(57)【要約】【課題】不純物を含むバイオメタノール燃料を利用することが可能な、ＤＭＦＣ型燃料電池を提供する。【解決手段】バイオメタノールを燃料として使用し、負極と、正極と、両極の間に配置された電解質層とを有するＤＭＦＣ型燃料電池であって、前記燃料は、バイオメタノール源から、該バイオメタノール源および前記負極に接続された流通路を介して、負極にまで供給され、前記流通路の少なくとも一部には、活性炭を有する活性炭層が設けられていることを特徴とするＤＭＦＣ型燃料電池。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極と、正極と、両極の間に配置された電解質層とを有するＤＭＦＣ型燃料電池であって、
当該ＤＭＦＣ型燃料電池は、バイオメタノールを燃料として使用し、
前記燃料は、バイオメタノール源から、該バイオメタノール源および前記負極に接続された流通路を介して、前記負極にまで供給され、
前記流通路の少なくとも一部には、活性炭を有する活性炭層が設けられていることを特徴とするＤＭＦＣ型燃料電池。
【請求項２】
前記活性炭層は、前記負極の前記電解質層とは反対の側に、前記負極と隣接して設置されていることを特徴とする請求項１に記載のＤＭＦＣ型燃料電池。
【請求項３】
さらに、前記バイオメタノール源としての燃料タンクを有し、
前記燃料タンク内には、第２の活性炭が設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＤＭＦＣ型燃料電池。
【請求項４】
燃料として、バイオメタノールと、化石燃料から製造されたメタノールとの混合物が使用されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のＤＭＦＣ型燃料電池。
【請求項５】
さらに、前記活性炭層の活性炭をクリーニングするための手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のＤＭＦＣ型燃料電池。
【請求項６】
前記流通路は、前記活性炭層の活性炭をクリーニングするための流体の導入口と、該流体の排出口とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のＤＭＦＣ型燃料電池。
【請求項７】
前記活性炭層の活性炭をクリーニングするための流体は、温水および／または温風であることを特徴とする請求項６に記載のＤＭＦＣ型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に、メタノールを燃料とするＤＭＦＣ型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するクリーンなエネルギー源として、各種分野への適用が期待されている。特にＤＭＦＣ型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）は、作動温度が低く、小型化が比較的容易なため、携帯電子機器等の電源に適している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
ＤＭＦＣ型燃料電池では、燃料としてメタノール（ＣＨ３ＯＨ）が使用される。通常、このメタノールは、天然ガスなどの化石燃料を原料とした有機化学的合成法により、工業的に生産される。この製造方法では、硫黄化合物などの不純物が極めて少ない、高純度のメタノールが生成される。
【０００４】
しかしながら、化石燃料を原料としたメタノールの生産方法は、将来の化石燃料の枯渇の問題や、地球環境保護等の観点から好ましいものではない。
【０００５】
そこで、化石燃料からメタノールを生産する代わりに、植物などの再生可能な原料からメタノールを生産する技術について、検討が行われている。このようなメタノールは、特に「バイオメタノール」とも称される。
【０００６】
「バイオメタノール」は、例えば、穀物や材木資源（非食料資源）を発酵させたり、これらを高温分解処理することにより、ＣＯ、Ｈ２などを含む合成ガス（ＣＯ、Ｈ２などが主成分）を生成し、さらに、この合成ガスを触媒の存在下で反応させることにより生成される。
【０００７】
