(57)【要約】【課題】セパレータおよびガス拡散材を有さない、構造が簡素で安価な固体高分子型燃料電池、および、プロトン伝導性高分子膜として、高価かつ耐熱性が劣るスルホン酸基含有フッ素系樹脂膜を用いない、安価かつ耐熱性が優れた固体高分子型燃料電池を提供すること。【解決手段】固体高分子型燃料電池の構造をプロトン伝導性高分子と、該プロトン伝導性高分子に同一直線上に形成されたガス流路となる複数の貫通孔と、該貫通孔表面に形成された電極を有する構造とすること。隣接する（アノードとカソードからなる）電極対間において同極どうしを対向配置すること。前記プロトン伝導性高分子の材料として、プロトン伝導性物質、および、結着剤を用いること。前記電極の材料として、触媒を担持した電子伝導性物質、プロトン伝導性物質、および、結着剤を用いること。前記プロトン伝導性物質の材料として、スルホン酸基が置換された芳香族化合物を用いること。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトン伝導性高分子と、該プロトン伝導性高分子に同一直線上に形成されたガス流路となる複数の貫通孔と、該貫通孔表面に形成された電極を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
前記電極が、アノードとカソードからなる電極対を成し、隣接する該電極対間において同極どうしが対向配置された状態で並んでおり、前記電極対どうしが配線を用いて接続されていることを特徴とする請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項３】
前記プロトン伝導性高分子が、プロトン伝導性物質、および、結着剤からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項４】
前記電極が、触媒を担持した電子伝導性物質、プロトン伝導性物質、および、結着剤からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項５】
前記プロトン伝導性物質が、スルホン酸基が置換された芳香族化合物からなることを特徴とする請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項６】
前記結着剤が、ポリエーテルスルホンであることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項７】
前記触媒が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＯｓおよびＩｒから選ばれた１種または２種以上の金属からなることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項８】
前記電子伝導性物質が、炭化珪素、または、カーボンであることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項９】
前記触媒の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））が１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項１０】
前記触媒と前記電子伝導性物質の配合比率が、重量比で１：２〜２：１であることを特徴とする請求項４乃至請求項９のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項１１】
前記芳香族化合物が、アントラセンまたはその誘導体からなることを特徴とする請求項５乃至請求項１０のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス拡散材およびセパレータを有さない、構造が簡易で安価な固体高分子型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体高分子型燃料電池のセルデザインとして、プロトン伝導性高分子膜の一方の面にアノード、他方の面にカソードを設けた膜電極接合体（ＭＥＡ）の両側に、セパレータを配した単電池セルを複数個積層したセルデザインが用いられている。（特許文献１参照）
【０００３】
アノードに対向するセパレータ表面には、燃料ガスを流通させるための凹溝状の燃料ガス流路が設けられている。
また、カソードに対向するガスセパレータ表面には、酸化剤ガスを流通させるための凹溝状の酸化剤ガス流路が設けられている。
【０００４】
固体高分子型燃料電池の発電方法としては、燃料ガス流路に水素を主体とした燃料ガスを供給すると共に、酸化剤ガス流路に酸化剤ガス（通常は空気）を供給することにより、プロトン伝導性高分子膜を介して、（燃料ガスに含まれる）水素と（酸化剤ガスに含まれる）酸素に下記の電気化学反応を生じさせる方法が用いられている。
