(57)【要約】【課題】電解法により効率よくかつ安価に水素を発生させる装置および発生した水素を燃料極に導入する燃料電池の提供。【解決手段】陰イオン交換膜と、該交換膜の両面に対向して配置されるアノード電極及びカソード電極と、該電極間に電流を供給する手段とを備え、カソード電極側には水を含む材料が供給され、アノード電極側にはアルコール化合物を含む材料が供給されることを特徴とする電解型水素発生装置。陰イオン交換膜としては強塩基性陰イオン交換樹脂からなる膜が使用できる。陰イオン交換膜を用いることで、電極触媒として白金等の貴金属を使用する必要がなく、カソード電極の触媒としてはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇのいずれかまたはそれらの合金が、アノード電極の触媒としてはＣｏ、Ａｇ、Ｎｉのいずれかまたはそれらの合金が好ましく使用できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰イオン交換膜と、該交換膜の両面に対向して配置されるアノード電極及びカソード電極と、該電極間に電流を供給する手段とを備え、カソード電極側には水を含む材料が供給され、アノード電極側にはアルコール化合物を含む材料が供給されることを特徴とする電解型水素発生装置。
【請求項２】
陰イオン交換膜が強塩基性陰イオン交換樹脂からなる請求項１に記載の電解型水素発生装置。
【請求項３】
カソード電極がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇのいずれかまたはそれらの合金を主体に構成された触媒を含む電極である請求項１または２に記載の電解型水素発生装置。
【請求項４】
カソード電極がＦｅ表面をＮｉ分散メッキして活性化した触媒を含む電極である請求項１〜３のいずれかに記載の電解型水素発生装置。
【請求項５】
アノード電極がＣｏ、Ａｇ、Ｎｉのいずれかまたはそれらの合金を主体に構成された触媒を含む電極である請求項１〜４のいずれかに記載の電解型水素発生装置。
【請求項６】
カソード電極、アノード電極、陰イオン交換膜が一つの積層体からなる請求項１〜５のいずれかに記載の電解型水素発生装置。
【請求項７】
アルコール化合物を含む材料が、メタノールまたはその水溶液である請求項１〜６のいずれかに記載の電解型水素発生装置。
【請求項８】
陰イオン交換膜と、該交換膜の両面に対向して配置されるアノード電極及びカソード電極と、該電極間に電流を供給する手段とを備えた電解型水素発生装置において、カソード側で水を電気分解して水素ガスと水酸化物イオン（ＯＨ-）を発生させ、アノード側で陰イオン交換膜を透過した水酸化物イオン（ＯＨ-）とアルコール化合物とを反応させることを特徴とする水素ガスの発生方法。
【請求項９】
陰イオン交換膜が強塩基性陰イオン交換樹脂からなる請求項８に記載の水素ガスの発生方法。
【請求項１０】
カソード電極がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇのいずれかまたはそれらの合金を主体に構成された触媒を含む電極である請求項８または９に記載の水素ガスの発生方法。
【請求項１１】
カソード電極がＦｅ表面をＮｉ分散メッキして活性化した触媒を含む電極である請求項８〜１０のいずれかに記載の水素ガスの発生方法。
【請求項１２】
アノード電極がＣｏ、Ａｇ、Ｎｉのいずれかまたはそれらの合金を主体に構成された触媒を含む電極である請求項８〜１１のいずれかに記載の水素ガスの発生方法。
【請求項１３】
カソード電極、アノード電極、陰イオン交換膜が一つの積層体からなる請求項８〜１２のいずれかに記載の水素ガスの発生方法。
【請求項１４】
アルコール化合物がメタノールである請求項８〜１３のいずれかに記載の水素ガスの発生方法。
【請求項１５】
