３０】
また、これらのホスト化合物等の捕捉性化合物は、多孔質物質に担持させた捕捉性化合物含有複合素材として使用することもできる。この場合、ホスト化合物等の捕捉性化合物を担持する多孔質物質としては、シリカ類、ゼオライト類、活性炭類の他に、粘土鉱物類、モンモリロナイト類などの層間化合物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。このような捕捉性化合物含有複合素材は、前述のホスト化合物等の捕捉性化合物を、これを溶解することのできる溶媒に溶解させ、その溶液を多孔質物質中に含浸させ、溶媒を乾燥、減圧乾燥するなどの方法で製造することができる。多孔質物質に対する捕捉性化合物の担持量としては特に制限はないが、通常の場合、多孔質物質に対して１０〜８０重量％程度である。
【００３１】
以下に図面を参照して、上述のような燃料捕捉物質を、燃料極と酸化剤極との間に備える本発明の固体電解質型燃料電池の構成を説明する。
【００３２】
図１，２は実施の形態に係る固体電解質型燃料電池の構造を模式的に表した断面図である。
【００３３】
図１，２において、電極−電解質接合体１は、燃料極２、酸化剤極３及び固体高分子電解質膜４，４Ａから構成される。燃料極２は基体２Ａ及び触媒層２Ｂから構成される。酸化剤極３は基体３Ａ及び触媒層３Ｂから構成される。上記複数の電極−電解質接合体１が、燃料極側セパレータ５及び酸化剤極側セパレータ６を介して電気的に接続され、燃料電池１０，１０Ａが構成される。
【００３４】
このように構成された燃料電池１０，１０Ａにおいて、各電極−電解質接合体１の燃料極２には、燃料極側セパレータ５を介して燃料７が供給される。また、各電極−電解質接合体１の酸化剤極３には、酸化剤極側セパレータ６を介して空気あるいは酸素などの酸化剤８が供給される。
【００３５】
固体高分子電解質膜４，４Ａは、燃料極２と酸化剤極３とを隔てると共に、両者の間で水素イオンを移動させる役割を有する。このため、固体高分子電解質膜４，４Ａは、水素イオンの導電性が高い膜であることが好ましい。また、化学的に安定であって機械的強度が高いことが好ましい。
【００３６】
固体高分子電解質膜４，４Ａを構成する材料としては、スルホン基、リン酸基、ホスホン基、ホスフィン基などの強酸基や、カルボキシル基などの弱酸基などの極性基を有する有機高分子が好ましく用いられる。こうした有機高分子として、スルフォン化ポリ（４−フェノキシベンゾイル−１，４−フェニレン）、アルキルスルフォン化ポリベンゾイミダゾールなどの芳香族含有高分子；ポリスチレンスルホン酸共重合体、ポリビニルスルホン酸共重合体、架橋アルキルスルホン酸誘導体、フッ素樹脂骨格及びスルホン酸からなるフッ素含有高分子などの共重合体；アクリルアミド−２−メチルプロパンスルフォン酸のようなアクリルアミド類とｎ−ブチルメタクリレートのようなアクリレート類とを共重合させて得られる共重合体；スルホン基含有パーフルオロカーボン（ナフィオン（登録商標、デュポン社製）、アシプレックス（旭化成社製））；カルボキシル基含有パーフルオロカーボン（フレミオン（登録商標）Ｓ膜（旭硝子社製））；などが例示される。
【００３７】
本発明では、例えば、このような固体高分子電解質膜４，４Ａの製造時に、燃料捕捉物質を混在させて、図１に示す如く、燃料捕捉物質を含む固体高分子電解質膜４Ａとするか、図２に示す如く、燃料捕捉物質を層状又は膜状にして固体高分子電解質膜４と酸化剤極３との間に燃料捕捉物質層９として存在させることにより、燃料極２と酸化剤極３との間に燃料捕捉物質を存在させる。なお、燃料捕捉物質層９は、燃料極２と固体高分子電解質膜４との間に設けられていても良く、燃料極２と固体高分子電解質膜４との間と、固体高分子電解質膜４と酸化剤極３との間の両方に設けられていても良い。
【００３８】
燃料極２の基体２Ａ及び酸化剤極３の基体３Ａとしては、燃料極２、酸化剤極３ともにカーボンペーパー、カーボンの成形体、カーボンの焼結体、焼結金属、発泡金属などの多孔性基体を用いることができる。また、これらの基体の撥水処理にはポリテトラフルオロエチレンなどの撥水剤を用いることができる。
【００３９】
また、燃料極２の触媒としては、白金、ロジウム、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、金、銀、ニッケル、コバルト、リチウム、ランタン、ストロンチウム、イットリウムなどが例示され、これらは単独で又は２種類以上組み合わせて用いることができる。酸化剤極３の触媒としても、燃料極２の触媒と同様のものが用いることができ、上記例示物質を使用することができる。なお、燃料極２及び酸化剤極３の触媒は同じものを用いても異なるものを用いても良い。
【００４０】
