(57)【要約】【課題】長期間に亘って安定に出力を維持できる燃料電池を提供することを目的とする。【解決手段】燃料極１１，１２と、空気極１３，１４と、燃料極１１，１２と空気極１３，１４とに挟持された電解質膜１５とからなる膜電極接合体１０と、膜電極接合体１０の燃料極１１，１２側に配置され、燃料極１１，１２に燃料を供給するための燃料供給機構１４と、膜電極接合体１０の空気極１３，１４側に配置され、空気極１３，１４で生成した水を含浸する保湿層２０と、を備え、保湿層２０は、発電時に空気極１３，１４の温度が高い領域と対向する第１保湿部２２と、空気極１３，１４の温度が低い領域と対向する第２保湿部２１とを有し、第２保湿部２２は、第１保湿部２１よりも膜電極接合体１０から外気へ水蒸気が放出されやすいように構成された燃料電池。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟持された電解質膜とからなる膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記燃料極側に配置され、前記燃料極に燃料を供給するための燃料供給機構と、
前記膜電極接合体の前記空気極側に配置され、前記空気極で生成した水を含浸する保湿層と、を備え、
前記保湿層は、発電時に前記空気極の温度が高い領域と対向する第１保湿部と、前記空気極の温度が低い領域と対向する第２保湿部とを有し、
前記第２保湿部は、前記第１保湿部よりも前記膜電極接合体から外気へ水蒸気が放出されやすいように構成された燃料電池。
【請求項２】
前記第１保湿部は、前記空気極の周辺部の少なくとも一部に対向して配置されている請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記第１保湿部は前記空気極の平面方向中央部に対向して配置され、前記第２保湿部は前記空気極の平面方向周辺部に対向して前記第１保湿部を囲むように配置されている請求項１または請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第２保湿部は、平面方向中央部分に設けられた穴を有する枠状であって、前記第１保湿部は前記第２保湿部の穴に配置されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第２保湿部は、前記第１保湿部よりも厚さが薄い請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の燃料電池。
【請求項６】
前記保湿層は複数の層からなり、前記第１保湿部は前記第２保湿部よりも多くの層を有している請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の燃料電池。
【請求項７】
前記保湿層の厚さは、前記第２保湿部から前記第１保湿部に向けて連続的に厚くなっている請求項１乃至請求項６記載の燃料電池。
【請求項８】
前記第１保湿部の気孔率が前記第２保湿部の気孔率よりも低くなるように構成された請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の燃料電池。
【請求項９】
前記保湿層の気孔率は、前記第２保湿部から前記第１保湿部に向けて連続的に低くなっている請求項８記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記第２保湿部は、前記第２保湿部の厚さの０．１倍以上の直径を有する穴または厚さの０．１倍以上の幅を有するスリットのうち少なくとも一方を有する請求項１乃至９のいずれか１項記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に関し、特に液体燃料を用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。
【０００３】
直接メタノール型燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell：ＤＭＦＣ）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯用電子機器の電源として期待されている。ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。
【０００４】
これらのうち、内部気化型等のパッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して特に有利である。パッシブ型ＤＭＦＣにおいては、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（燃料電池セル）を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
燃料収容部は、例えば流路を介して燃料供給部に接続されている。燃料収容部から流路を介して燃料供給部に供給された液体燃料は、液体燃料のまま、もしくは液体燃料と液体燃料が気化した気化燃料が混在する状態で、燃料分配層およびアノード（燃料極）導電層を介して燃料電池セルのアノードガス拡散層に供給される。アノードガス拡散層に供給された燃料は、アノードガス拡散層で拡散してアノード触媒層に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層で次の式（１）に示すメタノールの内部改質反応が生じる。
【０００６】
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ+＋６ｅ−  …式（１）
なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、メタノールは、カソード触媒層で生成した水や電解質膜中の水と上記した式（１）の内部改質反応によって改質されるか、または水を必要としない他の反応機構により改質される。
【０００７】
この反応で生成した電子（ｅ−）は、集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード（空気極）に導かれる。また、式（１）の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は、電解質膜を経てカソードに導かれる。カソードには、保湿層を介して、酸化剤ガスとして空気が供給される。カソードに到達した電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層で空気中の酸素と次の式（２）に示す反応を生じ、この発電反応に伴って水が生成する。
【０００８】
（３／２）Ｏ２＋６ｅ−＋６Ｈ+  →  ３Ｈ２Ｏ  …式（２）
上記した内部改質反応が円滑に行なわれ、高出力で安定した出力を燃料電池において得るためには、式（２）によってカソード触媒層で生成した水（Ｈ２Ｏ）のうち少なくとも一部が、電解質膜を透過してアノード触媒層に拡散し、式（１）の反応によって消費されるというサイクルが、円滑に行なわれる必要がある。
【０００９】
これを実現するため、カソードの近傍に、カソード触媒層において生成した水を含浸して蒸散を抑止する保湿層を配置し、前記カソード触媒層の水分保持量が前記アノード触媒層の水分保持量よりも多い状態を形成し、浸透圧現象を利用して前記カソード触媒層で生成した水を前記電解質膜を通して前記アノード触媒層に供給している。