このような方法では、太陽エネルギーの光合成で成長した植物資源を使用して、バイオメタノールを得るため、このバイオメタノールを半永久的に製造することが可能である。すなわち、この方法では、バイオメタノールを再生可能なエネルギー源として使用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２３５５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、バイオメタノールは、様々な化学物質が混在した植物資源から生成されるため、得られたバイオメタノール中には、不純物（例えば、硫黄化合物など硫黄成分）が多く含まれてしまう。また、バイオメタノールの製造過程でメタノール純度を高める処置を行ったとしても、硫黄成分などの不純物を完全に除去することは難しいという問題がある。
【００１０】
また、バイオメタノール中に硫黄成分が存在すると、ＤＭＦＣ型燃料電池内に使用される白金（Ｐｔ）などの触媒の活性が低下（被毒）し、燃料電池の発電効率が低下する。このため、現状では、バイオメタノールは、主として、高純度に精製された状態で、エンジンなどの内燃機関向けの燃料として使用されているに過ぎない。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、その目的は、硫黄成分のような不純物を含むバイオメタノール燃料を利用することが可能な、ＤＭＦＣ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】
【００１２】
本発明では、
負極と、正極と、両極の間に配置された電解質層とを有するＤＭＦＣ型燃料電池であって、
当該ＤＭＦＣ型燃料電池は、バイオメタノールを燃料として使用し、
前記燃料は、バイオメタノール源から、該バイオメタノール源および前記負極に接続された流通路を介して、前記負極にまで供給され、
前記流通路の少なくとも一部には、活性炭を有する活性炭層が設けられていることを特徴とするＤＭＦＣ型燃料電池が提供される。
【００１３】
ここで、本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池において、前記活性炭層は、前記負極の前記電解質層とは反対の側に、前記負極と隣接して設置されていても良い。
【００１４】
また、本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池は、さらに、前記バイオメタノール源としての燃料タンクを有し、
前記燃料タンク内には、第２の活性炭が設置されていても良い。
【００１５】
また、本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池では、燃料として、バイオメタノールと、化石燃料から製造されたメタノールとの混合物が使用されても良い。
【００１６】
また、本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池は、さらに、前記活性炭層の活性炭をクリーニングするための手段を有しても良い。
【００１７】
また、本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池において、前記流通路は、前記活性炭層の活性炭をクリーニングするための流体の導入口と、該流体の排出口とを有しても良い。
【００１８】
また、本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池において、前記活性炭層の活性炭をクリーニングするための流体は、温水および／または温風であっても良い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、硫黄成分のような不純物を含むバイオメタノール燃料を利用することが可能な、ＤＭＦＣ型燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来のＤＭＦＣ型燃料電池の構成を概略的に示した図である。
【図２】本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池の一構成例を概略的に示した図である。
【図３】負極近傍での反応の様子を示した図である。
【図４】正極での反応の様子を示した図である。
【図５】図２に示したＤＭＦＣ型燃料電池の効果を説明するデータである。
【図６】本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池の別の一構成例を概略的に示した図である。
