(57)【要約】【課題】本発明は、アルコールをアノード酸化する際に生成する副生成物の排出を抑制することが可能な膜電極接合体、該膜電極接合体を有する燃料電池及び該燃料電池を有する電子機器を提供することを目的とする。【解決手段】膜電極接合体は、電解質膜２がアノード３及びカソード４に狭持されており、アノード３は、作用の異なる２種以上の触媒が積層されている触媒層を有する。【選択図】図１
2007157547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜がアノード及びカソードに狭持されている膜電極接合体において、
該アノードは、作用の異なる２種以上の触媒が積層されている触媒層を有することを特徴とする膜電極接合体。
【請求項２】
前記２種以上の触媒は、炭素数が２以上のアルコールの炭素−炭素結合の解離を伴わない酸化反応に活性な第一の触媒及び該酸化反応の生成物の炭素−炭素結合の解離反応に活性な第二の触媒を含有し、
前記第一の触媒を含有する層を前記触媒層の前記電解質膜との界面に有し、
前記第二の触媒を含有する層を前記触媒層の表面に有することを特徴とする請求項１に記載の膜電極接合体。
【請求項３】
電解質膜がアノード及びカソードに狭持されている膜電極接合体において、
該アノードは、作用の異なる２種以上の触媒が混合されている触媒層を有することを特徴とする膜電極接合体。
【請求項４】
前記２種以上の触媒の構成比は、前記触媒層の厚さ方向に対して連続的に変化することを特徴とする請求項３に記載の膜電極接合体。
【請求項５】
前記２種以上の触媒の構成比は、前記触媒層の厚さ方向に対して段階的に変化することを特徴とする請求項３に記載の膜電極接合体。
【請求項６】
前記２種以上の触媒は、炭素数が２以上のアルコールの炭素−炭素結合の解離を伴わない酸化反応に活性な第一の触媒及び該酸化反応の生成物の炭素−炭素結合の解離反応に活性な第二の触媒を含有し、
該２種以上の触媒に対する該第一の触媒の比は、前記触媒層の表面の側よりも前記触媒層の前記電解質膜の側で高く、
該２種以上の触媒に対する該第二の触媒の比は、前記触媒層の前記電解質膜の側よりも前記触媒層の表面の側で高いことを特徴とする請求項４又は５に記載の膜電極接合体。
【請求項７】
前記２種以上の触媒の構成比は、前記触媒層の面方向に対して連続的に変化することを特徴とする請求項３に記載の膜電極接合体。
【請求項８】
前記２種以上の触媒の構成比は、前記触媒層の面方向に対して段階的に変化することを特徴とする請求項３に記載の膜電極接合体。
【請求項９】
前記２種以上の触媒は、炭素数が２以上のアルコールの炭素−炭素結合の解離を伴わない酸化反応に活性な第一の触媒及び該酸化反応の生成物の炭素−炭素結合の解離反応に活性な第二の触媒を含有し、
該２種以上の触媒に対する該第一の触媒の比は、前記触媒層の該アルコールが排出される側よりも前記触媒層の該アルコールが供給される側で高く、
該２種以上の触媒に対する該第二の触媒の比は、前記触媒層の該アルコールが供給される側よりも前記触媒層の該アルコールが排出される側で高いことを特徴とする請求項７又は８に記載の膜電極接合体。
【請求項１０】
前記第一の触媒は、周期律表のＩｂ、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂ、ＶＩＩｂ及びＶＩＩＩｂ族の第４、第５及び第６周期に属する元素の単体及び化合物からなる群より選択される一種以上からなり、
前記第二の触媒は、周期律表のＩＩＩａ、ＩＶａ、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂ及びＶＩＩＩｂ族の第３、第４、第５及び第６周期に属する元素の単体及び化合物からなる群より選択される一種以上からなることを特徴とする請求項２、６及び９のいずれか一項に記載の膜電極接合体。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の膜電極接合体を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項１２】
前記膜電極接合体を複数有し、
該複数の膜電極接合体は、少なくとも一つの平面上に配列されていると共に、電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記膜電極接合体を複数有し、
該複数の膜電極接合体は、バイポーラプレートを介して順次積層されていることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の燃料電池を有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜電極接合体、燃料電池及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の小型化に適合する技術として、アノードに直接メタノールを供給する直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）が知られている。この燃料電池は、メタノール水溶液を直接アノードに供給するため、メタノールから水素を取り出すための改質器が不要となり、装置自体を小型化し、安価にできるだけでなく、燃料の取り扱いの安全性や始動性が向上し、全体の運転手段も簡素化することができる。このように利点の多い直接メタノール型燃料電池ではあるが、メタノールのアノード酸化反応が大きな過電圧を有しているため、低効率及び低出力という問題がある。さらに言及すると、メタノールの持つ毒性は、人体の健康を害する可能性があり、保管や取り扱いには、あるレベルの規制が設けられている。
【０００３】
このような観点から、メタノールの代わりに、エタノール、ジメチルエーテル等を用いることが提案されているが、メタノール以上の出力特性は得られていないのが現状である。しかしながら、小型及び超小型に代表されるポータブル燃料電池には、人体への毒性及び環境への影響が極めて少ないエタノールを燃料に使用することが好ましいと考えられる。
【０００４】
ところで、直接メタノール燃料電池は、実際の使用条件において、燃料の消費過程で、ホルムアルデヒド、ギ酸、ギ酸メチル、一酸化炭素等の副生成物がｐｐｍオーダーで検出されている。また、一般式
ＣｎＨ２ｎ＋１ＯＨ（ｎ≧２）
で示される、炭素−炭素結合を有するアルコールのアノード酸化反応は、さらに複雑で炭素−炭素結合を解離できないと、例えば、エタノールの場合、アセトアルデヒド、酢酸等の副生成物が生成する可能性がある。これらのアルコールのアノード酸化の反応メカニズムとしては、以下のようなものが非特許文献１〜５に開示されている。
【０００５】
まず、エタノールのアノード酸化の原理的な反応を式（１）に示す。
【０００６】
ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ＋３Ｈ２Ｏ→２ＣＯ２＋１２Ｈ＋＋１２ｅ−・・・（１）
