(57)【要約】【課題】性能の低下を抑制し、長寿命なアルカリ形燃料電池を提供する。【解決手段】アニオン交換電解質膜と、アニオン交換電解質膜の一方の面上に設けられた触媒とアニオン交換電解質を含むアノードと、アニオン交換電解質膜の他方の面上に設けられた触媒とアニオン交換電解質を含むカソードと、を備えるアルカリ形燃料電池において、アニオン交換電解質膜、アノードに用いられるアニオン交換電解質またはカソードに用いられるアニオン交換電解質のいずれかが、スルホニル結合を有し、かつ架橋構造を有する電解質から成ること特徴とする。【選択図】  図１
2013229269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アニオン交換電解質膜と、前記アニオン交換電解質膜の一方の面上に設けられた触媒とアニオン交換電解質を含むアノードと、前記アニオン交換電解質膜の他方の面上に設けられた触媒とアニオン交換電解質を含むカソードと、を備えるアルカリ形燃料電池において、
アニオン交換電解質膜、アノードに用いられるアニオン交換電解質またはカソードに用いられるアニオン交換電解質のいずれかが、スルホニル結合を有し、かつ架橋構造を有する電解質から成ること特徴とするアルカリ形燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載のアルカリ形燃料電池において、アニオン交換電解質膜、アノードに用いられるアニオン交換電解質またはカソードに用いられるアニオン交換電解質のいずれかが、６０℃のＮＭＰ溶媒に対する溶解度が２０％以下であることを特徴とするアルカリ形燃料電池。
【請求項３】
請求項１に記載のアルカリ形燃料電池において、燃料として、メタノールまたはエタノールのアルコール水溶液を用いたことを特徴とするアルカリ形燃料電池。
【請求項４】
請求項１または２に記載のアルカリ形燃料電池において、燃料として、水素を用いたことを特徴とするアルカリ形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アニオン交換膜を用いたアルカリ形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、発電効率が高く、環境性に優れており、現在、大きな課題となっている環境問題、エネルギ問題の解決に貢献可能な次世代の発電装置として期待されている。
【０００３】
燃料電池の中で電解質としてアニオン交換膜を用いたアルカリ形燃料電池がある（特許文献１等）。アルカリ形燃料電池では、燃料としてアノードに水素や、メタノール、アンモニア等が供給され、カソードに酸素や空気が酸化剤として供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９５４８１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Macromolecules 2010, 43, 2657
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
アルカリ形燃料電池の課題として寿命が短いという問題があった。本発明者らは、上記事情に鑑み、アルカリ形燃料電池の寿命が短い原因を調査した。その結果、アニオン交換電解質膜、アノードに用いられるアニオン交換電解質またはカソードに用いられるアニオン交換電解質のいずれかの主鎖もしくは側鎖が発電中もしくは発電待機中に分解することにより性能が低下し、寿命が短くなっていることが分かった。
【０００７】
一方、カチオン交換型電解質膜を用いた酸形燃料電池では電解質膜の分解を抑制するための手法として、電解質膜を３次元架橋させることが知られている。しかしながら、アニオン型電解質膜においては、７０℃以上の高温では、電解質中のイオン交換基が主鎖構造から脱離するという問題があり、カチオン交換型電解質膜で用いられている架橋材では、イオン交換基の脱離が生じ、性能が低下するという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、性能の低下を抑制し、長寿命なアルカリ形燃料電池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】
