(57)【要約】  燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極および前記酸化剤極の間に配置された電解質膜とを具備する燃料電池であって、前記電解質膜は、多孔質基材（１）と、前記多孔質基材（１）の孔に充填された第１の電解質（４）と、前記多孔質基材（１）の表面を被覆する第２の電解質（２ａ），（２ｂ）とを含み、前記第１の電解質（４）が前記第２の電解質（２ａ），（２ｂ）よりも高い弾性率を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極および前記酸化剤極の間に配置された電解質膜とを具備する燃料電池であって、
前記電解質膜は、多孔質基材と、前記多孔質基材の孔に充填された第１の電解質と、前記多孔質基材の表面を被覆する第２の電解質とを含み、前記第１の電解質が前記第２の電解質よりも高い弾性率を有する。
【請求項２】
前記多孔質基材は、剛性を有する請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記多孔質基材は、少なくとも表面が絶縁材料から形成されている請求項１記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１の電解質が無機電解質であり、かつ前記第２の電解質が有機高分子電解質からなる請求項１記載の燃料電池。
【請求項５】
前記無機電解質が燐を含む材料である請求項４記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第２の電解質は、前記多孔質基材に充填された第１の電解質と接するように前記多孔質基材の表面を被覆している請求項１記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子技術の進歩により、電子機器の小型化、高性能化、ポータブル化が進んでおり、携帯用電子機器においては、使用される電池の高エネルギ密度化の要求が強まっている。このため、軽量で小型でありながら高容量の二次電池が要求されている。【０００３】
このような二次電池への要求に対して、例えば、リチウムイオン二次電池が開発されてきた。また、携帯電子機器のオペレーション時間は、さらに増加する傾向にあり、リチウムイオン二次電池では、材料の観点からも構造の観点からもエネルギ密度の向上はほぼ限界にきており、更なる要求に対応できなくなりつつある。【０００４】
このような状況のもと、リチウムイオン二次電池に代わって、小型の燃料電池が注目を集めている。特に、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）は、水素ガスを使用する燃料電池に比べ、水素ガスの取り扱いの困難さや、有機燃料を改質して水素を作り出す装置等が必要なく、小型化に優れていると考えられる。【０００５】
ＤＭＦＣでは、燃料極においてメタノールが酸化分解され、二酸化炭素、プロトンおよび電子が生成される。一方、空気極では、空気から得られる酸素、電解質膜を経て燃料極から供給されるプロトン、および燃料極から外部回路を通じて供給される電子によって水が生成される。また、この外部回路を通る電子によって、電力が供給されることになる。【０００６】
しかしながら、このような構成の燃料電池では、電解質膜を通って燃料極から空気極へメタノールが透過してしまい、その結果、発電電位が低下することが問題となっている。この現象（メタノールクロスオーバー）を解決するため、電解質を多孔質体中に充填することで電解質の膨潤を抑え、これによりメタノールクロスオーバーを抑制することが試みられている（例えば特開２００２−８３６１２号公報、東亞合成研究年報  ＴＲＥＮＤ  ２００４  第７号  ３４〜３６頁  細孔フィリング重合法による燃料電池用電解質膜の開発  新製品開発研究所  平岡  秀樹  窪田  耕三）。
【発明の開示】
【０００７】
しかしながら、前述した特開２００２−８３６１２号公報や東亞合成研究年報のような多孔質基材中に電解質を充填した膜では、電解質が孔部分に偏在するため、膜全体としてはインピーダンスが上昇してしまう。したがって、インピーダンスを下げるために、できるだけ薄い膜が必要となる。
【０００８】
ところが、膜を薄くすると多孔質基材の強度が下がり、電解質自体の膨潤を抑えきれない。また電解質の弾性率が低い場合には、電解質膜としての強度を保つことが難しくなる。電解質膜が破損してしまうと、燃料電池の作動が不可能となる。
【０００９】
一方、電解質の弾性率が高い場合には、破損に対する可能性は低くなるが、触媒層を介してガス拡散層に接合する際の形状追従が難しい。その結果、電解質膜と触媒層間の接着性や密着性が悪くなり、電気的な抵抗の上昇、あるいは層間剥離の発生などが予測される。