エタノールのアノード酸化は、白金等の触媒表面への化学吸着から始まり、酸化過程を経て、最終的には二酸化炭素として電極の表面から放出されるのが理想的な反応である。プロトンは、電解質膜を通過して、カソードにおける酸素還元反応で消費される。また、電子は、電子伝導体から集電体及び外部回路を経て、カソードにおける酸素還元反応で消費される。
【０００７】
非特許文献１では、式（１）で示されたエタノールのアノード酸化に関して、エタノールの化学吸着力の違いにより、並発的な式（２）及び（３）で表される反応経路で進行することが記載されている。
【０００８】
ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ→［ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ］ａｄ→（Ｒ）ａｄ→ＣＯ２・・・（２）
ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ→［ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ］ａｄ→ＣＨ３ＣＨＯ→ＣＨ３ＣＯＯＨ・・・（３）
式（２）の（Ｒ）ａｄは、化学吸着力の強い中間体であり、具体的には、非特許文献３で示されている（ＣＯ）ａｄが挙げられる。この中間体は、化学吸着力が強いため、触媒被毒種となりうる。このため、これを逐次除去する必要がある。白金の近傍にルテニウムを配置したＰｔ−Ｒｕ合金は、ルテニウムが白金に比べて酸素種を吸着しやすいため、触媒被毒種の酸化を促す効果があることが知られている。しかしながら、依然として過電圧が大きく、特に、エタノールを燃料として用いると、メタノールを燃料とする燃料電池の半分以下の出力しか得られない（非特許文献６参照）。そこで、白金とルテニウムの他に、さらに元素を組み合わせた触媒によるアルコールのアノード酸化を評価した例（非特許文献７及び特許文献１参照）や、触媒として、Ｐｔ−Ｒｕ合金の替わりに、Ｐｔ−Ｓｎ合金を用いた例も知られている（非特許文献８参照）。しかしながら、これらの元素添加効果は、式（３）で示されるような副生成物が生成する反応を活性化しているにすぎないという見解もある（非特許文献９参照）。
【０００９】
式（３）は、弱い化学吸着力を持つエタノール中間体から、アセトアルデヒド、酢酸等の中間生成物が生成する反応である。非特許文献１に記載されているように、アセトアルデヒドが主な中間生成物として検出されている例もあれば、非特許文献５に記載されているように、酢酸が検出されている例もある。これらのことから、触媒の表面で弱く吸着している中間体がアセトアルデヒドや酢酸として容易にバルクへ拡散されることは明らかであり、それらの量的な関係は電位に依存している。非特許文献３に、例えば、白金触媒では、０．６Ｖ（ｖｓ．ＲＨＥ）以下では、アセトアルデヒドが生成し、０．８Ｖ（ｖｓ．ＲＨＥ）以上では、酢酸が主に生成するという記述がある。これは、白金が酸素種を吸着するのに要する分極電位が０．６〜０．８Ｖ（ｖｓ．ＲＨＥ）であるためである。また、メタノールの場合、式（２）で示された反応経路がメインであるが、エタノールでは、式（３）の寄与が大きく、結果として、アセトアルデヒドや酢酸までのステップで反応が終結し、副生成物の収率が大きくなる。非特許文献１０では、エタノールのアノード酸化の生成物の定量を行っているが、Ｐｔ−Ｒｕ触媒では、１００℃以上の高温条件下でさえ、ＣＯ２が４０％、アセトアルデヒドが６０％となる。
【００１０】
一方、非特許文献１１では、エタノールのアノード酸化で生成する生成物は、アセトアルデヒドとＣＯ２のみであると報告されており、アセトアルデヒドに対して活性の高い触媒は、Ｐｔ２Ｓｎであるとしている。なお、非特許文献１１では、アセトアルデヒドを燃料として用いて発電しており、酢酸が生成していないのであれば、式（３）においても、アセトアルデヒドから炭素−炭素結合の解離を経て二酸化炭素まで酸化される反応経路が存在することが示唆される。
【００１１】
しかしながら、エタノールのアノード酸化では、何れの触媒についてもエタノールから二酸化炭素までの完全酸化反応における選択性及び反応活性が乏しい状況にある。
【特許文献１】特開２００４−１５２７４８号公報
【非特許文献１】Ｋ．Ａ．  Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ  ｅｔ  ａｌ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｏａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，４７２（１９９９），１２０−１２５
【非特許文献２】Ｃ．Ｌａｍｙ  ｅｔ  ａｌ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，３１（２００１），７９９−８０９
【非特許文献３】Ｃ．Ｌａｍｙ  ｅｔ  ａｌ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｏｕｒｃｅｓ，１０５（２００２），２８３−２９６
【非特許文献４】Ｍ．Ｗａｔａｎａｂｅ  ｅｔ  ａｌ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ，１７（２００１），１４６−１５４
【非特許文献５】Ｔ．Ｉｗａｓｉｔａ，Ｊ．Ｂｒａｚ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．１３  Ｎｏ．４（２００２），４０１−４０９
【非特許文献６】藤田他，電池討論会講演要旨集，４２ｎｄ，５９０−５９１（２００１）
【非特許文献７】Ｊ．−Ｍ．Ｌｅｇｅｒ  ｅｔ  ａｌ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，３１（２００１），３７９−３８６
【非特許文献８】Ｗ．  Ｚｈｏｕ  ｅｔ  ａｌ，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃａｔａｌｙｓｉｓ，４６（２００３），２７３−２８５
【非特許文献９】神谷他，電気化学会講演要旨集，７２ｎｄ，２１１（２００５）
【非特許文献１０】Ｊ．Ｗａｎｇ  ｅｔ  ａｌ，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１４２（１９９５），４２１８−４２２４
