(57)【要約】【課題】  電解質膜の両側に、触媒層と拡散層からなる一対の電極を接合した膜−電極接合体をセパレータ流路面に対向するように配置し、電極の一方に燃料を供給し、他方に空気を供給することで発電する発電部を具備した直接型燃料電池であって、燃料供給側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張力を最適化することで、触媒層への燃料供給均一性の確保、燃料のクロスオーバーの低減を実現し、高濃度燃料を利用した運転条件下においても、優れた発電特性を有する直接型燃料電池を提供することを目的とする。【解決手段】  セパレータのリブ頂部と接触していない燃料供給側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張力が、２２〜４０ｍＮ／ｍとなるような構成とする。【選択図】  図１
2007172909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両側に、触媒層と拡散層からなる一対の電極を接合した膜−電極接合体をセパレータ流路面に対向するように配置し、電極の一方に燃料を供給し、他方に空気を供給することで発電する発電部を具備した直接型燃料電池であって、
前記セパレータのリブ頂部と接触していない燃料供給側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張力が、２２〜４０ｍＮ／ｍであることを特徴とする直接型燃料電池。
【請求項２】
前記セパレータのリブ頂部と接触していない空気供給側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張力が、２２〜４０ｍＮ／ｍであることを特徴とする請求項１記載の直接型燃料電池。
【請求項３】
リブ頂部以外の前記セパレータ流路面での水の接触角が、１２０°以上であることを特徴とする請求項１または２記載の直接型燃料電池。
【請求項４】
前記セパレータのリブ頂部と接触していない燃料供給側の拡散層の透気度が、２００〜１０００ｃｃ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）であることを特徴とする請求項１記載の直接型燃料電池。
【請求項５】
前記セパレータのリブ頂部と接触していない空気供給側の拡散層の透気度が、２００〜１０００ｃｃ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）であることを特徴とする請求項２記載の直接型燃料電池。
【請求項６】
前記セパレータのリブ頂部と接触していない燃料供給側または空気供給側の拡散層上に、撥水性樹脂微粒子と撥水性結着材料からなる多孔質構造を有する表面処理層を形成することで、前記浸透ぬれ限界表面張力および前記透気度を制御することを特徴とする請求項１または２記載の直接型燃料電池。
【請求項７】
リブ頂部以外の前記セパレータ流路面に、撥水性樹脂微粒子と撥水性結着材料からなる表面処理層を形成することで、前記水の接触角を制御することを特徴とする請求項３記載の直接型燃料電池。
【請求項８】
前記表面処理層中の撥水性微粒子がフッ素樹脂からなることを特徴とする請求項６または７記載の直接型燃料電池。
【請求項９】
前記表面処理層中の撥水性結着材料がフッ素樹脂またはシリコーン樹脂からなることを特徴とする請求項６または７記載の直接型燃料電池。
【請求項１０】
前記表面処理層の撥水性微粒子が層表面ほど多く存在していることを特徴とする請求項６または７記載の直接型燃料電池。
【請求項１１】
前記表面処理層の層表面や層中の細孔内壁が凹凸形状を有することを特徴とする請求項６または７記載の直接型燃料電池。
【請求項１２】
請求項１〜１１記載の燃料電池を用いた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池への燃料供給量を発電による燃料消費量の１．１〜２．２倍とすることを特徴とする直接型燃料電池システム。
【請求項１３】
請求項１〜１１記載の燃料電池を用いた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池への空気供給量を発電による空気消費量の３〜２０倍とすることを特徴とする請求項１２記載の直接型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を水素に改質せずに直接用いる固体高分子電解質型燃料電池とそのシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノートＰＣ、ビデオカメラ等の携帯用小型電子機器の多機能化に伴う消費電力の増大や連続使用時間の増加に対応するために、搭載電池の高エネルギー密度化が強く要望されている。現在、これらの電源として、主にリチウム二次電池が使用されているが、２００６年頃にはエネルギー密度６００Ｗｈ／Ｌ程度で限界を迎えると予測されており、これに替わる電源として、固体高分子電解質膜を用いた燃料電池の早期実用化が期待されている。
【０００３】
この中で、燃料を水素に改質せずに、直接セル内部に供給して電極酸化し、発電するタイプの直接型燃料電池が、有機燃料の持つ理論エネルギー密度の高さ、システムの簡素化、燃料貯蔵のしやすさの面から注目され、活発な研究開発が行われている。
【０００４】
例えば、直接メタノール型燃料電池は、固体高分子電解質膜の両面に、触媒層と拡散層からなるアノード、カソードをそれぞれ接合して電解質膜／電極接合体（ＭＥＡ）とし、さらに、その両側をセパレータで挟み込んだセル構造を有しており、アノード側に燃料であるメタノールまたはメタノール水溶液を供給し、カソード側に空気を供給することで発電する燃料電池である。
【０００５】
直接メタノール型燃料電池の電極反応は以下の通りである。
【０００６】
アノード：ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−
カソード：３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ
すなわち、アノードでは、メタノールと水が反応して、二酸化炭素、プロトン、電子を生成し、プロトンは電解質膜を通ってカソードに到達する。カソードでは、酸素、プロトンと外部回路を経由した電子が結合して水を生成する。
【０００７】
しかしながら、この直接メタノール型燃料電池の実用化にはいくつかの問題点が存在している。
