(57)【要約】【課題】煙突効果を利用して、空気流路に十分な空気が取り込まれ、高い出力密度を得ることができる燃料電池を提供すること。【解決手段】燃料電池１０によれば、ＭＥＡ１３における発電により熱が発生すると、その熱により温められた空気は、空気流路３１内を上昇し、外部へ開放された上端の開口３１ａから排出されるので、空気流路３１内に負圧が発生する。よって、空気流路３１に連通する空気導入路３２を通って、空気流路３１に多量の空気が取り込まれ、高い出力密度が得られる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質の両側を、反応層と拡散層とからなる燃料電極層および酸化剤電極層で挟持した膜電極接合体を有する燃料電池において、
前記膜電極接合体の両側に配置され、燃料流路が形成された燃料電極層側プレートと、空気流路が形成された酸化剤電極層側プレートとを備え、
前記空気流路は、前記酸化剤電極層の表面に対して略垂直にプレートを貫通して形成されており、
前記酸化剤電極層側プレートに、一方の開口が外部に開放され、他方の開口が前記空気流路の前記酸化剤電極層の近傍に連通する空気導入路が形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記空気流路の開口径が、前記空気導入路の開口径よりも大となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記空気流路は、前記酸化剤電極層の表面に対して略垂直な方向の距離が、その空気流路の開口径の２倍以上となるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記空気導入路は外部に開放された開口から前記空気流路までの距離が、前記酸化剤電極層の表面に対して略垂直な方向における前記空気流路の距離よりも小となるように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記空気流路および前記空気導入路は、円筒状に構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６】
前記空気導入路の開口は、前記酸化剤電極層側プレートの端面に設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池。
【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、煙突効果を利用して、空気流路に十分な空気が取り込まれ、高い出力密度を得ることができる燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと空気などの酸素を含む酸化剤ガスとを電気化学的に反応させることにより、燃料ガスの持つ化学的エネルギを電気的エネルギに変換する装置である。
【０００３】
燃料電池の構成として、従来よりパッシブ型とアクティブ型の２種類が提案されている。パッシブ型は酸素の供給にポンプやブロアなどの動力機構を用いず、拡散現象によって、空気を供給する方式である。一方、アクティブ型は、酸化剤ガスの導入に輸送動力を積極的に用いる方式である。パッシブ型とアクティブ型を比較すると、前者は、空気の導入に動力機構を用いないので、システム構造は簡単であり、発電効率は高くなるという特徴を有している。
【０００４】
図５を参照して、従来のパッシブ型燃料電池２００における空気の供給について説明する。図５（ａ）は、従来のパッシブ型燃料電池２００を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すパッシブ型燃料電池２００の空気供給部の構成を模式的に示す図である。図５に示すように、従来のパッシブ型燃料電池２００では、膜−電極接合体２０１を支持する一対のプレート２０２，２０３のうち、酸化剤電極層側のプレート２０２に、上方に向けて開放された空気供給穴２０５が設けられている。よって、発電により空気が消費されると、自然拡散により空気供給穴２０５内に空気が取り込まれ、膜−電極接合体２０１に空気が供給される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２２１９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のパッシブ型燃料電池では、十分な空気が供給できず、出力密度が小さいという問題点があった。特に、高負荷の出力が要求される場合、より多量の空気を要するので、このような問題点が顕著となる。