【特許文献１】国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のような、保湿層を利用してカソードからアノードへの水の供給を促進する燃料電池では、カソードからアノードに供給する水の量を多くするためには、保湿層の厚さは厚いほど良く、また、保湿層の気孔率は低いほど良い。しかしこの場合、燃料電池の発電中は常に、カソード触媒層に大量の水分を保持した状態となり、この状態で発電を長期間続けていると、カソード触媒層の気孔が水で塞がれ、カソード触媒層における空気の拡散性が低下し、発電特性が低下する場合があった。
【００１１】
このため、カソードからアノードへ充分な量の水を供給し、かつカソード触媒層における空気の拡散性の低下を防ぐために、保湿層の厚さや気孔率には最適値が存在する。この保湿層の厚さや気孔率の最適値は、燃料電池の発電中のカソードの温度と密接な関係がある。カソードの温度が高い場合、そのカソード触媒層における水の蒸気圧は高いため、水蒸気は保湿層を透過して外気へ蒸散しやすい。その蒸散を抑制して、アノードに充分な量の水を供給するためには、保湿層の厚さは厚く、気孔率は低くする必要がある。
【００１２】
一方、カソードの温度が低い場合、そのカソード触媒層やその周辺における水の蒸気圧は低く、水蒸気は外気へは余り蒸散せず、カソード触媒層中で凝縮（液化）して気孔を塞ぐ、いわゆるフラッディングが発生しやすい。そのため、保湿板の厚さは薄く、気孔率は高くする必要がある。
【００１３】
ところが、通常の燃料電池では、カソードの温度は全ての場所で等しいとは限らず、膜電極接合体の平面方向で温度分布が生じているのが一般的である。このような温度分布が生じる原因としては、燃料分配層から膜電極接合体に供給される燃料の量の不均一や、膜電極接合体で発生した熱が外気へ放散される量の不均一などが考えられ、多くの場合、膜電極接合体の平面方向中央部で温度が高く、平面方向周辺部で温度が低くなる。
【００１４】
このとき、保湿層の厚さや気孔率が平面方向で全て同じであると、カソードの温度が高い部分では、カソードからアノードへ供給される水の量が不足し、上記した式（１）の反応が円滑に行なわれなくなって、燃料電池の出力が低下する原因となる。一方、カソードの温度が低い部分では、カソード触媒層中やカソード触媒層の周辺における水の凝縮が生じやすく、発電時間と共に出力が低下していく原因となる。
【００１５】
また、カソードに供給される空気が均一になるように、カソードの内部や周辺に空間を設け、空気の拡散性を良くすることも行われるが、この場合、空間を有する部分は他の部分よりも温度が低くなり、上記のような現象が顕著に現れてくる。
【００１６】
特に、カソード触媒層と、その周辺の空間の境目に当たる部分では、温度が急激に変化するために水蒸気の凝縮が生じやすく、従ってカソード触媒層のうち周縁部においては特にフラッディングを生じやすい傾向があった。
【００１７】
本発明は、上記のような事情を鑑みてなされたものであって、膜電極接合体を構成するカソード中に保持される水の量と、カソードからアノードに供給される水の量とを、平面方向の全ての部分において適切な範囲に維持することにより、長期間に亘って安定に出力を維持できる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】
【００１８】
本発明の第一態様による燃料電池は、燃料極と、空気極と、前記燃料極と空気極とに挟持された電解質膜とからなる膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記燃料極側に配置され、前記燃料極に燃料を供給するための燃料供給機構と、前記膜電極接合体の前記空気極側に配置され、前記空気極で生成した水を含浸する保湿層と、を備え、前記保湿層は、発電時において前記空気極の温度が高い領域と対向する第１保湿部と、前記空気極の温度が低い領域と対向する第２保湿部とを有し、前記第２保湿部は、前記第１保湿部よりも前記膜電極接合体から外気へ水蒸気が放出されやすいように構成されている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、長期間に亘って安定に出力を維持できる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】
【００２０】
以下に、本発明の一実施形態に係る燃料電池について図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池は膜電極接合体１０を有している。膜電極接合体１０は、アノードと、カソードと、アノード（燃料極）とカソード（空気極）との間に挟持された電解質膜１５とを有している。
【００２１】
アノードは、アノードガス拡散層１２と、アノードガス拡散層１２上に配置されたアノード触媒層１１とを有している。カソードは、カソードガス拡散層１４と、カソードガス拡散層１４上に配置されたカソード触媒層１３とを有している。
【００２２】
本実施形態に係る燃料電池では、アノードは、例えば以下の製法により製造される。まず、アノード用触媒粒子（Ｐｔ：Ｒｕ＝１：１）を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、アノード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをアノードガス拡散層１２としての多孔質カーボンペーパ（例えば８０ｍｍ×１０ｍｍの長方形）に塗布することにより、厚さが１００μｍのアノード触媒層１１を得ることができる。
【００２３】
本実施形態に係る燃料電池では、カソードは、例えば以下の製法により製造される。カソード用触媒粒子（Ｐｔ）を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、カソード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをカソードガス拡散層１４としての多孔質カーボンペーパ（例えば８０ｍｍ×１０ｍｍの長方形）に塗布することにより、例えば厚さが１００μｍのカソード触媒層１３を得ることができる。
【００２４】
なお、本実施形態に係る燃料電池では、アノードガス拡散層１２と、カソードガス拡散層１４とは、略同形同大で厚さも略等しく、これらのガス拡散層に塗布されたアノード触媒層１１およびカソード触媒層１３も略同形同大である。
【００２５】
上記したように作製したアノード触媒層１１とカソード触媒層１３との間に、電解質膜１５として厚さが３０μｍで、含水率が１０〜２０重量％のパーフルオロカーボンスルホン酸膜（商品名：nafion膜、デュポン社製）を配置し、アノード触媒層１１とカソード触媒層１３とが対向するように位置を合わせた状態で、ホットプレスを施すことにより、膜電極接合体１０を得ることができる。本実施形態に係る燃料電池では、４つのアノードおよび４つのカソードが、それぞれの長手方向が略平行となるように並んで配置されている。
【００２６】