【０００８】
その一つは、アノード側に供給されたメタノールが、未反応のまま電解質膜を通過し、カソード側に達する、いわゆる「メタノールクロスオーバー」といった現象である。直接メタノール型燃料電池の電解質膜としては、プロトン伝導性、耐熱性、耐酸化性の点からパーフルオロアルキルスルホン酸イオン交換膜が使用されている。このタイプの電解質膜は、疎水性のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）主鎖とパーフルオロ基の先に親水性のスルホン酸基が固定された側鎖から成るため、親水性部分と疎水性部分を併せ持つメタノールは良溶媒となり、電解質膜を通過しやすい。このメタノールクロスオーバーにより、燃料利用率が低下するだけでなく、カソード側の電極電位の低下を引き起こし、発電特性の著しい悪化を招いた。このメタノールクロスオーバーは、メタノール濃度が高くなると増大する傾向にあるため、現状では、メタノール濃度を２〜４Ｍ程度にまで希釈して使用しており、このことが燃料電池システムの小型化への大きな障害となっていた。
【０００９】
そこで従来から、このメタノールクロスオーバーを低減するために、新規な電解質膜の開発の他に、アノード側の電極（触媒層、拡散層）構造を改良する数多くの提案がなされ
ている。
【００１０】
例えば、特許文献１には、燃料流路前半でのメタノールクロスオーバー、燃料流路後半でのメタノールの供給不足を抑制し、燃料極への燃料供給を均一化させるために、燃料極の拡散層のメタノール透過係数を燃料流路の下流側に行くほど大きくした直接メタノール型燃料電池に関する構成が開示されている。なお、燃料極の拡散層としては、カーボンペーパー等からなる基材の表面に、カーボンブラックとポリテトラフルオロエチレンを含む混合層を形成させたものであり、燃料の流れの方向に沿って、混合層の厚さを薄くする、ポリテトラフルオロエチレンの重量比を減少させる、カーボンブラックの撥水性を低下させる、カーボンブラックの気孔率、気孔径を大きくする等の方法が記載されている。
【００１１】
もう一つの課題は、カソードの水閉塞（フラッディング）とセルの過乾燥（ドライアップ）に関するものである。直接メタノール型燃料電池のカソード側では、発電による生成水に加えて、クロスオーバーしたメタノールの触媒燃焼反応による生成水やクロスオーバー水により多量の水が存在している。そのため、小型の空気ポンプやブロワ等を用いて少量の空気を供給した場合には、電極の細孔内部で過剰水が凝縮して流路を閉塞し、空気の供給が阻害される。その結果として、高電流密度側での発電安定性が著しく悪化した。このようなカソードの水閉塞を抑制するために、多量の空気を供給する方法が考えられるが、空気ポンプやブロワ等の駆動電力の増大や大型化のために好ましくない。しかも、空気供給量を多くしすぎると、セルを構成している電解質膜や触媒層中の高分子電解質が乾燥し、プロトン伝導性が悪化することにより、発電特性の大幅な低下を招いた。
【００１２】
このような問題に対処し、高電流密度での発電を持続させるために、特許文献２には、アノード拡散層を親水性、カソード拡散層を疎水性にして、さらに、触媒層と拡散層の間にそれぞれの電極に適した性質の導電性炭素粉末と結着材とを含む下地層を形成する構成が開示されている。また、特許文献３および４には、触媒層や拡散層の微細孔内部に金属酸化物からなる保湿成分を分散させて配置する構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１１０１９１号公報
【特許文献２】特開２００４−２４７０９１号公報
【特許文献３】特開２００２−２８９２００号公報
【特許文献４】特開２００２−２８９２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記従来の構成では、燃料電池の小型軽量化や長時間駆動化を実現する上で有効な手段となる、高濃度燃料を利用し、空気流量を減少させた運転条件下において、燃料の利用効率を低下させることなく、優れた発電特性を有する直接型燃料電池を提供することは困難であり、未だ多くの問題が存在している。
【００１４】
特許文献１の場合には、カーボンブラックとポリテトラフルオロエチレンを含む混合層をアノード拡散層の触媒層と接する側に設けており、特許文献２の場合には、アノード拡散層自体を親水性にしていることから、セパレータのリブ頂部と接触していない燃料供給側の拡散層の浸透ぬれ性が大きく、浸透ぬれ限界表面張力としては５０ｍＮ／ｍ以上となっていることが想定される。そのため、例えば、高濃度メタノールを発電消費量に限りなく近づけて少量供給した場合に、燃料流路の上流側付近で拡散層の厚さ方向に浸透移動する燃料透過量が著しく増大する反面、下流側付近での燃料供給不足を招くため、発電特性が大幅に悪化するといった問題を有している。
【００１５】
さらに、特許文献１および特許文献２では、アノード側の拡散層基材表面に形成されたカーボンブラックとポリテトラフルオロエチレンを含む混合層により、反応生成物である
二酸化炭素の排斥性（ガス透過性）が阻害されることになり、高電流密度側での発電特性が低下することが懸念される。
【００１６】
また、特許文献２の場合には、カソード拡散層およびカソード下地層を疎水性としているが、低空気流量供給時のカソードの水閉塞についての具体的な解決策を提示するものではない。
【００１７】
特許文献３および４は、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）において、触媒層や拡散層のミクロな調湿性を制御することで、カソードの水閉塞とセルの過乾燥を同時に解決することを目的としたものであり、カソード側に多量の水が存在する直接型燃料電池に言及するものでない。
【００１８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、拡散層の浸透ぬれ性と透気度、空気供給側のセパレータ流路の撥水性を最適化することにより、触媒層全面への燃料供給均一性の確保、燃料のクロスオーバーの低減、反応生成物である二酸化炭素の排斥性の改善、カソードの水閉塞の防止を同時に実現させ、高濃度燃料を利用し、空気流量を減少させた運転条件下においても、燃料の利用効率を低下させることなく、優れた発電特性を有する直接型燃料電池およびそのシステム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】
