(57)【要約】【課題】正極から排出された液体排出物を外部に排出しない燃料電池を提供する。【解決手段】本発明の燃料電池は、酸素を還元する正極１と、燃料４を酸化する負極２と、正極１と負極２との間に配置された電解質３とを備えた燃料電池であって、正極１から排出された液体排出物を吸収する吸収部１５を備え、液体排出物は、酸素の還元反応によって生成された水と、燃料４の酸化反応によって生成された中間生成物とを含み、吸収部１５は、窒素含有化合物と吸水性材料とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に配置された電解質とを備えた燃料電池であって、
前記正極から排出された液体排出物を吸収する吸収部を備え、
前記液体排出物は、酸素の還元反応によって生成された水と、燃料の酸化反応によって生成された中間生成物とを含み、
前記吸収部は、窒素含有化合物と吸水性材料とを含むことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記液体排出物を前記吸収部に導く流路をさらに備える請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記流路は、前記正極に酸素を供給する酸素供給口を覆って配置されたフィルターである請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記液体排出物は、前記液体排出物の自重又は前記正極に酸素を供給する空気によって、前記吸収部内に回収される請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記吸収部は、前記中間生成物の酸化を促進する触媒をさらに含む請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記窒素含有化合物は、前記中間生成物を少なくとも吸収する化合物である請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記窒素含有化合物は、分子中にＮ−Ｈ結合を有する化合物である請求項１又は６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記Ｎ−Ｈ結合を有する化合物は、アンモニア、アミン類化合物、アミド類化合物、イミド類化合物、尿素系化合物及び複素環系アミン類化合物からなる群から選ばれた少なくとも１つの化合物である請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記吸水性材料は、前記水を少なくとも吸収する材料である請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記吸水性材料は、高吸水高分子材料である請求項１又は９に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記中間生成物は、前記正極における、前記負極側から前記電解質を透過した燃料の酸化反応によって生成されたものを含む請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記中間生成物は、前記負極における燃料の酸化反応によって生成され、前記電解質を透過して前記正極から排出されたものを含む請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記中間生成物は、ホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチルからなる群から選ばれた少なくとも１つの化合物である請求項１、１１又は１２に記載の燃料電池。
【請求項１４】
メタノール、エタノール及びジメチルエーテルからなる群から選ばれた少なくとも１つの燃料をさらに含む請求項１に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有害な物質の排出を抑制できる燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコン、携帯電話等のコードレス機器の普及に伴い、その電源である二次電池はますます小型化、高容量化が要望されている。現在、エネルギー密度が高く、小型化、軽量化できる二次電池としてリチウム二次電池が実用化されており、ポータブル電源として需要が増大している。しかし、このリチウム二次電池では、一部の種類のコードレス機器に対して、未だ十分な連続使用時間を保証することができない。
【０００３】