【００１０】
本発明の目的は、電解質膜の破損や電極との密着性低下等の問題点を招くことなく、電解質膜を通じての酸化剤極への燃料透過を抑制し、結果として出力特性の向上した燃料電池を提供することである。
【００１１】
本発明に係る燃料電池は、燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極および前記酸化剤極の間に配置された電解質膜とを具備する燃料電池であって、
前記電解質膜は、多孔質基材と、前記多孔質基材の孔に充填された第１の電解質と、前記多孔質基材の表面を被覆する第２の電解質とを含み、前記第１の電解質が前記第２の電解質よりも高い弾性率を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る直接メタノール型燃料電池用電解質膜の斜視図である。
【図２】図１の電解質膜に用いられる多孔質基材を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る直接メタノール型燃料電池用電解質膜と燃料極と空気極からなる発電素子の断面図である。
【図４】実施例１の直接メタノール型燃料電池を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、電解質膜として、多孔質基材と、その多孔質基材内に充填された第１の電解質と、この多孔質基材の表面に形成された第２の電解質とを具備する電解質膜を使用したことを特徴とする。また、第２の電解質は、第１の電解質よりも弾性率（ヤング率）が低いことを特徴とする。【００１４】
この燃料電池によれば、弾性率が高い第１の電解質が多孔質基材に充填されているため、電解質の膨潤を抑制することができ、電解質膜を通じて燃料が酸化剤極へ移行する（メタノールクロスオーバ）のを抑制することができる。同時に、多孔質基材の厚さを薄くしても十分な強度を維持することができ、電解質膜の破損を防止することができる。また、弾性率の低い第２の電解質が、多孔質基材の表面を被覆しているため、ガス拡散層に担持された触媒層に電解質膜を密着させることができ、低抵抗を実現することができる。【００１５】
これらの結果、優れた出力特性を有する燃料電池を提供することが可能である。【００１６】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。【００１７】
図１には、本発明の一実施形態に係る直接メタノール型燃料電池用電解質膜の斜視図が模式的に示されている。また、図２は、図１の電解質膜に用いられる多孔質基材を示す斜視図である。【００１８】
図１に示すように、電解質膜５は、多孔質基材１と、多孔質基材１の表面に形成された層状の第２の電解質２ａ，２ｂ（以下、第２の電解質層と称す）とを備えている。多孔質基材１は、図２に示す通りに、一方の反応面１ａから他方の反応面１ｂに貫通した貫通孔３を複数有する。貫通孔３には、第１の電解質４が充填されている。第１の電解質４よりも弾性率の低い第２の電解質層２ａは、多孔質基材１の反応面１ａを、貫通孔３に充填された第１の電解質４と接するように被覆している。また、第１の電解質４よりも弾性率の低い第２の電解質層２ｂは、多孔質基材１の反応面１ｂを、貫通孔３に充填された第１の電解質４と接するように被覆している。このように、第２の電解質層２ａ，２ｂを、多孔質基材１の表面だけでなく、多孔質基材１の貫通孔３に充填された第１の電解質４と接触させることによって、電解質膜のプロトン伝導を良好にすることができる。【００１９】
上記多孔質基材１には、電解質膜としての機械的物性を制御するため、精密加工された貫通孔を多数有する多孔基板を用いることが望ましい。例えばＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ  ｅｌｅｃｔｒｏ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）技術で作製されたＳｉ基板多孔体などが考えられる。また、多孔質基材１は、剛性を有することが望ましい。好ましい多孔質基材１として、例えば、金属シリコン基板にリソグラフィで孔の場所を精密に設計した後、エッチングにより精密で微細な貫通孔を形成したものを挙げることができる。孔の口径は０．１μｍ〜１０００μｍの範囲で、望ましくは１μｍ〜１００μｍ、さらに望ましくは５μｍ〜３０μｍとなる。基板材料としては精密加工できる剛性材料であれば金属、セラミック、ガラス、樹脂を問うことはない。金属材料としては、例えばシリコン、ステンレス、チタンなどが考えられ、挿入する電解質がガラスのようなものであればアルミニウムでも構わない。ただし、金属を用いる際は、表面の電子伝導を抑えるため、酸化処理などの表面絶縁処理を行うことが望ましい。