【図７】本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池のさらに別の一構成例を概略的に示した図である。
【図８】図７に示したＤＭＦＣ型燃料電池３００における発電性能の経時変化の一例を示した図である。
【図９】ＤＭＦＣ型燃料電池に使用される活性炭層のクリーニング方法の一例を示した図である。
【図１０】図９に示した活性炭層のクリーニング方法の効果を示す図である。
【図１１】ＤＭＦＣ型燃料電池に使用される活性炭層の別のクリーニング方法の一例を示した図である。
【図１２】図１１に示した活性炭層のクリーニング方法の効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の構成を説明する。
【００２２】
まず、本発明の特徴をより良く理解するため、図１を参照して、従来のＤＭＦＣ型燃料電池の動作について簡単に説明する。
【００２３】
図１に示すように、従来のＤＭＦＣ型燃料電池１０は、燃料タンク１１および燃料電池本体３０を有する。燃料タンク１１には、メタノールが充填される。燃料電池本体３０は、負極触媒層６０Ａを有する負極（燃料極）６０と、正極触媒層８０Ａを有する正極（空気極）８０と、両電極６０、８０の間に配置された電解質膜７０と、を有する。さらに、負極６０の電解質膜７０とは反対の側には、メタノール層４０が設置される。また、正極８０の電解質膜７０とは反対の側には、空気層９０が設置される。
【００２４】
メタノール層４０は、燃料電池本体３０の外側に設けられた燃料タンク１１から、燃料取入口２０ａを介して、燃料であるメタノールを負極６０に分配する役割を有する。一方、空気層９０は、燃料電池本体３０の外側に設けられた空気（酸素）源（図示されていない）から、空気取入口２０ｂを介して、空気を正極８０に分配する役割を有する。
【００２５】
このようなＤＭＦＣ型燃料電池１０の構成において、まず、燃料タンク１１から、燃料取入口２０ａを介して、メタノールが燃料電池本体３０に供給される。燃料電池本体３０に供給されたメタノールは、メタノール層４０を介して、負極６０に導入される。メタノールは、負極６０において、負極触媒層６０Ａ中の触媒粒子の作用により酸化され、水素イオン（Ｈ＋）、二酸化炭素（ＣＯ２）、および電子（ｅ−）に分解される。
【００２６】
負極６０で生じた水素イオンは、電解質膜７０を通過して、正極８０の方に移動する。電子は、負極６０に接続された外部負荷２５を介して、正極８０の方に移動する。
【００２７】
一方、酸素は、外部空気源から、空気取入口２０ｂを介して燃料電池本体３０に供給される。燃料電池本体３０に供給された酸素は、空気層９０を介して、正極８０に導入される。酸素が正極８０の正極触媒層８０Ａに接触すると、正極触媒層８０Ａ中の触媒粒子の作用により、酸素は、前述の水素イオンおよび電子によって還元され、水が生成する。
【００２８】
以上の過程において、電子が外部負荷２５を経由する際に、ＤＭＦＣ型燃料電池１０は、外部に対して仕事を行うことができる（電気エネルギーが開放される）。
【００２９】
ここで、これまでのＤＭＦＣ型燃料電池では、燃料として使用されるメタノールは、化石燃料を原料として製造されてきたが、将来の化石燃料の枯渇の問題や、地球環境保護等の観点から、メタノールとして、バイオメタノールを使用することが考えられる。
【００３０】
しかしながら、バイオメタノールは、様々な化学物質が混在した植物資源から生成されるため、得られたバイオメタノール中には、硫黄化合物などの不純物が多く含まれている。従って、このような不純物の多いバイオメタノールをＤＭＦＣ型燃料電池の燃料として使用すると、触媒層中に含まれる白金（Ｐｔ）などの触媒の活性が低下（被毒）し、燃料電池の発電効率が低下するおそれがある。
【００３１】
これに対して、本発明では、
負極と、正極と、両極の間に配置された電解質層とを有するＤＭＦＣ型燃料電池であって、
当該ＤＭＦＣ型燃料電池は、バイオメタノールを燃料として使用し、
前記燃料は、バイオメタノール源から、該バイオメタノール源および前記負極に接続された流通路を介して、前記負極にまで供給され、
前記流通路の少なくとも一部には、活性炭を有する活性炭層が設けられていることを特徴とするＤＭＦＣ型燃料電池が提供される。
【００３２】
このようなＤＭＦＣ型燃料電池では、バイオメタノール中に硫黄成分のような不純物が含まれていたとしても、そのような不純物は、負極に到達する前に、活性炭層に吸着して除去される。このため、負極には、不純物の量が有意に抑制されたバイオメタノールを供給することができる。