【０００５】
アノード；Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−              （１）
カソード；４Ｈ＋＋４ｅ−＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ      （２）
【０００６】
プロトン伝導性高分子膜としては、膜厚が３０〜９０μｍの、パーフルオロアルキレンを主骨格とし、一部にパーフルオロビニルエーテル側鎖を有し、該パーフルオロビニルエーテル側鎖の末端にスルホン酸基を有するフッ素系樹脂膜（以下、スルホン酸基含有フッ素系樹脂膜と記述する）が汎用されている。
【０００７】
プロトン伝導性高分子膜の具体例としては、デュポン社製Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）、ゴア社製ＧｏｒｅＳｅｌｅｃｔ（登録商標）、旭化成社製Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標）、旭硝子社製Ｆｌｅｍｉｏｎ（登録商標）等が挙げられる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−４９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来のセルデザインは、セパレータや、燃料ガスおよび酸化剤ガスを（アノードおよびカソードに付属する）触媒層の面内に均一に拡散させるためのガス拡散材を必要とするため、複雑な構造となり、コストが高くなってしまっている。
【００１０】
また、スルホン酸基含有フッ素系樹脂膜は合成経路が複雑なために高価であり、また、耐熱性が低いので固体高分子型燃料電池の運転温度（好ましい運転温度は１００℃〜１２０℃）を１００℃未満に制限しなければならないという問題を抱えている。
【００１１】
また、スルホン酸基含有フッ素系樹脂膜をプロトン伝導性高分子膜として使用するに際しては、スルホン酸基含有フッ素系樹脂膜を水で十分に膨潤しなければならず、このためのシステムが複雑なため、コストが高くなるという問題を生じていた。
【００１２】
本発明の課題は、セパレータおよびガス拡散材を有さない、構造が簡素で安価な固体高分子型燃料電池、および、プロトン伝導性高分子膜として、高価かつ耐熱性が劣るスルホン酸基含有フッ素系樹脂膜を用いない、安価かつ耐熱性が優れた固体高分子型燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、プロトン伝導性高分子と、該プロトン伝導性高分子に同一直線上に形成されたガス流路となる複数の貫通孔と、該貫通孔表面に形成された電極を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池である。
【００１４】
固体高分子型燃料電池の構造をプロトン伝導性高分子と、該プロトン伝導性高分子に同一直線上に形成されたガス流路となる複数の貫通孔と、該貫通孔表面に形成された電極を有する構造とすることにより、ガス拡散材およびセパレータが不要となり、固体高分子型燃料電池の構造を簡素化でき、固体高分子型燃料電池のコストを下げることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記電極が、アノードとカソードからなる電極対を成し、隣接する該電極対間において同極どうしが対向配置された状態で並んでおり、前記電極対どうしが配線を用いて接続されていることを特徴とする請求項１に記載の固体高分子型燃料電池である。
【００１６】
隣接する（アノードとカソードからなる）電極対間において同極どうしを対向配置することにより、隣接する電極体間のプロトンの移動を防止できる。
また、前記電極対どうしを、配線を用いて接続することにより、用途に応じた燃料電池を構成することができる。
【００１７】
隣接する（アノードとカソードからなる）電極対間において同極どうしを対向配置しない場合、プロトンは、アノードから隣接する電極対のカソードへも移動可能となるため、起電力が減少する。（単電池セルの起電力と、電極対間に形成される電池の起電力が相殺し合ってしまう。）
【００１８】
請求項３に記載の発明は、前記プロトン伝導性高分子が、プロトン伝導性物質、および、結着剤からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体高分子型燃料電池である。
【００１９】