続いて、この膜電極接合体１０を、複数の開孔を有するアノード導電層１６およびカソード導電層１７をそれぞれアノードガス拡散層１２のアノード触媒層１１の反対の面、およびカソードガス拡散層１４のカソード触媒層１３の反対の面に形成した。これらアノード導電層１６およびカソード導電層１７は、例えば、金、ニッケルなどの金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）または箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材などをそれぞれ使用することができる。なお、電解質膜１５とアノード導電層１６との間、電解質膜１５とカソード導電層１７との間には、それぞれゴム製のＯリング１８を挟持して膜電極接合体１０にシールを施した。また、このアノード導電層１６とカソード導電層１７は、上記した４対のアノードとカソードとが電気的に直列に接続されるように、膜電極接合体１０の外部で配線を施した。
【００２７】
カソード導電層１７の上には、保湿層２０が積層されている。本実施形態に係る燃料電池の保湿層２０は、発電時において空気極の温度が高い領域と対向する第１保湿部２２と、空気極の温度が低い領域と対向する第２保湿部２１とを有している。第１保湿部２２は第２保湿部２１よりも厚くなるように構成されている。
【００２８】
保湿層２０は、例えば、図１に示すように、空気極の平面方向中央部に対向して配置される第１保湿部２２と、空気極の平面方向周辺部に対向して配置される第２保湿部２１とを有している。図１に示す場合では、第２保湿部２１はその平面方向中央部に厚さ方向に貫通する穴を有し、第１保湿部２２は、第２保湿部に設けられた略矩形状の穴に嵌め込まれている。ここで、第１保湿部２２と第２保湿部２１との固定には、特に接着剤等を用いず、ポリエチレン製多孔質フィルム自体の弾力性を利用して保持されている。
【００２９】
なお、保湿層２０を作成する方法としては、上記した以外に厚い保湿層２０の平面方向周辺部の表面を削り取り、第２保湿部２１の厚さを第１保湿部２２の厚さよりも薄くする方法や、例えば図２Ｂに示すように、保湿層２０を複数の層から形成し、第１保湿部２２を第２保湿部２１よりも多くの層から形成することにより第２保湿部２１の厚さを第１保湿部２２の厚さよりも薄くする方法などが可能である。
【００３０】
保湿層２０の作成方法として、例えば、厚いポリエチレン製多孔質フィルムの表面を削り取る方法を用いる場合、図１に示すような第２保湿部２１と第１保湿部２２（平面方向周辺部と平面方向中央部）とで厚さが不連続になるように保湿層２０を作成してもよく、図２Ａに示すように、第２保湿部２１から第１保湿部２２（平面方向周辺部から平面方向中央部）に向けて厚さが連続的に変化するように作成してもよい
また、図２Ｂに示すように、複数の保湿層を重ねて、保湿層２０の平面方向中央部の厚さを平面方向周辺部より厚くなるようにしてもよい。例えば、厚さ１．０ｍｍのポリエチレン製多孔質フィルムの平面方向周辺部の表面を０．２５ｍｍの深さで削り取り、厚さ０．７５ｍｍとする方法や、厚さ０．７５ｍｍのポリエチレン製多孔質フィルムの上に、平面方向中央部のみ厚さ０．２５ｍｍのポリエチレン製多孔質フィルムを重ねる方法などが可能である。
【００３１】
なお、カソード導電層１７と保湿層２０の間に空間があると、その空間の中で水蒸気が凝縮して液体の水を生じ、カソードガス拡散層１４やカソード触媒層１３の気孔を塞いでフラッディングを生じる恐れがあるため、カソード導電層１７と保湿層２０は出来るだけ密着していることが望ましい。上記した保湿層２０の作成方法において、平面方向周辺部の保湿層２１と平面方向中央部の保湿層２２とを嵌め合わせる際、カソード導電層１７に接する側が同一平面になるようにしたのは、このためである。
【００３２】
この保湿層２０の上にカバープレート２３を配置した。本実施形態に係る燃料電池では、カバープレート２３は、厚さ１ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４）に、例えば一辺の長さが３ｍｍの正方形の空気導入口２４を均等に１２０個形成し、かつ、平面方向中央部の保湿層２２に対応する部分を０．２５ｍｍの深さで彫り込んで厚さ０．７５ｍｍとすることにより作成した。
【００３３】
カバープレート２３を作成する方法としては、上記した以外に、厚さが均一の板をプレス等により平面方向周辺部から平面方向中央部に向かって凸形状となるように成型する方法や、厚さ０．７５ｍｍのステンレス板の平面方向周辺部のみに厚さ０．２５ｍｍのステンレス板を積層する方法でもよい。
【００３４】
一方、燃料分配層３０に液体燃料Ｆを供給する燃料供給機構４０は、図１に示すように、燃料収容部４１と、燃料供給部４２と、流路４３とを主に備える。
【００３５】
燃料収容部４１には、燃料電池セルに対応した液体燃料Ｆが収容されている。液体燃料Ｆとしては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料Ｆは、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料Ｆは、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部４１には、燃料電池セルに応じた液体燃料が収容される。
【００３６】
燃料供給部４２は、配管等で構成される液体燃料Ｆの流路４３を介して燃料収容部４１と接続されている。燃料供給部４２には、燃料収容部４１から流路４３を介して液体燃料Ｆが導入され、導入された液体燃料Ｆおよび／またはこの液体燃料Ｆが気化した気化成分は、燃料分配層３０およびアノード導電層１６を介して膜電極接合体１０に供給される。流路４３は、燃料供給部４２や燃料収容部４１と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料供給部４２や燃料収容部４１を積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料Ｆの流路であってもよい。すなわち、燃料供給部４２は、流路４３等を介して燃料収容部４１と連通されていればよい。
【００３７】
燃料収容部４１に収容された液体燃料Ｆは、重力を利用して流路４３を介して燃料供給部４２まで落下させて送液することができる。また、流路４３に多孔体等を充填して、毛細管現象により燃料収容部４１に収容された液体燃料Ｆを燃料供給部４２まで送液してもよい。さらに、流路４３の一部にポンプを介在させて、燃料収容部４１に収容された液体燃料Ｆを燃料供給部４２まで強制的に送液してもよい。
【００３８】
燃料分配層３０は、例えば、複数の開口部３１が形成された平板で構成され、アノードガス拡散層１２と燃料供給部４２との間に挟持される。この燃料分配層３０は、液体燃料Ｆの気化成分や液体燃料Ｆを透過させない材料で構成され、具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、ポリイミド系樹脂等で構成される。また、燃料分配層３０は、例えば、液体燃料Ｆの気化成分と液体燃料Ｆとを分離し、その気化成分を膜電極接合体１０側へ透過させる気液分離膜で構成されてもよい。気液分離膜には、例えば、シリコーンゴム、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）薄膜、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）薄膜、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）薄膜、フッ素樹脂（たとえばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）など）微多孔膜などが用いられる。
