(57)【要約】【課題】本発明は、燃料電池のシステム効率を低下させることなく、長期にわたりギ酸の排出量が少ない燃料電池スタックならびに燃料電池システムを提供することを目的とする。【解決手段】電解質の両面に一対のアノード電極およびカソード電極が配置された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両側に配置された一対のセパレータを単位セルとし、前記単位セルを複数個積層した積層形燃料電池において、前記セパレータの前記アノード電極と接する面に多孔質層が設けられ、前記多孔質層の内部にパラジウム，イリジウム，ロジウムおよび該金属の合金から選ばれる少なくとも１種類の金属からなる触媒を含む第１のギ酸分解触媒層が形成されていることを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の両面に一対のアノード電極およびカソード電極が配置された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両側に配置された一対のセパレータを単位セルとし、前記単位セルを複数個積層した積層形燃料電池において、
前記セパレータの前記アノード電極と接する面に多孔質層が設けられ、前記多孔質層の内部にパラジウム，イリジウム，ロジウムおよび該金属の合金から選ばれる少なくとも１種類の金属からなる触媒を含む第１のギ酸分解触媒層が形成されていることを特徴とする積層形燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の積層形燃料電池において、前記セパレータの前記カソード電極と対向する面に多孔質層が設けられ、前記多孔質層の内部にギ酸を分解する触媒を含む第２のギ酸分解触媒層が形成されていることを特徴とする積層形燃料電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の積層形燃料電池において、前記第１のギ酸分解触媒層は、前記触媒を担持した導電材と、前記導電材を結着するプロトン伝導性を有する結着材で構成されていることを特徴とする積層形燃料電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の積層形燃料電池において、前記第１の触媒層とセパレータを構成する金属との間に単層または複層の金属導電層を形成することを特徴とする積層形燃料電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の積層形燃料電池において、前記セパレータを構成する金属がアルミニウム，チタン，マグネシウム，ジルコニウム，タンタル，ニオブ，タングステン，ハフニウム，亜鉛，ビスマス，アンチモンおよび該金属の合金から選ばれる少なくとも１種の金属からなることを特徴とする積層形燃料電池。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の積層形燃料電池において、前記セパレータが中心層と表面層を有する複合金属材料で構成され、前記中心層を構成する金属が鉄，アルミニウム，銅，チタン，マグネシウム，ジルコニウム，タンタル，ニオブ，タングステン，ニッケル，クロムおよび該金属の合金から選ばれる少なくとも１種の金属からなり、前記表面層を構成する金属がアルミニウム，チタン，マグネシウム，ジルコニウム，タンタル，ニオブ，タングステン，ハフニウム，亜鉛，ビスマス，アンチモンおよびこれらの合金から選ばれる少なくとも１種の金属で構成されることを特徴とする積層形燃料電池。
【請求項７】
請求項４に記載の積層形燃料電池において、前記金属導電層が鉄，コバルト，ニッケル，銅，亜鉛，クロム，錫，ルテニウム，ロジウム，パラジウム，銀，オスミウム，イリジウム，金およびこれらの合金から選ばれる少なくとも１種の金属で構成されることを特徴とする積層形燃料電池。
【請求項８】