また、触媒を担持する炭素粒子としては、アセチレンブラック（デンカブラック（登録商標、電気化学工業社製）、ＸＣ７２（Ｖｕｌｃａｎ社製）など）、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンなどが例示される。炭素粒子の平均粒径は、例えば、０．０１〜０．１μｍ、好ましくは０．０２〜０．０６μｍとする。
【００４１】
また、燃料としては、Ｃ−Ｈ結合を有する液体有機燃料が好ましく用いられる。例えばメタノール、エタノール、プロパノ−ルなどのアルコール類；ジメチルエーテルなどのエーテル類；シクロヘキサンなどのシクロパラフィン類；水酸基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基等の親水基を有するシクロパラフィン類；シクロパラフィンの一置換体又は二置換体；などを用いることができる。ここで、シクロパラフィン類は、シクロパラフィン及びその置換体をいい、芳香族化合物以外のものが用いられる。このような燃料は、通常５〜９０重量％程度の水溶液として用いられる。
【００４２】
燃料極２及び酸化剤極３の作製方法は特に制限がないが、例えば以下のようにして作製することができる。まず、燃料極２及び酸化剤極３の触媒の炭素粒子への担持は、一般的に用いられている含浸法によって行うことができる。次に、触媒を担持させた炭素粒子と固体高分子電解質粒子を溶媒に分散させてペースト状とした後、これを基体２Ａ，３Ａに塗布、乾燥させることによって燃料極２及び酸化剤極３を得ることができる。
【００４３】
ここで、炭素粒子の平均粒径は、前述の如く例えば０．０１〜０．１μｍとする。また、触媒粒子の平均粒径は、例えば１〜１０ｎｍとする。固体高分子電解質粒子の平均粒径は、例えば０．０５〜１μｍとする。炭素粒子と固体高分子電解質粒子とは、例えば、重量比で２：１〜４０：１の範囲で用いられる。また、ペースト中の水と溶質との重量比は、例えば、１：２〜１０：１程度とする。
【００４４】
基体へのペーストの塗布方法については特に制限がないが、例えば、刷毛塗り、スプレー塗布、及びスクリーン印刷等の方法を用いることができる。ペーストは、約１μｍ〜２ｍｍの厚さで塗布される。ペーストを塗布した後、使用する固体高分子電解質のフッ素樹脂等に応じた加熱温度及び加熱時間で加熱し、燃料極２又は酸化剤極３が作製される。加熱温度及び加熱時間は、用いる材料によって適宜に選択されるが、例えば、加熱温度１００〜２５０℃、加熱時間３０秒間〜３０分とすることができる。
【００４５】
本発明における固体高分子電解質膜４，４Ａは、用いる材料に応じて適宜な方法を採用して作製することができる。例えば固体高分子電解質膜４を有機高分子材料で構成する場合、有機高分子材料を溶媒に溶解ないし分散した液体を、ポリテトラフルオロエチレン等の剥離性シート等の上にキャストして乾燥させることにより得ることができる。この製造の際に、燃料捕捉物質を混在させて同様に製造することで、燃料捕捉物質を存在させた固体高分子電解質膜４Ａを製造することができる。この有機高分子材料と燃料捕捉物質の割合は、重量比で１００：０．１〜１００：１０の範囲で用いられる。ここで、燃料捕捉物質の割合が少な過ぎると、燃料の捕捉によるクロスオーバー抑制効果を十分に得ることができず、多過ぎると経済的に不利である。
【００４６】
以上のようにして作製した固体高分子電解質膜４Ａを、燃料極２及び酸化剤極３で挟み、ホットプレスして電極−電解質接合体１を得る。このとき、両電極の触媒が設けられた面と固体高分子電解質膜４Ａとが接するようにする。
【００４７】
燃料捕捉物質層９を設ける場合は、例えば、別途成形することにより作成した燃料捕捉物質膜を用い、燃料極２、固体高分子電解質膜４、燃料捕捉物質層９及び酸化剤極３の順で積層し、ホットプレスして電極−電解質接合体１を得る。この場合、燃料捕捉物質層９の厚さは、固体高分子電解質膜４の厚さに対して、１〜１０％程度であることが好ましい。この燃料捕捉物質層９の厚さが薄過ぎると燃料の捕捉によるクロスオーバー抑制効果を十分に得ることができず、厚過ぎると経済的に不利である。
【００４８】
なお、燃料捕捉物質含有固体高分子電解質膜４Ａと燃料捕捉物質層９とを積層して用いても良いことは言うまでもないが、この場合には、上述の燃料捕捉物質含有固体高分子電解質膜４Ａの燃料捕捉物質割合よりも若干少なく、また、燃料捕捉物質層９を薄く設けることが好ましい。
【００４９】
ホットプレスの条件は、材料に応じて選択されるが、固体高分子電解質膜４，４Ａや電極表面の電解質膜を有機高分子で構成する場合、これらの高分子の軟化温度やガラス転位温度を超える温度とすることができる。具体的には、温度１００〜２５０℃、圧力５〜１００ｋｇｆ／ｃｍ２（０．４９〜９．８ＭＰａ）、時間１０〜３００秒の条件が採用される。
【実施例】
【００５０】