【００３９】
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料電池について以下に説明する。本実施形態に係る燃料電池は、保湿層２０が第１保湿部と第２保湿部とを有している。第１保湿部は発電時において空気極の温度が高い領域と対向し、第２保湿部は、空気極の温度が低い領域と対向している。第１保湿部は第２保湿部よりも気孔率が低くなるように構成されている。
【００４０】
なお、第１保湿部の気孔率は、第２保湿部の気孔率の３０％以上であって９０％以下であることが望ましい。
【００４１】
本実施形態に係る燃料電池は、上記の構成以外は上述の第１実施形態に係る燃料電池と同様である。
【００４２】
次に、本発明の第３実施形態に係る燃料電池について以下に説明する。本実施形態に係る燃料電池は、図３に示すように、保湿層２０が第１保湿部２２と、第２保湿部２１とを有している。第１保湿部２２は、発電時において空気極の温度が高くなる領域と対向し、第２保湿部は、空気極の温度が低い領域と対向している。第２保湿部２１は、第２保湿部２１の厚さの０．１倍以上の直径を有する穴、または、厚さの０．１倍以上の幅を有するスリットのうち少なくとも一方を有する。
【００４３】
図３に示す場合では、第２保湿部２１には、その厚さ方向（Ｚ方向）に貫通する所定の径の穴が所定の間隔で配置されている。すなわち、保湿層２０の平面方向中央において、穿孔していない領域が第１保湿層２２となり、その外側の穿孔した領域が第２保湿層２１となる。
【００４４】
本実施形態に係る燃料電池は、上記の構成以外は上述の第１実施形態に係る燃料電池と同様である。なお、図３に示す場合では、第２保湿部２１にＺ方向に貫通する穴を穿孔したが、第２保湿部２１にＺ方向に貫通するスリットを設けても良い。
【００４５】
[実施例]
以下、本発明の実施例にかかる燃料電池について図面を参照して以下に説明する。なお、以下の説明において、前述の燃料電池と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
（第１実施例）
上記の第１実施形態に係る燃料電池の実施例を図面を参照して以下に説明する。なお、以下の説明において、前述の燃料電池と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
本実施例に係る燃料電池では、保湿層２０を次のように作成した。すなわち、厚さが０．７５ｍｍで、気孔率２６％、透気度が１．７秒／１００ｃｍ３（ＪＩＳ  Ｐ−８１１７に規定の測定方法による）で、透湿度が３０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）（ＪＩＳ  Ｌ−１０９９  Ａ−１に規定の測定方法による）のポリエチレン製多孔質フィルムを、長さ８４ｍｍ、幅４７ｍｍの長方形に切り、その中央に長さ２７ｍｍ、幅２２ｍｍの長方形の穴を設け、第２保湿部２１とした。
【００４８】
次に、厚さが１．０ｍｍで、透気度は２．０秒／１００ｃｍ３、透湿度が２０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）である以外は保湿層２１と同じであるポリエチレン製多孔質フィルムを、長さ２７ｍｍ、幅２２ｍｍの長方形に切り、第１保湿部２２とした。この平面方向中央部の保湿層２２を、平面方向周辺部の保湿層２１の中央に設けた長方形の穴に嵌め込み、カソード導電層１７に接する側が同一平面となるようにして、保湿層２０を作成した。
【００４９】
ここで、平面方向周辺部の保湿層２１と平面方向中央部の保湿層２２との固定には、特に接着剤等を用いず、ポリエチレン製多孔質フィルム自体の弾力性を利用して保持されているのみである。
【００５０】
なお、保湿層２０を作成する方法としては、上記した以外に、厚さ１．０ｍｍのポリエチレン製多孔質フィルムの平面方向周辺部の表面を０．２５ｍｍの深さで削り取り、厚さ０．７５ｍｍとする方法や、厚さ０．７５ｍｍのポリエチレン製多孔質フィルムの上に、平面方向中央部のみ厚さ０．２５ｍｍのポリエチレン製多孔質フィルムを重ねる方法などが可能である。
【００５１】
保湿層２０の作成方法として、厚いポリエチレン製多孔質フィルムの表面を削り取る方法を用いる場合には、保湿層２０の平面方向周辺部と平面方向中央部とで厚さが不連続になるように作成してもよく、平面方向周辺部から平面方向中央部に向けて厚さが連続的に変化するように作成することも可能である。
【００５２】
上記のように作成した燃料電池について、温度が２５℃、相対湿度が５０％の環境の下、純度９９.９重量％の純メタノールを供給した。また、定電圧電源を接続して、燃料電池の出力電圧が直列に接続した４対の単位セル中の１対あたり０．３Ｖで一定になるように、燃料電池に流れる電流を制御した。
【００５３】
上記した条件の下、１０００時間発電を行った後の燃料電池の出力密度Ｐ１、および、発電を開始したときの燃料電池の出力密度Ｐ０を計測した。そして、出力密度Ｐ１の、出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出した。ここで、燃料電池の出力密度（ｍＷ／ｃｍ２）とは、燃料電池に流れる電流密度（発電部の面積１ｃｍ２当りの電流値（ｍＡ／ｃｍ２））に燃料電池の出力電圧を乗じたものである。
【００５４】
また、発電部の面積とは、アノード触媒層１１とカソード触媒層１３とが対向している部分の面積である。本実施例では、アノード触媒層１１とカソード触媒層１３の面積が等しく、かつ完全に対向しているので、発電部の面積はこれらの触媒層の面積に等しい。
【００５５】
上記算出した出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）は、０．９０（９０％）であった。
【００５６】
また、この膜電極接合体の平面方向中央部と平面方向周辺部の各１箇所ずつ、カソードガス拡散層１４とカソード導電層１７の間に熱電対を挿入し、燃料電池が発電を行なっているときのカソードガス拡散層１４の表面の温度を測定した。測定の結果、平面方向中央部のカソードガス拡散層１４の表面の温度は５５℃で、平面方向周辺部のカソードガス拡散層１４の表面の温度は５０℃であった。
【００５７】
（第２実施例）
次に、上記の第２実施形態に係る燃料電池の実施例について図面を参照して以下に説明する。本実施例に係る燃料電池では、第１保湿部として、厚さが１．０ｍｍで、気孔率２６％、透気度は２．０秒／１００ｃｍ３（ＪＩＳ  Ｐ−８１１７に規定の測定方法による）、透湿度が２０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）（ＪＩＳ  Ｌ−１０９９  Ａ−１に規定の測定方法による）のポリエチレン製多孔質フィルムを用いた。
【００５８】
また、第２保湿部として、厚さが１．０ｍｍで、気孔率３５％、透気度が１．７秒／１００ｃｍ３（ＪＩＳ  Ｐ−８１１７に規定の測定方法による）で、透湿度が３０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）（ＪＩＳ  Ｌ−１０９９  Ａ−１に規定の測定方法による）のポリエチレン製多孔質フィルムを用いた。また表面カバー２３として、厚さが１．０ｍｍで均一であるステンレス板を用いた。上記の構成以外は、第１実施例に係る燃料電池と同様である。