【０００９】
本発明に係る実施態様の１つである燃料電池は、アニオン交換電解質膜と、前記アニオン交換電解質膜の一方の面上に設けられた触媒とアニオン交換電解質を含むアノードと、前記アニオン交換電解質膜の他方の面上に設けられた触媒とアニオン交換電解質を含むカソードと、を備える燃料電池において、アニオン交換電解質膜、アノードに用いられるアニオン交換電解質またはカソードに用いられるアニオン交換電解質のいずれかが、スルホニル結合を有し、かつ架橋構造を有する電解質から成ることにより上記目的が達成されることが見いだされた。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、性能の低下を抑制し、長寿命なアルカリ形燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】アルカリ形燃料電池の発電セルの断面模式図。
【図２】電極触媒層の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るアルカリ形燃料電池の実施形態について詳述する。  
本発明はアニオン交換電解質膜と、前記アニオン交換電解質膜の一方の面上に設けられた触媒とアニオン交換電解質を含むアノードと、前記アニオン交換電解質膜の他方の面上に設けられた触媒とアニオン交換電解質を含むカソードと、を備える燃料電池において、アニオン交換電解質膜、アノードに用いられるアニオン交換電解質またはカソードに用いられるアニオン交換電解質のいずれかが、スルホニル結合を有し、かつ架橋構造を有する電解質から成る。
【００１３】
本発明のアルカリ形燃料電池で用いられるアニオン交換電解質膜は、アニオンを伝導する特性を有していれば特に限定されず、公知の如何なるものでもよい。このようなアニオン交換電解質膜としては、一般にアニオン交換電解質のみからなる膜と基材となる多孔質膜にアニオン交換樹脂を含浸させたものがある。このようなアニオン交換電解質としては１〜３級アミノ基、４級アンモニウム基、４級ホスホニウム基、４級ピリジニウム基、ピリジル基、ホスファゼン基などのアニオン交換基を有する高分子材料を用いることが好ましい。また、アノードとカソードに含まれるアニオン交換電解質と、アニオン交換電解質膜は、同一の材料を用いても良いし、異なる材料であっても良い。また、アニオン交換電解質膜、アノードに用いられるアニオン交換電解質またはカソードに用いられるアニオン交換電解質のいずれかが、６０℃のＮ−メチル−２−ピロリドン溶媒（以下、ＮＭＰ溶媒という）に対する溶解度が２０％以下、より好ましくは１０％以下であることが望ましい。
【００１４】
本発明のアルカリ形燃料電池で用いられるアノードの触媒は、燃料を酸化する触媒活性を有していれば特に限定されるものではないが、水素、メタノール、およびエタノールを燃料として用いる場合には白金、パラジウム、ルテニウム、鉄、コバルト、ニッケルやこれらの合金などを用いることができる。また、これらの触媒はカーボンブラック、活性炭等のカーボン担体に担持されていても良い。また、カソードは酸素を還元する触媒とアニオン交換電解質を含む電極である。カソードの触媒は、酸素を還元する触媒活性を有していれば特に限定されるものではないが、白金、金、パラジウム、鉄、コバルト、ニッケルやこれらの合金などを用いることができ、アノードと同様にカーボン担体に担持されていても良い。
【００１５】
本発明のアルカリ形燃料電池で用いられる燃料としては、特に制限はないが、一般にはメタノール、エタノール等のアルコール、アンモニア、ヒドラジンやこれらの水溶液のほかに、水素が挙げられる。
【００１６】
図１に本発明に係るアルカリ形燃料電池の発電セルの断面模式図を示す。発電セルは燃料電池システムの一部である。アルカリ形燃料電池の発電セルは、アニオン交換電解質膜１４の一方の面上にアノード１３が形成され、他方の面上にカソード１５が形成された膜電極接合体を一対の導電性プレート１１で挟持して構成される。一対の導電性プレート１１は外部回路７を介して接続されている。導電性プレート１１の電極と対向する面には、それぞれ反応ガス流路が形成されており、このガス流路から反応ガスがアノード１３とカソード１４に供給され、発電が行われる。この際、反応ガスが外部に漏れないように、アニオン交換電解質膜１４と導電性プレート１１の間にガスケット１７が設けられている。