請求項４に記載の積層形燃料電池において、前記金属導電層は、前記第１のギ酸分解触媒層側がルテニウム，ロジウム，パラジウム，銀，オスミウム，イリジウム，金および該金属の合金から選ばれる少なくとも１種の金属からなり、セパレータ側が鉄，コバルト，ニッケル，銅，亜鉛，クロム，錫，銀および該金属の合金から選ばれる少なくとも１種の金属で構成されることを特徴とする積層形燃料電池。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の積層形燃料電池において、前記セパレータの多孔質層は陽極酸化処理により形成されることを特徴とする積層形燃料電池。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の積層形燃料電池において、前記第１のギ酸分解触媒層、または、第２のギ酸分解触媒層の厚さが２００μｍ以下であることを特徴とする積層形燃料電池。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の積層形燃料電池において、メタノールを含む燃料を用いて発電することを特徴とする積層形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アノード，電解質膜，カソード，セパレータから構成され、アノードで燃料が酸化され、カソードで酸素が還元される燃料電池に関する。また、この燃料電池が、複数個積層した積層形燃料電池。また、このような燃料電池を含む発電装置や、小型の携帯用電源およびこのような電源を用いた電気機器または電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の大量消費による地球温暖化・環境汚染問題は深刻な問題となっている。この問題に対する対処手段として、化石燃料を燃やす内燃機関に代わり、固体高分子型燃料電池を始めとする水素やメタノール等を燃料とし、酸素やこれを含む空気等を酸化剤とした燃料電池が注目を集めている。
【０００３】
燃料電池は、発電による排出物の環境に対する負荷が少なく、クリーンで高効率な発電システムである。特に、高エネルギー密度の電源として、モバイル機器の電源として燃料電池の適用可能性が検討され始めている。
【０００４】
最近の電子技術の進歩によって、情報量が増加し、その増加した情報を、より高速に、より高機能に処理する必要があるため、高出力密度で高エネルギー密度の電源、すなわち、連続駆動時間の長い電源を必要とする。
【０００５】
充電を必要としない小型発電機、即ち、容易に燃料補給ができるマイクロ発電機の必要性が高まっている。こうした背景から、燃料電池の重要性が検討されている。
【０００６】
燃料電池は、少なくとも固体又は液体の電解質及び所望の電気化学反応を誘起する二個の電極、アノード及びカソードから構成され、その燃料が持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに高効率で変換する発電機である。
【０００７】
こうした燃料電池において、電解質膜に固体高分子電解質膜を用い、水素を燃料とするものは固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）と呼ばれ、メタノールを燃料とするものは直接メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）と呼ばれる。中でも、液体燃料を使用するＤＭＦＣは燃料の体積エネルギー密度が高いために小型の可搬型又は携帯型の電源として有効なものとして注目されている。
【０００８】
ＤＭＦＣにおいては、アノードに供給されたメタノールが酸化され、二酸化炭素となって排出される。また、アノードから固体高分子電解質を透過してカソードに移動したメタノールは、カソードに供給された酸素によって酸化され、二酸化炭素となって排出される。これらのメタノール酸化過程では、中間生成物であるギ酸が少なからず生じ、燃料電池から排出される。このギ酸は、人体にとって有害であるため、その量を可能な限り低減する必要がある。
【０００９】
燃料電池から排出される有害物質であるギ酸を除去する方法としては、例えば特許文献１に記載のように排出ガス配管に副生ガス吸収剤を有するフィルターを設ける方法がある。また特許文献２に記載のようにギ酸の分解触媒を含むフィルターを排出ガス配管に設ける方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２１０７９６号公報
【特許文献２】特開２００５−１８３０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、吸収剤を設ける方法では吸収剤の吸着量に限界があるため、長期にわたってギ酸の除去効果を得ることは難しい。また触媒フィルターを排出ガス配管に設ける方法では、フィルターが排ガスの流通抵抗となるため、ブロアの能力を向上させる必要があり、補機動力による損出が大きくなることから、燃料電池システムの効率が下がってしまう。
【００１２】
そこで、本発明は、燃料電池のシステム効率を低下させることなく、長期にわたりギ酸の排出量が少ない燃料電池スタックならびに燃料電池システム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】