セラミックとしては、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア等の酸化物セラミックス、窒化珪素などの窒化物セラミックス、炭化珪素などの炭化物セラミックスなどが考えられる。またサイアロンのような酸窒化物も使用することができる。なお、一般にセラミックスといえば多結晶体であるが、単結晶体でも構わない。例えばサファイア基板などが考えられる。またガラスを用いる場合、その破壊靭性が問題となるため大きさが制限される可能性があるが、例えば石英ガラスなどの使用が考えられる。樹脂材料としては、剛性の大きいエンプラ材料が望ましい。たとえばポリエーテルエーテルケトン（例えば、ヴィクトレックス社のＰＥＥＫ（登録商標））などが考えられる。しかしながら、これらに限定されるものではない。【００２０】
多孔質基材の熱伝導率は、１Ｗ／ｍｋ以上にすることが望ましい。これにより、酸化剤極での酸化反応によって発生する熱を速やかに燃料極側へ伝えて、燃料電池反応を促進させ、出力特性をさらに向上することができる。【００２１】
多孔質基材の厚さは、１０〜５００μｍの範囲にすることが望ましい。さらに好ましい範囲は、２０〜１００μｍである。【００２２】
このような多孔質基材に挿入される第１の電解質４には、弾性率の大きい材料として、無機材料のタングステン酸やリンタングステン酸などが挙げられる。さらに無機ガラスでは、燐酸ガラスなどが考えられる。また有機材料でもスルホン酸基を有する炭化水素系樹脂（ポリスチレンスルホン酸、ポリエーテルケトンスルホン酸など）が考えられる。しかしながら、これらに限定されるものではない。【００２３】
一方、多孔質基材の表面を被覆する第２の電解質２ａ，２ｂ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等のフッ素系樹脂（ナフィオン（デュポン社製商品名、登録商標）、フレミオン（商品名、旭硝子社製）等）が考えられる。しかしながら、これらに限定されるものではない。【００２４】
第１の電解質４と第２の電解質２ａ，２ｂの好ましい組合せとして、第１の電解質４に無機電解質を使用し、かつ第２の電解質２ａ，２ｂに有機高分子電解質を使用することが挙げられる。この構成により、燃料透過を抑制しつつ、燃料極及び酸化剤極に電解質膜を密着させることができるため、高い出力特性を得ることができる。また、無機電解質の中でも、燐を含む無機電解質が望ましい。これは、形成される燐酸イオン構造が、プロトン導電性に対し、効果的に作用するためと考えられる。【００２５】
図３には、このような電解質膜に触媒層とガス拡散層を密着させたＭＥＡの断面図を示した。電解質膜５を挟んで空気極（酸化剤極）と燃料極が配置される。燃料極は、電解質膜５の片面に積層された燃料極触媒層６と、燃料極触媒層６に積層された燃料極ガス拡散層７とを備える。燃料極ガス拡散層７は、燃料極触媒層６に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、燃料極触媒層６の集電体も兼ねている。一方、空気極は、電解質膜５の反対側の面に積層された空気極触媒層８と、空気極触媒層８に積層された空気極ガス拡散層９とを備える。空気極ガス拡散層９は、空気極触媒層８に酸化剤である酸素を均一に供給する役割を果たすと同時に、空気極触媒層８の集電体も兼ねている。そして、燃料極ガス拡散層７には、燃料極導電層（図示しない）が積層され、空気極ガス拡散層９には、空気極導電層（図示しない）が積層される。燃料極導電層および空気極導電層は、例えば、金などの導電金属材料からなるメッシュなどの多孔質層で構成される。【００２６】
このようなＭＥＡは、燃料電池に設置され、燃料供給と空気供給により電力を発現する。燃料電池は、その形態から大きく分けると、メタノール水溶液からなる燃料について、その量が一定になるようポンプで調整しながらＭＥＡの燃料極へ供給する一方、ＭＥＡの空気極に対しても空気をポンプで供給する方式からなるアクティブ型燃料電池と、ＭＥＡに気化したメタノールを自然供給で送り、一方空気極に対しても外部の空気を自然供給することで、ポンプ等の余計な機器を装備しないパッシブ型燃料電池がある。本発明による電解質膜はそのいずれにも用いることができ、その使用を制限するものではない。【００２７】
また、本発明で使用可能な燃料はメタノールに限らず、例えば、エタノール、プロパノール、グリコール、ジメチルエーテル、蟻酸、これら化合物のうち少なくとも一種類を含む水溶液など、燃料電池に使用可能な燃料であれば特に限定されるものではない。【００２８】
次に、このようにして提供される本発明の電解質膜を設置した燃料電池で優れた出力特性が得られることを以下の実施例で説明する。【００２９】