また、電極の面内へ反応ガスが拡散されるように、導電性プレート１１と、アノード１３及びカソード１４の間にはガス拡散層１２、１６が配置されている。ガス拡散層１２、１６としてはカーボンペーパー、カーボンクロスなどを用いることができる。なお、ガス拡散層は省略することもできる。
【００１７】
アノード１３及びカソード１４の電極触媒層の模式図を図２に示す。図２は電極触媒層の一部を模式的に示したものである。図２に示したように、電極触媒層は、表面に複数の触媒金属２２が担持した担体２１がアニオン導電性電解質２３で結着された構成を備える。ここで、触媒金属はアノード１３では燃料を酸化する触媒が選択され、カソード１４では酸素を還元する触媒が選択される。担体２１には、導電性を有するカーボンブラックなどのカーボン担体が用いられる。
【００１８】
本発明のアルカリ形燃料電池では、アニオン交換電解質膜１４または電極触媒層に含まれるアニオン導電性電解質２３の少なくとも一方にスルホニル結合を有し、かつ架橋構造を有する電解質を用いたことを特徴とする。
【００１９】
一般にアニオン交換電解質において、スルホニル結合を有する架橋構造を有する構造にするには、末端がチオールの多分岐モノマまたはポリマと末端がハロゲンのモノマまたはポリマを重合することでスルフィド結合を作製し、それを酸化させることで架橋部位にスルホニル結合を有する構造を作製できる。
【００２０】
〔実施例〕
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２１】
（１）クロロメチル化ポリマＡの作製
ディーンスタークトラップ、コンデンサー、攪拌機および窒素供給管を備えた５００mlの４つ口セパラブルフラスコに、３，３′−ジスルホ−４，４′−ジクロロジフェニルスルホンジナトリウム塩（ＳＤＣＤＰＳ、分子量４９１.３、０.００３３モル、０.０３当量）、４，４′−ジクロロジフェニルスルホン（ＤＣＤＰＳ、分子量２８７.１６、０.１６３４モル、１.２２当量）、４，４′−ジヒドロキシビフェニル（Biphenol、分子量１８６.２１、０.１８モル、１.２５当量）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3、分子量１３８.２１、０.１８０モル）、Ｎ−メチルピロリドン３２０ml、トルエン１００mlを入れ、１６０℃で１時間、１８０℃で１時間加熱攪拌してトルエンを留去したのち、２００℃で３８時間加熱した後、室温まで冷却して反応液を得た。この反応液を２０００mlの水中に注ぎ、共重合体を析出させた。ブロック共重合体を濾過した後、３０００mlのビーカーに移し、蒸留水１５００mlを加えて、室温から７０℃に加熱した。共重合体を濾過した後、３０００mlのビーカーに移し、１０％硫酸水溶液１５００mlを加えて、室温から７０℃に加熱した。さらに共重合体を濾過した後、精製水で十分に洗浄し、３０００mlのビーカーに移し、蒸留水１５００mlと５％炭酸ナトリウム水溶液５００mlを加えて、室温から７０℃に加熱した。この共重合体を濾過した後、精製水で十分に洗浄し１４０℃の熱風乾燥機で６時間乾燥することで目的物である共重合体を得た。
【００２２】
得られた共重合体を非特許文献１にしたがって１，１′，２，２′−テトラクロロエタンに溶解させ、塩化亜鉛とクロロメチルメチルエーテルと反応させ、メタノールに再沈し、さらに蒸留水で十分に洗浄することでクロロメチル化させクロロメチル化ポリマＡを得た。
【００２３】
クロロメチル化ポリマのクロロメチル化率をＮＭＲで測定したところ、クロロメチル基をイオン交換基とした場合のイオン交換容量が、１.５meq／ｇであった。
【００２４】
（２）クロロメチル化ポリマ膜Ａの作製
（１）で作製したクロロメチル化ポリマＡをＮＭＰ溶媒に溶解させ、それをガラス基板上にアプリケーターで塗布したのち、乾燥させることで、４０μｍのクロロメチル化ポリマ膜Ａを作製した。
【００２５】
（３）膜電極接合体Ａの作製