このような状況の中で、上記問題を解決する電池として、燃料電池の開発が進められている。例えば、電解質が高分子電解質である固体高分子型燃料電池は、リチウムイオン二次電池よりも高いエネルギー密度が期待できる電池として注目されている。また、正極活物質に空気中の酸素を用い、負極活物質に例えばメタノール水溶液等の液体燃料を用いて直接発電する液体燃料直接供給型燃料電池は、エネルギー密度が高く、小型化できる電池として、特に期待されている。液体燃料直接供給型燃料電池には、ポンプ等の外部動力を用いて正極に空気を供給するアクティブタイプ（active type）と、供給口を通じた自然拡散、自然対流によって正極に空気を供給するパッシブタイプ（passive type）とがある。
【０００４】
この液体燃料直接供給型燃料電池では、放電を行うことにより、負極側で燃料が酸化されて二酸化炭素が生成される反応が起こり、正極側で酸素等の酸化剤が還元されて水が生成される反応が起こる。そして、生成された二酸化炭素等は、排出口から外部に排出される。
【０００５】
しかし、全ての燃料が完全に酸化されるわけではなく、排出される気体には中間生成物も含まれる。その中間生成物には、有害なホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチル等が含まれる場合もあり、このような有害物質の排出を防ぐ必要がある。
【０００６】
このような有害物質が外部に排出されるのを防ぐ方法としては、例えば、排出口に中間生成物を物理的に吸着する活性炭やゼオライト等の吸着性材料を配置する方法や、中間生成物の酸化を促進させる貴金属系触媒、光化学触媒、金属酸化物等の触媒等を配置する方法等が知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２２３９２０号公報
【特許文献２】特開２００３−３４６８６２号公報
【特許文献３】特開２００５−１２９２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
有害物質を含む中間生成物は、全て気体となるわけではなく、正極において生成された水にも溶解していることが確認されている。しかし、上述した特許文献１〜３に開示されている方法は、気体の中間生成物の排出を防ぐことはできるが、水に溶解した中間生成物の排出を防ぐ効果は十分でない。
【０００８】
本発明は、正極から排出される水に溶解した中間生成物の外部への排出を抑制できる燃料電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の燃料電池は、酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に配置された電解質とを備えた燃料電池であって、前記正極から排出された液体排出物を吸収する吸収部を備え、前記液体排出物は、酸素の還元反応によって生成された水と、燃料の酸化反応によって生成された中間生成物とを含み、前記吸収部は、窒素含有化合物と吸水性材料とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、正極から排出された液体排出物を吸収する燃料電池を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の燃料電池の一例は、酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極と、上記正極と上記負極との間に配置された電解質と、上記正極から排出された液体排出物を吸収する吸収部を備えた燃料電池である。上記液体排出物は、酸素の還元反応によって生成された水と、燃料の酸化反応によって生成された中間生成物とを含む。また、上記吸収部は、窒素含有化合物と吸水性材料とを含む。このような吸収部を備えることにより、正極から排出された中間生成物を含む液体排出物は、燃料電池の系外に排出されずに回収できる。上記窒素含有化合物としては、中間生成物を少なくとも吸収する化合物が好ましい。また、上記吸水性材料としては、上記水を少なくとも吸収する材料が好ましく、中間生成物の溶解した水を吸収する材料がより好ましい。このような吸水性材料を含むことにより、液体排出物を物理的に吸収でき、このような窒素含有化合物を含むことにより、中間生成物を化学的に吸収できるからである。
【００１２】
上述の燃料電池は、上記液体排出物を上記吸収部に導く流路をさらに備えることが好ましい。このような流路を用いれば、上記液体排出物を、より確実に上記吸収部内に回収することができるからである。また、この流路が上記正極に酸素を供給する酸素供給口を覆って配置されたフィルターであれば、燃料電池に用いることが好ましい部材であり、流路としての機能を併用できるからより好ましい。上記フィルターは、上記液体排出物を回収して吸収部内に導くだけでなく、酸素供給口を覆っているので、上記正極から排出された気体排出物を透過でき、例えば未反応の酸素や空気等を正極から排出できる。