【００１９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の燃料電池は、電解質膜の両側に、触媒層と拡散層からなる一対の電極を接合した膜−電極接合体をセパレータ流路面に対向するように配置し、電極の一方に燃料を供給し、他方に空気を供給することで発電する発電部を具備した直接型燃料電池であって、前記セパレータのリブ頂部と接触していない燃料供給側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張力が、２２〜４０ｍＮ／ｍであることを特徴とするものである。
【００２０】
ここで拡散層の浸透ぬれ限界表面張力とは、拡散層表面に滴下した液体の接触角が９０°以上となる液体の表面張力の限界値と定義する。なお、上記した液体の接触角は、液体を滴下した直後から、５０ｍｓｅｃ経過した時点の値を用いている。
【００２１】
本構成によって、高濃度燃料を供給する場合において、拡散層全面を浸透移動していく燃料の透過速度を均一に制御することが可能となる。その結果、燃料流路の上流側での燃料の過剰供給による燃料のクロスオーバーの問題や下流側での燃料供給不足による濃度分極の問題を同時に解決することができる。ただし、アノード側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張力が４０ｍＮ／ｍを越えた場合には、拡散層中の燃料浸透速度が著しく増加するために、高濃度燃料を使用すると発電特性が大幅に低下する。逆に、２２ｍＮ／ｍ未満では、触媒層への燃料供給量の確保ができずに濃度分極が増大し、発電特性の悪化を招いた。
【００２２】
なお、本発明においては、リブ頂部と接触していない部分のみが浸透ぬれ限界表面張力が、２２〜４０ｍＮ／ｍであればよいが、それ以外の部分がこの特性値であっても構わない。
【００２３】
本発明の請求項２に記載の燃料電池は、請求項１記載の燃料電池において、前記セパレータのリブ頂部と接触していない空気供給側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張力が、２２〜４０ｍＮ／ｍであることを特徴とするものである。
【００２４】
本構成によって、カソード側の拡散層中に存在する水は、水滴となって基材の細孔内部を移動することが可能となるため、空気流量を減少させた運転条件下においても、カソードの水閉塞を防止することができる。ただし、カソード側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張
力が４０ｍＮ／ｍを越えた場合には、カソード側の拡散層中に存在する水が液膜状となり、空気の供給を阻害し、高電流密度側での発電安定性が著しく悪化した。逆に、２２ｍＮ／ｍ未満では、拡散層の電気伝導性（集電性）が低下する傾向にあるため好ましくない。
【００２５】
本発明の請求項３に記載の燃料電池は、請求項１または２記載の燃料電池において、リブ頂部以外の前記セパレータ流路面での水の接触角が、１２０°以上であることを特徴とするものである。
【００２６】
本構成によって、カソード側の拡散層から排出された水が水滴となってセパレータ流路面を移動することが可能となるため、空気流量を大幅に減少させた運転条件下においても、カソードの水閉塞を防止することができる。ただし、カソード側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張力が４０ｍＮ／ｍを越えており、且つ、カソード側のセパレータ流路面での水の接触角が１２０°未満の場合には、カソード流路内で排出水が液膜状となり、空気の供給を完全に遮断するために、発電安定性が大幅に悪化した。
【００２７】
本発明の請求項４に記載の燃料電池は、請求項１記載の燃料電池において、前記セパレータのリブ頂部と接触していない燃料供給側の拡散層の透気度が、２００〜１０００ｃｃ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）であることを特徴とするものである。
【００２８】
本構成によって、ＭＥＡを形成しているアノード側の拡散層の透気度を上記した規定範囲内に設定することにより、反応生成物である二酸化炭素の排斥性を改善することが可能となる。ただし、透気度が２００ｃｃ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）未満では、二酸化炭素の排斥性が悪化するために、高電流密度側での発電特性が低下する。逆に、透気度が１０００ｃｃ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）を越えた場合には、拡散層の電気伝導性（集電性）が低下する傾向にあるため好ましくない。
【００２９】
本発明の請求項５に記載の燃料電池は、請求項２記載の燃料電池において、前記セパレータのリブ頂部と接触していない空気供給側の拡散層の透気度が、２００〜１０００ｃｃ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）であることを特徴とするものである。
【００３０】
本構成によって、ＭＥＡを形成しているカソード側の拡散層の透気度を上記した規定範囲内に設定することにより、空気の透過性を改善することが可能となる。ただし、透気度が２００ｃｃ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）未満では、空気の透過性が悪化するために、高電流密度側での発電特性が低下する。逆に、透気度が１０００ｃｃ／（ｃｍ２・ｍｉｎ・ｋＰａ）を越えた場合には、電解質膜が乾燥することによるプロトン伝導性の悪化が生じやすくなり、さらに拡散層の電気伝導性が低下する傾向にあるため好ましくない。
【００３１】
本発明の請求項６に記載の燃料電池は、請求項１または２記載の燃料電池において、前記セパレータのリブ頂部と接触していない燃料供給側または空気供給側の拡散層上に、撥水性樹脂微粒子と撥水性結着材料からなる多孔質構造を有する表面処理層を形成することで、前記浸透ぬれ限界表面張力および前記透気度を制御することを特徴とするものである。
【００３２】