【非特許文献１１】山崎他，２００５年  電気化学会秋季大会  講演要旨集，４６（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、アルコールをアノード酸化する際に生成する副生成物の排出を抑制することが可能な膜電極接合体、該膜電極接合体を有する燃料電池及び該燃料電池を有する電子機器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】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、電解質膜がアノード及びカソードに狭持されている膜電極接合体において、該アノードは、作用の異なる２種以上の触媒が積層されている触媒層を有することを特徴とする。これにより、アルコールをアノード酸化する際に生成する副生成物の排出を抑制することが可能な膜電極接合体を提供することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の膜電極接合体において、前記２種以上の触媒は、炭素数が２以上のアルコールの炭素−炭素結合の解離を伴わない酸化反応に活性な第一の触媒及び該酸化反応の生成物の炭素−炭素結合の解離反応に活性な第二の触媒を含有し、前記第一の触媒を含有する層を前記触媒層の前記電解質膜との界面に有し、前記第二の触媒を含有する層を前記触媒層の表面に有することを特徴とする。これにより、アルコールをアノード酸化する際に生成する副生成物の排出をさらに抑制することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、電解質膜がアノード及びカソードに狭持されている膜電極接合体において、該アノードは、作用の異なる２種以上の触媒が混合されている触媒層を有することを特徴とする。これにより、アルコールをアノード酸化する際に生成する副生成物の排出を抑制することが可能な膜電極接合体を提供することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の膜電極接合体において、前記２種以上の触媒の構成比は、前記触媒層の厚さ方向に対して連続的に変化することを特徴とする。これにより、アルコールをアノード酸化する際に生成する副生成物の排出をさらに抑制することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の膜電極接合体において、前記２種以上の触媒の構成比は、前記触媒層の厚さ方向に対して段階的に変化することを特徴とする。これにより、アルコールをアノード酸化する際に生成する副生成物の排出をさらに抑制することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の膜電極接合体において、前記２種以上の触媒は、炭素数が２以上のアルコールの炭素−炭素結合の解離を伴わない酸化反応に活性な第一の触媒及び該酸化反応の生成物の炭素−炭素結合の解離反応に活性な第二の触媒を含有し、該２種以上の触媒に対する該第一の触媒の比は、前記触媒層の表面の側よりも前記触媒層の前記電解質膜の側で高く、該２種以上の触媒に対する該第二の触媒の比は、前記触媒層の前記電解質膜の側よりも前記触媒層の表面の側で高いことを特徴とする。これにより、アルコールをアノード酸化する際に生成する副生成物の排出をさらに抑制することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項３に記載の膜電極接合体において、前記２種以上の触媒の構成比は、前記触媒層の面方向に対して連続的に変化することを特徴とする。これにより、アルコールをアノード酸化する際に生成する副生成物の排出をさらに抑制することができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項３に記載の膜電極接合体において、前記２種以上の触媒の構成比は、前記触媒層の面方向に対して段階的に変化することを特徴とする。これにより、アルコールをアノード酸化する際に生成する副生成物の排出をさらに抑制することができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の膜電極接合体において、前記２種以上の触媒は、炭素数が２以上のアルコールの炭素−炭素結合の解離を伴わない酸化反応に活性な第一の触媒及び該酸化反応の生成物の炭素−炭素結合の解離反応に活性な第二の触媒を含有し、該２種以上の触媒に対する該第一の触媒の比は、前記触媒層の該アルコールが排出される側よりも前記触媒層の該アルコールが供給される側で高く、該２種以上の触媒に対する該第二の触媒の比は、前記触媒層の該アルコールが供給される側よりも前記触媒層の該アルコールが排出される側で高いことを特徴とする。これにより、アルコールをアノード酸化する際に生成する副生成物の排出をさらに抑制することができる。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、請求項２、６及び９のいずれか一項に記載の膜電極接合体において、前記第一の触媒は、周期律表のＩｂ、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂ、ＶＩＩｂ及びＶＩＩＩｂ族の第４、第５及び第６周期に属する元素の単体及び化合物からなる群より選択される一種以上からなり、前記第二の触媒は、周期律表のＩＩＩａ、ＩＶａ、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂ及びＶＩＩＩｂ族の第３、第４、第５及び第６周期に属する元素の単体及び化合物からなる群より選択される一種以上からなることを特徴とする。これにより、アルコールをアノード酸化する際に生成する副生成物の排出をさらに抑制することができる。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、燃料電池において、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の膜電極接合体を有することを特徴とする。これにより、アルコールをアノード酸化する際に生成する副生成物の排出をさらに抑制することが可能な燃料電池を提供することができる。
【００２４】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の燃料電池において、前記膜電極接合体を複数有し、該複数の膜電極接合体は、少なくとも一つの平面上に配列されていると共に、電気的に直列に接続されていることを特徴とする。これにより、燃料電池を小型化することができる。
【００２５】
請求項１３に記載の発明は、請求項１１に記載の燃料電池において、前記膜電極接合体を複数有し、該複数の膜電極接合体は、バイポーラプレートを介して順次積層されていることを特徴とする。これにより、燃料電池の出力を向上させることができる。
【００２６】
請求項１４に記載の発明は、電子機器において、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の燃料電池を有することを特徴とする。これにより、アルコールをアノード酸化する際に生成する副生成物の排出を抑制することが可能な燃料電池が搭載された電子機器を提供することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、アルコールをアノード酸化する際に生成する副生成物の排出を抑制することが可能な膜電極接合体、該膜電極接合体を有する燃料電池及び該燃料電池を有する電子機器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】