【００１３】
上記液体排出物は、上記液体排出物の自重又は上記正極に酸素を供給する空気によって、上記吸収部内に回収されることが好ましい。液体排出物を収集するために、例えば動力装置を用いて通風することもできるが、上記液体排出物の自重や上記空気の流れ（例えばアクティブタイプの燃料電池のポンプによる空気の流れやパッシブタイプの燃料電池の自然対流による空気の流れ等）を利用すれば、新たな外部動力を用いることなく、液体排出物を吸収部内に収集できるからである。特にパッシブタイプの燃料電池であれば、自重によって液体排出物が回収されるような構造にすることが好ましい。
【００１４】
上記吸収部は、上記中間生成物の酸化を促進する触媒をさらに含むことが好ましい。これにより、酸化反応が促進されるので、中間生成物が除去されやすくなるからである。
【００１５】
上記窒素含有化合物としては、分子中にＮ−Ｈ結合を有する化合物が好ましい。上記化合物は、上記中間生成物を、後述する反応によって容易に吸収することができるからである。
【００１６】
上記Ｎ−Ｈ結合を有する化合物としては、アンモニア、アミン類化合物、アミド類化合物、イミド類化合物、尿素系化合物及び複素環系アミン類化合物からなる群から選ばれた少なくとも１つの化合物であることが好ましい。上記化合物は、中間生成物との反応性が特に高く、中間生成物をより多く吸収することができるからである。
【００１７】
上記吸水性材料は、高吸水性高分子材料であることが好ましい。上記材料は、吸水性が高いからである。また、保水性も高いので、一度吸収した生成水の逆流や、蒸発を防ぐことができるからである。
【００１８】
上記中間生成物は、正極における、負極側から電解質を透過した燃料の酸化反応によって生成されたものや、負極における燃料の酸化反応によって生成され、電解質を透過して正極から排出されたものが含まれる。上記中間生成物としては、例えばホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチルからなる群から選ばれた少なくとも１つの化合物が挙げられる。
【００１９】
また、本発明の燃料電池は、メタノール、エタノール及びジメチルエーテルからなる群から選ばれた少なくとも１つの燃料をさらに含むことができる。
【００２０】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２１】
図１は、本発明の燃料電池の一例を示す断面図である。本実施形態の燃料電池は、液体燃料直接供給型燃料電池であり、酸素を還元する正極１、液体燃料４を酸化する負極２、及び正極１と負極２との間に配置された電解質３からなる膜−電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、ＭＥＡを挟むように配置された正極集電体８及び負極集電体１０と、正極集電体８の外側に配置されたカバー板１４と、負極集電体１０の外側に配置された燃料タンク１１とを備える。そして、正極集電体８及びカバー板１４には、酸素供給口７が設けられ、酸素が正極１へ供給されるようになっている。また、酸素供給口７からは、正極１に酸素を供給した空気等の気体が、フィルター６を通って外部へ排出されるようになっている。さらに、酸素の還元反応によって生成された生成水と、液体燃料４の酸化反応によって生成された中間生成物とを含む液体排出物は、フィルター６に導かれて吸収部１５内に収容されるようになっている。一方、負極集電体１０及び燃料タンク１１には、燃料供給口９が設けられ、液体燃料４が負極２へ供給されるようになっている。また、燃料タンク１１には、排出口５が設けられ、負極２における電気化学反応によって生成された気体が、気液分離膜１２及びフィルター６を通って外部へ排出されるようになっている。
【００２２】
吸収部１５は、吸水性材料と窒素含有化合物とを含めば、その他に含まれる材料、形状、製造方法等によって特に限定されない。この吸水性材料は、例えば上記生成水を吸収する材料であればよく、この窒素含有化合物は、例えば上記中間生成物と化学反応して吸収する化合物であればよい。吸収部１５の形態は、例えば粉末状、薄膜状等とすることができる。また、吸収部１５の体積や吸水性材料及び窒素含有化合物の質量は、ＭＥＡの大きさ、燃料電池の発電量、発電時間に合わせて適宜選択すればよい。例えば、上記窒素含有化合物の含有率は、吸収部１５の全質量の０．１質量％以上９０質量％以下、より好ましくは４０質量％以上７０質量％以下であればよい。また、生成水の発生量や吸収部１５の吸収量に応じて、吸収部１５を交換可能な構造、例えば、着脱可能なカートリッジ、袋状等にしてもよい。