本構成によって、燃料供給側、空気供給側の拡散層上に撥水性樹脂微粒子の堆積による表面積密度（単位体積あたりに含まれる表面積）が大きい、すなわち、撥水性が極めて高い（表面エネルギーが極めて低い）多孔質構造を有する表面処理層が形成されているために、高濃度燃料を供給する場合において、拡散層全面を浸透移動していく燃料の透過速度を均一に制御することが可能となる。さらに、カソード側の拡散層中に存在する水が水滴となって基材の細孔内部を移動することが可能となるため、空気流量を減少させた運転条件下においても、カソードの水閉塞を防止することができる。また、アノード側での反応
生成物である二酸化炭素の排斥性、カソード側での空気の透過性を阻害することがないため、特に、高電流密度側で優れた発電特性を有する燃料電池を得ることができる。
【００３３】
セパレータのリブ頂部と接触していない燃料供給側、空気供給側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張力の値、透気度の値は、表面処理層の表面性状および多孔質構造と厚みに大きく依存する。なお、上記表面処理層の表面性状および多孔質構造は、撥水性樹脂微粒子と撥水性結着材料を含む溶液の材料組成や固形分濃度、溶液の塗布方法、溶液塗布後の乾燥温度、乾燥時間等により制御することが可能である。
【００３４】
本発明の請求項７に記載の燃料電池は、請求項３記載の燃料電池において、リブ頂部以外の前記セパレータ流路面に、撥水性樹脂微粒子と撥水性結着材料からなる表面処理層を形成することで、前記水の接触角を制御することを特徴とするものである。
【００３５】
本構成によって、空気供給側のリブ頂部以外のセパレータ流路面上に凹凸形状を有する撥水性が極めて高い表面処理層が形成されているために、カソード側の拡散層から排出された水が水滴となってセパレータ流路面を移動することが可能となり、空気流量を大幅に減少させた運転条件下においても、カソードの水閉塞を防止することができる。
【００３６】
リブ頂部以外のセパレータ流路面における水の接触角の値は、表面処理層の表面性状に大きく依存する。なお、上記表面処理層の表面性状は、撥水性樹脂微粒子と撥水性結着材料を含む溶液の材料組成や固形分濃度、溶液の塗布方法、溶液塗布後の乾燥温度、乾燥時間等により制御することが可能である。
【００３７】
なお、本発明ではセパレータと拡散層との接触抵抗を低減させるために、セパレータのリブ頂部と接触する燃料供給側および空気供給側の拡散層上には、上記した表面処理層を形成しない構成としている。
【００３８】
本発明の請求項８に記載の燃料電池は、請求項６または７記載の燃料電池において、前記表面処理層中の撥水性微粒子がフッ素樹脂からなることを特徴とするものである。
【００３９】
撥水性微粒子として、化学的に安定な炭素−フッ素（Ｃ−Ｆ）結合を有するフッ素樹脂を用いることで、他種分子との間の相互作用が小さい表面、いわゆる撥水表面を形成することができる。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）共重合体（ＰＦＡ）等をあげることができる。
【００４０】
本発明の請求項９に記載の燃料電池は、請求項６または７記載の燃料電池において、前記表面処理層中の撥水性結着材料がフッ素樹脂またはシリコーン樹脂からなることを特徴とするものである。
【００４１】
撥水性結着材料として、フッ素樹脂やシリコーン樹脂を用いることで、撥水効果を損なうことなく基材との密着性を確保した表面処理層を形成することができる。フッ素樹脂としては、特に限定されるものではないが、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）を用いることができる。一方、シリコーン樹脂としては、シロキサン結合を分子骨格に有し、側鎖にメチル基をもつものであれば、純シリコーン樹脂でも変性シリコーン樹脂でも構わない。
【００４２】
本発明の請求項１０に記載の燃料電池は、請求項６または７記載の燃料電池において、前記表面処理層の撥水性微粒子が層表面ほど多く存在していることを特徴とするものであ
る。
【００４３】
溶液塗布後の乾燥温度、乾燥時間を制御することにより、表面処理層の上層部に撥水性微粒子を多く存在させることができる。その結果、上層部の撥水性の向上と下層部での拡散層の基材との密着性の確保を同時に実現させることができる。
【００４４】
本発明の請求項１１に記載の燃料電池は、請求項６または７記載の燃料電池において、前記表面処理層の層表面や層中の細孔内壁が凹凸形状を有することを特徴とするものである。
【００４５】
表面処理層は、撥水性樹脂微粒子が拡散層の基材上に堆積し、粒子の集合体を形成したものであるため、層表面や層中の細孔内壁には粒子形状に由来した多数の凹凸形状（フラクタル表面）が存在している。このような凹凸形状により、撥水性がさらに高められて超撥水性を発現させることができる。
【００４６】
本発明の請求項１２に記載の燃料電池システムは、請求項１〜１１記載の燃料電池を、前記燃料電池への燃料供給量を発電による燃料消費量の１．１〜２．２倍とすることを特徴とするものである。
【００４７】
本構成によって、燃料電池への燃料供給量を発電時に消費される量に限りなく近づけているために、余剰燃料に基づく燃料のクロスオーバー量を大幅に低減させることができる。燃料供給量を発電による燃料消費量の２．２倍を越えた値に設定すると、燃料のクロスオーバーによる発電特性の低下が顕著となり好ましくない。
【００４８】
本発明の請求項１３に記載の燃料電池システムは、請求項１２記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池への空気供給量を発電による空気消費量の３〜２０倍とすることを特徴とするものである。
【００４９】
本構成によって、空気供給装置（空気ポンプ、ブロワ等）の駆動電力の増大や大型化を回避することができる。また、空気供給量の増大による固体高分子電解質膜や触媒層中の高分子電解質の過乾燥を防止することができ、プロトン伝導性の確保が可能となる。
【００５０】
本発明は、拡散層の浸透ぬれ性と透気度、空気供給側のセパレータ流路の撥水性を最適化することにより、触媒層全面への燃料供給均一性の確保、燃料のクロスオーバーの低減、反応生成物である二酸化炭素の排斥性の改善、カソードの水閉塞の防止を同時に実現させることが可能となるために、高濃度燃料を利用し、空気流量を減少させた運転条件下においても、燃料の利用効率を低下させることなく、優れた発電特性を有する小型の直接型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】