プロトン伝導性高分子を、プロトン伝導性物質、および、結着剤で構成することにより、高価かつ耐熱性が劣るスルホン酸基含有フッ素系樹脂膜に替わる、優れたプロトン伝導性を有するプロトン伝導性高分子を得ることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、前記電極が、触媒を担持した電子伝導性物質、プロトン伝導性物質、および、結着剤からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池である。
【００２１】
前記電極を、触媒を担持した電子伝導性物質、プロトン伝導性物質、および、結着剤で構成することにより、前記式（１）（２）の反応を効率良く行うことができる。
【００２２】
触媒は、前記式（１）（２）の反応を促進させる役割を有する。
【００２３】
電子伝導性物質は、触媒反応部への電子の供給、触媒反応部からの電子の回収の役割を有する。
【００２４】
プロトン伝導性物質は、触媒反応部で発生したプロトンを伝導する役割を有する。
【００２５】
結着剤は、触媒を担持した電子伝導性物質と、プロトン伝導性物質を結着する役割を有する。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、前記プロトン伝導性物質が、スルホン酸基が置換された芳香族化合物からなることを特徴とする請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池である。
【００２７】
スルホン酸基が置換された芳香族化合物は、スルホン化および炭化という簡易な工程で安価に合成でき、プロトン伝導度が高い。
これを用いてなるプロトン伝導性高分子のプロトン伝導度は、１．１×１０−１〜１．２×１０−１Ｓｃｍ−１であり、デュポン社製Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）と同等のプロトン伝導度を示す。
【００２８】
スルホン酸基が多い方が、プロトン伝導度は高い。
また、芳香族化合物は多くのポリエン構造を持ち、スルホン酸基を置換し易い。
【００２９】
請求項６に記載の発明は、前記結着剤が、ポリエーテルスルホンであることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池である。
【００３０】
ポリエーテルスルホンは、固体高分子型燃料電池の運転環境に耐えうる、耐熱性、耐酸化劣化性、耐還元劣化性、寸法安定性、耐衝撃性に優れた結着剤である。
【００３１】
請求項７に記載の発明は、前記触媒が、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＯｓおよびＩｒから選ばれた１種または２種以上の金属からなることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池である。
【００３２】
触媒は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＯｓおよびＩｒから選ばれた１種または２種以上の金属からなるが、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＯｓおよびＩｒは１Ｂ族または８族に族し、酸素還元能力、水素酸化能力が高いので、触媒効率の良い燃料電池を作製することができる。
【００３３】
請求項８に記載の発明は、前記電子伝導性物質が、炭化珪素、または、カーボンであることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池である。
【００３４】
炭化珪素、または、カーボンは電子伝導性に優れ、電子移動手段としては最適である。
【００３５】
請求項９に記載の発明は、前記触媒の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））が１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池である。
【００３６】
触媒の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））を１ｎｍ以上５ｎｍ以下にすることにより、触媒の単位重量当たりの表面積が非常に大きい、触媒効率の良い出力特性に優れた燃料電池を作製することができる。
【００３７】
触媒の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））を１ｎｍ未満にするのは困難で、コストが高くなってしまう。
また、触媒の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））が５ｎｍを超えると、触媒の単位重量当たりの表面積が小さくなり、触媒効率が悪くなり、燃料電池の起電力が低くなってしまう。
【００３８】
請求項１０に記載の発明は、前記触媒と前記電子伝導性物質の配合比率が、重量比で１：２〜２：１であることを特徴とする請求項４乃至請求項９のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池である。