【００３３】
従って、本発明のＤＭＦＣ型燃料電池では、硫黄成分のような不純物を含むバイオメタノールを燃料として使用しても、これにより、負極触媒層中の触媒が被毒したり、燃料電池の性能が低下したりすることが有意に抑制される。
【００３４】
ここで、本発明においては、必要な場合、さらに、バイオメタノールの貯蔵用燃料タンクに、あらかじめ活性炭を設置しておいても良い。これにより、例えば、工場での燃料タンクの製造時から、実際に燃料タンクを使用するまでの期間の間に、燃料タンクに充填されたバイオメタノール中の不純物を、事前に活性炭に吸着しておくことができる。
【００３５】
さらに、化石燃料から製造された不純物の少ないメタノールと、不純物を含むバイオメタノールとを混合して、燃料電池に供給しても良い。この場合、燃料電池に供給されるメタノール中に含まれる不純物の濃度を、相対的に低下させることができる。
【００３６】
なお、活性炭層に吸着された不純物の量が増加していくと、活性炭層の不純物除去能力が低下するおそれがある。従って、活性炭層の不純物除去能力を回復させるため、時折、活性炭層のクリーニングを実施することが好ましい。
【００３７】
活性炭層のクリーニング方法は、これに限られるものではないが、例えば、９０℃以下の温水や空気を活性炭層に供給して、吸着した硫黄成分を取り除く方法であっても良い。
【００３８】
（本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池の構成）
以下、図面を参照して、本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池について、より詳しく説明する。
【００３９】
図２には、本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池の一例を概略的に示す。
【００４０】
図２に示すように、本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池１００は、図１に示した従来のＤＭＦＣ型燃料電池１０とほぼ同様の構成を有する。
【００４１】
すなわち、ＤＭＦＣ型燃料電池１００は、燃料電池本体１３０と、該燃料電池本体１３０の燃料取入口１２０ａに接続された燃料タンク１１１とを有する。燃料電池本体１３０は、負極触媒層１６０Ａを有する負極１６０と、正極触媒層１８０Ａを有する正極１８０と、両電極の間に配置された電解質膜１７０とを有する。
【００４２】
負極触媒層１６０Ａは、例えばカーボンのような負極材料に、白金および／またはルテニウムのような触媒が担持されて構成される。正極触媒層１８０Ａは、例えばカーボンのような正極材料に、白金および／またはルテニウムのような触媒が担持されて構成される。電解質膜１７０は、水素イオン透過性の有機膜であれば、いかなる膜であっても良い。
【００４３】
また、燃料タンク１１１には、例えば、木片などの植物などから精製されたバイオメタノールが充填される。
【００４４】
また、本発明において必ずしも必須ではないが、図２の例では、活性炭層１５０と燃料取入口１２０ａの間に、メタノール層１４０が設けられている。このメタノール層１４０は、燃料タンク１１１から供給された燃料を一時的に保管する空間として機能する。
【００４５】
ここで、ＤＭＦＣ型燃料電池１００は、図１に示した従来のＤＭＦＣ型燃料電池１０とは異なり、負極１６０の電解質膜１７０とは反対の側に、活性炭を含む活性炭層１５０を有するという特徴を有する。
【００４６】
なお、図２の例では、活性炭層１５０は、負極１６０に隣接するようにして設置されている。しかしながら、活性炭層１５０の配置位置は、これに限られるものではない。すなわち、活性炭層１５０は、燃料タンク１１１から負極１６０の間の、燃料の通路のいかなる位置に設けられても良い。例えば、活性炭層１５０は、燃料取入口１２０ａに設けられても良い。また、例えば、活性炭層１５０は、メタノール層１４０内全体に配置されていても良い。さらに、例えば、活性炭層１５０は、燃料タンク１１１から負極１６０の間の燃料流通路全体に設置されていても良い。ただし、活性炭層１５０の設置領域が広がれば、その分、燃料の圧力損失が大きくなるおそれがある。そのため、通常の場合、活性炭層１５０は、燃料流通路の一部に設置されることが好ましい。例えば、活性炭層１５０は、図２のように、十分な吸着効果が期待できる範囲内で、活性炭層の厚さを薄くした状態で、負極１６０の表面全体を覆うように設置されることが好ましい。