白金担持量が５０質量％である触媒担持カーボン粒子（田中貴金属株式会社製、ＴＥＣ１０Ｖ５０Ｅ）１.０ｇを水に湿らせた後に、クロロメチル化ポリマＡをＮＭＰ溶媒に溶解させた溶液を均一になるように混合分散することによって、触媒ペーストＡを調製した。次いで、スプレーコーターを用いて、このカソード触媒ペーストＡをクロロメチル化ポリマ膜Ａの一方の面上に塗布、乾燥することによりカソード触媒層Ａを形成した。
【００２６】
また、白金担持量が３０質量％、ルテニウム担持量が２４重量％である触媒担持カーボン粒子（田中貴金属株式会社製、ＴＥＣ６１Ｅ５４）１.０ｇを水に湿らせた後に、クロロメチル化ポリマＡをＮＭＰ溶媒に溶解させた溶液を均一になるように混合分散することによって、触媒ペーストＢを調製した。スプレーコーターを用いて、クロロメチル化ポリマ膜Ａのカソード触媒層Ａとは反対側の面上に塗布、乾燥することにより、アノード触媒層Ｂを形成し膜電極接合体Ａを得た。
【００２７】
続けて、平板プレスのプレス板の間に、調製した膜電極接合体Ａを挟持し、６０℃、５MPaの条件で３分間挟持することで膜電極接合体Ａ（触媒層Ａの膜厚１５０μｍ、触媒層Ｂの膜厚１５０μｍ）を調製した。
【００２８】
（４）クロロメチル化ポリマＣの作製
ディーンスタークトラップ、コンデンサー、攪拌機および窒素供給管を備えた５００mlの４つ口セパラブルフラスコに、４，４′−ジクロロジフェニルスルホン（ＤＣＤＰＳ，分子量２８７.１６，０.１８モル，１.２５当量）、４，４′−ジヒドロキシビフェニル（Biphenol，分子量１８６.２１，０.１８モル，１.２５当量）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3，分子量１３８.２１，０.１８０モル）、Ｎ−メチルピロリドン３２０ml、トルエン１００mlを入れ、１６０℃で１時間、１８０℃で１時間加熱攪拌してトルエンを留去したのち、２００℃で３８時間加熱した。反応液を室温に冷却して反応液を得た。反応液を室温に冷却後、反応液を２０００mlの水中に注ぎ、共重合体を析出させた。この共重合体を濾過した後、３０００mlのビーカーに移し、蒸留水１５００mlを加えて、室温から７０℃に加熱した。さらに、この共重合体を濾過した後、３０００mlのビーカーに移し、精製水で十分に洗浄し、蒸留水１５００mlを加えて、室温から７０℃に加熱した。この共重合体を濾過した後、精製水で十分に洗浄し１４０℃の熱風乾燥機で６時間乾燥することで目的物である共重合体を得た。
【００２９】
得られた共重合体を非特許文献１にしたがって１，１′，２，２′−テトラクロロエタンに溶解させ、塩化亜鉛とクロロメチルメチルエーテルと反応させ、メタノールに再沈し、さらに蒸留水で十分に洗浄することでクロロメチル化させクロロメチル化ポリマＣを得た。
【００３０】
クロロメチル化ポリマのクロロメチル化率をＮＭＲで測定したところ、クロロメチル基をイオン交換基とした場合のイオン交換容量が、１.５meq／ｇであった。
【００３１】
（５）膜電極接合体Ｃの作製
白金担持量が５０質量％である触媒担持カーボン粒子（田中貴金属株式会社製、ＴＥＣ１０Ｖ５０Ｅ）１.０ｇを水に湿らせた後に、クロロメチル化ポリマＣをＮＭＰ溶媒に溶解させた溶液を均一になるように混合分散することによって、触媒ペーストＣを調製した。次いで、スプレーコーターを用いて、このカソード触媒ペーストＣをクロロメチル化ポリマ膜Ａの一方の面上に塗布、乾燥することによりカソード触媒層Ｃを形成した。
【００３２】
また、白金担持量が３０質量％、ルテニウム担持量が２４重量％である触媒担持カーボン粒子（田中貴金属株式会社製、ＴＥＣ６１Ｅ５４）１.０ｇを水に湿らせた後に、クロロメチル化ポリマＣをＮＭＰ溶媒に溶解させた溶液を均一になるように混合分散することによって、触媒ペーストＤを調製した。スプレーコーターを用いて、クロロメチル化ポリマ膜Ａのカソード触媒層Ｃとは反対側の面上に塗布、乾燥することにより、アノード触媒層Ｄを形成し膜電極接合体Ｃを得た。
【００３３】
続けて、平板プレスのプレス板の間に、調製した膜電極接合体Ｃを挟持し、６０℃、５MPaの条件で３分間挟持することで膜電極接合体Ｃ（触媒層Ｃの膜厚１５０μｍ、触媒層Ｄの膜厚１５０μｍ）を調製した。
【００３４】
〔実施例１〕