【００３９】
前記触媒と前記電子伝導性物質の配合比率を、重量比で１：２〜２：１にすることにより、触媒効率および出力特性に優れた燃料電池を作製することができる。（実施例および比較例参照）
【００４０】
請求項１１に記載の発明は、前記芳香族化合物が、アントラセンまたはその誘導体からなることを特徴とする請求項５乃至請求項１０のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池である。
【００４１】
芳香族化合物の中で、アントラセンは、最もスルホン酸基を置換し易い。
【発明の効果】
【００４２】
本発明により、セパレータおよびガス拡散材を有さない、構造が簡素で安価な固体高分子型燃料電池、および、プロトン伝導性高分子膜として、高価かつ耐熱性が劣るスルホン酸基含有フッ素系樹脂膜を用いない、安価かつ耐熱性が優れた固体高分子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】
【００４３】
本発明の固体高分子型燃料電池の構造を、図２を基に説明する。
【００４４】
本発明の固体高分子型燃料電池は、貫通孔８０（燃料ガス流路）および貫通孔９０（酸化剤ガス流路）が形成されたプロトン伝導性高分子７´、貫通孔８０（燃料ガス流路）表面に形成されたアノード８、貫通孔９０（酸化剤ガス流路）表面に形成されたカソード９、配線１０を有した構造となっている。
【００４５】
アノード８、カソード９には触媒を担持した電子伝導性物質、プロトン伝導性物質、および、結着剤が含まれる。
【００４６】
隣接する（アノードとカソードからなる）電極対１１間において同極どうしは対向配置され、また、各々の電極対１１は一直線上に配置されている。
このような配置とすることにより、隣接する電極対１１間のプロトンの移動を防止できる。
【００４７】
隣接する（アノードとカソードからなる）電極対１１間において同極どうしを対向配置しない場合、プロトンは、アノードから隣接する電極対１１のカソードへも移動可能となるため、起電力が減少する。（単電池セルの起電力と、電極対１１間に形成される電池の起電力が相殺し合ってしまう。）
【００４８】
本発明の固体高分子型燃料電池の動作を、図３を基に説明する。
【００４９】
燃料ガス中のＨ２は、貫通孔８０（燃料ガス流路）からアノード８に含まれる触媒表面に供給され、触媒の働きによって下記の式（１）の反応によってＨ＋とｅ−とに分れる。（図３（ａ）（ｂ）参照）
【００５０】
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−      （１）
【００５１】
アノード８に含まれる触媒表面にて発生したＨ＋は、アノード８に含まれるプロトン伝導性物質を通り、その後、プロトン伝導性高分子７´を通り、その後、カソード９に含まれるプロトン伝導性物質を通り、その後、カソード９に含まれる触媒表面に達する。（図３（ｂ）参照）
【００５２】
アノード８に含まれる触媒表面にて発生したｅ−は外部回路１００を通ってカソード９に含まれる触媒表面に達する。（図３（ｂ）参照）
【００５３】
カソード９に含まれる触媒表面に達したＨ＋およびｅ−は、貫通孔９０（酸化剤ガス流路）からカソード９に含まれる触媒表面に達した酸素と、カソード９に含まれる触媒の働きにより、下記の式（２）の反応によってＨ２Ｏとなる。（図３（ｃ）（ｄ）参照）
【００５４】
４Ｈ＋＋４ｅ−＋Ｏ２→２Ｈ２Ｏ      （２）
【００５５】
本発明の固体高分子型燃料電池の作製方法を、図１および図４を基に説明する。
【００５６】
（スルホン酸基が置換された芳香族化合物の作製方法）
まず、芳香族化合物を、濃硫酸または発煙硫酸中において加熱する。
【００５７】
芳香族化合物としては、アントラセン、フェナントレン、ペンタセン等を用いることができるが、アントラセンを用いることが好ましい。
【００５８】
加熱温度は、１８０℃〜２２０℃を用いることができる。
【００５９】
加熱温度が１８０℃未満の場合、芳香族化合物のスルホン化効率が悪く、また、２２０℃を超えると、スルホン酸基の熱分解が起きることが懸念される。
【００６０】
加熱時間としては、１６〜１７時間を用いることができる。
【００６１】
濃硫酸および発煙硫酸の濃度としては、芳香族化合物１モルに対して、２０〜２２モルを用いることができる。
【００６２】
（プロトン伝導性高分子の作製方法）
まず、上記のスルホン酸基が置換された芳香族化合物と、ポリエーテルスルホンを溶融混練することにより、溶融混練物を作製する。（図１参照）
【００６３】
スルホン酸基が置換された芳香族化合物と、ポリエーテルスルホンの配合量は、スルホン酸基が置換された芳香族化合物１００重量部に対して、ポリエーテルスルホン３５０〜４５０重量部とするのが好ましい。