【００５１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００５２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の燃料電池に関する実施の形態を示す拡大断面図である。
【００５３】
燃料電池１は、電解質膜／電極接合体（ＭＥＡ）２の両側をセパレータ３で挟み込んだ構造を有している。また、ＭＥＡ２は、電解質膜４、触媒層５および拡散層６からなるアノード７、触媒層８および拡散層９からなるカソード１０を備えている。さらに、アノード７、カソード１０の周囲には、燃料もしくは空気の漏洩を防止するために、電解質膜４を挟んでガスシール材１１が配置されている。また、セパレータ３には、燃料もしくは空
気を供給し反応物質を排斥するための流路１２がリブ１３の間に形成されている。
【００５４】
そして、拡散層６および拡散層９の表面でセパレータ３のリブ１３頂部と接触していない部分には、表面処理層１４、１５がそれぞれ形成されている。一方、拡散層９と接触していない空気供給側のセパレータ３の流路面にも、表面処理層１６が形成されている。
【００５５】
電解質膜４としては、プロトン伝導性、耐熱性、化学的安定性に優れたものであれば良く、その材質は特に限定されるものではない。
【００５６】
触媒層５、８は、触媒金属を担持した導電性炭素粒子もしくは触媒金属微粒子と、高分子電解質を主成分とする薄膜である。触媒層５の触媒金属には、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金微粒子が用いられ、触媒層８の触媒金属には、Ｐｔ微粒子が用いられる。高分子電解質としては、電解質膜４と同一材質のものを用いることが好ましい。
【００５７】
拡散層６としては、燃料の拡散性、発電により発生した二酸化炭素の排斥性、電子伝導性を併せ持つ、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス等の導電性多孔材料を基材として用いることができる。そして、前述のとおり拡散層６表面には、燃料の透過速度を均一に制御し、反応生成物である二酸化炭素の排斥に有効な表面処理層１４が形成されている。
【００５８】
拡散層９としては、空気の拡散性、発電により発生した水の排斥性、電子伝導性を併せ持つ、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス等の導電性多孔材料を基材として用いることができる。そして、前述のとおり拡散層９表面には、水閉塞防止機能を有し、空気の透過性に優れた表面処理層１５が形成されている。
【００５９】
表面処理層１４、１５の具体的な形成方法としては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）共重合体（ＰＦＡ）等の撥水性樹脂微粒子とフッ素樹脂、シリコーン樹脂等の撥水性結着材料を主成分とする撥水剤または撥水ペーストをスプレーコートする方法、ドクターブレード等の塗工機を用いて湿式塗布する方法が好適な一例として挙げられる。
【００６０】
そして上記表面処理層１４、１５の表面形状および多孔質構造は、撥水性樹脂微粒子と撥水性結着材料を主成分とする撥水剤または撥水ペーストの材料組成や固形分濃度、塗布方法、塗布後の乾燥温度、乾燥時間等により制御することが可能である。また、表面処理層１４、１５を形成する際に、スプレーコートと自然乾燥を数回繰り返し行う、「多層（マルチ）スプレーコーティング」方式を用いることが、表面処理層の層表面や層中の細孔内壁に、粒子形状に由来した多数の凹凸形状（フラクタル表面）を存在させる上で極めて有効である。
【００６１】
また、上記表面処理層１４、１５は、拡散層６、９の片側もしくは両側に形成させることができる。ただし、片側に形成する場合には、セパレータ３側に形成することが必要となる。
【００６２】
セパレータ３は、機密性、電子伝導性、電気化学的安定性を有するものであれば良く、その材質は、特に限定されるものではない。また、流路１２の形状についても特に限定されるものではない。そして、拡散層９と接触していない空気供給側のセパレータ流路面上には、水閉塞防止機能を有する表面処理層１６が形成されている。
【００６３】
表面処理層１６の具体的な形成方法としては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ（アルキルビニルエーテル）共重合体（ＰＦＡ）等の撥水性樹脂微粒子とフッ素樹脂、シリコーン樹脂等の撥水性結着材料を主成分とする撥水剤をスプレーコートする方法が好適な一例として挙げられる。
【００６４】
そして、上記表面処理層１６の表面形状（凹凸形状）は、撥水性樹脂微粒子と撥水性結着材料を主成分とする撥水剤の材料組成や固形分濃度、塗布方法、塗布後の乾燥温度、乾燥時間等により制御することが可能である。また、表面処理層１６を形成する際に、スプレーコートと自然乾燥を数回繰り返し行う、「多層（マルチ）スプレーコーティング」方式を用いることが、表面処理層の層表面や層中の細孔内壁に、粒子形状に由来した多数の凹凸形状（フラクタル表面）を存在させる上で極めて有効である。
【００６５】
図２は、本発明の燃料電池システムに関する一実施の形態を示す概略図である。その特徴は、燃料電池のアノード側から排出された液体および気体を回収して、再度発電に利用することのない非循環型燃料電池システムにある。すなわち、燃料供給量を発電時に消費される量に限りなく近づけて、結果として、アノード側から排出される燃料排出量を極力低減させる方法で非循環状態を維持しながら発電する燃料電池システムであるため、冷却器や気液分離器等の装置は不要となる。１は燃料電池であり、電解質膜４の両側に触媒層と拡散層からなる一対の電極を設けたセル構造を一つもしくは複数個積層させたセルスタックからなる。また、燃料電池１には、セル温度を制御するためのヒータが設置されている（図示せず）。まず、燃料電池１のアノード７に燃料タンク１７内の有機燃料を燃料ポンプ１８により直接供給する。次いで、空気ポンプ１９を用いてカソード１０に空気を供給することで燃料電池１を発電する。燃料電池１のアノード７から排出された燃料は、カソード１０から排出された空気を用いて触媒燃焼器２０で酸化浄化されて、水および二酸化炭素を含んだ空気として大気中に放出される。そして、触媒燃焼器２０としては、触媒層付多孔質シートで分割された二つの燃焼室からなり、一方の燃焼室には、燃料電池１から排出された燃料が導入される導入口のみが設けられており、他方の燃焼室には、空気が導入される導入口と、触媒燃焼後の水および二酸化炭素を含んだ空気が排出される排出口とが設けられている（図示せず）。