【００２３】
また、吸収部１５を配置する位置は、特に限定されず、例えば、酸素供給口７の近傍に通気性を維持できるように配置することができる。吸収部１５は、液体排出物の自重又は正極１に酸素を供給して系外へ排出される空気の流れによって、吸収部１５内に回収されるように配置することが好ましい。液体排出物を回収するための外部動力等を新たに用いなくてよいからである。例えば、吸収部１５を、正極１から排出される気体によって回収されるように配置したり、上記自重によって回収されるように正極１よりも低い位置に配置することができる。図１に示すように、フィルター６の下に吸収部１５を配置すれば、液体排出物の自重によって、流路となるフィルター６を伝って収集できるので好ましい。
【００２４】
上記吸収部１５に含まれる上記窒素含有化合物は、窒素原子を含有する化合物であれば、鎖状化合物であっても、環状化合物であってもよいし、１種類の化合物のみを用いても、２種類以上の化合物を組み合わせて用いてもよい。分子中にＮ−Ｈ結合を有する化合物であれば、上記中間生成物を後述する反応によって容易に吸収することができるのでより好ましく、アンモニア、アミン類化合物、アミド類化合物、イミド類化合物、尿素系化合物、複素環系アミン類化合物からなる群から選ばれた少なくとも１つの分子中にＮ−Ｈ結合を有する化合物であれば、中間生成物との反応性が特に高く、中間生成物をより多く吸収することができるのでさらに好ましい。特に、尿素又は環状アルキレン尿素であれば、中間生成物の中でも特に排出が問題となるホルムアルデヒドの吸収性に優れるのでより一層好ましい。
【００２５】
以下、窒素含有化合物をより具体的に説明する。上記アミン類化合物としては、例えば、ジメチルアミン、ジエチルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ジエチレントリアミン、１，２−ジアミノプロパン、１，３−ジアミノプロパン、イミノビスプロピルアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、モルホリン、３−アザヘキサン−１，６−ジアミン及び４，７−ジアザデカン−１，１０−ジアミン等を用いることができる。上記アミド類化合物としては、例えば、ホルムアミド、アセトアミド、ベンズアミド、オキサミド、オキサミン酸、コハク酸アミド、マロンアミド、ジシアンジアアミド、ジシアノジアミド及び２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸等を用いることができる。上記イミド類化合物としては、例えば、スクシンイミド、フタルイミド、マレイミド、イソシアヌル酸、エチレンイミン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン及びポリビニルアミン等を用いることができる。尿素系化合物としては、例えば、尿素、チオ尿素、メチル尿素、エチル尿素、ジメチル尿素、ジエチル尿素、エチレン尿素、プロピレン尿素、５−ヒドロキシプロピレン尿素、５−メトキシプロピレン尿素、５−メトキキシプロピレン尿素、５−メチルプロピレン尿素、４，５−ジメトキシエチレン尿素、グアニル尿素、グアニルチオ尿素、アゾジカルボンアミド、グリコリル尿素、１−メチロール−５，５−ジメチルヒダントイン及びアセチル尿素等を用いることができる。複素環系アミン類化合物としては、例えば、α−アミノ−ε−カプロラクタム、メラミン、２−アミノ−４，５−ジシアノイミダゾール、アセトグアナミン、グアニン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、プロリン及びヒドロキシプロリン等を用いることができる。また、上述した化合物の他に窒素含有化合物としては、例えば、アンモニア、ヒドロキシルアミン、アセトアルデヒドアンモニア、クロルアミン等を用いることができる。
【００２６】
なお、上記窒素含有化合物が中間生成物を吸収する反応は、下記式で示される反応であると推察される。
【００２７】
（化１）    ＲＣＨＯ  ＋  Ｒ’−ＮＨ2    →    ＲＣＨ＝ＮＲ’  ＋  Ｈ2Ｏ
但し、Ｒ及びＲ’は任意のアルキル基を示す。
【００２８】
上記吸収部１５に含まれる上記吸水性材料は、吸水性のある材料であればよい。例えば高吸水性高分子材料、スポンジ等の吸収性の多孔体等を用いることができる。上記液体排出物を吸水して、かつ保持できれば、中間生成物を上述した窒素含有化合物によって化学的に吸収しやすくなるので好ましい。また、上記窒素含有化合物を、吸水性材料中に均一に分散できる材料であれば、中間生成物を吸収しやすいので好ましい。特に、高吸水性高分子材料であれば、吸水性が高くて、上記中間生成物を含む生成水を漏れなく吸収できるし、また保水性が高くて、一度吸収した生成水の逆流や蒸発を防ぐことができるのでより好ましい。この高吸水性高分子材料としては、例えばポリアクリル酸系高分子材料、ポリビニルアルコール誘導体等であれば、吸水性がより高く、生成水の外部への排出を抑制できるので、さらに好ましい。