（実施例１）
図４に示す直接メタノール型燃料電池を以下のようにして作製した。【００３０】
電解質膜の形成を行った。まず、精密加工された剛性のある多孔膜を作製するため、シリコン基板を材料とし、以下の加工を行った。【００３１】
直径６インチのシリコン基板を用い、その表面にリソグラフィで、２０ｍｍ角の領域内に１０ｍｍ角で直径１０μｍの貫通孔が開口面積率５５％で存在する領域がある多孔板が３２枚取れるよう設計したマスクを作製した。このマスクを用い、シリコン基板表面に感光レジストをスピンコート法で塗布した。レジストとしてＯＦＰＲ５０００を用い、これを二度塗りしてレジスト厚さ７μｍを確保した。一回塗るごとに８５℃で６分間加熱し、レジストを密着させた。２回塗布し、２回目の加熱後はサイドリンス処理を行い、その後このリンス剤を除去するため、もう一度８５℃で６分間加熱した。このレジスト塗布したシリコン基板をリソグラフィにて露光し、現像することで設計どおりのパターンが転写されたシリコン基板を得た。このシリコン基板をボッシュエッチング法により、分解ガスとしてＳＦ６、Ｃ４Ｆ８ガスを用いてドライエッチングを行った。ＳＦ６でシリコンをエッチングし、Ｃ４Ｆ８でエッチング孔の側面にポリマー処理が行われるようにした。エッチングレートは１分間に約２μｍとし、１時間かけて１００μｍ以上の深さまでエッチング孔の形成を行った。得られたシリコン基板をアッシング処理して表面の残留レジストを除去し、さらに裏面からＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）にて研磨を行い、厚さ５０μｍの多孔体を得た。この多孔膜を２０ｍｍの領域にそって切断し、電解質膜用の多孔体とした。その後、この多孔体を、空気中で８００℃にて熱処理し、その表面に電気絶縁層として酸化皮膜を生成させた。【００３２】
次に、この多孔体に、ゾルゲル法によって作製したリン酸カルシウムガラスゲルを減圧吸引法によって充填した。充填終了後、空気雰囲気の電気炉で４００℃まで加熱し、ゲルを電解質ガラス化した。一方でこの電解質ガラスの機械的特性測定用のサンプルを作製し、弾性率の測定を行った。その結果、弾性率は６０〜７０ＧＰａであることが明らかとなった。【００３３】
この電解質ガラス（第１の電解質）が充填された多孔体膜に対し、その表面を慎重に研磨して表面に付着した電解質ガラスのみを除去し、シリコン基板表面の酸化層を十分に残した状態で、両面とも平滑面を出した。その平滑面の両面に、Ｄｕｐｏｎｔ社製のＤＥ２０２０：Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）溶液を塗布し、平均厚さ１０μｍ程度のＮａｆｉｏｎ層を第２の電解質層として多孔板表面に配置した。Ｎａｆｉｏｎ層の弾性率は０．２〜０．３ＧＰａであり、電解質ガラスよりも弾性率が小さいことが明らかである。本発明における第１の電解質及び第２の電解質の弾性率は、各電解質を分析し、その具体的成分を特定することで各電解質固有の弾性率が判定され、判定された弾性率から両者の比較を行うことが可能である。【００３４】
このようにして、多孔体１の貫通孔３に弾性率が高い第１の電解質４が充填され、その表面が弾性率の低い第２の電解質２ａ，２ｂで被覆された電解質膜５を得た。また、第２の電解質２ａ，２ｂは、多孔体１の貫通孔３に充填された第１の電解質４とも接触していた。【００３５】
一方、白金担持グラファイト粒子をＤｕｐｏｎｔ社製のＤＥ２０２０とホモジナイザで混合してスラリを作製し、これを空気極ガス拡散層９であるカーボンペーパに塗布した。そして、これを常温で乾燥し、空気極ガス拡散層９に空気極触媒層８を積層した空気極を作製した。さらに白金ルテニウム合金微粒子を担持したカーボン粒子をＤｕｐｏｉｎｔ社製のＤＥ２０２０とホモジナイザで混合してスラリを作製し、これを燃料極ガス拡散層７であるカーボンペーパに塗布した。そして、これを常温乾燥し、燃料極ガス拡散層７に燃料極触媒層６を積層した燃料極を作製した。【００３６】
その後、電解質膜５を、空気極および燃料極で挟持し、温度が１２０℃、圧力が１０ｋｇｆ／ｃｍ２の条件でプレスし、膜電極接合体（ＭＥＡ）１０を作製した。【００３７】
続いて、この膜電極接合体１０を、空気および気化したメタノールを取り入れるための複数の開孔を有する金箔で挟み、空気極導電層１１及び燃料極導電層１２を形成した。なお、空気極導電層１１及び燃料極導電層１２には、上記複数孔を有する金箔の代わりに、例えば、金、ニッケルなどの金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）または箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材などをそれぞれ使用することができる。【００３８】