【実施例１】
【００６６】
本発明を実施例と比較例を用いて詳細に説明するが、これらは、本発明を何ら限定するものではない。
【００６７】
（実施例１）
平均一次粒子径３０ｎｍを持つ導電性炭素粒子であるカーボンブラック（三菱化学社製ケッチェンブラックＥＣ）に、平均粒径３ｎｍのＰｔとＲｕを、それぞれ３０重量％担持させたものをアノード側の触媒担持粒子とした。また、ケッチェンブラックＥＣに、平均粒径３ｎｍのＰｔを５０重量％担持させたものをカソード側の触媒担持粒子とした。
【００６８】
次に、上記触媒担持粒子をイソプロパノール水溶液に分散させた溶液と、高分子電解質をエタノール水溶液に分散させた溶液を混合した後、ビーズミルで高分散させることにより、アノード触媒ペースト、カソード触媒ペーストをそれぞれ作製した。この際、各触媒ペースト中の導電性炭素粒子と高分子電解質の重量比を２：１とした。なお、高分子電解質としては、パーフルオロカーボンスルホン酸イオノマー（旭硝子社製Ｆｌｅｍｉｏｎ）を用いた。
【００６９】
これらの触媒ペーストを、ドクターブレードを用いてポリテトラフルオロエチレンシー
ト（ニチアス社製ナフロン）上に塗布した後、大気中常温で６時間乾燥させた。次に、各触媒シートを６ｃｍ×６ｃｍのサイズに切断した後、電解質膜４を中心にして、各触媒シートの塗布面が内側となるように積層し、ホットプレス法（１３０℃、８ＭＰａ、３分間）を用いて熱接合した。そして、電解質膜４としては、パーフルオロアルキルスルホン酸イオン交換膜（ＤｕＰｏｎｔ社製Ｎａｆｉｏｎ１１７）を用いた。
このようにして得られた接合体からポリテトラフルオロエチレンシートを剥がすことにより、触媒層５、８を電解質膜４上にそれぞれ形成させた。アノード側およびカソード側のＰｔ触媒量は、２．０ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００７０】
アノード側の拡散層６の基材としては、カーボンペーパー（東レ社製ＴＧＰ−Ｈ１２０）を用い、これを６ｃｍ×６ｃｍのサイズに切断した。次に、セパレータ３のリブ１３に対向する部分をマスキングした後、カーボンペーパー表面をポリテトラフルオロエチレン樹脂微粒子とシリコーン樹脂を主成分とする超撥水剤（ＮＴＴアドバンステクノロジ社製ＨＩＲＥＣ１４５０）でスプレーコートし、約３０分間の自然乾燥を行った。さらに、上記したスプレーコートと自然乾燥を数回繰り返し行った後、高温乾燥（７０℃、３０分間）させることで、基材の表面処理層１４を約２０μｍ形成した。
【００７１】
一方、カソード側の拡散層９についても、アノード側の拡散層６と同一の基材を用い、同様な方法で表面処理層１５を約２０μｍ形成した。
【００７２】
次に、触媒層５、８形成後の電解質膜４を中心にして、表面処理層１４、１５形成面が外側となるように拡散層６、９を積層し、ホットプレス法（１３０℃、４ＭＰａ、１分間）を用いて接合した。
【００７３】
さらに、アノード７、カソード１０の周囲に電解質膜４を挟んでガスシール材１１を熱溶着（１３５℃、４ＭＰａ、３０分間）することで、ＭＥＡ２を作製した。
【００７４】
次に、このＭＥＡ２を外寸が１０ｃｍ×１０ｃｍ、厚み４ｍｍのセパレータ３、集電板、ヒータ、絶縁板、端板で両側から挟み込み、締結ロッドで固定した。この時の締結圧は、セパレータ３の面積あたりで２０ｋｇｆ／ｃｍ２とした。
【００７５】
さらに、セパレータ３には、幅１．５ｍｍ、深さ１ｍｍのサーペンタイン型流路が形成されており、集電板および端板は金メッキ処理を施したステンレス板を使用している。
【００７６】
以上のような方法で得られた燃料電池を（電池Ａ）とした。
【００７７】
（実施例２）
アノード側の拡散層６上に表面処理層１４（超撥水剤によるマルチスプレーコート層）を形成する際のスプレーコートと自然乾燥の回数を調整し、さらに高温乾燥条件を８０℃で６０分間とし、その厚みを約１００μｍとすること以外は実施例１と同様な方法により、燃料電池（電池Ｂ）を作製した。
【００７８】
（実施例３）
アノード側の拡散層６の基材をカーボンペーパー（東レ社製ＴＧＰ−０６０）に変更すること、また、上記した拡散層６上に表面処理層１４（超撥水剤によるマルチスプレーコート層）を形成する際のスプレーコートと自然乾燥の回数を調整し、さらに高温乾燥条件を７０℃で２０分間とし、その厚みを約５μｍとすること以外は実施例１と同様な方法により、燃料電池（電池Ｃ）を作製した。
【００７９】
（実施例４）
カソード側の拡散層９上に表面処理層１５（超撥水剤によるマルチスプレーコート層）を形成する際のスプレーコートと自然乾燥の回数を調整し、さらに高温乾燥条件を８０℃で６０分間とし、その厚みを約１００μｍとすること以外は実施例１と同様な方法により、燃料電池（電池Ｄ）を作製した。
【００８０】
（実施例５）
カソード側の拡散層９の基材であるカーボンペーパー（東レ社製ＴＧＰ−Ｈ１２０）への表面処理層１４として、カーボンブラックとポリテトラフルオロエチレン樹脂微粒子の混合物からなる撥水処理層をドクターブレード法により、約８０μｍ形成した後、その上に超撥水剤によるマルチスプレーコート層を約５０μｍ形成すること以外は実施例１と同様な方法により、燃料電池（電池Ｅ）を作製した。なお、上記撥水処理層の作製方法としては、以下に示す方法を用いた。まず、カーボンブラック（ＣＡＢＯＴ社製ＶｕｌｃａｎＸＣ−７２Ｒ）を界面活性剤（Ａｌｄｒｉｃｈ社製ＴｒｉｔｏｎＸ−１００）を加えた水溶液中に超音波分散させた後、ハイビスミックス（特殊機化製）を用いて高分散させた。次に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂分散液（ダイキン工業社製Ｄ−１Ｅ）を加えた後、再度、高分散化を行い、撥水処理層用ペーストを作製した。この撥水処理層用ペースト中のカーボンブラック／ポリテトラフルオロエチレン樹脂／界面活性剤の重量比率は、６／３／１であった。上記撥水処理層用ペーストを、ドクターブレードを用いてカーボンペーパー全面に均一塗布した後、大気中常温で８時間乾燥させた。その後、不活性ガス（Ｎ２）中３６０℃で３０分間焼成して界面活性剤を除去した。
【００８１】
（実施例６）