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、特に、煙突効果を利用して、空気流路に十分な空気が取り込まれ、高い出力密度を得ることができる燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、請求項１記載の燃料電池は、固体高分子電解質の両側を、反応層と拡散層とからなる燃料電極層および酸化剤電極層で挟持した膜電極接合体を有するものであって、前記膜電極接合体の両側に配置され、燃料流路が形成された燃料電極層側プレートと、空気流路が形成された酸化剤電極層側プレートとを備え、前記空気流路は、前記酸化剤電極層の表面に対して略垂直にプレートを貫通して形成されており、前記酸化剤電極層側プレートに、一方の開口が外部に開放され、他方の開口が前記空気流路の前記酸化剤電極層の近傍に連通する空気導入路が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の燃料電池は、請求項１記載の燃料電池において、前記空気流路の開口径が、前記空気導入路の開口径よりも大となるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の燃料電池は、請求項１または２に記載の燃料電池において、前記空気流路は、前記酸化剤電極層の表面に対して略垂直な方向の距離が、その空気流路の開口径の２倍以上となるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の燃料電池は、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池において、前記空気導入路は、外部に開放された開口から前記空気流路までの距離が、前記酸化剤電極層の表面に対して略垂直な方向における前記空気流路の距離よりも小となるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の燃料電池は、請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池において、前記空気流路および前記空気導入路は、円筒状に構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の燃料電池は、請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池において、前記空気導入路の開口は、前記酸化剤電極層側プレートの端面に設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の燃料電池によれば、煙突効果を利用して、空気流路に十分な空気が取り込まれ、高い出力密度が得られるという効果がある。すなわち、発電の際に生じた熱により温められた空気は、酸化剤電極層側プレートを貫通する空気流路内を通過し、排出されるので、空気流路内に負圧が発生する。よって、一方の開口が外部に開放され他方の開口が空気流路の酸化剤電極層の近傍に連通する空気導入路を通って、空気流路に多量の空気が取り込まれるのである。
【００１４】
請求項２記載の燃料電池によれば、請求項１記載の燃料電池の奏する効果に加え、空気流路はその開口径が、空気導入路の開口径よりも大となるように構成されているので、酸化剤電極層側プレート近傍で温められた空気は、空気流路の開口から効率良く排気され、空気流路に大量の空気を取り込むことができるという効果がある。なお、『開口径』とは、開口縁上に両端を有する線分の長さのうち、最大のものをいう。
【００１５】
請求項３記載の燃料電池によれば、請求項１または２に記載の燃料電池の奏する効果に加え、空気流路は、酸化剤電極層の表面に対して略垂直な方向の距離、すなわち空気流路の配管長が、その空気流路の開口径の２倍以上となるように構成されているので、より効率良く空気が取り込まれるという効果がある。煙突効果は、空気を排気する煙突部（空気流路に相当）の配管長が長いほど、よりその効果が高まるからである。
【００１６】
請求項４記載の燃料電池によれば、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池の奏する効果に加え、空気導入路は外部に開放された開口から空気流路までの距離、すなわち空気導入路の配管長が、酸化剤電極層の表面に対して略垂直な方向における空気流路の距離、すなわち空気流路の配管長よりも小となるように構成されているので、吸入の圧力損失が低減され、より効率良く、空気流路へ空気が取り込まれるという効果がある。
【００１７】
請求項５記載の燃料電池によれば、請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池の奏する効果に加え、空気流路および空気導入路は円筒状に構成されているので、圧力損失が低減され、より効率良く空気が取り込まれるという効果がある。
【００１８】
請求項６記載の燃料電池によれば、請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池の奏する効果に加え、空気導入路の開口は、酸化剤電極層側プレートの端面に設けられるので、空気導入路の開口と、空気流路の開口との間の距離を大きくとることができ、より効率よく空気が取り込まれるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態における燃料電池単層セル１０（以下、燃料電池１０という）を模式的に示す斜視図である。