【００５９】
この第２実施例の燃料電池において、上記と同様にして出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．９０（９０％）であった。また、第２実施例に係る燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、第１実施例に係る燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して１００％であった。
【００６０】
また、本実施例に係る燃料電池が発電を行なっているときのカソードガス拡散層１４の表面の温度を測定した結果、平面方向中央部の温度は５５℃で、平面方向周辺部の温度は５０℃であった。
【００６１】
（第３実施例）
次に、上記の第３実施形態に係る燃料電池の実施例について図面を参照して以下に説明する。本実施例に係る燃料電池では、保湿層２０として、厚さが１．０ｍｍで、気孔率２６％、透気度が２．０秒／１００ｃｍ３で、透湿度が２０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）のポリエチレン製多孔質フィルムを、長さ８４ｍｍ、幅４７ｍｍの長方形に切り、図２に示すように、その中央の長さ２７ｍｍ、幅２２ｍｍの長方形の領域よりも外側の部分に、直径０．２ｍｍの円形の穴２５を２ｍｍ間隔で一様に穿孔したものを用いた。
【００６２】
ここで、保湿層２０の中央の穿孔していない領域が第１保湿層２２となり、その外側の穿孔した領域が第２保湿層２１となる。また表面カバー２３として、厚さが１．０ｍｍで均一であるステンレス板を用いた以外は、第１実施例と同様である。
【００６３】
この第３実施例に係る燃料電池において、上記の第１実施例に係る燃料電池と同様にして出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．９０（９０％）であった。また、第３実施例に係る燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、第１実施例に係る燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して１００％であった。
【００６４】
また、本実施例に係る燃料電池が発電を行なっているときのカソードガス拡散層１４の表面の温度を測定した結果、平面方向中央部の温度は５５℃で、平面方向周辺部の温度は５０℃であった。
【００６５】
[比較例]
以下、本発明の比較例に係る燃料電池について図面を参照して以下に説明する。
【００６６】
（第１比較例）
本発明の第１比較例に係る燃料電池について以下に説明する。本比較例に係る燃料電池では、保湿層２０として、厚さが１．０ｍｍで均一であって、気孔率が２６％で均一であって、透気度が２．０秒／１００ｃｍ３（ＪＩＳ  Ｐ−８１１７に規定の測定方法による）、透湿度が２０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）（ＪＩＳ  Ｌ−１０９９  Ａ−１に規定の測定方法による）のポリエチレン製多孔質フィルムを、長さ８４ｍｍ、幅４７ｍｍの長方形に切ったものを用いた。また表面カバー２３として、厚さが１．０ｍｍで均一であるステンレス板を用いた。上記の構成以外は、第１実施例に係る燃料電池と同様である。
【００６７】
この第１比較例の燃料電池において、上記第１実施例に係る燃料電池の場合と同様にして出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．８５（８５％）であった。
【００６８】
また、この第１比較例の燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、第１実施例の燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して９８％であった。また、本比較例に係る燃料電池が発電を行なっているときのカソードガス拡散層１４の表面の温度を測定した結果、平面方向中央部の温度は５５℃で、平面方向周辺部の温度は５１℃であった。
【００６９】
（第２比較例）
次に、本発明の第２比較例に係る燃料電池について図面を参照して以下に説明する。本比較例に係る燃料電池では、保湿層２０として、厚さが０．７５ｍｍで均一であって、気孔率２６％で均一であって、透気度が１．７秒／１００ｃｍ３（ＪＩＳ  Ｐ−８１１７に規定の測定方法による）で、透湿度が３０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）（ＪＩＳ  Ｌ−１０９９  Ａ−１に規定の測定方法による）のポリエチレン製多孔質フィルムを、長さ８４ｍｍ、幅４７ｍｍの長方形に切ったものを用いた。また表面カバー２３として、厚さが１．０ｍｍで均一であるステンレス板を用いた。上記の構成以外は、第１実施例に係る燃料電池と同様である。
【００７０】
この第２比較例に係る燃料電池において、上記第１実施例に係る燃料電池の場合と同様にして出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．８８（８８％）であった。
【００７１】
また、この第２比較例に係る燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、実施例１の燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して９４％であった。また、本比較例に係る燃料電池が発電を行なっているときのカソードガス拡散層１４の表面の温度を測定した結果、平面方向中央部の温度は５４℃で、平面方向周辺部の温度は５０℃であった。
【００７２】
上記の第１乃至第３実施例、および第１乃至第２比較例に係る燃料電池についての評価結果の一例を図４に示す。図４に示すように、保湿層２０の平面方向中央部の厚さを平面方向周辺部よりも厚くした第１実施例に係る燃料電池、保湿層２０の平面方向中央部の気孔率を平面方向周辺部よりも低くした第２実施例に係る燃料電池、および周辺部の保湿層に穴を有する第３実施例に係る燃料電池は、いずれも、発電を開始したときの出力密度と、発電を１０００時間行なった後の出力密度の両方において、第１乃至第２比較例に係る燃料電池よりも高くなっている。
【００７３】
これに対し、保湿層２０を、厚さが１．０ｍｍで均一とし、気孔率２６％で均一とした第１比較例では、発電を開始したときの出力密度は第１乃至第３実施例と殆ど変わらないが、発電を１０００時間行なった後の出力密度は、第１乃至第３実施例に比べて大きく低下している。
【００７４】
これは、保湿層２０の平面方向周辺部では膜電極接合体１０のカソードの温度が低いにも関わらず、保湿層２０の厚さ、気孔率、および、穴の有無を平面方向中央部と同じにしたため、カソード触媒層中に保持される水の量が必要以上に多くなり、発電時間が長くなると、カソード触媒層等の気孔が水で塞がれる、フラッディングを生じて出力が低下したためと考えられる。
【００７５】
また、保湿層２０を、厚さが０．７５ｍｍで均一とし、気孔率２６％で均一とした第２比較例に係る燃料電池では、発電を開始したときの出力密度が第１乃至第２実施例に係る燃料電池に比べて大きく低下している。