カソード側の拡散層９の基材をカーボンペーパー（東レ社製ＴＧＰ−０６０）に変更すること、また、上記した拡散層９上に表面処理層１５（超撥水剤によるマルチスプレーコート層）を形成する際のスプレーコートと自然乾燥の回数を調整し、さらに高温乾燥条件を７０℃で２０分間とし、その厚みを約５μｍとすること以外は実施例１と同様な方法により、燃料電池（電池Ｆ）を作製した。
【００８２】
（実施例７）
カソード側の拡散層９の基材であるカーボンペーパー（東レ社製ＴＧＰ−Ｈ１２０）への表面処理層１５として、カーボンブラックとポリテトラフルオロエチレン樹脂微粒子の混合物からなる撥水処理層を実施例５と同様な方法でドクターブレードのギャップを変えることにより、約７０μｍ形成すること以外は実施例１と同様な方法により、燃料電池（電池Ｇ）を作製した。
【００８３】
（実施例８）
空気供給側のセパレータ３のリブ１３部分をマスキングした後、セパレータ３の流路面をポリテトラフルオロエチレン樹脂微粒子とシリコーン樹脂を主成分とする超撥水剤（ＮＴＴアドバンステクノロジ社製ＨＩＲＥＣ１４５０）でスプレーコートし、約３０分間の自然乾燥を行った。さらに、上記したスプレーコートと自然乾燥を数回繰り返し行った後、高温乾燥（７０℃、３０分間）させることで、空気供給側のセパレータ３の流路面上に表面処理層１６を約１０μｍ形成すること以外は実施例１と同様な方法により、燃料電池（電池Ｈ）を作製した。
【００８４】
（実施例９）
空気供給側のセパレータ３のリブ１３部分をマスキングした後、セパレータ３の流路面をポリテトラフルオロエチレン樹脂微粒子とシリコーン樹脂を主成分とする超撥水剤（ＮＴＴアドバンステクノロジ社製ＨＩＲＥＣ１４５０）でスプレーコートした。次に、大気中で３０分間自然乾燥を行った。さらに、上記したスプレーコートと自然乾燥の繰り返し回数を実施例８より多くし、高温乾燥（７０℃、４０分間）させることで、空気供給側の
セパレータ３の流路面上に表面処理層１６を約２０μｍ形成すること以外は実施例１と同様な方法により、燃料電池（電池Ｉ）を作製した。
【００８５】
（比較例１）
アノード側の拡散層６上に表面処理層１４を形成しないこと、および、カソード側の拡散層９上に表面処理層１５を形成しないこと以外は実施例１と同様な方法により、燃料電池（電池１）を作製した。
【００８６】
（比較例２）
アノード側の拡散層６の基材であるカーボンペーパー（東レ社製ＴＧＰ−Ｈ１２０）への表面処理層１４として、カーボンブラックとポリテトラフルオロエチレン樹脂微粒子の混合物からなる撥水処理層を実施例５と同様な方法で約７０μｍ形成すること以外は実施例１と同様な方法により、燃料電池（電池２）を作製した。
【００８７】
（比較例３）
アノード側の拡散層６の基材であるカーボンペーパー（東レ社製ＴＧＰ−Ｈ１２０）への表面処理層１４およびカソード側の拡散層９の基材であるカーボンペーパー（東レ社製ＴＧＰ−Ｈ１２０）への表面処理層１５として、カーボンブラックとポリテトラフルオロエチレン樹脂微粒子の混合物からなる撥水処理層を実施例５と同様な方法で約７０μｍ形成すること以外は実施例１と同様な方法により、燃料電池（電池３）を作製した。
【００８８】
（比較例４）
アノード側の拡散層６の基材であるカーボンペーパー（東レ社製ＴＧＰ−Ｈ１２０）への表面処理層１４として、カーボンブラックとポリテトラフルオロエチレン樹脂微粒子の混合物からなる撥水処理層を実施例５と同様な方法で約８０μｍ形成した後、その上に超撥水剤によるマルチスプレーコート層を約５０μｍ形成すること以外は実施例１と同様な方法により、燃料電池（電池４）を作製した。
【００８９】
（比較例５）
アノード側の拡散層６の基材であるカーボンペーパー（東レ社製ＴＧＰ−Ｈ１２０）への表面処理層１４およびカソード側の拡散層９の基材であるカーボンペーパー（東レ社製ＴＧＰ−Ｈ１２０）への表面処理層１５として、カーボンブラックとポリテトラフルオロエチレン樹脂微粒子の混合物からなる撥水処理層を実施例５と同様な方法で約８０μｍ形成した後、その上に超撥水剤によるマルチスプレーコート層を約５０μｍ形成すること以外は実施例１と同様な方法により、燃料電池（電池５）を作製した。
【００９０】
実施例１〜９、比較例１〜５で用いたアノード側の拡散層６およびカソード側の拡散層９に関する浸透ぬれ限界表面張力と透気度、さらに、拡散層９と接触していない空気供給側のセパレータ３の流路面での水の接触角については、以下に示す方法を用いて測定を行った。その結果を表１に示す。
【００９１】
【表１】
2007172909.tif 000003
【００９２】
（１）浸透ぬれ限界表面張力
拡散層表面に表面張力既知のぬれ指数標準液を滴下し、その液滴の接触角を測定した。その際、拡散層表面の液滴の接触角が９０°となった時の液体の表面張力を「拡散層の浸
透ぬれ限界表面張力値」と定義した。なお、上記した液滴の接触角は、ぬれ指数標準液を滴下した直後から、５０ｍｓｅｃ経過した時点の値を用いている。
【００９３】
（２）透気度
パームポロメータ（ＰＭＩ社製）を用いて、試料（拡散層６、拡散層９）の空気透過流束を測定した。測定条件としては、試料面積を７ｃｍ２、プレス加圧を２０ｋｇｆ／ｃｍ２とし、空気の供給側と透過側との差圧を最大３ｋＰａまで変化させた。そして、空気の差圧に対する空気透過流束の変化の割合を算出し、得られた値を透気度と定義した。
【００９４】
（３）水の接触角
拡散層と接触していない空気供給側のセパレータ流路面にイオン交換水（表面張力７２．８ｍＮ／ｍ）を滴下し、その接触角を測定した。なお、上記した水の接触角は、イオン交換水を滴下した直後から、５０ｍｓｅｃ経過した時点の値を用いている。
【００９５】
次に、実施例の電池Ａ〜Ｉ、比較例の電池１〜５について、図２に示す燃料電池システムを用いて、電流−電圧特性、連続発電特性を以下に示す方法で評価した。その結果を表１に合わせて示す。
【００９６】
（４）電流−電圧特性１
６Ｍメタノール水溶液を流量０．１８ｃｃ／ｍｉｎでアノード側に供給し、空気を流量１．８Ｌ／ｍｉｎでカソード側に供給し、電池温度６０℃にて、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２で１５分間発電させた時点の実効電圧を測定した。本評価条件では、燃料供給量を発電による燃料消費量の１．９倍、空気供給量を発電による空気消費量の１８．４倍にそれぞれ設定している。
【００９７】
（５）連続発電特性１