【００４７】
このような特徴的構成を有するＤＭＦＣ型燃料電池１００において、作動時には、燃料タンク１１１から、燃料取入口１２０ａを介して、燃料電池本体１３０にバイオメタノールが供給される。バイオメタノールは、最初にメタノール層１４０に供給される。
【００４８】
次に、バイオメタノールは、活性炭層１５０内を流通する。この際、バイオメタノール中に含まれる硫黄成分のような不純物は、活性炭に吸着される。従って、活性炭層１５０から放出されるバイオメタノール中には、不純物はほとんど含まれない「クリーン」な状態となっている。
【００４９】
その後、この不純物が除去されたバイオメタノールは、負極１６０内に流通される。バイオメタノール中に含まれる硫黄成分のような不純物は、極めて少ない。このため、バイオメタノールが負極１６０に流入されても、負極触媒層１６０Ａの触媒が被毒する危険性は、有意に抑制される。負極触媒層１６０Ａでは、バイオメタノールは、前述のような酸化反応に使用される。
【００５０】
図３には、硫黄成分のような不純物を含むバイオメタノールが活性炭層１５０内を通り、負極１６０に供給される際の模式図を示す。
【００５１】
図３に示すように、不純物を含むバイオメタノールが活性炭層１５０を通る際、不純物は、活性炭層１５０の活性炭１５２に吸着される。従って、活性炭層１５０から放出されるバイオメタノールは、不純物がほとんど含まれない「クリーン」な状態、すなわち「高純度の」メタノールとなっている。従って、負極１６０には、メタノールが導入される。このメタノールは、負極１６０において、負極触媒層１６０Ａ中の触媒粒子（白金および／またはルテニウム等）３６２の働きにより、カーボン粒子３６３上で酸化され、水素イオン、ＣＯ２および電子が生成される。
【００５２】
一方、正極１８０には、燃料電池本体の空気取入口１２０ｂを介して空気（または酸素）が導入される。
【００５３】
図４には、酸素が空気層１９０を介して、正極１８０に供給される際の模式図を示す。
【００５４】
図４に示すように、燃料電池本体内部に供給された酸素は、空気層１９０を介して、正極１８０に分配導入される。正極１８０では、酸素は、正極触媒層１８０Ａに含まれる触媒粒子（白金および／またはルテニウム等）４６２の働きにより、カーボン粒子４６３上で還元される。すなわち、酸素は、負極１６０から電解質膜１７０を介して拡散してきた水素イオン、および外部負荷を介して正極１８０に到達した電子と反応し、水が生成される。
【００５５】
以上のように、本発明による燃料電池１００では、負極１６０に含まれる負極触媒層１６０Ａ中の触媒の被毒の危険性を回避した状態で、適正に、燃料電池１００による発電を行うことが可能となる。
【００５６】
図５には、図２に示したＤＭＦＣ型燃料電池の効果を説明するデータを示す。
【００５７】
図５（ａ）は、図２に示したＤＭＦＣ型燃料電池の発電初期における、電流密度（燃料電池１００の電解質膜１７０の単位面積当たりの電流値）と電圧（外部負荷１２５の負極端子１２５Ａと正極端子１２５Ｃ間の電圧）の関係、および電流密度と電力密度（燃料電池１００の電解質膜１７０の単位面積当たりの発電量）の関係を示したグラフである。
【００５８】
燃料には、バイオメタノールの１００％溶液を純水で６０％に希釈した、バイオメタノール水溶液を使用した。
【００５９】
本データの例では、電流密度が約２００mＡ／ｃｍ２の時に、発電密度が最大となり、最大発電密度ピーク（約２８ｍＷ／ｃｍ２）が得られている。
【００６０】
図５（ｂ）は、同ＤＭＦＣ型燃料電池を連続して運転（発電）したときの、発電時の最大発電密度ピークの経時変化を示したグラフである。図には、比較のため、活性炭層を有さないＤＭＦＣ型燃料電池における結果を同時に示している。
【００６１】
このグラフから、活性炭層を備える本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池では、活性炭層を有さない場合に比べて、最大発電密度ピークの低下が抑制されていることがわかる。
【００６２】
このように、本発明では、不純物を含むバイオメタノール燃料を燃料として使用した場合であっても、燃料電池の発電特性の低下を有意に抑制することができる。
【００６３】
（第２の構成）