【００７６】
これは、保湿層２０の平面方向中央部では、膜電極接合体１０のカソードの温度が高いにも関わらず、保湿層２０の厚さ、気孔率を平面方向周辺部と同じにしたため、カソードからアノードへ供給される水の量が充分ではなく、アノード触媒層における液体燃料の酸化反応が円滑に行なわれないためと考えられる。
【００７７】
上記のことから、上記実施例に示した燃料電池によれば、カソード中に保持される水の量と、カソードからアノードに供給される水の量とを、保湿層２０の平面方向の全ての部分において適切な範囲に維持することができる。
【００７８】
[実施例]
以下、本発明の実施例にかかる燃料電池について図面を参照してさらに説明する。なお、以下の説明において、前述の燃料電池と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７９】
（第４実施例）
上記の第１実施形態に係る燃料電池の他の実施例について図面を参照して以下に説明する。本実施例に係る燃料電池では、アノードガス拡散層１２およびカソードガス拡散層１４として用いる多孔質カーボンペーパの寸法を８０×５ｍｍの長方形とし、図５および図６に示すような配置となるように膜電極接合体１０を作成した。
【００８０】
図５および図６に示すように、本実施形態に係る燃料電池では、４つのアノードガス拡散層１２および４つのカソードガス拡散層１４が、それぞれの長手方向が略平行となるように並んで配置されている。
【００８１】
保湿層２０は、厚さが０．７５ｍｍ、気孔率２６％、透気度が１．７秒／１００ｃｍ３で、透湿度が３０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）のポリエチレン製多孔質フィルムを、長さ８４ｍｍ、幅４７ｍｍの長方形に切り、その中に長さ８２ｍｍ、幅１３ｍｍの長方形の穴を２箇所設け、第２保湿層２１とした。
【００８２】
次に、厚さが１．０ｍｍで、透気度は２．０秒／１００ｃｍ３、透湿度が２０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）である以外は第２の保湿層２１と同じであるポリエチレン製多孔質フィルムを、長さ８２ｍｍ、幅１３ｍｍの長方形に切り、第１保湿層２２とした。
【００８３】
この第１保湿層２２を、第２保湿層２１の中に設けた２箇所の長方形の穴に嵌め込み、カソード導電層１７に接する側が同一平面となるようにして、保湿層２０を作成した。図６に示すように、第１保湿層２２は、アノードガス拡散層１２およびカソードガス拡散層１４が配置された領域とＺ方向において重複するように配置されている。また、表面カバー２３として、厚さ１．０ｍｍが均一のステンレス板（ＳＵＳ３０４）を用いた。
【００８４】
更に、図３に示すように、第２の保湿層とカソード導電層１７との間に、厚さが０．２５ｍｍで外形がＯリング１８と同形同大のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン。商品名テフロン（登録商標））製のスペーサー２６を挟んで、第１保湿層２２と第２保湿層２１とが共に表面カバー２３に同一平面で接することができるようにした。本実施形態に係る燃料電池は、上記の構成以外は第１実施例に係る燃料電池と同様である。
【００８５】
上記のように作成した燃料電池について、温度が２５℃、相対湿度が５０％の環境の下、純度９９.９重量％の純メタノールを供給した。また、定電圧電源を接続して、燃料電池の出力電圧が直列に接続した４対の単位セル中の１対あたり０．３Ｖで一定になるように、燃料電池に流れる電流を制御した。
【００８６】
上記した条件の下、１０００時間発電を行った後の燃料電池の出力密度Ｐ１、および、発電を開始したときの燃料電池の出力密度Ｐ０を計測した。そして、出力密度Ｐ１の、出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．９０（９０％）であった。また、第４実施例に係る燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、第３実施例に係る燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して１００％であった。
【００８７】
（第５実施例）
次に、上記の第１実施形態に係る燃料電池の他の実施例について以下に説明する。本実施形態に係る燃料電池では、第２保湿層２１として、厚さが０．５ｍｍ、気孔率２６％、透気度が１．５秒／１００ｃｍ３で、透湿度が４０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）のポリエチレン製多孔質フィルムを用い、スペーサー２６の厚さは０．５ｍｍとした。本実施例に係る燃料電池は、上記の構成以外は、第４実施例に係る燃料電池と同様である。
【００８８】
この第５実施例に係る燃料電池において、上記の第４実施例に係る燃料電池と同様にして出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．９４（９４％）であった。また、第５実施例に係る燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、第３実施例に係る燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して９９％であった。
【００８９】
（第６実施例）
次に、上記の第２実施形態に係る燃料電池の他の実施例について以下に説明する。本実施例に係る燃料電池では、図７に示すように、第２保湿層２１として、厚さが１．０ｍｍ、気孔率３５％、透気度が１．７秒／１００ｃｍ３で、透湿度が３０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）のポリエチレン製多孔質フィルムを用い、スペーサー２６を用いなかった。本実施例に係る燃料電池は、上記の構成以外は、第４実施例に係る燃料電池と同様である。
【００９０】
この第６実施例に係る燃料電池において、上記の第４実施例に係る燃料電池と同様にして出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．９０（９０％）であった。また、第６実施例に係る燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、第１実施例に係る燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して１００％であった。
【００９１】
（第７実施例）
次に、上記の第２実施形態に係る燃料電池の他の実施例について以下に説明する。本実施例に係る燃料電池では、図７に示すように、第２保湿層２１として、厚さが１．０ｍｍ、気孔率５０％、透気度が１．５秒／１００ｃｍ３で、透湿度が４０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）のポリエチレン製多孔質フィルムを用い、スペーサー２６を用いなかった。本実施例に係る燃料電池は、上記の構成以外は第４実施例に係る燃料電池と同様である。
【００９２】