原料となる水素の供給装置として請求項１〜７のいずれかに記載の電解型水素発生装置を備えた燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解法により効率よく水素を発生させる装置及び方法、並びに発生した水素を燃料極に導入する燃料電池に関する。さらに詳しくは、電解触媒として高価な白金などの貴金属を使用しなくても効率よく水素を発生させる装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子固体電解質型燃料電池は、その開発が進み、一部では実用化されているがまだ商用化レベルには達していない。それは製造コストの問題、耐久性の問題、燃料貯蔵の問題等解決すべき課題が多々あるからである。特に燃料の水素は取り扱いが難しく、その供給手段に問題が多い。例えば水素ガスとしては高圧容器での貯蔵が提案されているが、危険性と漏洩の問題が残っており、水素貯蔵合金やカーボンナノチューブなどでの保存では実用上の吸蔵能力が不足している。このため、燃料電池に隣接して熱分解法の改質装置をつけて改質を行うことも提案されており、例えばメタンやメタノールなどの燃料を触媒下で数百度の温度で水蒸気と反応させて水素を得る方法である。これには高温が必要とするばかりでなく、ＣＯも発生水素中に混入して燃料電池の触媒金属が被毒され性能劣化につながる。一方、理論分解電圧の低いメタノールを電解法で分解して水素を発生させる方法も多数提案されている（例えば特許文献１〜２）。しかし、提案されている技術はいずれも陽イオン交換膜が使用され、電解液は酸性になり、その電解槽で用いられる電極は白金などの貴金属主体の成分に限定されている。そのため低コスト化が困難である。
【０００３】
燃料として水素を導入するのではなく直接メタノールを導入するタイプの燃料電池であるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）も活発に研究されている（米国特許第４３９０６０３号明細書、米国特許第５５９９６３８号明細書等）。しかし、ＤＭＦＣではメタノールが電解質膜を通過して空気極側で反応するクロスオーバーの問題があり、またＤＭＦＣの起電力自体が水素を用いる電池に比べて相当低くなる欠点がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２２９１６７号公報
【特許文献２】特開２００４−１３７５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、アルコール化合物を用いた電解型の水素発生を効率よくかつ低コストで行うための装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、アノード電極及びカソード電極との分離膜として陰イオン交換膜を使用し、カソード電極側には水を供給し、アノード電極側にはアルコール化合物を供給することにより、電極触媒として白金等の貴金属を使用しなくても電解が可能であり、水素を効率よく製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の電解型水素発生装置、水素ガスの発生方法及び燃料電池に関する。
【０００７】
１．陰イオン交換膜と、該交換膜の両面に対向して配置されるアノード電極及びカソード電極と、該電極間に電流を供給する手段とを備え、カソード電極側には水を含む材料が供給され、アノード電極側にはアルコール化合物を含む材料が供給されることを特徴とする電解型水素発生装置。
２．陰イオン交換膜が強塩基性陰イオン交換樹脂からなる前記１に記載の電解型水素発生装置。
３．カソード電極がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇのいずれかまたはそれらの合金を主体に構成された触媒を含む電極である前記１または２に記載の電解型水素発生装置。
４．カソード電極がＦｅ表面をＮｉ分散メッキして活性化した触媒を含む電極である前記１〜３のいずれかに記載の電解型水素発生装置。
５．アノード電極がＣｏ、Ａｇ、Ｎｉのいずれかまたはそれらの合金を主体に構成された触媒を含む電極である前記１〜４のいずれかに記載の電解型水素発生装置。
６．カソード電極、アノード電極、陰イオン交換膜が一つの積層体からなる前記１〜５のいずれかに記載の電解型水素発生装置。
７．アルコール化合物を含む材料が、メタノールまたはその水溶液である前記１〜６のいずれかに記載の電解型水素発生装置。
８．陰イオン交換膜と、該交換膜の両面に対向して配置されるアノード電極及びカソード電極と、該電極間に電流を供給する手段とを備えた電解型水素発生装置において、カソード側で水を電気分解して水素ガスと水酸化物イオン（ＯＨ-）を発生させ、アノード側で陰イオン交換膜を透過した水酸化物イオン（ＯＨ-）とアルコール化合物とを反応させることを特徴とする水素ガスの発生方法。