次に、図６を参照して、本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池の別の構成について説明する。
【００６４】
図６には、本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池の別の構成を示す。
【００６５】
図６に示すように、このＤＭＦＣ型燃料電池２００は、基本的に、図２に示したＤＭＦＣ型燃料電池１００とほぼ同様の構成を有する。従って、図６において、ＤＭＦＣ型燃料電池１００と同様の部材には、図２と同様の参照符号が付されている。
【００６６】
しかしながら、このＤＭＦＣ型燃料電池２００は、さらに、燃料タンク１１１内に、活性炭２１２を有するという特徴を有する。
【００６７】
この場合、製造工場などで燃料タンク１１１にバイオメタノールを充填させた状態で、バイオメタノール中の不純物を活性炭２１２に吸着させ、バイオメタノール中の不純物濃度を低減させることができる。
【００６８】
このようなＤＭＦＣ型燃料電池２００では、燃料電池本体１３０にバイオメタノールを供給する際に、既に不純物の濃度が減少したバイオメタノールを導入することができる。
【００６９】
（第３の構成）
次に、図７を参照して、本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池の別の構成について説明する。
【００７０】
図７には、本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池の別の構成を示す。
【００７１】
図７に示すように、このＤＭＦＣ型燃料電池３００は、基本的に、図６に示したＤＭＦＣ型燃料電池２００とほぼ同様の構成を有する。従って、図７において、ＤＭＦＣ型燃料電池２００と同様の部材には、図６と同様の参照符号が付されている。
【００７２】
しかしながら、このＤＭＦＣ型燃料電池３００は、燃料タンク１１１中に、バイオメタノール単体ではなく、バイオメタノールと、天然ガスなどの化石燃料から生成されたメタノールとの両方を含む混合メタノールが充填されているという特徴を有する。
【００７３】
一般に、化石燃料から生成されたメタノール（以下、単に「化石燃料メタノール」と称する）は、硫黄成分などの不純物の含有量が少なくなっている。この場合、木片チップなどの植物から生成されたバイオメタノール中に、相当量の硫黄成分などの不純物が含まれていても、相対的にメタノール燃料中の不純物濃度を低下させることができる。従って、ＤＭＦＣ型燃料電池３００のような構成においても、前述のような本発明の効果を得ること、すなわち、負極触媒層の触媒粒子の被毒の危険性を低減させ、燃料電池の特性の劣化を抑制することができる。
【００７４】
図８には、そのようなＤＭＦＣ型燃料電池３００における発電性能（最大発電密度ピーク）の経時変化の一例を示す。燃料タンク１１１中に含まれるメタノールとして、（ａ）バイオメタノール１％＋化石燃料メタノール９９％、および（ｂ）バイオメタノール５０％＋化石燃料メタノール５０％を使用した。さらに、図８には、比較のため、（ｃ）化石燃料メタノールを含まないバイオメタノール１００％の燃料を使用した場合（すなわち、図６に示したＤＭＦＣ型燃料電池２００）の発電性能の経時変化を同時に示した。
【００７５】
なお、これらの燃料は、バイオメタノールと化石燃料メタノールとの混合物（あるいは（ｃ）の場合、バイオメタノール単体）を純水で希釈し、濃度６０％のメタノール水溶液として使用した。
【００７６】
図８から、（ｃ）、（ｂ）、および（ａ）の順、すなわち燃料中の化石燃料メタノールの濃度が高くなるに従って、最大発電密度ピークの低下率が減少することがわかる。
【００７７】
このように、燃料として、バイオメタノールと化石燃料メタノールの混合メタノールを使用することにより、燃料電池の特性の劣化を抑制することができることが確認された。
【００７８】
ここで、燃料中の化石燃料メタノールの割合を高めることは、バイオメタノールの利用率を低下させることにつながる。これは、再生可能燃料であるバイオメタノールの使用を推進するという観点からは、逸脱しているようにも思われる。
【００７９】
しかしながら、前述のようなバイオメタノールと化石燃料メタノールの混合燃料を使用する場合でも、従来のような、１００％の化石燃料メタノールを燃料として使用する場合に比べると、地球環境保護等の観点からは、再生エネルギーの転換が推進されていると言える。