この第７実施例に係る燃料電池において、上記の第１実施例に係る燃料電池と同様にして出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．９３（９３％）であった。また、第３実施例に係る燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、第１実施例に係る燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して９９％であった。
【００９３】
（第８実施例）
次に、上記の第３実施形態に係る燃料電池の他の実施例について以下に説明する。本実施例に係る燃料電池では、図８および図９に示すように、保湿層２０として、厚さが１．０ｍｍ、気孔率２６％、透気度が２．０秒／１００ｃｍ３で、透湿度が２０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）のポリエチレン製多孔質フィルムを用い、４枚のカソードガス拡散層１４のうち２枚ずつの組の外周を取り囲む位置で、長さ８２ｍｍ、幅１３ｍｍの長方形の周上に沿って、直径０．５ｍｍの穴２５を２ｍｍ間隔で穿孔したものを用いた。
【００９４】
ここで、カソードガス拡散層１４の直上に位置する、穿孔していない保湿層が第１保湿層２２となり、カソードガス拡散層１４の周辺に位置する、穿孔した部分を含む保湿層が第２保湿層２１となる。なお、スペーサー２６は用いなかった。本実施例に係る燃料電池は、上記の構成以外は第４実施例に係る燃料電池と同様である。
【００９５】
この第８実施例に係る燃料電池において、上記の第４実施例に係る燃料電池と同様にして出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．９０（９０％）であった。また、第８実施例に係る燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、第３実施例に係る燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して１００％であった。
【００９６】
（第９実施例）
次に、上記の第３実施形態に係る燃料電池の他の実施例について以下に説明する。本実施例に係る燃料電池では、第２保湿層２１に穿孔する穴の直径を０．２ｍｍとした以外は、第８実施例に係る燃料電池と同様である。
【００９７】
この第９実施例に係る燃料電池において、上記の第４実施例に係る燃料電池と同様にして出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．８８（８８％）であった。また、第９実施例に係る燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、第３実施例に係る燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して９８％であった。
【００９８】
（実施例１０）
次に、上記の第３実施形態に係る燃料電池の他の実施例について以下に説明する。本実施例に係る燃料電池では、第２保湿層２１に穿孔する穴の直径を１．５ｍｍとした以外は、第８実施例に係る燃料電池と同様である。
【００９９】
この第１０実施例に係る燃料電池において、上記の第４実施例に係る燃料電池と同様にして出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．９５（９５％）であった。また、第１０実施例に係る燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、第３実施例に係る燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して９８％であった。
【０１００】
（実施例１１）
次に、上記の第３実施形態に係る燃料電池の他の実施例について以下に説明する。本実施例に係る燃料電池では、保湿層２０として、厚さが１．０ｍｍ、気孔率２６％、透気度が２．０秒／１００ｃｍ３で、透湿度が２０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）のポリエチレン製多孔質フィルムを用いた。この保湿層２０には、図１０に示すように、４枚のカソードガス拡散層１４の長辺と平行になるように、長さ８２ｍｍ、幅０．３ｍｍの略直線状のスリット２５を４本設けた。
【０１０１】
ここで、カソードガス拡散層１４の直上に配置された、スリット２５を有しない保湿層が第１保湿層２２となり、カソードガス拡散層１４の周辺に位置する領域の上に配置された、スリット２５を有する部分を含む保湿層が第２保湿層２１となる。なお、スペーサー２６は用いない。本実施例に係る燃料電池は、上記の構成以外は第４実施例に係る燃料電池と同様である。
【０１０２】
この第１１実施例に係る燃料電池において、上記の第４実施例に係る燃料電池と同様にして出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．９０（９０％）であった。また、第１１実施例に係る燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、第３実施例に係る燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して１００％であった。
【０１０３】
（実施例１２）
次に、上記の第３実施形態に係る燃料電池の他の実施例について以下に説明する。本実施例に係る燃料電池では、第２保湿層２１に設けるスリット２５の幅を０．１ｍｍとした。本実施例に係る燃料電池は、上記の構成以外は、第１１実施例に係る燃料電池と同様である。
【０１０４】
この第１２実施例に係る燃料電池において、上記の第４実施例に係る燃料電池と同様にして出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．８８（８８％）であった。また、第１２実施例に係る燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、第３実施例に係る燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して９８％であった。
【０１０５】
（実施例１３）
次に、上記の第３実施形態に係る燃料電池の他の実施例について以下に説明する。本実施例に係る燃料電池では、第２保湿層２１に設けるスリット２５の幅を１．０ｍｍとした。本実施例に係る燃料電池は、上記の構成以外は、第１１実施例に係る燃料電池と同様である。
【０１０６】
この第１３実施例に係る燃料電池において、上記の第４実施例に係る燃料電池と同様にして出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．９５（９５％）であった。また、第１３実施例に係る燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、第３実施例に係る燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して９８％であった。
【０１０７】
[比較例]
以下、本発明の比較例に係る燃料電池についてさらに説明する。
【０１０８】
（第３比較例）