前記目的を達成するための本発明の要旨は次のとおりである。  
電解質の両面に一対のアノード電極およびカソード電極が配置された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両側に配置された一対のセパレータを単位セルとし、前記単位セルを複数個積層した積層形燃料電池において、前記セパレータの前記アノード電極と接する面に多孔質層が設けられ、前記多孔質層の内部にパラジウム，イリジウム，ロジウムおよび該金属の合金から選ばれる少なくとも１種類の金属からなる触媒を含む第１のギ酸分解触媒層が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、前記セパレータの前記カソード電極と対向する面に多孔質層が設けられ、前記多孔質層の内部にギ酸を分解する触媒を含む第２のギ酸分解触媒層が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によって、燃料電池のシステム効率を低下させることなく、長期にわたりギ酸の排出量が少ない燃料電池スタックならびに燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の態様を示すセパレータの展開斜視図。
【図２】本発明のセパレータを用いた燃料電池の展開斜視図。
【図３】図１に示したセパレータのＡ−Ａ′における断面図。
【図４】図３に示した触媒層近傍の拡大図。
【図５】図１に示したセパレータのＡ−Ａ′における断面図。
【図６】図１に示したセパレータのＡ−Ａ′における断面図。
【図７】セパレータと触媒層の間に金属層を形成した触媒層近傍の拡大図。
【図８】セパレータと触媒層の間に金属層を２層形成した触媒層近傍の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の１つの態様を以下、図を用いて説明する。図１は第１の態様を示すセパレータ１の鳥瞰図を示す。ただし、理解を助けるために、セパレータ１の表裏面に面するガスケット５も併記した。セパレータ１は周囲が平坦で、中央部を押出しプレス成型して流路を形成したものである。平坦部２はガスケット５を面接触するために必要な部位で、流路部３はセパレータの表裏に反応ガス（燃料ガスと酸化剤ガスの総称）や冷却水を流通させるための凹凸状の溝である。さらに反応ガスおよび冷却水の出入り口となるマニホールド４が形成されている。セパレータ１の表裏面は平坦部２においてそれぞれ２枚のガスケット５が密着され、ガスケット付きセパレータ１０１を構成する。
【００１８】
実際の電池において、本実施例によるセパレータ１を使用する場合は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly、膜―電極接合体）７等と組み合わせた電池とする。
【００１９】
図２は本実施例によるセパレータを用いた電池構成の一例を示す。ガスケット５を張り合わせたセパレータ１０１は２種類で構成されている。両面に反応ガスを流通させるガスケット付きセパレータ１０１は１０１Ａの符合で表し、片面が反応ガス用、反対面が冷却水用を１０１Ｂの符合で表わした。一対のガスケット付きセパレータ１０１Ａあるいは１０１Ｂのガス流通面側でＭＥＡ７が挟持されており、一つのセル（単位セル）を形成する。この単位セルが複数個積層され、外部回路と接続される集電板８，絶縁板９および端板１０を用いて両端を締め付けることで燃料電池が構成される。燃料電池用膜／電極接合体７，セパレータ１０１，集電板８，絶縁板９、及び、端板１０には、燃料，酸化剤ガスや冷却水の出入り口となるマニホールド４が形成されている。燃料と酸化剤ガスはマニホールド４から供給され、セパレータ１０１のガス流路を通って、燃料がアノード、酸化剤ガスがカソードにそれぞれ供給されることで発電が行われる。未反応燃料を含む排液はセパレータ１０１のガス流路を通って出口側のマニホールド４から外部に排出される。また、冷却水用の流路が形成されたセパレータには、マニホールド４から供給された冷媒となる冷却水が流れ、単位セルの温度が所定の温度範囲内になるように冷却するための冷却部となる。冷却水用の流路が形成されたセパレータは、単位セル毎に設けても、複数個の単位セルに対して１個設けるようにしても良い。
【００２０】