【００６４】
溶融混練する方法としては、スルホン酸基が置換された芳香族化合物、および、ポリエーテルスルホンの混合物を押出機５のホッパー１を通して加熱したシリンダー３へ導入し、加熱したシリンダー３内でスクリュー２を用いて溶融混練する方法を用いることができる。（図１参照）
【００６５】
最後に、溶融混練物をＴダイ４から押出し、Ｔダイ４の直下に設けられた１対の冷却ロール６を用いて、フィルム状のプロトン伝導性高分子７を得る。（図１参照）
【００６６】
冷却ロール６の温度は、０〜５０℃が好ましい。
【００６７】
（固体高分子型燃料電池の作製方法）
まず、プロトン伝導性高分子７に貫通孔８０（燃料ガス流路）、貫通孔９０（酸化剤ガス流路）を形成する。（図４（ｂ）参照）
【００６８】
貫通孔８０（燃料ガス流路）、貫通孔９０（酸化剤ガス流路）の形成方法としては、打ち抜き加工法、エッチング加工法、レーザ加工法、または、放電加工法を用いることができる。
【００６９】
次に、貫通孔８０（燃料ガス流路）表面、および、貫通孔９０（酸化剤ガス流路）表面に、（アノード８およびカソード９からなる）電極対１１を形成する。（図４（ｃ）参照）
【００７０】
電極対１１の材料としては、触媒を担持した電子伝導性物質、プロトン伝導性物質、および、結着剤を用いることができる。
【００７１】
触媒としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＯｓおよびＩｒから選ばれた１種または２種以上の金属を用いることができる。
【００７２】
電子伝導性物質としては、炭化珪素、または、カーボン（カーボンブラック、グラファイト、黒鉛、活性炭、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、フラーレンなど）等を用いることができる。
【００７３】
プロトン伝導性物質としては、前述したスルホン酸基が置換された芳香族化合物を用いることができる。
【００７４】
結着剤としては、ポリエーテルスルホンを用いることができる。
【００７５】
電極対１１の形成方法としては、触媒を担持した電子伝導性物質、プロトン伝導性物質、および、ポリエーテルスルホン（結着剤）を、溶媒（Ｎ−メチル−１−ピロリドン、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコールなど）に溶解して触媒インクを生成した後、触媒インクを（貫通孔を形成した）プロトン伝導性高分子７´上にスクリーン印刷する方法を用いることができる。
【００７６】
触媒と電子伝導性物質は、重量比で１：２〜２：１の範囲にすることが好ましい。
【００７７】
次に、配線１０を形成する。（図４（ｄ）参照）
【００７８】
配線１０の材料としては、銀の微粉末を有機溶媒と樹脂中に分散させた銀ペーストや、銅の微粉末を有機溶媒と樹脂中に分散させた銅ペーストを用いることができる。
【００７９】
有機溶媒としては、ブチルカルビトールを用いることができる。
【００８０】
樹脂としては、ビニル基を有するフェノール樹脂を用いることができる。
【００８１】
配線１０の形成方法としては、銀ペーストまたは銅ペーストを粘度３０〜４０Ｐａ・ｓに調整し、その後、スクリーン印刷する方法を用いることができる。
【実施例１】
【００８２】
（スルホン酸基が置換された芳香族化合物の作製）
アントラセン４０ｇを濃硫酸（９６％）６００ｍｌに溶解し、２５０℃下において１５時間加熱し、その後、濃硫酸を濾別除去し、その後、残留物を水洗し、スルホン酸基が置換された芳香族化合物（スルホン酸密度＝４．６ｍｍｏｌ／ｇ）を得た。
【００８３】
（スルホン酸基が置換された芳香族化合物のプロトン導電率の測定）
まず、スルホン酸基が置換された芳香族化合物を、金型を用いて一軸成形し、その後、静水圧プレス（ＣＩＰ）を用いて２０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力にて、円柱状（直径１０ｍｍ×高さ０．７ｍｍ）ディスクに成形した。
【００８４】
次に、円柱状ディスクの両面にＰｔを蒸着して測定用電極を形成した。
【００８５】
次に、測定用電極を、導線を介してインピーダンスアナライザの端子に接続した。
【００８６】
次に、円柱状ディスクの状態を１００℃、湿度０％（カールフィッシャー法にて測定）にした後、公知の交流インピーダンス法を用いて、測定周波数２０ｋＨｚの条件にて、円柱状ディスクのオーミック抵抗を測定した。
【００８７】
スルホン酸基が置換された芳香族化合物のプロトン導電率は、交流インピーダンス法を用いて測定した円柱状ディスク抵抗値（測定装置中のリード抵抗成分は補正した）および円柱状ディスクの寸法から算出した。
【００８８】
スルホン酸基が置換された芳香族化合物のプロトン導電率は１．４×１０−１Ｓ・ｃｍ−１であった。