９．陰イオン交換膜が強塩基性陰イオン交換樹脂からなる前記８に記載の水素ガスの発生方法。
１０．カソード電極がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇのいずれかまたはそれらの合金を主体に構成された触媒を含む電極である前記８または９に記載の水素ガスの発生方法。
１１．カソード電極がＦｅ表面をＮｉ分散メッキして活性化した触媒を含む電極である前記８〜１０のいずれかに記載の水素ガスの発生方法。
１２．アノード電極がＣｏ、Ａｇ、Ｎｉのいずれかまたはそれらの合金を主体に構成された触媒を含む電極である前記８〜１１のいずれかに記載の水素ガスの発生方法。
１３．カソード電極、アノード電極、陰イオン交換膜が一つの積層体からなる前記８〜１２のいずれかに記載の水素ガスの発生方法。
１４．アルコール化合物がメタノールである前記８〜１３のいずれかに記載の水素ガスの発生方法。
１５．原料となる水素の供給装置として前記１〜７のいずれかに記載の電解型水素発生装置を備えた燃料電池。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電解型水素発生装置によれば、アノードとカソードの分離膜として陰イオン交換膜を用いることにより、電極触媒として高価な白金等の貴金属類を用いる必要がなく、より安価な金属を用いることができるので低コスト化に大きく寄与する。また、カソード電極、アノード電極、陰イオン交換膜を積層して膜−電極集合体（ＭＥＡ）とすることで構造をよりコンパクトにすることができる。
本発明の水素発生装置は、高分子固体電解質型燃料電池の水素供給装置として用いることにより携帯用や据え置き用燃料電池として機能させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の電解型水素発生装置は、陰イオン交換膜と、該交換膜の両面に対向して配置されるアノード電極及びカソード電極と、該電極間に電流を供給する手段とを備え、陰イオン交換膜と各電極は、通常電解槽中に設置される。具体的には、電解槽は、陰イオン交換膜によってアノード室とカソード室とに区分けされ、交換膜に対向してアノード室側にはアノード電極、カソード室側にはカソード電極が配置される。
【００１０】
本発明で使用できる陰イオン交換膜としては、水酸化物イオン（ＯＨ-）を透過させるものであれば特に制限はないが、透過性に優れ、導電性に優れ、耐アルカリ性を有する強塩基性低抵抗型の陰イオン交換材料からなる交換膜が好ましい。また、この交換膜は各電極で発生するガスが互いに透過しないようガスセパレータの作用を有することが好ましい。膜厚としては、交換膜の材質によるので一概に言えないが、導電性、膜強度等を考慮して決定する。通常は２０〜２００μｍである。
【００１１】
陰イオン交換膜材料としては、例えば、基材としてのスチレン／ジビニルベンゼン共重合体に、陰イオン交換基が導入されてなる陰イオン交換体が挙げられる。陰イオン交換基としては、強塩基性であるものが好ましく、具体的には、４級アンモニウム基またはピリジニウム基が好ましく用いられる。４級アンモニウム基としては、例えば−ＣＨ2−Ｎ（ＣＨ3）3ＯＨ基などが挙げられる。
また、基材としてのポリビニルアルコールにポリアリルアミンなどの非イオン性親水性高分子を導入したものも使用できる。その製造は、例えばポリビニルアルコール９０質量部、ポリアリルアミン１０質量部の割合で水溶液を調製し、それをプレート上に流し込んで６０℃程度で乾燥することにより膜状に成形することにより行なうことができる。
【００１２】
本発明においては、カソード電極側には水を含む材料が供給され、アノード電極側にはアルコール化合物を含む材料が供給される。カソード側では水が電気分解され水素ガスと水酸化物イオン（ＯＨ-）が発生し、アノード側で陰イオン交換膜を透過した水酸化物イオン（ＯＨ-）とアルコール化合物とが反応して水と二酸化炭素が発生する。
【００１３】
カソード側に供給される水を含む材料としては、水単独あるいは水にアルカリ水酸化物などの電解質を加えたものが使用できる。アルカリ水酸化物を用いることで電気伝導度を向上できる。アルカリ水酸化物としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられ、濃度は１．０モル／リットル以下とすることが好ましい。
【００１４】