図１に示したセパレータ１は、発電部であるＭＥＡのアノード又はカソードとセパレータ１の凸面の頂点で接している。したがって、セパレータ１の凸面頂点は導電性を有している必要がある。凸面の頂点から集電板８への導電パスが形成されていれば、凸面の頂点以外の面は電気の導通に無関係であるため、導電性を必要とせず、絶縁性であっても構わないし、導電性であってもよい。
【００２１】
図３は図１に示したセパレータ１のＡ−Ａ′における断面を模式的に示した図である。
多孔質層１１はセパレータ１の外表面に形成され、この多孔質層１１の中に反応副生成物分解触媒層１２を形成する。
【００２２】
図４は図３に示したセパレータ断面の反応副生成物分解触媒層１２の近傍を拡大し、模式的に示した図面である。多孔質層１１中には反応副生成物分解触媒層１２が形成され、反応副生成物分解触媒層１２には反応物質が供給できるように空隙が残っている。
【００２３】
この反応副生成物分解触媒層１２は、触媒金属と、カーボン，導電性セラミックス，金属粉末などの少なくとも一種類の導電材と、この導電材を固定するための結着材と溶媒を混練した後に塗布することにより形成する。この触媒金属は微粒子の粉末として使用することができるが、電子導電性を有する担体に微粒子として担持されている方が好ましい。
これは、担体に担持することで、触媒金属をより小さい微粒子として使用することができ、比表面積が大きくなるためである。また、担体に担持されていることで、触媒金属が凝集して粗大化し、比表面積が減少する劣化を抑制することができる。また、電子伝導性を有する担体は、腐食しにくいことから、カーボン担体を用いることが好ましい。ここで、カーボン担体としては、触媒金属を高分散させるために比表面積が１０ｍ2／ｇ以上のものを用いることが良く、例えば、カーボンブラック，カーボンナノチューブ，カーボンファイバー，活性炭等を用いることができる。
【００２４】
また、結着材にはフッ素系樹脂，シリコン系樹脂，フェノール系樹脂，エポキシ系樹脂，ポリイミド系樹脂，ポリアミド系樹脂，ポリオレフィン系樹脂，フラン系樹脂，ゴム系樹脂、および、一部これらの混合物を用いることができる。
【００２５】
多孔質層１１の細孔径は、反応副生成物分解機能層１２を構成する触媒金属、導電材のサイズによって設定され、例えば、０.１〜１００μｍとする。
【００２６】
図４では、多孔質層１１中の反応副生成物分解機能層１２の状態を示したが、多孔質層１１の表面にも反応副生成物分解機能層１２が形成されていてもよい。この際、反応副生成物分解機能層１２には空隙が形成されており、反応物質は空隙を通って多孔質層１１の内部まで供給される構成となる。
【００２７】
このような構成にすることにより、セパレータ表面で反応副生成物を分解することができ、長期にわたり反応副生成物排出量の少ない積層形燃料電池を提供することができる。
また、多孔質層１１の内部に反応副生成物分解機能層１２が設けられることによって、触媒金属の離脱を抑制される観点からも、長期にわたり反応副生成物排出量の少ない積層形燃料電池を提供することができる。
【００２８】
本発明の別の態様を説明する。図５は図１に示したセパレータ１のＡ−Ａ′における断面を模式的に示した図である。メタノールを燃料とした場合には、アノードに反応副生成物としてギ酸が生成する。セパレータ１における凸面頂上部の機能層は、触媒金属であるパラジウムと、カーボン，導電性セラミックス，金属粉末などの少なくとも一種類の導電材と、この導電材を固定するための結着材と固体高分子電解質と溶媒を混練した後に塗布することにより、導電性とプロトン伝導性を有したギ酸分解触媒層１３として形成した。
ギ酸分解触媒層１３には、メタノール酸化反応を促進する白金，ルテニウム，オスミウム，タングステン，モリブデン，鉄，コバルト，ニッケル，マンガン等の触媒が含まれないことが好ましく、特に白金，ルテニウムの複合触媒が含まれないことが好ましい。メタノール酸化反応を促進する触媒が、ギ酸分解触媒層１３に含まれると、ここでメタノールの酸化反応も起こってしまい、中間生成物として、再びギ酸が生じるため、ギ酸排出の抑制効率が低下してしまう。なお、ギ酸酸化触媒として用いるパラジウムは、メタノール酸化反応の触媒としてはほとんど機能しないため、パラジウム上からの新たなギ酸の生成はほとんどない。また、パラジウムは前記の様態と同様に担体に微粒子として担持されている方が好ましい。これは、担体に担持することで、触媒金属をより小さい微粒子として使用することができ、比表面積が大きくなるためである。
【００２９】