（３）で作製した膜電極接合体Ａを１０wt％の五酸化二リンを含有するメタンスルホン酸溶液に含浸し、６０℃、１０時間加熱した。その後、架橋した電解質膜を溶液から取り出し、純水でｐＨが７になるまで洗浄し、膜に付着した水分を濾紙（５Ａ）で拭き取り架橋膜電極接合体Ａを作製した。次に、架橋膜電極接合体Ａを３０wt％トリメチルアミンに１２hr浸漬し、さらに１mol％ＮａＯＨに１hr浸漬させた後に純水でｐＨが７になるまで洗浄し、膜に付着した水分を濾紙（５Ａ）で拭き取り架橋アニオン交換膜電極接合体Ａを作製した。
【００３５】
作製したアニオン交換膜電極接合体Ａを拡散層であるカーボンクロスを介して、導電性プレートで挟み込み、本実施例に係る燃料電池セルＡを作製した。
【００３６】
次に、燃料電池のアノードに、燃料タンクから１mol／ＬのＫＯＨ含有１０％メタノール水溶液を供給し、カソードに露点６０℃の空気を供給して、電池温度６０℃にて電流密度５０mA／cm2で１００hr発電を行った。その結果、１００hr後の電圧は、初期電圧に対して９５％であった。
【００３７】
次に、本実施例の架橋アニオン電解質の重量減少率を測定するために以下の手法で架橋アニオン電解質膜Ａを作製した。
【００３８】
まず、（２）で作製したクロロメチル化ポリマ膜Ａを１０wt％の五酸化二リンを含有するメタンスルホン酸溶液に含浸し、６０℃、１０時間加熱した。その後、架橋した電解質膜を溶液から取り出し、純水でｐＨが７になるまで洗浄し、膜に付着した水分を濾紙（５Ａ）で拭き取りクロロメチル化ポリマ膜Ａを架橋させた。その後、架橋クロロメチル化ポリマ膜Ａを３０wt％トリメチルアミンに１２hr浸漬し、さらに１mol％ＮａＯＨに１hr浸漬させた後に純水でｐＨが７になるまで洗浄し、膜に付着した水分を濾紙（５Ａ）で拭き取り架橋アニオン電解質膜Ａを作製した。
【００３９】
作製した架橋アニオン電解質膜Ａを６０℃のＮＭＰに３hr浸漬させた後の重量減少率は３％であった。
【００４０】
〔実施例２〕
（５）で作製した膜電極接合体Ｃを１０wt％の五酸化二リンを含有するメタンスルホン酸溶液に含浸し、６０℃、１０時間加熱した。その後、架橋した電解質膜を溶液から取り出し、純水でｐＨが７になるまで洗浄し、膜に付着した水分を濾紙（５Ａ）で拭き取り架橋膜電極接合体Ｃを作製した。次に、架橋膜電極接合体Ｃを３０wt％トリメチルアミンに１２hr浸漬し、さらに１mol％ＮａＯＨに１hr浸漬させた後に純水でｐＨが７になるまで洗浄し、膜に付着した水分を濾紙（５Ａ）で拭き取り架橋アニオン交換膜電極接合体Ｃを作製した。
【００４１】
作製したアニオン交換膜電極接合体Ｃを拡散層であるカーボンクロスを介して、導電性プレートで挟み込み、本実施例に係る燃料電池セルＣを作製した。
【００４２】
次に、燃料電池のアノードに、燃料タンクから１mol／ＬのＫＯＨ含有１０％メタノール水溶液を供給し、カソードに露点６０℃の空気を供給して、電池温度６０℃にて電流密度５０mA／cm2で１００hr発電を行った。その結果、１００hr後の電圧は、初期電圧に対して９３％であった。
【００４３】
次に、本実施例のアノード及びカソードに用いた架橋アニオン電解質の重量減少率を測定するために以下の手法で架橋アニオン電解質膜Ｃを作製した。
【００４４】
まず、（５）で作製したクロロメチル化ポリマ膜Ｃを１０wt％の五酸化二リンを含有するメタンスルホン酸溶液に含浸し、６０℃、１０時間加熱した。その後、実施例（１）の架橋アニオン電解質膜Ａと同様に処理した電解質膜を溶液から取り出し、純水でｐＨが７になるまで洗浄し、膜に付着した水分を濾紙（５Ａ）で拭き取りクロロメチル化ポリマ膜Ｃに架橋処理をした。その後、クロロメチル化ポリマ膜Ｃを３０wt％トリメチルアミンに１２hr浸漬し、さらに１mol％ＮａＯＨに１hr浸漬させた後に純水でｐＨが７になるまで洗浄し、膜に付着した水分を濾紙（５Ａ）で拭き取り架橋アニオン電解質膜Ｃを作製した。
【００４５】
作製した架橋アニオン電解質膜Ｃを６０℃のＮＭＰに３hr浸漬させた後の重量減少率は１００％であった。なお、本実施例の電解質膜は実施例１の電解質膜と同じ材料であり、重量減少率は実施例１と同じである。
【００４６】
〔比較例１〕
（３）で作製した膜電極接合体Ａを３０wt％トリメチルアミンに１２hr浸漬し、さらに１mol％ＮａＯＨに１hr浸漬させた後に純水でｐＨが７になるまで洗浄し、膜に付着した水分を濾紙（５Ａ）で拭き取りアニオン交換膜電極接合体Ｂを作製した。