【００２０】
図１を参照して、燃料電池１０の概略構成について説明する。燃料電池１０は、燃料電極層側プレート１１と酸化剤電極層側プレート１２とからなる一対のプレート１１，１２と、絶縁材１９とが設けられている。なお、図２を参照して説明するように、一対のプレート１１，１２間には、膜電極接合体１３（以下、ＭＥＡ１３と称する）が介在させられている。そして、絶縁材１９がＭＥＡ１３端部を取り囲むように設けられている。
【００２１】
図１に示すように、平面視において長方形状のプレート１１，１２の縁部には、ボルト挿通穴２０が設けられている。そして、このボルト挿通穴２０に挿通された締付ボルトがナットに螺合されることにより、一対のプレート１１，１２が挟圧されて、プレート１１，１２間に介在させられたＭＥＡ１３は厚み方向に押圧される。これにより、接触抵抗を低減することができる。
【００２２】
なお、一対のプレート１１，１２が対向する方向を、以下、燃料電池１０の上下方向と称し、一対のプレート１２の平面視における長手方向を、以下、燃料電池１０の縦方向と称し、一対のプレート１２の平面視における長手方向に垂直な方向を、以下、燃料電池１０の横方向と称する。燃料電池１０は、酸化剤電極層側プレート１２の外側の面を上方へ向けて使用される。
【００２３】
図１に示すように、酸化剤電極層側プレート１２上面１２ａには、空気流路３１の上端の開口３１ａが、縦方向および横方向に所定ピッチで整列して配設される。一方、酸化剤電極層側プレート１２端面１２ｃには空気導入路３２の開口３２ａが設けられている。燃料電池１０は、酸化剤電極層側プレート１２に設けられた空気流路３１内で生じる煙突効果を利用して、内部に十分な空気を取り込み、高い出力密度が得られるように構成されている。
【００２４】
図２（ａ），図２（ｂ）を参照して、酸化剤電極層極側プレート１２に設けられた、空気流路３１および空気導入路３２について説明する。図２（ａ）は、図１を参照して説明した燃料電池１０の一部を拡大して模式的に示す平面図と断面図である。
【００２５】
図２（ａ）に示すように、燃料電極層側プレート１１は、複数の板状部材が積層されて構成されている。この燃料極層側プレート１１には、ＭＥＡ１３へ燃料ガスを供給するための燃料流路が形成されているが、図示および説明を省略する。燃料ガスとしては、水素、或いは水素を含むガスが用いられる。一方、酸化剤ガスとしては、上述したように、空気流路３１を介して空気が供給される。燃料ガスおよび空気を、反応ガスと称する。
【００２６】
酸化剤電極層側プレート１２には、多数の空気流路３１と空気導入路３２とが設けられている。空気流路３１は、酸化剤電極層側プレート１２の上面１２ａから下面１２ｂまで、酸化剤電極層１６（図３参照）の表面に対して略垂直な方向に連通する孔であり、縦方向および横方向に所定ピッチで整列して配設されている。一方、空気導入路３２は、外部に開放された開口３２ａを有し、空気流路３１に連通する。
【００２７】
図２（ｂ）を参照して、煙突効果による空気の流れについて説明する。図２（ｂ）は、空気流路３１および空気導入路３２を模式的に示す断面図である。図２（ｂ）に示すように、ＭＥＡ１３における発電により熱が発生すると、その熱により温められた空気は、空気流路３１内を上昇し、外部へ開放された上端の開口３１ａから排出されるので、空気流路３１内に負圧が発生する。よって、空気流路３１に連通する空気導入路３２を通って、空気流路３１に多量の空気が取り込まれる。したがって、燃料電池１０によれば、高負荷の出力が可能であり、高い出力密度が得られる。
【００２８】
再び図２（ａ）を参照し、空気流路３１および空気導入路３２のより詳細な構成を説明する。図２（ａ）に示すように、酸化剤電極層側プレート１２は、ＭＥＡ１３の酸化剤電極層１６（図３参照）に当接する集電板１２１と、その集電板１２１に当接する絶縁板１２２と、その絶縁板１２２に当接するエンドプレート１２３とが厚み方向に積層されて構成されている。この集電板１２１がＭＥＡ１３と当接する面が、酸化剤電極層側プレート１２の下面１２ｂを構成する。
【００２９】
また、上述したように、酸化剤電極層プレート１２は、燃料電極層側プレート１１と締結されるので、強度を持たせるために、エンドプレート１２３は、例えば、ジュラルミンで構成されると共に、十分な厚みを有している。この酸化剤電極層プレート１２の外側の面（すなわち、絶縁板１２２と当接する面と反対側の面）が、酸化剤電極層側プレート１２の上面１２ａを構成する。なお、この酸化剤電極層側プレート１２には、上記集電板１２１、絶縁板１２２、エンドプレート１２３の他の部材が積層されていても良い。
【００３０】
ここで図２（ａ）に示すように、空気導入路３２は、集電板１２１および絶縁板１２２の高さにおいて、これらを横断または縦断するように設けられている。このため、図２（ｂ）に示すように、ＭＥＡ１３の酸化剤電極層１６（図３参照）近傍において、空気導入路３２が空気流路３１に連通することとなり、ＭＥＡ１３の酸化剤電極層１６（図３参照）へ効率良く空気が供給される。