また、固体高分子電解質膜には、ポリパーフルオロスチレンスルフォン酸，パーフルオロカーボン系スルホン酸などに代表されるスルホン酸化したフッ素系ポリマーや、ポリスチレンスルフォン酸類，スルホン酸化ポリエーテルスルフォン類，スルホン酸化ポリエーテルエーテルケトン類などの炭化水素系ポリマーをスルホン化した材料、或いは、炭化水素系ポリマーをアルキルスルフォン酸化した材料を用いることができる。
【００３０】
アノード側ではギ酸を電気化学的に酸化するためにギ酸分解触媒層１３がプロトン伝導性を有している必要がある。そのため、ギ酸分解触媒層１３の結着材にはプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用いる必要がある。ギ酸分解触媒層１３がセパレータの凸面頂上部に設けられているため、この部分でアノード触媒層とギ酸分解触媒層の固体高分子電解質膜が接することでプロトン伝導性が確保される。
【００３１】
このような構成にすることにより、セパレータ表面で反応副生成物であるギ酸を分解することができ、長期にわたりギ酸排出量の少ない積層形燃料電池を提供することができる。
【００３２】
本発明の別の態様を説明する。図６は図１に示したセパレータ１のＡ−Ａ′における断面を模式的に示した図である。メタノールを燃料とした場合には、メタノールが電解質膜を透過してカソードに到達してカソードで反応副生成物としてギ酸が生成する。カソードには空気が供給されるために、空気中の酸素でギ酸を酸化することが可能となる。したがって、アノードと異なりギ酸を電気化学的に酸化する必要はない。そこで、カソードではセパレータ１における導電性が必要な凸面頂上部以外の反応物質が流通する流路部分のセパレータ外表面にギ酸分解触媒層１３を形成することができる。ギ酸分解触媒層１３は、触媒金属または触媒金属を担持した、カーボン，セラミックス，金属粉末などの触媒と、この触媒を固定するための樹脂結着材を混練した後に塗布することにより、ギ酸分解触媒層１３として形成した。ギ酸分解触媒層１３には、蟻酸の酸化反応を促進する白金，ルテニウム，オスミウム，パラジウム，タングステン，モリブデン，鉄，コバルト，ニッケル，マンガン等の触媒が好ましい。また、これらのギ酸酸化触媒は前記の様態と同様に担体に微粒子として担持されている方が好ましい。これは、担体に担持することで、触媒金属をより小さい微粒子として使用することができ、比表面積が大きくなるためである。また、ギ酸を電気化学的に酸化する必要がないことから、結着材には固体高分子電解質を用いる必要はない。
【００３３】
このような構成にすることにより、セパレータ表面で反応副生成物であるギ酸を分解することができ、長期にわたりギ酸排出量の少ない積層形燃料電池を提供することができる。なお、図６では、セパレータ１における凸面頂上部以外の反応物質が流通する流路部分にのみギ酸分解触媒層１３を形成した例を示したが、凸面頂上部にもギ酸分解触媒層１３を形成してもよい。カソード側のセパレータにおいて、凸面頂上部にギ酸分解触媒層１３を形成した場合には、カソードで生成した生成水をギ酸分解触媒層１３側に拡散することで、カソードの生成水によるフラッディング防止の効果も期待できる。
【００３４】
本発明の別の態様を説明する。セパレータ１は、金属の種類によっては最初に述べた態様では充分な長期安定性が得られないことがある。これはセパレータ１がマグネシウムや亜鉛など、充分な耐食性を有していない場合は顕著な腐食が発生し、電池を劣化させる原因となる。したがって、セパレータ１として選ぶ金属はある程度の耐食性を有していることが好ましい。なかでもチタン，ジルコニウム，タンタル，ニオブ，タングステンは高耐食な金属であると同時に、腐食生成物の放出量が他の金属に比べ極めて少ない。これは腐食生成物が酸化皮膜として表面に留まる性質を有するためである。したがって、電極や電解質膜に及ぼす悪影響は小さく、燃料電池では好ましい金属である。
【００３５】
アルミニウムは前記金属に比較すると耐食性に乏しいが、腐食してもアルマイトと同質の皮膜が生成するため、腐食生成物の放出量は比較的少ない。
【００３６】
このような金属をセパレータ１に選ぶことにより、金属イオンの溶出が少なくなり、ＭＥＡ７の劣化を最小限に抑えられる長寿命なセパレータが期待できる。
【００３７】
本発明の別の態様を説明する。セパレータ１に使用する金属の中には高価な金属が存在する。そこで、セパレータ１を中心層と表面層を有する複合金属材料とし、中間層に鉄，アルミニウム，銅，チタン，マグネシウム，ジルコニウム，タンタル，ニオブ，タングステン，ニッケル，クロムおよび該金属の合金などの比較的安価な金属を使用し、表面層に高価な金属を薄膜で配置することにより、高価な金属の使用量を低減することが期待できる。