【００２９】
また、上記吸収部１５は、上記中間生成物の酸化を促進する触媒をさらに含めば、中間生成物はより除去されやすくなるので、より好ましい。この触媒は、中間生成物の種類によって適宜選択すればよいが、例えば下記（１）〜（５）に示す触媒等を用いることができる。即ち、（１）白金、金、銀、インジウム又はイリジウム等の単体金属、（２）ルテニウム、インジウム、イリジウム、スズ、鉄、チタン、金、銀、クロム、ケイ素、亜鉛、マンガン、モリブデン、タングステン、レニウム、アルミニウム、鉛、パラジウム及びオスミウムからなる群から選ばれた少なくとも１種類の金属と白金との合金、（３）ルテニウム、インジウム、イリジウム、スズ、鉄、チタン、銀、クロム、ケイ素、亜鉛、マンガン、モリブデン、タングステン、レニウム、アルミニウム、鉛、パラジウム及びオスミウムからなる群から選ばれた少なくとも１種類の金属と金との合金、（４）ルテニウム、イリジウム、スズ、鉄、チタン、銀、クロム、ケイ素、亜鉛、マンガン、モリブデン、タングステン、レニウム、アルミニウム、鉛、パラジウム及びオスミウムからなる群から選ばれた少なくとも１種類の金属とインジウムとの合金、及び、（５）ルテニウム、スズ、鉄、チタン、銀、クロム、ケイ素、亜鉛、マンガン、モリブデン、タングステン、レニウム、アルミニウム、鉛、パラジウム及びオスミウムからなる群から選ばれた少なくとも１種類の金属とイリジウムとの合金等を用いることができる。
【００３０】
なお、ここで中間生成物とは、正極１及び負極２の少なくとも一方において、液体燃料４が不完全に酸化されたことによって生成された物質である。例えば、ホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチル、一酸化炭素、酢酸等の物質である。特に、有害な中間生成物であるホルムアルデヒド、蟻酸及び蟻酸メチルの外部への排出を防ぐため、本実施形態の燃料電池は、これらの中間生成物を吸収できることがより好ましい。また、上記液体排出物に含まれる中間生成物としては、液体の中間生成物であっても、液体（例えば、酸素の還元によって生成された水、電解質３を透過した液体燃料４等）に溶解された気体の中間生成物であってもよい。
【００３１】
フィルター６は、正極１から排出された液体排出物を吸収部１５内に導く流路として機能するものであれば特に限定されない。例えば、酸素供給口７を覆って配置され、正極１から排出された気体排出物を透過するフィルター等である。フィルター６が、疎水性高分子材料からなるフィルターであれば、疎水性なので液体を透過させず、気体を透過して液体を透過させないフィルターの機能と液体排出物を収集する流路の機能とを併用できるのでより好ましい。このとき、フィルター６は、液体排出物によって目詰まりしないように、空隙を調整するとよい。フィルター６の材料としては、例えば、ポリエステル、ポリプロピレンを原材料とした不織布等を用いることができる。特に、気体の中間生成物を、物理的に吸着する吸着性材料及び化学的に吸収する窒素含有化合物を含むフィルターであれば、気体として正極１及び負極２から排出される中間生成物を吸着できるのでより好ましい。
【００３２】
正極１は、電解質３に接して配置された正極触媒層１ｂと、正極触媒層１ｂの電解質３と反対側の主面に接して配置された正極拡散層１ａとを積層した構成である。この正極１は、酸素を電気化学的に還元する機能を有し、液体燃料直接供給型燃料電池の正極として一般に用いられるものであれば、その材料や構成等によって、特に限定されない。例えば、正極拡散層１ａは、多孔性の炭素材料からなり、正極触媒層１ｂは、触媒を担持した導電性材料からなる。正極触媒層１ｂに含まれる触媒としては、例えば、白金微粒子や、鉄、ニッケル、コバルト、錫、ルテニウム及び金から選ばれた少なくとも１種類の金属と白金との合金微粒子等を用いることができる。正極触媒層１ｂに含まれる導電性材料としては、主として炭素材料が用いられ、例えば、カーボンブラック、活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等を用いることができる。一般的には、導電性材料の表面に上記触媒を分散させて担持させた触媒担持カーボンを用いる。また、上記正極触媒層１ｂには、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂粒子等のバインダや、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂やスルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂及びスルホン化ポリイミド樹脂等のプロトン交換樹脂粒子等の高分子材料をさらに含んでもよい。