【００３１】
また、空気導入路３２は、酸化剤電極層側プレート１２の端面１２ｃの開口３２ａから空気流路３１まで、酸化剤電極層側プレート１２の厚み方向に垂直な方向に直線状に連通しているので、圧力損失を低減し、より多くの空気を空気流路に取り込むことができる。
【００３２】
また、空気導入路３２の開口３２ａは、酸化剤電極層プレート１２の端面１２ｃ（図１参照）に設けられている。このようにすれば、空気導入路の開口３２ａと、空気流路の開口３１ａとの間の距離を大きくとることができ、より高い効果が得られる。
【００３３】
ここで、空気導入路３２は、酸化剤電極層側プレート１２の縦方向に対向する一方の端面１２ｃから他方の端面１２ｃまで連通するように配設され、且つ、酸化剤電極層側プレート１２の横方向に対向する一対の端面１２ｃから他方の端面１２ｃまで連通するように配設される。すなわち、空気導入路３２は、酸化剤電極層側プレート１２の平面視において、格子状に設けられている。そして、２本の空気導入路３２の交差部において、空気流路３１と空気導入路３２とが連通する。このようにすれば、１の空気流路３１に少なくとも２本の空気導入路３２が連通させられることとなり、空気流路３１に多量の空気が効率良く取り込まれる。
【００３４】
また、空気流路３１および空気導入路３２は、空気流路３１の開口３１ａの径（以下、開口径Ｄ３１と称す）が、空気導入路３２の開口３２ａの径（以下、開口径Ｄ３２と称す）よりも大となるように構成されている。よって、酸化剤電極層側プレート１２近傍で温められた空気は、空気流路３１の開口３１ａから効率良く排気され、空気流路３１に大量の空気を取り込むことができるのである。ここで、空気流路３１の開口径Ｄ３１が、空気導入路３２の開口径Ｄ３２の２倍以上となるように構成すると、より顕著な効果を得ることができる。
【００３５】
また、酸化剤電極層１６の表面に対し垂直な方向における空気流路３１の長さ（以下、空気流路３１の配管長Ｌ３１と称する）は、その空気流路３１の開口径Ｄ３１の２倍以上となるように構成されている。煙突効果は、空気を排気する煙突部（空気流路３１に相当）の配管長が長いほど、よりその効果が高まるので、このように構成することにより、空気流路３１へ空気を取り込む効果をより高めることができる。
【００３６】
また、空気導入路３２は、その開口３２ａから空気流路３１までの距離（以下、空気導入路３２の配管長Ｌ３２と称する）が、空気流路３１の配管長Ｌ３１よりも小となるように構成されている。よって、吸入の圧力損失が低減され、効率良く、空気流路３１へ空気が取り込まれる。
【００３７】
また、空気流路３１および空気導入路３２は、円筒状に構成されている。よって、より圧力損失が低減され、効率良く空気が取り込まれる。
【００３８】
なお、上述したように、接触抵抗を低減するために、一対のプレート１１，１２は、ＭＥＡ１３が厚み方向に押圧されるように、相互に連結される。よって一対のプレート１１，１２は、強度を得るために厚みが大とされる。このような酸化剤電極層側プレート１２を厚み方向に貫通するように空気流路３１を設けると、その空気流路３１の配管長Ｌ３１は大となるので、より煙突効果が高まり、多くの空気を空気流路に取り込むことができる。
【００３９】
図３は、ＭＥＡ１３の要部を模式的に示す断面図である。図３に示すように、ＭＥＡ１３は、高分子電解質膜１７が酸化剤電極層１６と燃料電極層１８との間に介在させられた状態で積層されることにより構成されている。
【００４０】
図３に示すように、ＭＥＡ１３は、高分子電解質膜１７と、その高分子電解質膜１７の一方の面に当接する酸化剤電極層１６と、高分子電解質膜１７の他方の面に当接する燃料電極層１８とが設けられている。
【００４１】
高分子電解質膜１７は、ナフィオン（登録商標）で構成される。なお、高分子電解質膜としては、耐食性、耐熱性、耐久性に優れた物質であって、燃料と酸化剤とを分離する機能を有すると共に、燃料電極層で生成される水素イオンを酸化剤電極層まで移送する機能を有する膜が用いられる。例えば、パーフルオロスルホン酸イオン交換膜、炭化水素系固体電解質膜などが用いられる。
【００４２】
酸化剤電極層１６は、反応層１６１と、拡散層１６２とから構成され、燃料電極層１８は、反応層１８１と拡散層１８２とから構成される。なお、反応層１６１，１８１は、触媒活性を有する物質を含む層であり、拡散層１６２，１８２は反応ガスの拡散を促す層であるが、酸化剤電極層１６および燃料電極層１８は、これら反応層、拡散層以外の層がさらに加えられて構成されていても良い。
【００４３】
酸化剤電極層１６の拡散層１６２は、ガス拡散が可能なカーボン製の織物やカーボン製の紙等からなる拡散層基材１６２ａの両面に、カーボン粉末と撥水性樹脂とを含む多孔性の第１マイクロポーラス層１６２ｂ及び第２マイクロポーラス層１６２ｃが形成されている。また、第１マイクロポーラス層１６２ｂ側に白金触媒が担持されたカーボンとナフィオンイオノマーとを含有する反応層１６１が形成される。
【００４４】