【００２８】
次に、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に説明する。
【００２９】
本発明の膜電極接合体は、電解質膜がアノード及びカソードに狭持されており、アノードは、作用の異なる２種以上の触媒が積層又は混合されている触媒層を有する。このとき、触媒は、単独で使用してもよいし、導電性基材に担持されていてもよい。このような膜電極接合体は、直接アルコール型燃料電池に用いることができる。
【００３０】
直接アルコール型燃料電池とは、燃料として、アルコールをアノードに供給し、酸化剤として、酸素をカソードに供給して、その酸化還元反応により、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電デバイスである。エタノールやその他の炭素鎖の長いアルコールのエネルギー密度（ｋＷｈ／ｋｇ）は、液体水素やメタノールよりも大きく、理論効率は、水素を利用した燃料電池よりも大きい。しかし、アノード酸化の反応抵抗が大きく、十分な出力が得られていないのが現状である。
【００３１】
電解質膜は、イオン伝導性を有する膜であるが、特に、プロトンを伝播する性能を有する膜が好ましく、例えば、ナフィオン（デュポン社製）、アシプレックス（旭化成社製）、フレミオン（旭硝子社製）等が挙げられる。
【００３２】
アノード（又はカソード）は、粒子径が数ナノメートルの触媒と、触媒を担持するためや反応により発生する電子を伝播するための導電性基材と、酸化還元反応により生成するプロトンを伝播するための電解質成分との混合物からなる触媒層を有し、燃料（又は酸化剤）が供給される側面に拡散層を有することが好ましい。導電性基材としては、例えば、バルカン（キャボット社製）、ケッチェンブラック（ライオン社製）等の粒子径が数十ナノメートルのカーボン微粒子を用いることができる。このとき、触媒を担持したカーボン微粒子は、凝集して、粒子径が数百ナノメートルの二次粒子となって電極中に存在している。
【００３３】
拡散層としては、カーボンペーパ、カーボンクロス等の多孔質基材を用いることができる。拡散層には、必要に応じて、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に代表される撥水剤を添加又は積層することもできる。
【００３４】
なお、膜電極接合体は、アノードとカソードとの間に電解質膜を介在させて挟持する方法、ホットプレス、キャスト製膜等によって三者を接合することにより、作製することができる。
【００３５】
直接メタノール型燃料電池のアノード触媒には、Ｐｔ−Ｒｕ合金が好適であるとされている。ここで、合金とは、白金とルテニウムが原子レベルでお互いに近傍にあることを意味する。これは、白金の表面に吸着したメタノールが酸化される過程で被毒種を順次二酸化炭素まで酸化させるために、酸素種を吸着しやすいルテニウムが、白金の近傍に存在する必要があるためである（ｂｉ−ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）。ここで、被毒種は、吸着力が強いために、白金の表面を覆って、不活性化させる物質であり、主に一酸化炭素である。
【００３６】
しかし、エタノールのように、炭素−炭素結合の解離を必要とする燃料に対しては、エタノールを吸着し、炭素−炭素結合の解離を伴わない酸化反応に活性を有し、生成物を脱着する第一の触媒（例えば、Ｐｔ−Ｒｕ触媒）と、生成物の炭素−炭素結合の解離反応に活性な触媒（例えば、Ｐｔ−Ｓｎ触媒）の合金を用いると、生成物は、炭素−炭素結合を解離する前に、触媒の表面から脱着すると考えられる。その結果、第二の触媒の機能が発揮されない。なお、エタノールを用いる場合、白金の表面で、エタノールの吸着、エタノールの炭素−炭素結合の解離を伴わない酸化反応、生成物の炭素−炭素結合の解離反応、一酸化炭素の酸化及び二酸化炭素の脱着の全てを行うことは困難であると考えられる。そこで、第一の触媒と、第二の触媒とを、互いの触媒作用に影響しない所定の距離を隔てて配置することにより、エタノールを二酸化炭素まで効率的に酸化することができ、副生成物の生成を抑制することができると考えられる。
【００３７】
本発明の膜電極接合体において、作用の異なる２種以上の触媒が積層されている場合に、２種以上の触媒は、炭素数が２以上のアルコールの炭素−炭素結合の解離を伴わない酸化反応に活性な第一の触媒及び酸化反応の生成物の炭素−炭素結合の解離反応に活性な第二の触媒を含有し、第一の触媒を含有する層を触媒層の電解質膜との界面に有し、第二の触媒を含有する層を触媒層の表面に有することが好ましい。なお、２種以上の触媒が第一の触媒及び第二の触媒からなる場合は、電解質膜上に第一の触媒を含有する層及び第二の触媒を含有する層が順次積層されていることが好ましい。
【００３８】
本発明の膜電極接合体において、作用の異なる２種以上の触媒が混合されている場合に、２種以上の触媒の構成比は、触媒層の厚さ方向に対して変化することが好ましい。なお、触媒の構成比が触媒層の厚さ方向に対して変化するとは、触媒層の厚さ方向に対して触媒の全モル濃度が一定である場合及び変化する場合のいずれも含む。このとき、変化は、連続的であっても、段階的であってもよい。このとき、触媒層の電解質膜又は拡散層と接する側の面は、単一の触媒で構成されていても、複数の触媒で構成されていても構わない。触媒層の厚さ方向においては、電解質膜に接する側の面と拡散層に接する側の面があり、電解質膜から拡散層に向けて、アルコールの濃度及び生成物の濃度が異なる。
【００３９】
このため、２種以上の触媒は、炭素数が２以上のアルコールの炭素−炭素結合の解離を伴わない酸化反応に活性な第一の触媒及び酸化反応の生成物の炭素−炭素結合の解離反応に活性な第二の触媒を含有し、２種以上の触媒に対する第一の触媒の比は、触媒層の表面の側よりも触媒層の電解質膜の側で高く、２種以上の触媒に対する第二の触媒の比は、触媒層の電解質膜の側よりも触媒層の表面の側で高いことが好ましい。これにより、炭素−炭素結合の解離を伴わない酸化反応の生成物の濃度が高くなる領域に、第二の触媒が多く配置されるので、燃料電池系外（送液ライン、燃料貯蔵タンク、大気中）に副生成物が排出されることを抑制することができる。
【００４０】
本発明の膜電極接合体において、作用の異なる２種以上の触媒が混合されている場合に、２種以上の触媒の構成比は、触媒層の面方向に対して変化することが好ましい。なお、触媒の構成比が触媒層の面方向に対して変化するとは、触媒層の面方向に対して触媒の全モル濃度が一定である場合及び変化する場合のいずれも含む。このとき、変化は、連続的であっても、段階的であってもよい。アルコールを強制的に循環させる形態の燃料電池では、セパレータと呼ばれる、拡散層とは別に燃料を送液するための溝を有する燃料供給路が用いられる。その結果、アルコールの供給口付近と排出口付近では、アルコールの濃度及び生成物の濃度が異なる。