アノード側に供給されるアルコール化合物を含む材料のアルコール化合物としては特に制限されないが、例えば比較的毒性も低く分解電圧も低い炭素数１〜４のアルキルアルコールが好ましく使用できる。具体的には、メタノール、エタノール、プロパノール等が挙げられ、これらは２種以上を混合して用いることもできる。また、これらアルコール化合物に水を添加し、水溶液としてアノードに供給することもできる。
【００１５】
アノード側にメタノールを供給して電解する場合の反応式は次の通りである。
カソード：６Ｈ2Ｏ＋６ｅ-→３Ｈ2＋６ＯＨ-
アノード：ＣＨ3ＯＨ＋６ＯＨ-→ＣＯ2＋５Ｈ2Ｏ＋６ｅ-
カソード極で発生した水素は外部に取り出され燃料電池の燃料にまたは貯蔵用に供給される。発生した水酸化物イオン（ＯＨ-）は陰イオン交換膜を通過してアノード側に運ばれそこでメタノールを酸化する。この反応式に示した通り、総合的な反応はメタノールと水が１分子反応して水素が３分子と二酸化炭素が１分子発生する反応であるので、カソード極側には水の供給が必要で、アノード極にはアルコール（この例ではメタノール）の供給が必要となる。
【００１６】
これらの液体原料をアノード側及びカソード側に供給するためには、アノード室及びカソード室にそれぞれ液体原料の供給口及び排出口を設ける。好ましくは循環型とし、排出口から流出する液体原料を原料濃度の調整をした後に供給口に循環させる。その循環路中に気液分離装置を設けて、カソード側から水素を分離取得する。アノード側から発生する二酸化炭素については、ほぼ純粋な二酸化炭素ガスはその気泡が大きいことから、気液分離装置を設けなくても良好に気液分離することができるが、もちろん気液分離装置を設けても良い。
【００１７】
本発明では陰イオン交換膜を用いることにより、陽イオン交換膜を用いた電解型水素発生装置のように液が強酸性にならないので、電極触媒金属に白金等の貴金属を用いる必要がなく、低コスト化を図ることができる。
【００１８】
本発明で使用できるカソード電極の電極触媒としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｚｎやそれらの合金などが挙げられ、アノード電極の電極触媒としては、Ｃｏ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎやそれらの合金または酸化物などが挙げられる。さらにそれぞれの金属に同種金属または他種金属をメッキして活性度を上げて用いることも好ましい。
【００１９】
これらの電極に用いる金属を選定する重要な要素は、反応に対して安定であり劣化しにくいと同時に分解電圧、特に活性化過電圧が低いものでさらに安価なことである。この観点から、カソード極としてはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇのいずれかまたはそれらの合金が好ましく、アノード極にはＣｏ、Ａｇ、Ｎｉのいずれかまたはそれらの合金が好ましい。さらにカソード極を活性化させるためにＦｅの表面をＮｉとＳを分散メッキしたものも好適である。
【００２０】
これらの電極触媒は、基材上に分散担持させて電極とすることができる。基材としては、例えばガス拡散電極等に使用される炭素繊維織物に炭素粉末を分散させた三次元的な広がりを持つ材料、炭素粉末をフッ素樹脂をバインダーとして混練しホットプレスによりシート状にしたものが使用できる。炭素繊維として好ましくは、導電性に優れた気相法炭素繊維が挙げられる。炭素粉末としてはケッチェンブラック等のカーボンブラックが挙げられる。バインダーとして用い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樹脂）等が挙げられる。また、炭素以外の基材としては、例えばチタンスポンジを固めて板状にしたものや、フォーム状のもの、チタン繊維を焼結したような三次元的な広がりを持つ材料、またはエクスパンドメッシュなどが使用できる。この基材の上に電極物質を形成して電極とする。これらの電極物質の生成法に関しては特に指定されないが、例えばコバルトの場合は、所定の割合に混合した塩化コバルト酸をブチルアルコールなどに溶解した塗布液を電極基材の電極面に塗布し、水素気流中で２００℃から６００℃で熱分解することによってコバルトを基材表面に形成することが出来る。電極物質の担持量は、塗布／熱分解の回数を調節することにより調節できる。
【００２１】