【００３８】
本発明の別の態様を説明する。前述の態様でセルを作製した場合、初期の発電特性が低い場合や、セル毎のセル電圧の差が大きくなる場合がある。これはセパレータ１と反応副生成物分解触媒層１２の電気的な接触が良好ではないことが原因となる。したがって、図７に示すようにセパレータ１と多孔質層１１内の反応副生成物分解触媒層１２との間にメッキ法，蒸着法，スパッタリング法，ＣＶＤ法などによりコバルト，ニッケル，銅，亜鉛，クロム，錫，ルテニウム，ロジウム，パラジウム，銀，オスミウム，イリジウム，金およびこれらの合金などの金属層１４を形成する。これにより、セパレータ１と反応副生成物分解触媒層１２との電気的な接触が良好になり、発電特性が向上し、セル毎の発電特性の差が少なくなることが期待できる。
【００３９】
本発明の別の態様を説明する。金属層１４は、金属の種類によっては最初に述べた態様では充分な長期安定性が得られないことがある。これは金属層１４が鉄，コバルト，ニッケル，銅，亜鉛，錫など、充分な耐食性を有していない場合は顕著な腐食が発生し、電池を劣化させる原因となる。したがって、金属層１４として選ぶ金属はある程度の耐食性と導電性を有していることが好ましい。そのような金属として選ばれるルテニウム，ロジウム，パラジウム，銀，オスミウム，イリジウム，金は高価な材料である。そこで、図８に示すように鉄，コバルト，ニッケル，銅，亜鉛，クロム，錫，銀およびこれらの金属の合金をセパレータ１側に配置し、高価な金属を外側に薄膜で配置することにより、高価な金属の使用量を低減し、且つ、高い対象性を得ることが期待できる。
【００４０】
本発明の別の態様を説明する。前述のセパレータ１の最外層に用いる金属は陽極酸化処理により容易に多孔質層１１を形成することができる。また、陽極酸化処理の浴，電流，電圧などの条件を設定することで細孔の形状や多孔質層の厚さを任意に制御することができる。これにより、ＭＥＡ７へ反応ガスの拡散や生成水の排出性を良好にすることが可能となり、発電特性や寿命特性を向上することが期待できる。
【００４１】
反応生成物分解層１２の厚さが２００μｍよりも厚くなると反応生成物触媒層１２へ反応ガスの拡散や生成水の排出が困難になり発電特性が低下するので、反応生成物分解触媒層１２の厚さは２００μｍ以下であれば、発電特性は十分に保たれる。
【実施例１】
【００４２】
本発明の具体的実施例についてメタノールを燃料とするメタノール型燃料電池を例に説明する。セパレータ１に金属板にアルミニウム（Ａ５０５２）を使用した例を示す。コイル状薄板のアルミニウム厚み０.３mmに流路溝を形成するために押出しプレス機で、周囲が平坦部、中央部の両面に凹凸形状を有するセパレータ１に加工する。これと同時に打ち抜きも行い、マニホールド４を形成する。これにより図１に示したセパレータ１と同等の形状のものを製作することができる。
【００４３】
次に、加工後のセパレータ１に多孔質層１１を形成する手法を説明する。陽極酸化処理で多孔質層１１を形成するに先立ち、加工後のセパレータ１の表面状態に応じて、スケール除去のためにブラスト処理した後、アルカリや有機溶剤による脱脂処理を施す。次いで、酸化膜を除去するための研磨，酸洗浄，アルカリ洗浄を行う。その後、多孔質層１１を形成するために陽極酸化処理を行った。
【００４４】
陽極酸化処理は、電解浴に３〜１０％のシュウ酸を用い、電圧を３０〜１００Ｖ、温度１０℃以下、処理時間２０〜１２０分で処理を行い、膜厚は２０〜５０μｍであった。
【００４５】
アノードのギ酸分解機能層に用いるスラリーは、カーボンブラックに担持されたパラジウムと固体高分子電解質であるNafion（以下、登録商標です）と、プロパノールと、水を混合して作製し、スターラーで２４時間攪拌した。このスラリーをパラジウムの質量が０.４mg／cm2となるようにセパレータの表面にスプレー塗布した後に１２０℃の恒温槽中で１時間保持し、セパレータにギ酸分解触媒層を密着させ、本実施例にかかわるアノードセパレータを作製した。
【００４６】
カソードセパレータは、切削加工をしただけのギ酸分解触媒層のないセパレータを用いて燃料電池セルを構成した。  
なお、測定結果から、ギ酸分解触媒層の厚さはおよそ４０μｍであった。
【実施例２】
【００４７】
本発明の具体的実施例についてメタノールを燃料とするメタノール型燃料電池を例に説明する。セパレータ１に金属板にアルミニウム（Ａ５０５２）を使用した例を示す。コイル状薄板のアルミニウム厚み０.３mmに流路溝を形成するために押出しプレス機で、周囲が平坦部、中央部の両面に凹凸形状を有するセパレータ１に加工する。これと同時に打ち抜きも行い、マニホールド４を形成する。これにより図１に示したセパレータ１と同等の形状のものを製作することができる。