上記した膜電極接合体（ＭＥＡ）１０、燃料極導電層１２、空気極導電層１１が積層された積層体を樹脂製の２つのフレーム１３ａ，１３ｂで挟み込んだ。なお、膜電極接合体１０の空気極側と一方のフレーム１３ａとの間、膜電極接合体１０の燃料極側と他方のフレーム１３ｂとの間には、それぞれゴム製のＯリング１４を介在させてシールを施した。また、燃料極側のフレーム１３ｂは、気液分離膜１５を介して、液体燃料タンク１６にネジ止めによって固定した。気液分離膜１５には０．１ｍｍ厚さのシリコーンシートを使用した。一方、空気極側のフレーム１３ａ上には多孔質板を配置し、保湿層１７を形成した。この保湿層１７上には、空気取り入れのための空気導入口１８（口径２．５ｍｍ、口数８個）が形成された厚さが２ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４）を配置してカバー１９を形成し、ネジ止めによって固定した。【００３９】
上記したように形成された燃料電池の液体燃料タンク１６に、液体燃料２０として純メタノールを５ｍｌ注入し、温度２５℃、相対湿度５０％の環境で、開回路状態での電圧と、出力の最大値を電流値と電圧値から測定した。また、カバーの表面に取り付けた熱電対によって、燃料電池の表面温度の最大値を測定した。測定の結果を表１に示す。【００４０】
（実施例２）
シリコン基板の厚さを１００μｍとした以外は、実施例１と同様に燃料電池を作製し、開回路状態での電圧と、出力の最大値を電流値と電圧値から測定した。また、カバーの表面に取り付けた熱電対によって、燃料電池の表面温度の最大値を測定した。測定の結果を表１に示す。【００４１】
（実施例３）
シリコン基板の厚さを２０μｍとした以外は、実施例１と同様に燃料電池を作製し、開回路状態での電圧と、出力の最大値を電流値と電圧値から測定した。また、カバーの表面に取り付けた熱電対によって、燃料電池の表面温度の最大値を測定した。測定の結果を表１に示す。【００４２】
（比較例１）
比較例１で使用した電解質膜の構成は、実施例１とまったく同様にＳｉ多孔基板中に電解質ガラスが充填されているが、その一方でその両面とも電解質ガラスで覆われており、有機電解質はまったく塗布されていない構成となっている。電解質膜の試作工程については、無機電解質ガラスを除去せず有機電解質を塗布しないこと以外は、実施例１と全く同様である。【００４３】
得られた電解質膜を、実施例１と全く同様にして試作された空気極および燃料極で挟み込み、温度が１２０℃、圧力が１０ｋｇｆ／ｃｍ２の条件でプレスし、膜電極接合体（ＭＥＡ）を作製した。この時点で、電解質膜表面の無機電解質ガラスにクラックを生じたが、そのまま固定した状態で、実施例１と全く同様にこの膜電極接合体を、空気および気化したメタノールを取り入れるための複数の開孔を有する金箔で挟み、燃料極導電層および空気極導電層を形成した。さらにそのままの状態を固定しながら、樹脂製の２つのフレームで挟み込んだ。なお、膜電極接合体の空気極側と一方のフレームとの間、膜電極接合体の燃料極側と他方のフレームとの間には、それぞれゴム製のＯリングを介在させてシールを施した。続いて燃料極側のフレームは、気液分離膜を介して、液体燃料タンクにネジ止めによって固定した。気液分離膜には０．１ｍｍ厚さのシリコーンシートを使用した。一方、空気極側のフレーム上には多孔質板を配置し、保湿層を形成した。この保湿層上には、実施例１で説明したのと同様な構成のステンレス板（ＳＵＳ３０４）を配置してカバーとし、このカバーごとネジ止めによって固定した。【００４４】
このようにして試作した燃料電池の液体燃料タンクに、実施例１と同様に純メタノールを５ｍｌ注入し、温度２５℃、相対湿度５０％の環境で、開回路状態での電圧と、出力の最大値を電流値と電圧値から測定した。また、カバーの表面に取り付けた熱電対によって、燃料電池の表面温度の最大値を測定した。測定の結果を表１に示す。【００４５】
（比較例２）
比較例２で使用した電解質膜の構成は、次の通りである。すなわち、多孔体については実施例１と同構成のものを作製して用い、その片面に、実施例１で記載されたゾルゲル方によって作製した燐酸カルシウムガラスゲルを厚さ５０μｍの厚さで塗布し、４００℃まで過熱して、片方の表面に燐酸ガラス膜を有する多孔板を得た。この多孔板に、ガラス膜を設置した面と逆の側からＤｕｐｏｉｎｔ社製のＤＥ２０２０：Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）溶液を数回、真空含浸させ、多孔板表面までＮａｆｉｏｎ膜が達するようにした。【００４６】