６Ｍメタノール水溶液を流量０．１８ｃｃ／ｍｉｎでアノード側に供給し、空気を流量１．８Ｌ／ｍｉｎでカソード側に供給し、電池温度６０℃にて、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２で１５分間発電させた時点の実効電圧を初期電圧とした。その後、２４時間連続発電させた時点の実効電圧を測定し、初期電圧に対する電圧の比率（電圧維持率）を算出した。本評価条件では、燃料供給量を発電による燃料消費量の１．９倍、空気供給量を発電による空気消費量の１８．４倍にそれぞれ設定している。
【００９８】
（６）電流−電圧特性２
６Ｍメタノール水溶液を流量０．１８ｃｃ／ｍｉｎでアノード側に供給し、空気を流量０．３Ｌ／ｍｉｎでカソード側に供給し、電池温度６０℃にて、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２で１５分間発電させた時点の実効電圧を測定した。本評価条件では、燃料供給量を発電による燃料消費量の１．９倍、空気供給量を発電による空気消費量の３．１倍にそれぞれ設定している。
【００９９】
（７）連続発電特性２
６Ｍメタノール水溶液を流量０．１８ｃｃ／ｍｉｎでアノード側に供給し、空気を流量０．３Ｌ／ｍｉｎでカソード側に供給し、電池温度６０℃にて、電流密度１５０ｍＡ／ｃｍ２で１５分間発電させた時点の実効電圧を初期電圧とした。その後、２４時間連続発電させた時点の実効電圧を測定し、初期電圧に対する電圧の比率（電圧維持率）を算出した。本評価条件では、燃料供給量を発電による燃料消費量の１．９倍、空気供給量を発電による空気消費量の３．１倍にそれぞれ設定している。
【０１００】
表１から明らかなように、電池Ａ〜Ｉは、セパレータのリブ頂部と接触していない燃料供給側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張力を本発明の適切な物性範囲内に制御しているため
に、触媒層全面へのメタノール供給均一性の確保、メタノールクロスオーバーの低減を実現させることが可能となり、その結果、高濃度メタノールを利用した運転条件下において、優れた発電特性を有する燃料電池が得られることがわかった。この中で、電池Ａ〜Ｄ、Ｆ、Ｈ、Ｉの場合には、セパレータのリブ頂部と接触していない空気供給側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張力と透気度を本発明の適切な物性範囲内に制御しているために、反応生成物である二酸化炭素の排斥性の改善、カソードの水閉塞の防止を同時に実現させることが可能となり、その結果、高濃度メタノールを利用し、空気流量を減少させた運転条件下においても、優れた発電特性を有する燃料電池が得られることがわかった。特に電池Ｈ、Ｉの場合には、拡散層と接触していない空気供給側のセパレータ流路面での水の接触角を最適化してあるために、カソード側の拡散層から排出された水が水滴となってセパレータ流路面を移動することが可能となり、連続発電特性が飛躍的に向上した。
【０１０１】
これに対して、電池１の場合には、セパレータのリブ頂部と接触していない燃料供給側および空気供給側の拡散層の基材に適切な表面処理（撥水処理）が施されておらず、浸透ぬれ限界表面張力が本発明の規定の上限値を越えているために、アノード側の拡散層中のメタノール浸透速度が増加し、メタノールクロスオーバーの増大を引き起こすとともに、カソード側の拡散層中に存在する水が液膜状となり、空気の供給を阻害する結果となり、発電特性の大幅な低下（連続発電時の電圧保持不可）を招いた。
【０１０２】
電池２、３の場合には、アノード側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張力が本発明の規定の上限値を越えており、しかも透気度についても本発明の規定の下限値未満となっているために、メタノールクロスオーバーが増大するとともに、反応生成物である二酸化炭素の排斥性が悪化し、発電特性が著しく低下した。特に電池３の場合には、空気供給側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張力が本発明の規定の上限値を越えており、しかも透気度についても本発明の規定の下限値未満となっているために、カソード側の拡散層中に存在する水が液膜状となり、空気の供給を阻害し、発電特性の大幅な低下（連続発電時の電圧保持不可）を招いた。
【０１０３】
電池４、５の場合には、アノード側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張力が本発明の規定の下限値未満となっており、しかも透気度についても本発明の規定の下限値未満となっていることから、触媒層への燃料供給量の確保ができず、さらに、反応生成物である二酸化炭素の排斥が困難となり、濃度分極が増大し、発電特性の悪化を招いたものと推察される。特に電池５の場合には、空気供給側の拡散層の浸透ぬれ限界表面張力が本発明の規定の下限値未満となっており、しかも透気度についても本発明の規定の下限値未満となっていることから、拡散層の基材の細孔内部がカーボンブラックとポリテトラフルオロエチレン樹脂微粒子により部分的に閉塞された状態となっており、そのために空気の透過性が悪化し、連続発電特性が低下したものと推察される。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の燃料電池は、メタノール、ジメチルエーテル等を水素に改質せずに燃料として直接用いることができ、携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノートＰＣ、ビデオカメラ等の携帯用小型電子機器用の電源として有用である。また、電動スクータ用電源等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施の形態における燃料電池のＭＥＡおよびセパレータ部分を示す拡大断面図
【図２】本発明の一実施の形態における燃料電池システムの概略図
【符号の説明】
【０１０６】
１    燃料電池
２    ＭＥＡ
３    セパレータ
４    電解質膜
５、８  触媒層
６、９  拡散層
７    アノード
１０    カソード
１１    ガスシール材
１２    流路
１３    リブ
１４、１５、１６  表面処理層
１７    燃料タンク
１８    燃料ポンプ
１９    空気ポンプ
２０    触媒燃焼器
【図１】
2007172909.tif 000004
【図２】
2007172909.tif 000005