【００４１】
このため、２種以上の触媒は、炭素数が２以上のアルコールの炭素−炭素結合の解離を伴わない酸化反応に活性な第一の触媒及び酸化反応の生成物の炭素−炭素結合の解離反応に活性な第二の触媒を含有し、２種以上の触媒に対する第一の触媒の比は、触媒層のアルコールが排出される側よりも触媒層のアルコールが供給される側で高く、２種以上の触媒に対する第二の触媒の比は、触媒層のアルコールが供給される側よりも触媒層のアルコールが排出される側で高いことが好ましい。これにより、炭素−炭素結合の解離を伴わない酸化反応の生成物の濃度が高くなる領域に、第二の触媒が多く配置されるので、燃料電池系外（送液ライン、燃料貯蔵タンク、大気中）に副生成物が排出されることを抑制することができる。
【００４２】
上記第一の触媒は、周期律表のＩｂ、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂ、ＶＩＩｂ及びＶＩＩＩｂ族の第４〜第６周期に属する元素の単体及び化合物からなる群より選択される一種以上からなり、上記第二の触媒は、周期律表のＩＩＩａ、ＩＶａ、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂ及びＶＩＩＩｂ族の第３、第４、第５及び第６周期に属する元素の単体及び化合物からなる群より選択される一種以上からなることが好ましい。このとき、第一の触媒及び第二の触媒は、上記の元素の単体及び化合物からなる群より選択される一種以上からなる合金であってもよい。第一の触媒としては、白金、白金とルテニウムとの混合体又は白金とルテニウムと、モリブデン、タングステン、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅等の単体又は化合物（酸化物等）との混合体が挙げられる。第二の触媒としては、白金、スズ、コバルト、ニッケル、ロジウム、パラジウム又はこれらとアルミニウム、亜鉛、チタンの酸化物の混合物が挙げられる。
【００４３】
本発明の膜電極接合体の作製方法は、特に限定されるものではないが、第一の触媒及び第二の触媒が積層されているアノードの触媒層を形成する場合の具体例を以下に示す。
【００４４】
第一の方法は、第一の触媒を含む第一触媒インク及び第二の触媒を含む第二触媒インクを用いて、アノードの触媒層を形成する方法である。
【００４５】
具体的には、電解質膜上に、第一触媒インクを塗布、乾燥した後、第二触媒インクを塗布、乾燥することにより、触媒層を形成することができる。
【００４６】
また、電解質膜上に、第二触媒インク及び第一触媒インクが順次塗布、乾燥されているＰＴＦＥシートをホットプレス等により圧着した後に、ＰＴＦＥシートを剥がすことにより、電解質膜上に、触媒層を転写することができる。
【００４７】
一方、塗布基板として、電解質膜の代わりに、拡散層を用いてもよい。具体的には、カーボンペーパ又はカーボンブラック及び結着材（電解質成分若しくはＰＴＦＥ成分）からなるカーボン層を表面に形成したカーボンペーパを用いることができる。この場合、カーボンペーパ上に、第二触媒インクを塗布、乾燥した後、第一触媒インクを塗布、乾燥することにより、触媒層を形成することができる。
【００４８】
なお、触媒インクは、触媒を担持したカーボンと、電解質成分の溶液又は分散液とを、水、アルコール等の溶媒と混合することにより、調製することができる。また、触媒インクの塗布方法は、触媒インクの粘度に応じて、スプレー、スピンコーター、アプリケータ、ワイヤーバー、ドクターブレード、ローラー等を用いることができる。
【００４９】
カソードの触媒層は、電解質膜又はカーボンペーパへの塗布法及び転写法のいずれを用いて形成してもよい。
【００５０】
電解質膜上に触媒層を形成した場合には、触媒層の表面に拡散層をホットプレスにより圧着し、膜電極接合体を作製することができる。また、拡散層上に触媒層を形成した場合には、触媒層の表面に電解質膜をホットプレスにより圧着し、膜電極接合体を作製することができる。
【００５１】
図４に、このようにして作製した膜電極接合体の、アノードと電解質膜の接合部分を示す。
【００５２】
第二の方法は、触媒インクと、乾式合成法又は乾式合成法及び湿式合成法を併用することにより、アノードの触媒層を形成する方法である。ここで、乾式合成法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、ガス中蒸発法等のＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ｃａｔ−ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が挙げられる。このとき、燃料及び生成物の拡散を阻害しないのであれば、いずれの方法を用いてもよい。湿式合成法としては、電解めっき、無電解めっき、コロイド含浸法等が挙げられる。乾式及び湿式合成法により形成される層は、触媒のみから構成される。
【００５３】
具体的には、カーボンペーパ又はカーボン層を表面に形成したカーボンペーパ上に、第二触媒インクを上記と同様に、塗布、乾燥した後、スパッタリング法により第一の触媒からなる層を形成することにより、触媒層を形成することができる。このとき、第一の触媒が二成分以上の場合は、同時にスパッタリングしてもよいし、これらの合金をスパッタリングしてもよい。なお、必要に応じて、スパッタリングにより形成した層上に、電解質成分の溶液又は分散液を塗布してもよい。これにより、電解質膜との密着性が良くなる。
【００５４】
また、電解質膜にスパッタリング法により第一の触媒からなる層を形成した後、第二触媒インクを塗布することにより、触媒層を形成することができる。
【００５５】
カソードの触媒層は、電解質膜又はカーボンペーパへの塗布法及び転写法のいずれを用いて形成してもよい。
【００５６】
電解質膜上に触媒層を形成した場合には、触媒層の表面に拡散層をホットプレスにより圧着し、膜電極接合体を作製することができる。また、拡散層上に触媒層を形成した場合には、触媒層の表面に電解質膜をホットプレスにより圧着し、膜電極接合体を作製することができる。
【００５７】
図５に、このようにして作製した膜電極接合体の、アノードと電解質膜の接合部分を示す。
【００５８】
次に、第一の触媒及び第二の触媒の構成比が触媒層の厚さ方向に対して変化するアノードの触媒層を形成する方法を以下に示す。具体的には、第一触媒インクと第二触媒インクの体積比を変えて混合した混合インクを用いて、アノードの触媒層を形成する方法である。
【００５９】
まず、第一触媒インク：第二触媒インク（体積比）が７５：２５、５０：５０及び２５：７５となるように混合することにより、それぞれ第三触媒インク、第四触媒インク及び第五触媒インクを調製する。次に、電解質膜上に、第一、第三、第四、第五及び第二の順に触媒インクを塗布、乾燥することにより、触媒層を形成することができる。また、カーボンペーパ又はカーボン層を表面に形成したカーボンペーパ上に、第二、第五、第四、第三及び第一の順に触媒インクを塗布、乾燥することにより、触媒層を形成することができる。