得られた電解質膜を、実施例１と全く同様にして試作された空気極および燃料極で挟み込み、温度が１２０℃、圧力が１０ｋｇｆ／ｃｍ２の条件でプレスし、膜電極接合体（ＭＥＡ）を作製した。この時点で、電解質膜表面の無機電解質ガラスにクラックを生じたが、そのまま固定した状態で、実施例１と全く同様にこの膜電極接合体を、空気および気化したメタノールを取り入れるための複数の開孔を有する金箔で挟み、燃料極導電層および空気極導電層を形成した。さらにそのままの状態を固定しながら、樹脂製の２つのフレームで挟み込んだ。なお、膜電極接合体の空気極側と一方のフレームとの間、膜電極接合体の燃料極側と他方のフレームとの間には、それぞれゴム製のＯリングを介在させてシールを施した。続いて燃料極側のフレームは、気液分離膜を介して、液体燃料タンクにネジ止めによって固定した。気液分離膜には０．１ｍｍ厚さのシリコーンシートを使用した。一方、空気極側のフレーム上には多孔質板を配置し、保湿層を形成した。この保湿層上には、実施例１で説明したのと同様な構成のステンレス板（ＳＵＳ３０４）を配置してカバーとし、このカバーごとネジ止めによって固定した。【００４７】
このようにして試作した燃料電池の液体燃料タンクに、実施例１と同様に純メタノールを５ｍｌ注入し、温度２５℃、相対湿度５０％の環境で、開回路状態での電圧と、出力の最大値を電流値と電圧値から測定した。また、カバーの表面に取り付けた熱電対によって、燃料電池の表面温度の最大値を測定した。測定の結果を表１に示す
（実施例および比較例の測定結果の検討）
表１には、上記した実施例１〜３および比較例１〜２の測定結果を示す。
【表１】
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【００４８】
表１に示された測定結果から、出力の最大値は、実施例１〜３の方が比較例１〜２よりも高い値を示した。これによって、多孔膜に電解質を挿入した電解質膜において、その孔中に剛性の大きい電解質を挿入した場合、表面には剛性の低い電解質を配置することで、出力が向上することが明らかとなった。【００４９】
この特性差は、電解質膜と電極の密着度合いが発電系全体のインピーダンスに影響していることに起因していると考えられる。電解質膜表面が剛性の大きい電解質のみで構成された場合、電極との密着性が低下し、出力特性が低下したものと考えられる。【００５０】
上記したように、多孔膜に電解質を挿入した電解質膜において、その表面部には多孔内に挿入された電解質よりも剛性の低い電解質を配することによって、高出力の燃料電池を提供できることが明らかになった。【００５１】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、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してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。例えば、上記した説明では、燃料電池の構成として膜電極接合体（ＭＥＡ）の下部に燃料貯蔵部を有する構造で説明したが、燃料収容部から膜電極接合体への燃料の供給は流路を配して接続された構造であってもよい。また、燃料電池本体の構成としてパッシブ型の燃料電池を例に挙げて説明したが、アクティブ型の燃料電池、さらには燃料供給など一部にポンプ等を用いたセミパッシブと称される型の燃料電池に対しても本発明を適用することができる。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料収容部から膜電極接合体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部に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料を循環しないことから、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、セミパッシブ型の燃料電池は、燃料の供給にポンプを使用しており、内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。なお、このセミパッシブ型の燃料電池では、燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給が行われる構成であればポンプ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、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば、出力特性の向上した燃料電池が提供される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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