【００３３】
負極２は、電解質３に接して配置された負極触媒層２ｂと、負極触媒層２ｂの電解質３と反対側の主面に接して配置された負極拡散層２ａとを積層した構成である。この負極２は、燃料を電気化学的に酸化する機能を有し、液体燃料直接供給型燃料電池の負極として一般に用いられるものであれば、その材料や構成等によって特に限定されない。例えば、負極拡散層２ａは、多孔性の炭素材料からなり、負極触媒層２ｂは、触媒を担持された導電性材料からなる。負極触媒層２ｂに含まれる触媒としては、例えば、白金微粒子や、ルテニウム、インジウム、イリジウム、スズ、鉄、チタン、金、銀、クロム、ケイ素、亜鉛、マンガン、モリブデン、タングステン、レニウム、アルミニウム、鉛、パラジウム及びオスミウムから選ばれた少なくとも１種類の金属と白金との合金微粒子等を用いることができる。また、導電性材料、バインダ及び高分子材料については、上述した正極１と同様の材料を用いることができる。
【００３４】
電解質３は、正極１と負極２との間の配置され、プロトンを輸送することができる、電子伝導性のない材料からなる。例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂膜、具体的には、デュポン社製の"ナフィオン膜"（商品名）、旭硝子社製の"フレミオン膜"（商品名）、旭化成工業社製の"アシプレックス膜"（商品名）等を用いることができる。また、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂膜、スルホン化ポリイミド樹脂膜、硫酸ドープポリベンズイミダゾール膜、固体電解質であるリン酸ドープＳｉＯ2、高分子とリン酸ドープＳｉＯ2のハイブリッド、高分子と酸化物に酸性溶液を含浸したゲル電解質等を用いることもできる。
【００３５】
正極集電体８及び負極集電体１０は、スペーサ１３を介して上記ＭＥＡを挟むように配置され、外部に導通接続されている。
【００３６】
液体燃料４は、液体燃料直接供給型燃料電池に用いられる一般的な化合物であれば、特に限定されず、例えば、１種類の化合物であっても２種類以上の化合物の混合物であってもよいし、さらに添加物等を含んでいてもよい。例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類、ジメチルエーテル等のエーテル類を用いることができる。
【００３７】
なお、本実施形態の燃料電池は、液体燃料を用いているが、水素を供給することが可能であれば、気体の状態であっても液体の状態であっても同様に用いることができる。また、本実施形態の燃料電池は、燃料を含む燃料タンクを備えているが、例えば、燃料タンクが着脱可能なカートリッジであって燃料電池から取り外された状態であってもよい。
【実施例】
【００３８】
本発明を、実施例を用いてより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００３９】
（実施例１）
下記のようにして、図１と同様の構造の燃料電池を作製した。
【００４０】
吸収部として、中間生成物を吸収する窒素含有化合物であるエチレン尿素５０質量％と、吸水性材料のポリアクリル酸ナトリウム５０質量％とを混合して均一になるように調製し、これを親水性材料であるポリエチレンからなる袋状メッシュ材に充填した。
【００４１】
また、フィルターとして、シート状の疎水性材料であるタピルス社製のポリプロピレン“ＰＯ４５ＣＷ”（厚さ１．１ｍｍ）を用いた。
【００４２】
次に、上記フィルターを、カバー板に設けられた酸素供給口を覆うように配置した。さらに、上記フィルターを、燃料タンクに設けられた排出口を覆うように配置し、フィルターの外部に接していない側に、ＰＴＦＥで形成された気液分離膜を配置した。また、上記吸収部を、上記フィルターの燃料供給口側の端部とは反対側の端部に、接続させて配置した。
【００４３】
正極触媒層の作製には、まず、白金を５０質量％担持させた白金担持カーボンである田中貴金属工業社製の“１０Ｅ５０Ｅ”（商品名）１０質量部と、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂溶液であるアルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）社製の“ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）”（商品名）８０質量部と、水１０質量部とを充分に攪拌して、均一に分散させた電極ペーストを調製した。次に、ＰＴＦＥフィルムの上に、上記電極ペーストを塗布して乾燥し、電極層を得た。この電極層を所定のサイズに切り出して正極触媒層を形成した。