【００６０】
カソードの触媒層は、電解質膜又はカーボンペーパへの塗布法及び転写法のいずれを用いて形成してもよい。
【００６１】
電解質膜上に触媒層を形成した場合には、触媒層の表面に拡散層をホットプレスにより圧着し、膜電極接合体を作製することができる。また、拡散層上に触媒層を形成した場合には、触媒層の表面に電解質膜をホットプレスにより圧着し、膜電極接合体を作製することができる。
【００６２】
次に、第一の触媒及び第二の触媒の構成比が触媒層の面方向に対して変化するアノードの触媒層を形成する場合の具体例を以下に示す。
【００６３】
第一の方法は、電解質膜上又はカーボンペーパ若しくはカーボン層を表面に形成したカーボンペーパ上に、ギャップ幅が変化しているブレードを用いて、第一触媒インク（又は第二触媒インク）を塗布、乾燥した後に、ギャップ幅が一定のブレードを用いて第二触媒インク（又は第一触媒インク）を塗布する方法である。
【００６４】
第二の方法は、電解質膜上又はカーボンペーパ若しくはカーボン層を表面に形成したカーボンペーパ上に、第一触媒インク及び第二触媒インクを塗布する際に、機械式スプレー塗布装置を制御する方法である。機械式スプレー塗布装置を制御する方法としては、スプレーガンの移動（距離及び速度）を制御する方法、塗布圧力を制御する方法等が挙げられる。
【００６５】
第三の方法は、電解質膜上又はカーボンペーパ若しくはカーボン層を表面に形成したカーボンペーパ上に、第一触媒インク及び第二触媒インクを同時にスプレー塗布し、それぞれの触媒インクの塗布量を制御する方法である。なお、触媒インクの塗布量は、塗布圧力により、制御することができる。
【００６６】
カソードの触媒層は、電解質膜又はカーボンペーパへの塗布法及び転写法のいずれを用いて形成してもよい。
【００６７】
電解質膜上に触媒層を形成した場合には、触媒層の表面に拡散層をホットプレスにより圧着し、膜電極接合体を作製することができる。また、拡散層上に触媒層を形成した場合には、触媒層の表面に電解質膜をホットプレスにより圧着し、膜電極接合体を作製することができる。
【００６８】
本発明の燃料電池は、本発明の膜電極接合体を複数有するが、複数の膜電極接合体は、少なくとも一つの平面上に配列されていると共に、電気的に直列に接続されていることが好ましい。これにより、単セルの供給電力が弱い場合に、直列に接続することにより、電力を補うことができる。一般的に、平面上に配列すると、燃料を循環させるためのポンプやブロアが必要なくなり、また、装置全体の厚みを薄くできるので、小型燃料電池に適している。
【００６９】
本発明の燃料電池は、本発明の膜電極接合体を複数有するが、複数の膜電極接合体は、バイポーラプレートを介して順次積層されていることが好ましい。これにより、平面上に接続する場合と比較して、接続による電気抵抗を減らすことができるため、大電力の供給が可能となる。
【００７０】
図１に、本発明の燃料電池の第１の実施形態を示す。図１の燃料電池は、筐体１ａ及び１ｂ内にイオン伝導性を有する電解質膜２と、それを挟持する一対の電極（アノード３及びカソード４）を有し、それらの外側に燃料供給路５と酸化剤供給路６を具備してなる。なお、燃料として、アルコール水溶液を例示しているが、水素ガス、改質ガス燃料等の気体燃料であってもよい。
【００７１】
アノード３側には、燃料供給路５が設けられる。燃料供給路５は、燃料を収納するための部位であってもよいが、外部燃料収納部（図示せず）との流通路であってもよい。この際、燃料は、自然対流及び／又は強制対流により攪拌されることが好ましい。強制対流が必要な場合は、強制対流手段（図示せず）を付設してもよい。
【００７２】
カソード４側には、酸化剤供給路６が設けられている。上方に酸化剤（多くの場合は、空気）を導入するための酸化剤導入孔が設けられる一方、下方に未反応空気と生成物（多くの場合は、水）を排出するための酸化剤排出孔が設けられている。この場合、強制吸気及び／又は強制排気手段を付設してもよい（図示せず）。また、筐体１ａに空気の自然対流孔を設けてもよい。
【００７３】
本発明の燃料電池を、直接エタノール型燃料電池として用いる場合、アノード３に供給される燃料は、市販のエタノールであってもよいが、トウモロコシ、サトウキビ等の植物の発酵で得られるバイオエタノールを使用することが好ましい。
【００７４】
図１に示す燃料電池は、単セルを表しているが、本発明においては、単セルをそのまま使用してもよいし、複数のセルを直列及び／又は並列接続して実装燃料電池とすることもできる。
【００７５】
図２に、本発明の燃料電池の第２の実施形態を示す。図２に示す燃料電池は、厚みの小さい偏平な直方体の形状をしている。燃料電池内には、これを上下に仕切る燃料供給路５が形成されている。また、この燃料電池は、例えば、円筒状の容器７から構成された燃料収納部を有する。容器７は、燃料電池に対して、着脱可能になっている。容器７は、その側面に小孔７ａが形成されている。容器７内に収納された燃料は、小孔７ａを通じて供給される。小孔７ａは、容器７が筐体１へ装着される前は、所定の封止手段（図示せず）によって封止されており、容器７内に燃料を密封収容することが可能となっている。小孔７ａは、容器７が燃料電池内に装着されたときに、小孔７ａが燃料供給路５と連通する位置に形成されている。
【００７６】
本実施形態の燃料電池は、燃料供給路５の上側に、４個のセルからなる第１のセル群が配置されている。一方、燃料供給路５の下側にも、４個のセルからなる第２のセル群が配置されている。各セルは、いずれもアノード３、カソード４及びこれらの間に介在配置された電解質膜２から構成されており、個々に独立している。各セル群におけるセルは、平面状に配置されていると共に、直列に結線されている。第１のセル群のセルと、第２のセル群のセルとは、それらのアノード３が燃料供給路５を挟んで相対向するように配置されている。これと共に第１のセル群のセルと、第２のセル群のセルとは、それらのカソード４が外方を向くように配置されている。セルをこのように配置することで、燃料電池の小型化が容易となり、小型電源、特に携帯機器の電源として適したものとなる。また、燃料を収納した容器７が着脱可能になっているので、燃料の補充が容易であり、これによっても本発明の燃料電池は携帯機器の電源として適したものとなる。
【００７７】
容器７内から燃料供給路５への燃料を供給する際には、アルコールを主成分とする液体燃料を用いることが好ましいが、燃料の円滑に供給するためには、燃料供給路５は、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等を焼結することにより得られる多孔質体、高分子繊維、高分子多孔質膜等から構成されていることが好ましい。高分子繊維や高分子多孔質膜を用いる場合には、これらが燃料に触れても変形しない必要がある。
【００７８】