【００８０】
また、できる限り燃料中の化石燃料メタノールの割合を抑制し、バイオメタノールの利用量を高めるため、燃料電池の性能劣化挙動を把握し、これに基づいて発電量を設定しても良い。
【００８１】
例えば、バイオメタノールと化石燃料メタノールの混合比が５０：５０のときの性能劣化曲線（例えば図８の曲線（ｂ））等から、所定の時間（例えば１０００時間）経過後における燃料電池の電力密度値を予測する。
【００８２】
ここで、所定時間後の予測電力密度値が目標値を下回ると予想された場合、燃料電池の発電面積（電解質膜の面積）を予め大きくとっておく。電力密度値は、発電面積（電解質膜の面積）に比例するため、この対応により、所定時間後の燃料電池の電力密度値を、目標値を上回るようにすることができる。
【００８３】
一方、所定時間後の燃料電池の予測電力密度値が、既に目標値を上回ると予想された場合、バイオメタノールの混合割合をより高めて、同様の検討を行っても良い。このような対応により、燃料中のバイオメタノールの利用量をできる限り高めることができる。
【００８４】
なお、図７の例では、燃料タンク１１１内には、活性炭２１２が設置されているが、これは、必ずしも必要ではなく、燃料タンク１１１内には、活性炭２１２が設置されていなくても良いことは当業者には明らかであろう。
【００８５】
（活性炭層のクリーニングについて）
以上の説明のように、本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池は、活性炭層１５０を有するという特徴を有する。
【００８６】
ここで、使用時間が長期化し、活性炭層１５０に吸着した硫黄成分の量が増加すると、活性炭層１５０の不純物除去能力が低下するおそれがある。従って、活性炭層１５０の不純物除去能力を回復させるため、時折、活性炭層１５０のクリーニングを実施することが好ましい。
【００８７】
そこで、以下、活性炭層１５０のクリーニング方法の一例について説明する。
【００８８】
図９には、本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池に使用される活性炭層のクリーニング方法を示す。なお、図９では、活性炭層１５０を有するＤＭＦＣ型燃料電池として、図２に示したタイプの燃料電池１００を例にしているが、ＤＭＦＣ型燃料電池は、他のタイプのもの、例えばＤＭＦＣ型燃料電池２００、３００であっても良い。
【００８９】
活性炭層１５０をクリーニングするには、まず、燃料電池本体１３０の燃料の流通路を利用して、燃料電池本体１３０に温水を流入する。温水は、例えば、燃料電池本体１３０の燃料取入口１２０ａを介して導入しても良い。温水の温度は、特に限られないが、９０℃以下であることが好ましい。電解質膜１７０の損傷を確実に防止するためである。
【００９０】
温水が活性炭層１５０に到達すると、不純物が吸着した状態にある活性炭１５２が温水で浸され、活性炭１５２の温度が上昇する。通常、活性炭１５２は、温度が上がると、吸着不純物を放出し易くなる。従って、これにより、活性炭１５２に付着した不純物は、温水中に脱離するようになる。
【００９１】
その後、脱離不純物を含む温水は、燃料電池本体１３０の適当な箇所に設けられた排出口９２０ａを介して、外部に排出される。これにより、活性炭１５２から不純物を除去し、活性炭１５２をクリーニングすることができる。
【００９２】
活性炭１５２を温水で洗浄した後、再度燃料電池の発電を行う前には、燃料の流通路に残留する温水を、十分に除去しておくことが好ましい。これにより、燃料を再導入する際に、メタノール濃度が低下しないようにすることができる。温水の除去は、例えば、空気（温風など）の導入により行っても良い。
【００９３】
図１０には、活性炭のクリーニング効果の一例を示す。
【００９４】
図１０は、ＤＭＦＣ型燃料電池を１０００時間、連続運転した後、運転を停止し、活性炭を温水でクリーニングし、その後再度燃料電池を運転したときの、発電特性（最大発電密度ピーク）の経時変化を連続的に示したグラフである。
【００９５】
ＤＭＦＣ型燃料電池としては、図２に示すタイプのものを使用した。また、燃料には、１００％バイオメタノールを使用した。活性炭のクリーニングは、燃料電池本体の燃料取入口から、８０℃の温水（純水の温水）を１０分間、導入し続け、活性炭を洗浄することにより実施した。
【００９６】