【００４４】
負極触媒層の作製には、白金担持カーボンの代わりに、触媒である白金とルテニウムとの合金（Ｐｔ：Ｒｕのモル比２：３）を５４質量％担持させた白金・ルテニウム合金担持カーボンである田中貴金属工業社製の“６１Ｅ５４”（商品名）を用いたこと以外は、上記正極触媒層と同様の方法で負極触媒層を形成した。
【００４５】
固体高分子電解質膜（以下、電解質膜という。）には、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂膜であるデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）社製の“ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）１１２”（商品名）を所定のサイズに切り出して用いた。
【００４６】
次に、電解質膜の主面に、上記正極触媒層の電極層が対向するように重ね合わせ、この電解質膜の正極触媒層に接していない側の主面に、上記負極触媒層の電極層が対向するように重ね合わせた後、ホットプレスして接合した。上記正極触媒層及び上記負極触媒層のＰＴＦＥフィルムを剥がし、上記正極触媒層及び上記負極触媒層のＰＴＦＥフィルムが剥がされた面に、カーボンペーパーで形成された正極拡散層及び負極拡散層を積層して、ＭＥＡを得た。
【００４７】
次に、上記ＭＥＡの正極側の主面には、酸素供給口を備えた正極集電体を設け、負極側の主面には、燃料を供給するための燃料供給口を備えた負極集電体を設け、シリコーンゴムで形成されたスペーサで接着した。最後に、酸素供給口を備えた上記カバー板と、燃料供給口を備えた上記燃料タンクとを配置し、本実施例の燃料電池を得た。
【００４８】
（比較例１）
上記吸収部中に窒素含有化合物であるエチレン尿素を含まないこと以外は、実施例１と同様にして本比較例の燃料電池を作製した。
【００４９】
次に、実施例１及び比較例１の燃料電池に、それぞれ電流密度１００ｍＡ／ｃｍ2で３時間放電した。その後、この放電によって生成された生成水を吸収している吸水性材料をそれぞれ取り出し、密閉容器内に入れ、１５０℃で３時間乾燥したときに排出されたホルムアルデヒドを、ガス検知管（ＧＡＳＴＥＣ社製、ＧＶ−１００Ｓ）を用いて測定した。表１に、各燃料電池のホルムアルデヒドの濃度を示した。なお、この濃度は、比較例１の吸水性材料から排出されたホルムアルデヒドの濃度を１００とした相対値である。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
表１から明らかなように、本発明の実施例１は、比較例１に比べてホルムアルデヒドの排出が著しく少なかった。この結果より、吸収部に中間生成物を吸収するエチレン尿素を含むことで、ホルムアルデヒドを速やかに吸収できることがわかった。
【００５２】
従って、中間生成物を吸収する窒素含有化合物を含む吸収部を備えた燃料電池は、生成水に溶解した中間生成物を速やかに吸収できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上説明したように本発明は、正極から排出された液体排出物を吸収して、この液体排出物に含まれる中間生成物の外部への排出を抑制する燃料電池を提供できる。この燃料電池は、アクティブタイプであっても、パッシブタイプであっても、同様の効果を発揮でき、特にパッシブタイプの燃料電池に好適である点に特徴がある。また、中間生成物として例えばホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチル等の有害物質の排出を防ぐことができるので、環境や人体への負荷の少ない燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の燃料電池の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  正極
１ａ  正極拡散層
１ｂ  正極触媒層
２  負極
２ａ  負極拡散層
２ｂ  負極触媒層
３  電解質
４  液体燃料
５  排出口
６  フィルター
７  酸素供給口
８  正極集電体
９  燃料供給口
１０  負極集電体
１１  燃料タンク
１２  気液分離膜
１３  スペーサ
１４  カバー板
１５  吸収部
【図１】
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