燃料電極層１８の拡散層１８２も同様に、ガス拡散が可能なカーボン製の織物やカーボン製の紙等からなる拡散層基材１８２ａの両面に、カーボン粉末と撥水性樹脂とを含む多孔性の第１マイクロポーラス層１８２ｂ及び第２マイクロポーラス層１８２ｃが形成されている。また、第１マイクロポーラス層１８２ｂ側に白金触媒が担持されたカーボンとナフィオンイオノマーとを含有する反応層１８１が形成される。
【００４５】
拡散層基材１６２ａ，１８２ａとしては、例えば、カーボンクロス、カーボンペーパー、カーボン繊維からなる不織布等を用いることができる。また、第１マイクロポーラス層１６２ｂ，１８２ｂ、および第２マイクロポーラス層１６２ｃ，１８２ｃとしては、撥水性樹脂粉末と、カーボン粉末とを混合して用いることができる。撥水性樹脂粉末として具体的には、フルオロカーボン系ポリマー（例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／ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、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）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、エチレン／テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、エチレン／クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等）とが挙げられる。また、カーボン粉末としては、例えばカーボンブラック、黒鉛粉、カーボンナノファイバー、ファーネスブラック、アセチレンブラック等が挙げられる。
【００４６】
以上のように構成された燃料電池１０では、酸化剤電極層１６の拡散層１６２は、酸化剤電極層側プレート１２に設けられた空気流路３１によって空気に晒されるが、反応層１６１で生成した水は拡散層１６２内に吸い出され、拡散層１６２内に保持される。このため、水は拡散層１６２に保持され、空気中へ蒸発して持ち去れる量が少なくなる。よって、外部加湿に頼らずに、高分子電解質膜１７、酸化剤電極層１６の乾燥およびそれに伴う内部抵抗の増大を抑制することができる。その結果、空気供給用の補機を備えない燃料電池であっても、出力密度を向上させることができる。
【００４７】
特に、酸化剤電極層１６側の拡散層基材１６２ａの反応層１６１側に、拡散層基材１６２ａよりもはるかに小さな細孔径を有する第１マイクロポーラス層１６２ｂが設けられているので、水蒸気が透過しやすく、液体水は透過し難い。よって、酸化ガスの拡散を妨げる過剰な水を拡散層基材１６２ａに排出でき、且つ、ＭＥＡ１３の乾燥を防ぐことができる。
【００４８】
また、第２マイクロポーラス層１６２ｃも、拡散層基材１６２ａによりもはるかに小さい細孔径を有するので、ガスを通して液体を実質的には通さず、拡散層基材１６２ａ内の水は、水蒸気の状態でしか空気流路３１側（図１参照）へ移動することができない。このため、反応層で生成した水を拡散層基材１６２ａに吸い出し、保持することができ、反応層１６１が乾燥した際には、保持している水を供給することができる。このため、ＭＥＡ１３の乾燥を高度に防ぐことができる。
【００４９】
さらに、燃料電極層１８側にも、酸化剤電極層１６と同様の第１マイクロポーラス層１８２ｂおよび第２マイクロポーラス層１８２ｃが形成されている。このため、酸化剤電極層１６側のみならず、酸化剤電極層１６から燃料電極層１８へ逆拡散した水が、燃料ガス中へ蒸発して持ち去られる量が少なくなり、ＭＥＡ１３の乾燥をさらに高度に防ぐことができる。
【００５０】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【００５１】
例えば、本発明は、燃料ガスを供給する固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）にも適用可能であるし、メタノールから直接発電するダイレクトメタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）にも適用可能である。
【００５２】
また例えば、上記実施形態では、空気流路３１の開口径Ｄ３１、配管長Ｌ３１、および空気導入路３２の開口径Ｄ３２、配管長Ｌ３２の大小関係の一例を説明したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、空気流路３１および空気導入路３２に関するこれらの具体的値は、燃料電池の運転条件に応じて適宜設計することが可能である。ここでいう運転条件とは、例えば、燃料電池１０に必要な空気量、燃料電池１０の発熱量などに関する条件である。高電流密度での運転を想定している場合、必要な空気量が大となる。よって、このような場合、エンドプレート１２３の厚みを増大させ、空気流路３１の配管長Ｌ３１を大とすることにより、より多量の空気を取り込むことができるように、設計を変更しても良い。
【００５３】