【００８９】
（プロトン伝導性高分子の作製）
まず、スルホン酸基が置換された芳香族化合物１００重量部と、ポリエーテルスルホン（インペリアル・ケミカル・インダストリーズ社製、ＰＥＳ５００３Ｐ（登録商標））４００重量部の混合物を押出機のホッパーへ投入し、３６０℃に加熱されたシリンダー内で、窒素ガスを２０ｇ／ｃｍ２の圧力で圧入しながら、スクリュー速度４１０ｒｐｍ、圧力９０ｋｇ／ｃｍ２の条件下で、平均滞留時間が２５秒となるように溶融混練した後、溶融混練物を、Ｔダイ内圧力１５０ｋｇ／ｃｍ２、Ｔダイ出口温度３５０℃の条件でＴダイ出口から、表面温度を３０℃±１０℃に制御した一対の冷却ロール間に押し出して、厚さ５０μｍのフィルム状のプロトン伝導性高分子を得た。
【００９０】
（プロトン伝導性高分子のプロトン導電率の測定）
まず、プロトン伝導性高分子を、円柱状（直径１０ｍｍ×高さ５０μｍ）にカットした。
【００９１】
次に、円柱状にカットしたプロトン伝導性高分子の両面にＰｔを蒸着して測定用電極を形成した。
【００９２】
次に、測定用電極を、導線を介してインピーダンスアナライザの端子に接続した。
【００９３】
次に、公知の交流インピーダンス法により、プロトン伝導性高分子の状態を１００℃、湿度０％（カールフィッシャー法にて測定）にした後、測定周波数２０ｋＨｚの条件にて、プロトン伝導性高分子のオーミック抵抗を測定した。
【００９４】
プロトン伝導性高分子のプロトン導電率は、交流インピーダンス法を用いて測定したプロトン伝導性高分子のオーミック抵抗値（測定装置中のリード抵抗成分は補正した）および円柱状にカットしたプロトン伝導性高分子の寸法から算出した。
【００９５】
プロトン伝導性高分子のプロトン導電率は１．１×１０−１Ｓ・ｃｍ−１であった。
プロトン伝導性高分子のプロトン導電率は、汎用されているデュポン社製Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）のプロトン導電率と同等であった。
【００９６】
（固体高分子型燃料電池の作製）
まず、上記フィルム状の厚さ５０μｍのプロトン伝導性高分子を６０ｍｍ×２００ｍｍのサイズにカットした。
【００９７】
次に、カットしたプロトン伝導性高分子に付着したゴミを、エアーガンを用いて除去した後、鉄板にベークライトを重ねて構成した打抜台上にセットした。
【００９８】
次に、打抜台上にセットしたプロトン伝導性高分子をプレス機に組み込んだ打抜刃で打ち抜き、プロトン伝導性高分子に直径３ｍｍの貫通孔を一直線上に４ｍｍ間隔で２０孔形成した。
【００９９】
次に、以下の組成になるように、平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））が１ｎｍのＰｔ（触媒）を担持したカーボンブラック（電子伝導性物質）（Ｐｔ重量：カーボンブラック重量＝１：２）、前記スルホン酸基が置換された芳香族化合物（プロトン伝導性物質）、および、ポリエーテルスルホン（結着剤）を溶媒に溶解し、その後、周波数４０ｋＨｚで１５分間超音波撹拌することにより、触媒インクを調整した。
・Ｐｔ（触媒）を担持したカーボンブラック（電子伝導性物質）          ７．５重量％
・スルホン酸基が置換された芳香族化合物（プロトン伝導性物質）        ２．５重量％
・ポリエーテルスルホン（結着剤）                                  １０．０重量％
・Ｎ−メチル−１−ピロリドン（溶媒）                              ３０．０重量％
・イソプロピルアルコール（溶媒）                                  ２５．０重量％
・ノルマルプロピルアルコール（溶媒）                              ２５．０重量％
【０１００】
触媒インクを、回転粘度計（リオン社製、ビスコテスターＶＴ−０４）を用いて測定したところ、触媒インクの粘度は、２５℃下において３００ｍＰａ・ｓであった。
【０１０１】
次に、調整した触媒インクを＃２５０ＳＵＳメッシュ×乳剤厚２０μｍ×線径０．０５ｍｍのスクリーン上に載せた。
【０１０２】
次に、スキージ圧５ｋｇｆ／ｃｍ２、スキージ速度１００ｍｍ／秒、スクリーンと貫通孔形成済みのプロトン伝導性高分子のクリアランスが２．５ｍｍの条件にて触媒インクを貫通孔形成済みのプロトン伝導性高分子上に押し出し（スクリーン印刷し）、その後、窒素雰囲気中において１２０℃下で１時間の熱処理を施した後、３０分間放冷し、プロトン伝導性高分子に形成された貫通孔表面に、隣接する電極対間において同極どうしが対向配置されるように、アノードおよびカソードを形成した。
【０１０３】