【００４８】
次に、加工後のセパレータ１に多孔質層１１を形成する手法を説明する。陽極酸化処理で多孔質層１１を形成するに先立ち、加工後のセパレータ１の表面状態に応じて、スケール除去のためにブラスト処理した後、アルカリや有機溶剤による脱脂処理を施す。次いで、酸化膜を除去するための研磨，酸洗浄，アルカリ洗浄を行う。その後、多孔質層１１を形成するために陽極酸化処理を行った。
【００４９】
陽極酸化処理は、電解浴に３〜１０％のシュウ酸を用い、電圧を３０〜１００Ｖ、温度１０℃以下、処理時間２０〜１２０分で処理を行い、膜厚は２０〜５０μｍであった。
【００５０】
カソードのギ酸分解触媒層に用いるスラリーは、カーボンブラックに担持された白金と結着材であるフッ化ビニリデンと溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンを混合して作製した。このスラリーを白金の質量が０.４mg／cm2となるようにセパレータのリブ部をマスクして、流路表面にのみスプレー塗布した後に１４０℃の恒温槽中で３時間保持し、セパレータにギ酸分解触媒層を密着させ、本実施例にかかわるカソードセパレータを作製した。
【００５１】
アノードセパレータは、切削加工をしただけのギ酸分解触媒層のないセパレータを用いて燃料電池セルを構成した。  
なお、測定結果から、ギ酸分解触媒層の厚さはおよそ３０μｍであった。
【実施例３】
【００５２】
実施例１のギ酸分解機能層付きアノードセパレータと実施例２のギ酸分解機能層付きカソードセパレータを用いて燃料電池セルを構成した。
【００５３】
〔比較例１〕
本比較例としては、材料に緻密黒鉛を用い、切削加工により幅１mm、深さ１mmのガス流路と電極と接する１mmのリブを切削加工した発電面積が２５cm2のセパレータをアノードセパレータおよびカソードセパレータに用いて燃料電池セルを構成した。
【００５４】
〔評価〕
燃料電池の評価に用いたＭＥＡは次のように作製した。カーボンブラックに担持された白金ルテニウムと、固体高分子電解質であるNafionと、プロパノールと、水を混合し、アノード用スラリーを作製し、スターラーで２４時間攪拌した。また、カーボンブラックに担持された白金と、Nafionと、プロパノールと、水を混合し、カソード用スラリーを作製し、スターラーで２４時間攪拌した。
【００５５】
次に、固体高分子電解質膜上に、アノード用スラリーをスプレー塗布した後、固体高分子電解質膜のもう一方の面上に、カソード用スラリーをスプレー塗布した後に、１２０℃でホットプレスした。ここで、固体高分子電解質膜は、スルホン化ポリエーテルスルフォンを用いた。
【００５６】
前記のように作製したＭＥＡを用い、アノード拡散層にカーボンペーパーとカソード拡散層にカーボンクロスを用い、その両側に実施例および比較例に示したセパレータをそれぞれ配置して所定の圧力で締め付けて燃料電池セルを組み立てた。
【００５７】
ここで、ギ酸排出量は、排出されたメタノール水溶液、排気ガスを氷水で捕集し、その中に含まれるギ酸をイオンクロマトグラフィにて測定した。なお、供給したメタノール水溶液は３重量％のメタノールを含む水溶液であり、カソードには相対湿度６０％の空気を供給した。また、セル温度は６０℃とし、負荷電流密度は０.１５Ａ／cm2とした。表１に結果を示す。
【００５８】
【表１】
2013137883.tif 000003
【００５９】
比較例１のギ酸分解触媒層のないセパレータに比べ、実施例３のアノードとカソードにギ酸分解層を設置したセパレータではギ酸排出量が約１／２６０と非常に少なかった。また、実施例１と２ではギ酸排出量に約８倍の差があった。これは、カソードに比べアノード中に生成するギ酸量が多いために、カソードにのみギ酸分解層を設置した場合にはギ酸の総排出量を大きく下げられないことを示している。
【符号の説明】
【００６０】
１  セパレータ
２  平坦部
３  流通部
４  マニホールド
５  ガスケット
７  ＭＥＡ
８  集電板
９  絶縁板
１０  端板
１１  多孔質層
１２  反応性生物分解触媒層
１３  ギ酸分解触媒層
１４  金属層
１０１  ガスケットつきセパレータ
【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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