以下に実施例及び比較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、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００５１】
（実施例１）
本実施例に係る固体電解質型燃料電池について図３を参照して説明する。
【００５２】
まず燃料極２及び酸化剤極３において触媒となる白金を３重量％含有するジニトロジアミン白金硝酸溶液５００ｇにアセチレンブラック１０ｇ（デンカブラック（登録商標）；電気化学工業社製）を混合させて撹拌後、還元剤として９８％エタノール６０ｍＬを添加した。この溶液を約９５℃で８時間撹拌混合し、白金微粒子をアセチレンブラック粒子に担持させた。そして、この溶液を濾過、乾燥して白金担持炭素粒子を得た。白金の担持量はアセチレンブラックの重量に対し５０重量％程度であった。
【００５３】
次に、白金担持炭素粒子２００ｍｇと５％ナフィオン（登録商標）溶液（アルコール溶液、アルドリッチ・ケミカル社製）３．５ｍＬとを混合撹拌し、白金及び炭素粒子表面にナフィオン（登録商標）を吸着させた。こうして得られた分散液を５０℃にて３時間超音波分散器で分散することによりペースト状とした。このペーストをカーボンペーパー（東レ製：ＴＧＰ−Ｈ−１２０）上にスクリーン印刷法で２ｍｇ／ｃｍ２塗布し、１２０℃で乾燥させて電極を得た。
【００５４】
固体高分子電解質膜４Ａとしては、燃料捕捉物質として１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサンを１重量％含んだナフィオン膜（膜厚１５０μｍ）を調製して使用した。この燃料捕捉物質含有固体高分子電解質膜４Ａに対し、上記で得た電極を燃料極２及び酸化剤極３として固体高分子電解質膜４Ａを挟み、１２０℃で熱圧着した後、温度１５０℃、圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ２（０．９８ＭＰａ）、１０秒間の条件でホットプレスすることにより電極−電解質接合体１を作製した。
【００５５】
次に、燃料極２に燃料を供給するために、テトラフルオロエチレン樹脂製の燃料用流路２１を燃料極２上に設けた。この燃料用流路２１には、燃料タンク２２及び廃液タンク２３を設けた。燃料タンク２２にはポンプが備えられており、図中の矢印に示されるように、燃料極２にメタノールを絶えず供給できるような構成となっている。
【００５６】
また、酸化剤極３に酸化剤を供給するために、テトラフルオロエチレン樹脂性の酸化剤用流路２４を酸化剤極３上に設けた。この酸化剤用流路２４には、酸素コンプレッサー２５及び排気口２６を設け、図中の矢印に示されるように、酸化剤極３に酸素を絶えず供給できるような構成とした。
【００５７】
燃料タンク２２には、１０重量％メタノール水溶液を燃料として投入した。この燃料を２ｍＬ／ｍｉｎで燃料極２に供給した。また、酸化剤極３に対しては、酸素コンプレッサー２５により、１．１気圧（０．１１ＭＰａ）、２５℃の酸素を供給した。
【００５８】
このような条件で運転し、単位セルの電流電圧特性を測定し、結果を表１に示した。
（比較例１）
固体高分子電解質膜として、燃料捕捉物質を含まないナフィオン膜（膜厚１５０μｍ）を使用したこと以外は、実施例１と同様にして固体電解質型燃料電池を組み立て、同様の条件で単位セルの電流電圧特性を測定し、結果を表１に示した。
【００５９】
【表１】
2005327625.tif 000003
【００６０】
表１より、実施例１における単位セルは、比較例１の単位セルと比較して、開放電圧、短絡電流、最大電力のいずれについても優れることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の固体電解質型燃料電池の一例の構造を模式的に表した断面図である。
【図２】本発明の固体電解質型燃料電池の他の例の構造を模式的に表した断面図である。
【図３】実施例における固体電解質型燃料電池の燃料供給系の説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  電極−電解質接合体
２  燃料極
２Ａ  基体
２Ｂ  触媒層
３  酸化剤極
３Ａ  基体
３Ｂ  触媒層
４  固体高分子電解質膜
４Ａ  燃料捕捉物質含有固体高分子電解質膜
５  燃料極側セパレータ
６  酸化剤極側セパレータ
７  燃料
８  酸化剤
９  燃料捕捉物質層
１０，１０Ａ  燃料電池
２１  燃料用流路
２２  燃料タンク
２３  廃液タンク
２４  酸化剤用流路
２５  酸素コンプレッサー
２６  排気口
【図１】
2005327625.tif 000004
【図２】
2005327625.tif 000005
【図３】
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