次に、導電性銀ペースト（株式会社アサヒ化学研究所製、ＬＳ−５０４Ｊ）を、ブチルカルビトールを用いて希釈することにより、粘度３５０ｍＰａ・ｓ（２５℃下における回転粘度計（リオン社製、ビスコテスターＶＴ−０４）測定値）に調整した。
【０１０４】
次に、調整した導電性銀ペーストを＃２００ＳＵＳメッシュ×乳剤厚２０μｍ×線径０．０５ｍｍのスクリーン上に載せた。
【０１０５】
次に、スキージ圧５ｋｇｆ／ｃｍ２、スキージ速度１００ｍｍ／秒、スクリーンとアノードおよびカソード形成済みのプロトン伝導性高分子のクリアランスが２．５ｍｍの条件にて、導電性銀ペーストをアノードおよびカソード形成済みのプロトン伝導性高分子上に押し出し（スクリーン印刷し）、その後、窒素雰囲気中において１５０℃下で３０分間の熱処理を施した後、３０分間放冷することにより、（アノードおよびカソードからなる）電極対１０セットを電気的直列に接続するための配線を作製した。
【０１０６】
（固体高分子型燃料電池の起電力の測定）
次に、固体高分子型燃料電池の貫通孔（燃料ガス通路）に燃料ガス導入管を、また、固体高分子型燃料電池の貫通孔（酸化剤ガス通路）に酸化剤ガス導入管を接続し、燃料ガス導入管に、組成がＨ２：ＣＯ２：Ｈ２Ｏ＝８２：８：１０である燃料ガス（１００℃、相対湿度０％）を流量０．３リットル／分の割合で流し、同時に、酸化剤ガス導入管に酸素ガス（１００℃、相対湿度０％）を流量１．０リットル／分の割合で流しながら、固体高分子型燃料電池を１００℃、相対湿度０％の条件にて１０時間保管した。
【０１０７】
１０時間保管後における、固体高分子型燃料電池のプロトン伝導性高分子の含水率は、湿度０％（カールフィッシャー法にて測定）であった。
【０１０８】
この時の固体高分子型燃料電池の起電力は、１０．５Ｖであり、良好な出力が得られたことを確認した。
【実施例２】
【０１０９】
Ｐｔ（触媒）の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））を３ｎｍにした以外は、実施例１と同様に固体高分子型燃料電池を作製し、固体高分子型燃料電池の起電力を測定した。
【０１１０】
固体高分子型燃料電池の起電力は、９．９Ｖであり、良好な出力が得られたことを確認した。
【実施例３】
【０１１１】
Ｐｔ（触媒）の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））を５ｎｍにした以外は、実施例１と同様に固体高分子型燃料電池を作製し、固体高分子型燃料電池の起電力を測定した。
【０１１２】
固体高分子型燃料電池の起電力は、９．１Ｖであり、良好な出力が得られたことを確認した。
【実施例４】
【０１１３】
Ｐｔ（触媒）重量：カーボンブラック（電子伝導性物質）重量＝１：１にした以外は、実施例１と同様に固体高分子型燃料電池を作製し、固体高分子型燃料電池の起電力を測定した。
【０１１４】
固体高分子型燃料電池の起電力は、１１．２Ｖであり、良好な出力が得られたことを確認した。
【実施例５】
【０１１５】
Ｐｔ（触媒）の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））を３ｎｍ、Ｐｔ（触媒）重量：カーボンブラック（電子伝導性物質）重量＝１：１にした以外は、実施例１と同様に固体高分子型燃料電池を作製し、固体高分子型燃料電池の起電力を測定した。
【０１１６】
固体高分子型燃料電池の起電力は、１０．６Ｖであり、良好な出力が得られたことを確認した。
【実施例６】
【０１１７】
Ｐｔ（触媒）の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））を５ｎｍ、Ｐｔ（触媒）重量：カーボンブラック（電子伝導性物質）重量＝１：１にした以外は、実施例１と同様に固体高分子型燃料電池を作製し、固体高分子型燃料電池の起電力を測定した。
【０１１８】
固体高分子型燃料電池の起電力は、９．７Ｖであり、良好な出力が得られたことを確認した。
【実施例７】
【０１１９】
Ｐｔ（触媒）重量：カーボンブラック（電子伝導性物質）重量＝２：１にした以外は、実施例１と同様に固体高分子型燃料電池を作製し、固体高分子型燃料電池の起電力を測定した。
【０１２０】
固体高分子型燃料電池の起電力は、１１．９Ｖであり、良好な出力が得られたことを確認した。
【実施例８】
【０１２１】
Ｐｔ（触媒）の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））を３ｎｍ、Ｐｔ（触媒）重量：カーボンブラック（電子伝導性物質）重量＝２：１にした以外は、実施例１と同様に固体高分子型燃料電池を作製し、固体高分子型燃料電池の起電力を測定した。
【０１２２】
固体高分子型燃料電池の起電力は、１０．７Ｖであり、良好な出力が得られたことを確認した。
【実施例９】
【０１２３】