図１０から、活性炭のクリーニング後（「リフレッシュ」と記載された時間点直後）に、燃料電池の発電性能が向上していることがわかる。このように、使用後の活性炭のクリーニングによって、活性炭の不純物除去効果が回復し、燃料電池の発電性能が再度向上することが確認された。
【００９７】
なお、上記例では、活性炭のクリーニングに温水を使用したが、燃料電池を構成する部材に損傷を及ぼすおそれがなければ、この目的に、温水以外の液体または気体を使用しても良い。
【００９８】
図１１には、活性炭のクリーニングに気体を使用する例を示す。
【００９９】
この場合、図９の場合とは異なり、活性炭１５２のクリーニングに温風が使用される。すなわち、この例では、燃料取入口１２０ａを介して、燃料電池本体１３０に温風が導入される。温風の温度は、前述の理由から、９０℃以下であることが好ましい。
【０１００】
この方法では、活性炭１５２が温風によって加熱され、活性炭１５２に吸着した成分が、温風中に脱離する。従って、このような方法でも、活性炭１５２をクリーニングすることができる。
【０１０１】
図１２には、温風による活性炭のクリーニング効果の一例を示す。
【０１０２】
図１２は、ＤＭＦＣ型燃料電池を１０００時間、連続運転した後、運転を停止し、活性炭を温風でクリーニングし、その後再度燃料電池を運転したときの、発電特性（最大発電密度ピーク）の経時変化を連続的に示したグラフである。
【０１０３】
ＤＭＦＣ型燃料電池としては、図２に示すタイプのものを使用した。また、燃料には、１００％バイオメタノールを使用した。活性炭のクリーニングは、燃料電池本体の燃料取入口から、８０℃の温風を１０分間、導入し続け、活性炭を洗浄することにより実施した。
【０１０４】
図１２から、この場合も、活性炭のクリーニング後（「リフレッシュ」と記載された時間点直後）に、燃料電池の発電性能が向上していることがわかる。
【０１０５】
なお、図１０と図１２の比較から、温水によるクリーニングと、温風によるクリーニングとでは、温水によるクリーニングの方がその効果は大きいことが予想される。
【０１０６】
しかしながら、温水によるクリーニングの場合、温水の準備や配管の設置など、周辺の
設備を整える必要が生じる。これに対して、温風によるクリーニングは、簡単なブロー装置（ドライヤー）などを用いて、比較的容易に行うことができる。このため、一般ユーザーが活性炭のクリーニングを行う場合は、温風によるクリーニングが有意であると考えられる。
【０１０７】
なお、温水によるクリーニングと、温風によるクリーニングとを併用しても良いことは、当然である。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、携帯機器などの情報機器や家電機器などに使用される燃料電池、特にメタノールを燃料に用いたＤＭＦＣ型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０      従来のＤＭＦＣ型燃料電池
１１      燃料タンク
２０ａ    燃料取入口
２０ｂ    空気取入口
２５      外部負荷
３０      燃料電池本体
４０      メタノール層
６０      負極（燃料極）
６０Ａ    負極触媒層
７０      電解質膜
８０      正極触媒層
８０Ａ    正極触媒層
９０      空気層
１００    本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池
１１１    燃料タンク
１２０ａ  燃料取入口
１２０ｂ  空気取入口
１３０    燃料電池本体
１４０    メタノール層
１５０    活性炭層
１５２    活性炭
１６０    負極
１６０Ａ  負極触媒層
１７０    電解質膜
１８０    正極
１８０Ａ  正極触媒層
１９０    空気層
２００    本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池
２１２    活性炭
３００    本発明によるＤＭＦＣ型燃料電池
３６２    触媒粒子
３６３    カーボン粒子
４６２    触媒粒子
４６３    カーボン粒子
９２０ａ  排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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