図２において、横方向に隣接するセル間には、未反応燃料がカソード４に到達すること（一種のクロスオーバー）を抑制するために、燃料遮断機能を有する部材を配置することが望ましい（図示せず）。例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンに代表される高分子材料や、ガラス及び酸化アルミを始めとする無機酸化物薄膜を、隣接するセル間に充填することにより、燃料のカソード４への到達を遮断することができる。
【００７９】
各セル群のセルにおけるカソード４は、外方を向いており、筐体１と対向している。カソード４と筐体１との間には、空間が設けられている。また、筐体１には、空間と外部とを連通させる通気孔（図示せず）が設けられている。したがって、カソード４と筐体１との間の空間には、自然対流によって空気が流通する。これによって、カソード４に酸素（酸化剤）が供給される。カソード４への空気の供給を制御したい場合には、筐体の所定部位にファン等の強制対流手段を付設してもよい。
【００８０】
図２の燃料電池で使用される各素材は、図１と同様のものを使用することができる。
【００８１】
なお、本発明の燃料電池は、前記実施形態に制限されない。例えば、図１及び図２に示す実施形態は、本発明を説明するための一例であり、各々のセルの配置、配列、結線等に関して、図示する以外の公知の方法を使用することは全く差し支えがない。
【００８２】
図３に、本発明の燃料電池の第３の実施形態を示す。この燃料電池は、図１と同様のアノード３、カソード４及び電解質膜２で構成された膜電極接合体を、燃料供給部５と酸化剤供給部６を構成する多孔質膜で挟持することにより、セルが構成されている。このようなセルの上下を緻密なカーボン等からなるバイポーラプレート８及び９で挟持し、さらに、このような構成を積層（スタック）した構造を有する。図３の構成では、スタック構造のセル群を貫通した燃料供給孔が形成され、各セルにおいてアルコール燃料が燃料供給路５に供給される。一方、スタック構造のセル群を貫通した酸化剤供給孔が形成され、各セルにおいて酸化剤供給路６に酸化剤が供給される。供給された燃料及び酸化剤を、それぞれ燃料供給路５及び酸化剤供給路６に沿って一様に拡散させるため、バイポーラプレート８及び９のアノード３及びカソード４側には、溝が形成されている（図示せず）。このようなスタック型の燃料電池では、多数のセルを直列接続することができ、その結果、セルのスタック数に対応した所望の出力電圧を得ることができる。
【００８３】
本発明の電子機器の実施形態を以下に説明する。本実施形態の電子機器は、本発明の燃料電池を有する。なお、本実施形態では、携帯可能なパーソナルコンピュータ等の情報処理装置について説明する。
【００８４】
図６は、パーソナルコンピュータへの電源部５１の搭載イメージを示したものである。図７は、本実施形態の情報処理装置の構成を概略的に示すブロック図である。図８及び図９は、それぞれ電源部５１の概要図及びブロック概要図である。
【００８５】
図７に示すように、情報処理装置は、各種演算を行って各部を集中的に制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）５２、ＢＩＯＳ等を記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）５３及びＣＰＵ５２の作業エリアとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）５４がバス５５により接続されて構成されている。バス５５には、大容量記憶装置であるＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）５６、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）等の表示装置５７、キーボード、マウス等の入力装置５８、ＣＤ、ＤＶＤ等の記憶媒体５９からデータを読み取る光ディスク装置等のデータ読取装置６０及び電力を供給する電源部５１等が各種のコントローラ（図示せず）等を介して接続されている。
【００８６】
記憶媒体５９には、各種のプログラムが記憶されている。これらのプログラムは、データ読取装置６０で読み取られ、ＨＤＤ５６にインストールされる。なお、記憶媒体５９としては、ＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスク、光磁気ディスク、フレキシブルディスク等の各種方式のメディアを用いることができる。データ読取装置６０も記憶媒体５９の方式に応じて、光ディスク装置、光磁気ディスク装置、ＦＤＤ等が用いられる。また、各種のプログラムは、記憶媒体５９から読み取るのではなく、ネットワーク（図示せず）からダウンロードしてＨＤＤ５６にインストールされるものであってもよい。
【００８７】
図９は、電源部５１の構成を概略的に示すブロック図である。なお、矢印は、燃料等の流れを示す。
【００８８】
図９に示すように、電源部５１は、燃料電池６１、液体燃料を収容する液体燃料カートリッジ７１、液体燃料カートリッジ７１に接続された混合器７２、液体燃料カートリッジ７１と混合器７２との間に設けられたバルブ７３、液体燃料を燃料電池６１に供給するための液体燃料ポンプ７４、液体燃料の濃度を検知する濃度センサー７５、発電後の燃料を気体と液体とに分離する気液分離器７６、温度センサー７７と冷却素子７８とを有する熱交換器７９、空気を燃料電池６１に供給するための空気ポンプ８０、温度センサー８１と冷却素子８２とを有する水分凝縮器８３、水分凝縮器８３からの水分を収容する水タンク８４、水タンク８４と混合器７２との間に設けられたバルブ８５、これらの各部を制御するための制御回路８６及び燃料電池６１の正負極が接続されたＤＣＤＣコンバーター８７等から構成されている。なお、液体燃料等が通過する各部は、チューブ等の流路により接続されている。
【００８９】
このような電源部５１では、混合器７２を通過した燃料は、液体燃料ポンプ７４を経て、濃度センサー７５に導かれる。濃度センサー７５により検知された液体燃料の濃度が所定の濃度より低い場合には、制御回路８６は、液体燃料カートリッジ７１のバルブ７３を開ける。液体燃料は、燃料電池６１に導かれる。発電後の液体燃料は、気液分離器７６により気体成分（炭酸ガス）と液体成分とに分けられ、液体成分は熱交換器７９に導かれる。温度センサー７７により検知された液体温度が所定の温度より低い場合には、制御回路８６は、冷却素子７８により液体を冷却せず、液体温度が所定の温度より高い場合には、制御回路８６は、冷却素子７８により液体を冷却する。熱交換器７９を通過した液体燃料は、再び混合器７２に戻される。このような流れが燃料ラインとして機能する。
【００９０】