【００４７】
作製したアニオン交換膜電極接合体Ｂを拡散層であるカーボンクロスを介して、集電体で挟み込み、本比較例に係る燃料電池セルＢを作製した。
【００４８】
次に、燃料電池のアノードに、燃料タンクから１mol／ＬのＫＯＨ含有１０％メタノール水溶液を供給し、カソードに露点６０℃の空気を供給して、電池温度６０℃にて電流密度５０mA／cm2で１００hr発電を行った。その結果、１００hr後の電圧は、初期電圧に対して８０％であった。
【００４９】
〔比較例２〕
（１）で作製したクロロメチル化ポリマＡにヒドロキシル基を有する架橋材を１％添加して、ＮＭＰに溶解させた溶液を用いて（２）と同様の方法でそれをガラス基板上にアプリケーターで塗布したのち、乾燥させることで、４０μｍのヒドロキシル基を有する架橋材を含むクロロメチル化ポリマ膜Ｂを作製した。
【００５０】
次に、白金担持量が５０質量％である触媒担持カーボン粒子（田中貴金属株式会社製、ＴＥＣ１０Ｖ５０Ｅ）１.０ｇを水に湿らせた後に、（１）で作製したクロロメチル化ポリマＡにヒドロキシル基を有する架橋材を１％添加して、ＮＭＰに溶解させた溶液を均一になるように混合分散することによって、触媒ペーストＣを調製した。次いで、スプレーコーターを用いて、この触媒ペーストＣをクロロメチル化ポリマ膜Ｂの一方の面上に塗布、乾燥することによりカソード触媒層Ｃを形成した。また、白金担持量が３０質量％、ルテニウム担持量が２４重量％である触媒担持カーボン粒子（田中貴金属株式会社製、ＴＥＣ６１Ｅ５４）１.０ｇを水に湿らせた後に、（１）で作製したクロロメチル化ポリマＡにヒドロキシル基を有する架橋材を１％添加して、ＮＭＰに溶解させた溶液を均一になるように混合分散することによって、触媒ペーストＤを調製した。スプレーコーターを用いて、この触媒ペーストＤをクロロメチル化ポリマ膜Ｂの他方の面上に塗布、乾燥することにより、アノード触媒層Ｃを形成し、クロロメチル化ポリマ膜Ｂ上に触媒層Ｃ及び触媒層Ｄが形成された膜電極接合体Ｃを得た。続けて、平板プレスのプレス板の間に、調製した膜電極接合体Ｃを挟持し、１２０℃、５MPaの条件で３分間挟持することでヒドロキシル基を有する架橋材を架橋させて架橋膜電極接合体Ｃ（触媒層Ｃ膜厚１５０μｍ、触媒層Ｄ膜厚１５０μｍ）を調製した。架橋膜電極接合体Ｃを３０wt％トリメチルアミンに１２hr浸漬し、さらに１mol％ＮａＯＨに１hr浸漬させた後に純水でｐＨが７になるまで洗浄し、膜に付着した水分を濾紙（５Ａ）で拭き取り架橋アニオン交換膜電極接合体Ｃを作製した。
【００５１】
次に、燃料電池のアノードに、燃料タンクから１mol／ＬのＫＯＨ含有１０％メタノール水溶液を供給し、カソードに露点６０℃の空気を供給して、電池温度６０℃にて電流密度５０mA／cm2で１００hr発電を行った。その結果、１００hr後の電圧は、初期電圧に対して５０％であった。
【００５２】
また、クロロメチル化ポリマ膜Ｂについてもクロロメチル化ポリマ膜Ａと同様の処理を行い架橋アニオン電解質膜Ｂを作製した。作製した架橋アニオン電解質膜Ｂを６０℃のＮＭＰに３hr浸漬させた後の重量減少率は３０％である。
【００５３】
以上の結果から、架橋構造を有さない比較例１、従来のヒドロキシル基を有する架橋材で架橋させた比較例２と比較して、スルホニル結合を有し、かつ架橋構造を有する電解質を用いた実施例１、２の方が、長期発電後の電位低下が少なく、性能低下を抑制できることが分かる。このように、アニオン交換電解質膜と、アニオン交換電解質膜の一方の面上に設けられた触媒とアニオン交換電解質を含むアノードと、アニオン交換電解質膜の他方の面上に設けられた触媒とアニオン交換電解質を含むカソードと、を備える燃料電池において、アニオン交換電解質膜、アノードに用いられるアニオン交換電解質またはカソードに用いられるアニオン交換電解質のいずれかが、スルホニル結合を有し、かつ架橋構造を有する電解質から成る燃料電池の優位性が示された。
【図１】
2013229269.tif 000003
【図２】
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