また、基材が炭素など高温の酸化雰囲気に弱い場合には、あらかじめこれらの電極物質をチタンスポンジなど、金属粉末に被覆しておき、これを炭素、フッ素樹脂などと共に基材に塗布し、フッ素樹脂の焼結温度、例えばＰＴＦＥ樹脂であれば２００〜３００℃で軽く圧力をかけながらホットプレスすることによって焼き付けて製造することができる。
【００２２】
本発明においては、陰イオン交換膜とカソード触媒を担持した電極とアノード触媒を担持した電極とを積層していわゆる分離膜と電極の集合体（ＭＥＡ）として用いることができる。ＭＥＡとすることにより、コンパクトな構造に収めることができるとともに電解の過電圧を小さく抑えることができる。
【００２３】
電極の外側には集電体を設置する。集電体としては導電性及び耐食性等を有するものであれば特に制限されず、例えば、銅材料や炭素材料からなるものが使用できる。
【００２４】
本発明において、電極間に電流を供給する手段としては特に制限されなく、通常電解反応で使用されているものが同様に使用できる。本発明において、適用する電流密度は０．１〜１０Ａ／ｄｍ2が好ましい。
【００２５】
アルコールとしてメタノールを用いた反応の理論分解電圧は、０．０５Ｖである。いかに過電圧を小さくして理論分解電圧に近い電圧で水素を取り出せるかが水素発生装置での重要なファクターになるので、上記した様な活性化過電圧の小さい電極触媒を選択するとともに電極と集電体や液抵抗を小さくすることが重要である。
【００２６】
本発明の燃料電池は、原料となる水素の供給装置として上記の電解型水素発生装置を使用するものである。その接続方法等は、従来公知の方法が制限なく使用できる。
【００２７】
本発明を考慮する上で、ＤＭＦＣとの効率性の対比が重要となる。本発明のように水素を燃料にした燃料電池は実用的には０．７Ｖの発生電圧を有しており、一方ＤＭＦＣの実用発生電圧は０．４Ｖ程度である。この差の０．３Ｖ分が水素を直接燃料に用いた燃料電池にはＤＭＦＣに比べて有利であり、この範囲内の電圧で電解して水素を発生させかつその製造コストを含めて０．３Ｖの付加価値内に収めることが要求される。本発明の電解型水素発生装置は水素発生効率に優れ、コストも低く抑えることができるので、この要求を十分に満たし得る。
【００２８】
一方、水素を直接貯蔵するには７００気圧程度の高圧にしないとかさばって現実的ではない。しかしこのような高圧貯蔵ではいろいろな危険が潜んでおり問題がある。その代わりに水素含有量の大きい物質で貯蔵してそれを必要な時に電解して水素にして取り出せば安全で効率的である。しかも電解による水素発生器と燃料電池をシステム的に融合させれば携帯式の電源としてもまた据え置き型の電源としても非常に有効である。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明を、実施例及び比較例により説明するが、本発明は以下の例により制限されるものではない。
【００３０】
実施例１
陰イオン交換膜としては、株式会社アストム製のネオセプタ（登録商標）強塩基性低抵抗膜（型番：ＡＭ−１、膜厚：１１０μｍ、電気抵抗：１．２Ω・ｃｍ2）を用いた。
カソード極としては、鉄製メッシュにＮｉとＳをメッキ処理して活性化したものを用いた。
アノード極としては、チタン製メッシュ上にカーボンブラックにＰＴＦＥ樹脂をバインダーとして焼き付けた厚さ０．２ｍｍの多孔体を芯材として、その表面に塩化コバルト酸のブチルアルコール溶液を塗布し、水素気流中で４００℃で熱分解してコバルト相を形成したものを用いた。
カソードとイオン交換膜及びアノードとイオン交換膜の間にそれぞれテフロン（登録商標）製１ｍｍ厚のシートを挟んでさらに両極の外側にそれぞれの集電用銅板を両極が接触しないようにして配置し、集電用銅板の外側からプレスして電解槽を作製した。カソード極側及びアノード極側にはそれぞれ液の入口及び出口を設け液循環ができるようにした。それぞれの電極から排出された液はガスを含んでいるのでそれぞれ別にミストキャッチャー付気液分離器を設け、カソード側からは水素がアノード側からは主にＣＯ2が分離排出できるようにした。それぞれの液は循環させてそれぞれの極の液の入り口に戻すようにした。カソード極の循環液には０．１モル／リットルのＫＯＨ水溶液を用い、アノード極の循環液には５０％メタノール水溶液を用いた。
【００３１】