空気ポンプ８０からの空気は、燃料電池６１に導かれる。燃料電池６１を通過した気液混合ガスは水分凝縮器８３に導かれる。温度センサー８１により検知されたガス温度が所定の温度より低い場合には、制御回路８６は、冷却素子８２により気液混合ガスを冷却せず、ガス温度が所定の温度より高い場合には、制御回路８６は、冷却素子８２により気液混合ガスを冷却する。なお、排ガスは、電源部５１の外部に排出される。ここで、排ガスを排出するための排出口（図示せず）は、情報処理装置に対する電源部５１の装着位置により異なるが、情報処理装置の外部に面した位置に設けることが好ましい。水分凝縮器８３により凝縮された水分は、水タンク８４を介して混合器７２に戻される。このような流
れが酸化剤ライン（空気ライン）として機能する。
【００９１】
このようにして、液体燃料及び空気が燃料電池６１に供給されることで、燃料電池６１は、発電し、所定の電力（起電力）をＤＣＤＣコンバーター８７に付与する。なお、本実施形態においては、蓄電素子を用いていないが、これに限るものではなく、例えば、蓄電素子を電源部６１の内部や外部等に設けて用いてもよい。
【実施例】
【００９２】
〔実施例１〕
アノードの作製手順を以下に示す。
【００９３】
カーボンブラックのバルカンＸＣ７２Ｒ（キャボット社製）に、蒸留水、５重量％ナフィオン溶液（デュポン社製）を加えて、超音波分散、スターラーで攪拌することにより、ナフィオンカーボンインクを作製した。
【００９４】
白金ルテニウム担持カーボン（白金３３重量％、ルテニウム２２重量％）に、蒸留水及び５重量％ナフィオン溶液を加えて、超音波分散した後、スターラーで攪拌することにより、第一触媒インクを調製した。
【００９５】
白金スズ担持カーボン（白金３３重量％、スズ７重量％）に、蒸留水及び５重量％ナフィオン溶液を加え、超音波分散した後、スターラーで攪拌することにより、第二触媒インクを作製した。
【００９６】
撥水処理済みカーボンペーパ（東レ社製）上に、アプリケーターを用いてナフィオンカーボンインクを塗布することにより、導電性カーボン層を形成した。このとき、導電性カーボン層の乾燥塗布量は、０．５ｍｇ／ｃｍ２であり、重量比は、カーボン５８重量％、ナフィオン４２重量％であった。次に、導電性カーボン層を形成したカーボンペーパ上に、第二触媒インクを、白金の乾燥塗布量が０．８ｍｇ／ｃｍ２になるようにスプレー塗布することにより、第二の触媒層を形成した。さらに、第一触媒インクを、白金の乾燥塗布量が０．２ｍｇ／ｃｍ２になるようにスプレー塗布することにより、第一の触媒層を形成した。これをアノード１とする。
【００９７】
カソード電極の作製手順を以下に示す。
【００９８】
カーボンブラックに、エタノール、５８〜６２重量％テフロン（登録商標）エマルジョン（デュポン社製）を加えて、ホモジナイザーで混合することにより、テフロン（登録商標）カーボンインクを作製した。
【００９９】
白金担持カーボン（白金５０重量％）に、蒸留水及び５重量％ナフィオン溶液を加えて、超音波分散した後、スターラーで攪拌することにより、触媒インクを作製した。
【０１００】
カーボンペーパ上に、アプリケーターを用いてテフロン（登録商標）カーボンインクを塗布し、電気炉を用いて３６０℃で１５分間保持することにより、導電性カーボン層を形成した。次に、導電性カーボン層を形成したカーボンペーパ上に、触媒インクを、白金の乾燥塗布量が１．０ｍｇ／ｃｍ２になるようにスプレー塗布することにより、触媒層を形成した。これをカソード１とする。
【０１０１】
電解質膜としては、膜厚が１８０μｍのナフィオン（デュポン社製）を用いた。
【０１０２】
アノード１及びカソード１のそれぞれの触媒層側を電解質膜の両面に合わせて、圧力４．５ＭＰａ、温度１４０℃で１５分間ホットプレスを行うことにより、膜電極接合体を作製した。このとき、アノード１の電解質膜に近い部分には第一の触媒層が、カーボンペーパに近い部分には第二の触媒層が存在する。
〔実施例２〕
実施例１のアノード作製手順と同様に、撥水処理済みカーボンペーパ上に、導電性カーボン層及び第二の触媒層を形成した。次に、スパッタリング時の圧力を５．０Ｐａとし、白金ターゲットに２００Ｗの高周波電力を印加し、ルテニウムターゲットに４６０Ｗの高周波電力を印加して１２分間スパッタリングすることにより、第一の触媒層を形成した。このとき、第一の触媒層は、白金６７重量％及びルテニウム３３重量％からなり、白金の担持重量は、０．２ｍｇ／ｃｍ２であった。さらに、ナフィオンの乾燥塗布量が１．０ｍｇ／ｃｍ２になるように５重量％ナフィオン溶液をスプレー塗布した。これをアノード２とする。
【０１０３】
アノード２を用いた以外は、実施例１と同様にして、膜電極接合体を作製した。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の燃料電池の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の燃料電池の第２の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の燃料電池の第３の実施形態を示す図である。
【図４】アノード及び電解質膜の接合部分の一例を示す図である。
【図５】アノード及び電解質膜の接合部分の他の例を示す図である。
【図６】本発明の電子機器の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の電子機器の実施形態を示すブロック図である。
【図８】図６及び図７の電源部を示す図である。
【図９】図６及び図７の電源部を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１、１ａ、１ｂ    筐体
２    電解質膜
３    アノード
３ａ    拡散層
４    カソード
５    燃料供給路
６    酸化剤供給路
７    容器
７ａ    小孔
８、９    バイポーラプレート
１０    カーボン担持体
１１    第一の触媒
１２    第二の触媒
５１    電源部
５２    ＣＰＵ
５３    ＲＯＭ
５４    ＲＡＭ
５５    バス
５６    ＨＤＤ
５７    表示装置
５８    入力装置
５９    記録媒体
６０    データ読取装置
６１    燃料電池
７１    液体燃料カートリッジ
７２    混合器
７３、８５    バルブ
７４    液体燃料ポンプ
７５    濃度センサー
７６    気液分離器
７７、８１    温度センサー
７８、８２    冷却素子
７９    熱交換器
８０    空気ポンプ
８３    水分凝縮器
８４    水タンク
８６    制御回路
８７    ＤＣＤＣコンバーター
８８    端子
【図１】
2007157547.tif 000003
【図２】
2007157547.tif 000004
【図３】
2007157547.tif 000005
【図４】
2007157547.tif 000006
【図５】
2007157547.tif 000007
【図６】
2007157547.tif 000008
【図７】
2007157547.tif 000009
【図８】
2007157547.tif 000010
【図９】
2007157547.tif 000011