また、上記実施形態では、一対のプレート１１，１２の平面視における形状が、長方形であるものとして説明したが、他の形状でも良い。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に基づいて限定されるものではない。
（実施例１）
ポリテトラフルオロエチレンの微粉末をカーボンブラック粉末（一次粒子径１６ｎｍ）に対して３５重量部％となるように混合し、その後、平織りのカーボンクロスを用意し、上記の溶着した自立膜２枚で挟んで３４５℃で熱圧着させて一体化した。
【００５５】
次に、市販の白金担持カーボン（白金含有量６０ｗｔ％）１ｇに、ナフィオン（登録商標）溶液（５ｗｔ％水／イソプロパノール溶液）２ｇ〜２００ｇを加え、ハイブリッドミキサーで攪拌し、触媒ペーストとし、上記の方法によって一体化した膜の表面にＰｔ担持量が０．０１〜２ｍｇ／ｃｍ２となるように印刷して、乾燥し、反応層付拡散層を得た。
【００５６】
なお、拡散層の上に印刷して反応層を形成する替わりに、ポリテトラフルオロエチレン製のシート上に上記触媒ペーストを印刷し、乾燥後、剥離させて自立した反応層膜を作製し、これを拡散層と熱圧着させて反応層付拡散層を形成しても良い。
【００５７】
以上のようにして作製した反応層付拡散層を、酸化剤電極層１６および燃料電極層１８として用意し、ナフィオン（登録商標）からなる高分子電解質膜の両側から反応層で挟み、ホットプレスによって圧着した。さらに、これをＭＥＡ１３として用いて、その外側に燃料電極層側プレート１１、酸化剤電極層側プレート１２を設けて、実施例１の燃料電池１０を作製した。
【００５８】
なお、酸化剤電極層側プレート１２には、空気流路３１および空気導入路３２が設けられている。
（比較例）
比較例は、酸化剤電極層側プレートとして、空気流路３１は設けられているが、空気導入路３２が設けられていないものを用いて、燃料電池を構成した。その他は実施例１の燃料電池１０と同様であり、説明を省略する。
＜評価＞
こうして作製した実施例１及び比較例の燃料ガス流路に、水素ガス供給装置を接続して、水素ガス供給装置から乾燥した水素ガスを導入し、セル電圧を測定した。なお、上述したように、酸化剤電極層へは、ポンプやブロアーのような補機を用いず、自然拡散または自然対流により空気を供給した。
【００５９】
図４は、実施例１および比較例の燃料電池の通電電流とセル電圧との関係を示すグラフである。図４において、横軸は燃料電池の通電電流を示し、縦軸は測定したセル電圧を示す。図４に示すように、実施例１は、高電流においても電圧低下が少ないのに対し、比較例では、実施例１に比較して、高電流側で大きく電圧が低下している。これは、比較例１では、高電流側で空気供給不足が生じ、その結果、電圧が大きく低下するのに対し、実施例１では、煙突効果により空気の供給が促進されているので、空気供給不足による電圧低下が生じ難いからである。以上の結果から、実施例１の燃料電池では、煙突効果を利用して、空気流路に十分な空気が取り込まれ、高い出力密度が得られることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池を模式的に示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、燃料電池の一部を拡大して模式的に示す平面図と断面図であり、（ｂ）は、空気流路および空気導入路を模式的に示す断面図である。
【図３】ＭＥＡの要部を模式的に示す断面図である。
【図４】実施例１および比較例の燃料電池において、通電電流を変化させたときのセル電圧を測定した実験結果を示すグラフである。
【図５】（ａ）は、従来のパッシブ型燃料電池を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すパッシブ型燃料電池の空気供給部の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０                燃料電池
１２                酸化剤電極層側プレート
１２ｃ              端面
１３                ＭＥＡ
１６                酸化剤電極層
１７                固体高分子電解質膜
１８                燃料電極層
３１                空気流路
３１ａ              上端の開口
３２                空気導入路
３２ａ              開口
Ｄ３１                空気流路上端の開口径
Ｌ３１                空気流路の下端から上端までの距離
Ｄ３２                空気導入路の開口径
Ｌ３２                開口から空気流路までの距離
【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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