電流密度１Ａ／ｄｍ2で電解行ったところ電圧は０．２６Ｖで安定した。カソード側からは水素が連続的に放出され、アノード極側からはＣＯ2が連続的放出された。それぞれの液濃度は循環液にメタノールや精製水の補充で調製した。カソードから発生したガス成分をガスクロマトグラフィーで測定したところほぼ１００％水素であった。またその量から換算するとカソード側の電流効率は９９．５％以上であった。
アノード側からはＣＯ2がほぼ理論値どおり得られ、全体の電流効率は９０％以上を保持した。さらに電流密度を１０Ａ／ｄｍ2に上げたところ、電圧は０．３４Ｖまで上昇したがそれぞれの極にて水素やＣＯ2などの発生は順調に行えた。
【００３２】
実施例２
陰イオン交換膜としては、株式会社アストム製のネオセプタ（登録商標）強塩基性低抵抗膜（型番：ＡＦＮ、膜厚：１３０μｍ、電気抵抗：０．３Ω・ｃｍ2）を用いた。
アノード触媒には昭和電工製ＶＧＣＦ（気相法炭素繊維）とカーボンブラックとをＰＴＦＥバインダーで結合した担材の表面にコバルト粉末を水素中還元反応で相形成させて担持させたものを用い、カソード触媒には昭和電工製ＶＧＣＦとカーボンブラックとをＰＴＦＥバインダーで結合したものの表面にＦｅ粉末をコロイド法で担持させたものを用いて、それぞれを陰イオン交換膜の片面ずつ塗布してシート状に成形して膜−電極複合体（ＭＥＡ）とした。セパレーターには昭和電工製のカーボン系セパレーターを用いて単セル４槽の積層型電解槽を作製した。両終端の集電板には昭和電工製カーボンを用いた。
アノード極側には９５％メタノール水溶液を供給し、カソード極側にはイオン交換後蒸留を行った精製水を供給した。メタノール水溶液の供給は循環方式とし、発生した炭酸ガスを分離する分離器を外部循環路に設け、濃度調整した後、再度アノード極に循環した。精製水は加圧しながらカソード極に押し込みながら循環させた。なお、ＭＥＡはあらかじめ水蒸気で湿潤させて使用した。一通り循環が行われてから外部から直流電流を流し電解を始めた。電流密度は１Ａ／ｄｍ2で行った。これにより電解電圧は１．０６Ｖでカソード側から水素が連続的に放出された。発生した水素濃度をガスクロマトグラフィーで測定したところ水蒸気分を除くとほぼ１００％であった。電流効率は９８％を記録した。またアノード極側からはほぼ理論どおりのＣＯ2が観測された。電流密度を１０Ａ／ｄｍ2まで上げて電解したところ、電解電圧は１．４１Ｖまで上昇したが電流効率は９２％で非常に効率が良かった。
【００３３】
実施例３
陰イオン交換膜にはアストム製のネオセプタ（登録商標）強塩基性１価イオン選択透過性膜（型番：ＡＭ−３、膜厚：２００μｍ、電気抵抗：２．８Ω・ｃｍ2）を用い、カソード極触媒としてＦｅ粉末に代えてＦｅ粉表面をＮｉとＳでメッキ処理して活性化したものを用いた以外は実施例２と同様なＭＥＡを作製した。
その他セパレーター、集電板も実施例２と同様にして電解槽を構成した。
アノード極側には５０％エタノール水溶液を供給し、カソード極側には実施例２と同様な精製水を供給した。エタノール水溶液の供給は循環方式とし、発生した炭酸ガスを分離する分離器を外部循環路に設け、濃度調整した後、再度アノード極に循環した。精製水はカソード極を循環させて使用した。ＭＥＡはあらかじめ湿潤させて用いた。最初電流密度を１Ａ／ｄｍ2で行った。電解電圧は０．９８Ｖでカソード側から水素が連続的に放出された。水素はほぼ１００％でカソード側の電流効率は９５％以上であった。またアノード極側からはほぼ理論どおりのＣＯ2が観測された。電流密度を１０Ａ／ｃｍ2まで上げて電解したところ、電解電圧は１．２８Ｖまで上昇したがトータルの電流効率は８５％以上を保持した。
【００３４】
実施例４
実施例２で用いた電解槽から発生した水素ガスを直接別途設けた燃料電池の燃料用に用いて燃料電池を稼動させた。この燃料電池は、デュポン製ナフィオン１１７を用い、その一面に昭和電工製ＶＧＣＦに担持させたＰｔ−Ｒｕ合金の熱分解生成物を触媒としてＰＴＦＥ樹脂と混ぜてカーボンブラックに混合させたものを塗布して燃料極を構成し、もう一面にＰｔ粉を触媒としてＶＧＣＦに担持させてカーボンブラックに混合したものを塗布して空気極を構成し、ＭＥＡとした。このＭＥＡを、セパレーターに昭和電工製カーボン系セパレーターを用いて、４層重ねて、その両端にはカーボン製集電板を設置し、それを圧着して燃料電池を構成した。
この燃料電池の出力は実質の出力電圧は０．７Ｖで出力密度は１３０ｍＷ／ｃｍ2であった。燃料のメタノール有効使用率は８５％であった。