Ｐｔ（触媒）の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））を５ｎｍ、Ｐｔ（触媒）重量：カーボンブラック（電子伝導性物質）重量＝２：１にした以外は、実施例１と同様に固体高分子型燃料電池を作製し、固体高分子型燃料電池の起電力を測定した。
【０１２４】
固体高分子型燃料電池の起電力は、１０．２Ｖであり、良好な出力が得られたことを確認した。
【０１２５】
＜比較例１＞
Ｐｔ（触媒）の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））を１０ｎｍにした以外は、実施例１と同様に固体高分子型燃料電池を作製し、固体高分子型燃料電池の起電力を測定した。
【０１２６】
固体高分子型燃料電池の起電力は、７．３Ｖであった。
【０１２７】
＜比較例２＞
Ｐｔ（触媒）の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））を１０ｎｍに、Ｐｔ（触媒）重量：カーボンブラック（電子伝導性物質）重量＝１：１にした以外は、実施例１と同様に固体高分子型燃料電池を作製し、固体高分子型燃料電池の起電力を測定した。
【０１２８】
固体高分子型燃料電池の起電力は、７．６Ｖであった。
【０１２９】
＜比較例３＞
Ｐｔ（触媒）の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））を１０ｎｍに、Ｐｔ（触媒）重量：カーボンブラック（電子伝導性物質）重量＝２：１にした以外は、実施例１と同様に固体高分子型燃料電池を作製し、固体高分子型燃料電池の起電力を測定した。
【０１３０】
固体高分子型燃料電池の起電力は、７．９Ｖであった。
【０１３１】
＜比較例４＞
Ｐｔ（触媒）重量：カーボンブラック（電子伝導性物質）重量＝１：３にした以外は、実施例１と同様に固体高分子型燃料電池を作製し、固体高分子型燃料電池の起電力を測定した。
【０１３２】
固体高分子型燃料電池の起電力は、７．２Ｖであった。
【０１３３】
＜比較例５＞
Ｐｔ（触媒）の平均粒径（体積平均粒径（Ｄｖ））を５ｎｍに、Ｐｔ（触媒）重量：カーボンブラック（電子伝導性物質）重量＝１：３にした以外は、実施例１と同様に固体高分子型燃料電池を作製し、固体高分子型燃料電池の起電力を測定した。
【０１３４】
固体高分子型燃料電池の起電力は、６．９Ｖであった。
【０１３５】
＜比較例６＞
Ｐｔ（触媒）重量：カーボンブラック（電子伝導性物質）重量＝３：１にした以外は、実施例７と同様に固体高分子型燃料電池を作製し、固体高分子型燃料電池の起電力を測定した。
【０１３６】
固体高分子型燃料電池の起電力は、１１．９Ｖであった。
【０１３７】
実施例７よりもＰｔを多量に使用したが、起電力は実施例７と同じで、高価なＰｔの使用量を増やした意味が見出されなかった。
【０１３８】
＜比較例７＞
Ｐｔ（触媒）重量：カーボンブラック（電子伝導性物質）重量＝３：１にした以外は、実施例９と同様に固体高分子型燃料電池を作製し、固体高分子型燃料電池の起電力を測定した。
【０１３９】
固体高分子型燃料電池の起電力は、１０．２Ｖであった。
【０１４０】
実施例９よりもＰｔを多量に使用したが、起電力は実施例９と同じで、高価なＰｔの使用量を増やした意味が見出されなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明の、固体高分子型燃料電池は、パソコン、ビデオカメラ、家庭用給湯器、ロボット、衛星、電気自動車、携帯端末装置（携帯電話、ＰＤＡ等）などの電源に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の固体高分子型燃料電池の作製方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の固体高分子型燃料電池の構造を説明するための正面図である。
【図３】本発明の固体高分子型燃料電池の動作を説明するための図である。
【図４】本発明の固体高分子型燃料電池の作製方法を説明するための（図２のＡ〜Ａ´で切断した）断面図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１・・・・・ホッパー
２・・・・・スクリュー
３・・・・・シリンダー
４・・・・・Ｔダイ
５・・・・・押出機
６・・・・・冷却ロール
７・・・・・プロトン伝導性高分子
７´・・・・（貫通孔を形成した）プロトン伝導性高分子
８・・・・・アノード
９・・・・・カソード
１０・・・・配線
１１・・・・電極対
８０・・・・貫通孔（燃料ガス通路）
９０・・・・貫通孔（酸化剤ガス通路）
１００・・・外部回路
【図１】
2007317468.tif 000003
【図２】
2007317468.tif 000004
【図３】
2007317468.tif 000005
【図４】
2007317468.tif 000006