本発明の第３比較例に係る燃料電池について以下に説明する。本比較例に係る燃料電池では、保湿層２０として、厚さが１．０ｍｍ、気孔率２６％、透気度が２．０秒／１００ｃｍ３で、透湿度が２０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）のポリエチレン製多孔質フィルムを用い、第１保湿層２２と第２保湿層２１とが全て同じ物性となるようにした。なお、スペーサー２６は用いない。本比較例に係る燃料電池は、上記の構成以外は、第４実施例と同様である。
【０１０９】
この第３比較例に係る燃料電池において、上記の第４実施例に係る燃料電池と同様にして出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．８５（８５％）であった。また、第３比較例に係る燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、第３実施例に係る燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して９８％であった。
【０１１０】
（第４比較例）
次に、本発明の第４比較例に係る燃料電池について以下に説明する。本比較例に係る燃料電池では、保湿層２０として、厚さが０．５ｍｍ、気孔率２６％、透気度が１．５秒／１００ｃｍ３で、透湿度が４０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）のポリエチレン製多孔質フィルムを用い、第１の保湿層と第２の保湿層とが全て同じ物性となるようにした。なお、スペーサー２６は用いない。本比較例に係る燃料電池は、上記以外の構成は第４実施例に係る燃料電池と同様である。
【０１１１】
この第４比較例に係る燃料電池において、上記の第４実施例に係る燃料電池と同様にして出力密度Ｐ１の出力密度Ｐ０に対する割合（Ｐ１／Ｐ０）を算出すると、０．８８（８８％）であった。また、第４比較例に係る燃料電池において、発電を開始したときの出力密度Ｐ０の値は、第３実施例に係る燃料電池の出力密度Ｐ０の値に対して９０％であった。
【０１１２】
上記の第４乃至第１３実施例、および第３乃至第４比較例に係る燃料電池についての評価結果の一例を図１１に示す。図１１に示すように、第１保湿層２２を第２保湿層２１よりも厚くした第４実施例および第５実施例に係る燃料電池、第１保湿層２２の気孔率を第２保湿層２１よりも低くした第６実施例および第７実施例に係る燃料電池、第２保湿層２１に穴を有する第８実施例乃至第１０実施例に係る燃料電池、および、第２保湿層２１にスリットを有する第１１実施例乃至第１３実施例に係る燃料電池は、いずれも、発電を開始したときの出力密度と、発電を１０００時間行なった後の出力密度との両方において、第３比較例および第４比較例に係る燃料電池の場合よりも高くなった。
【０１１３】
この図１１に示す評価結果から、上記第４乃至第１３実施例に係る燃料電池が、出力が高く、かつ長期間に亘って安定に出力を維持できることが示される。すなわち、本実施例に示した燃料電池によれば、カソード中に保持される水の量と、カソードからアノードに供給される水の量とを、保湿層２０の平面方向の全ての部分において適切な範囲に維持することができる。
【０１１４】
したがって、上記第１乃至第３実施形態に係る燃料電池によれば、長期間に亘って安定に出力を維持できる燃料電池を提供することができる。
【０１１５】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、図１に示す第１保湿部２２および第２保湿部２１は複数の層から構成されていても良い。また、保湿層２０は、図２Ｂに示すように複数の層から成るとともに、図２Ａに示すように平面方向周辺部と平面方向中央部との厚さが連続的に変化するように構成されていても良い。その場合であっても上記の実施形態に係る燃料電池と同様の効果が得られる。
【０１１６】
また、上記の第３実施例、および、第８実施例乃至第１０実施例に係る燃料電池において、保湿層２０に設ける穴は、保湿層２０をその厚さ方向に貫通する円筒形状の穴であったが、穴の形状は円筒形状に限らず、例えば多角柱形状であってもよい。また、第１１実施例乃至第１３実施例に係る燃料電池において、保湿層２０に設けるスリットは、直線状であったが、スリットの形状は直線状に限らず、例えば曲線状や破線状であってもよい。
【０１１７】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【０１１８】
例えば、第１実施形態に係る燃料電池と第２実施形態に係る燃料電池とを組み合わせて、保湿層１０が、第１保湿部２２と、第１保湿部２２よりも薄くかつ気孔率が高くなるように構成された第２保湿部２１とを備えていてもよい。
【０１１９】
また、第１実施形態に係る燃料電池と第３実施形態に係る燃料電池とを組み合わせて、保湿層２０が、第１保湿部２２と、第１保湿部２２よりも薄くかつ所定の穴またはスリットが設けられた第２保湿部２１とを備えていてもよい。
【０１２０】
さらに、第２実施形態に係る燃料電池と第３実施形態に係る燃料電池とを組み合わせて、保湿層２０が、第１保湿部２２と、第１保湿部２２よりも気孔率が高くかつ所定の穴またはスリットが設けられた第２保湿部２１とを備えていてもよい。
【０１２１】
さらに、第１実施形態乃至第３実施形態に係る燃料電池を組み合わせて、保湿層２０が、第１保湿部２２と、第１保湿部２２よりも薄く、気孔率が高く、かつ、所定の穴またはスリットが設けられた第２保湿部２１とを備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池の一構成例を概略的に示す図。
【図２Ａ】図１に示す燃料電池の保湿層の構成の第二例を概略的に示す図。
【図２Ｂ】図１に示す燃料電池の保湿層の構成の第三例を概略的に示す図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る燃料電池の一構成例を概略的に示す図。
【図４】本発明の第１乃至第３実施例および第１乃至第２比較例に係る燃料電池についての評価結果の一例を説明するための図。
【図５】本発明の第１実施形態に係る燃料電池の変形例の一例を説明するための図。
【図６】図５に示す燃料電池の保湿層の一構成例を説明するための図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る燃料電池の変形例の一例を説明するための図。
【図８】本発明の第３実施形態に係る燃料電池の変形例の一例を説明するための図。
【図９】図８に示す燃料電池の保湿層の一構成例を説明するための図。
【図１０】図８に示す燃料電池の保湿層の他の構成例を説明するための図。
【図１１】本発明の第４乃至第５実施例、および、第３乃至第４比較例に係る燃料電池についての評価結果の一例を説明するための図。
【符号の説明】
【０１２３】
１０…膜電極接合体、１１…アノード触媒層、１２…アノードガス拡散層、１３…カソード触媒層、１４…カソードガス拡散層、１５…電解質膜、１６…アノード導電層、１７…カソード導電層、２０…保湿層、２１…第１保湿部、２２…第２保湿部、３０…燃料分配層、４０…燃料供給機構
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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