(57)【要約】カソード触媒層（２）と、親水基を外に疎水（親油）基を内に向けて形成される会合体構造を有するパーフルオロ系導電性バインダーを含むアノード触媒層（３）と、前記カソード触媒層（２）と前記アノード触媒層（３）の間に配置されるプロトン伝導性膜（６）とを具備する燃料電池。【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード触媒層と、
親水基を外に疎水（親油）基を内に向けて形成される会合体構造を有するパーフルオロ系導電性バインダーを含むアノード触媒層と、
前記カソード触媒層と前記アノード触媒層の間に配置されるプロトン伝導性膜と
を具備する燃料電池。
【請求項２】
前記カソード触媒層は、親水基を外に疎水（親油）基を内に向けて形成される会合体構造を有するパーフルオロ系導電性バインダーを含む請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記カソード触媒層は、２５℃に保持された１００重量％メタノール溶液に２４時間浸漬した際の重量減少が１０％を超える請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記カソード触媒層は、疎水（親油）基を外に親水基を内に向けて形成される会合体構造を有するパーフルオロ系導電性バインダーを含む請求項１記載の燃料電池。
【請求項５】
前記カソード触媒層は、２５℃に保持された１００重量％メタノール溶液に２４時間浸漬した際の重量減少が１０％以下である請求項４記載の燃料電池。
【請求項６】
前記アノード触媒層は、２５℃に保持された１００重量％メタノール溶液に２４時間浸漬した際の重量減少が１０％を超える請求項１記載の燃料電池。
【請求項７】
前記パーフルオロ系導電性バインダーは、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂である請求項１，２または４いずれか１項記載の燃料電池。
【請求項８】
前記アノード触媒層に供給され、メタノールを含有する燃料をさらに具備する請求項１記載の燃料電池。
【請求項９】
前記燃料中のメタノール濃度は、５０ｍｏｌ％より大きく、かつ１００ｍｏｌ％以下である請求項８記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、液体燃料か、液体燃料を気化させた気化燃料をアノード触媒層に供給する燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の各種電子機器は、半導体技術の発達と共に小型化されている。燃料電池をこれらの小型機器用の電源に用いることが試みられている。燃料電池は、燃料と酸化剤を供給するだけで発電することができ、燃料のみを交換すれば連続して発電できるという利点を有しているため、小型化が出来れば携帯電子機器の作動に極めて有利なシステムといえる。特に、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ；ｄｉｒｅｃｔ  ｍｅｔｈａｎｏｌ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）は、エネルギー密度の高いメタノールを燃料に用い、メタノールから電極触媒上で直接電流を取り出せるため、改質器も不要なことから小型化が可能であり、燃料の取り扱いも水素ガス燃料に比べて容易なことから小型機器用電源として有望である。【０００３】  ＤＭＦＣの燃料の供給方法としては、液体燃料を気化してからブロア等で燃料電池内に送り込む気体供給型ＤＭＦＣと、液体燃料をそのままポンプ等で燃料電池内に送り込む液体供給型ＤＭＦＣ、更に、特許公報第３４１３１１１号に示すような内部気化型ＤＭＦＣ等が知られている。特許公報第３４１３１１１号に示す内部気化型ＤＭＦＣは、液体燃料を保持する燃料浸透層と、燃料浸透層中に保持された液体燃料のうち気化成分を拡散させるための燃料気化層とを備えるもので、気化した液体燃料が燃料気化層から燃料極に供給される。【０００４】  しかしながら、ＤＭＦＣでは、メタノールを内部改質する反応の反応抵抗が高いため、水素ガス燃料を使用する燃料電池と比較すると、出力特性が十分でない。
【発明の開示】
【０００５】  本発明は、アノード触媒層に含まれるパーフルオロ系導電性バインダーのプロトン導電性を向上させることにより出力特性が改善された燃料電池を提供することである。
【０００６】  本発明に係る態様によれば、
カソード触媒層と、
親水基を外に疎水（親油）基を内に向けて形成される会合体構造を有するパーフルオロ系導電性バインダーを含むアノード触媒層と、
前記カソード触媒層と前記アノード触媒層の間に配置されるプロトン伝導性膜と
を具備する燃料電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る直接メタノール型燃料電池を示す模式的な断面図である。
【図２】図２は、実施例１〜２及び比較例の直接メタノール型燃料電池についての負荷電流値とセル電圧との関係を示す特性図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  上述した課題を解決するために本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、パーフルオロ系導電性バインダーのプロトン導電性が、このバインダーの会合体構造と関係していることを究明し、親水基を外に疎水（親油）基を内に向けて形成される会合体構造（以下、ミセル構造と称す）を有するパーフルオロ系導電性バインダーによると、プロトン導電性が向上され、メタノールの内部改質反応の反応抵抗が低減されるという知見を得た。【０００９】  すなわち、ミセル構造を有するパーフルオロ系導電性バインダーを含むアノード触媒層を備えることによって、メタノールの内部改質反応の反応抵抗を低くすることができるため、負荷電流を大きくした際の電圧降下を小さくすることができ、出力特性に優れた燃料電池を実現することができる。【００１０】  まず、アノード触媒層について説明する。【００１１】  アノード触媒層に含有される触媒（以下、アノード触媒と称す）としては、例えば、白金族元素の単体金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。アノード触媒には、メタノールや一酸化炭素に対する耐性の強いＰｔ−Ｒｕを用いることが望ましいが、これに限定されるものでは無い。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒を使用しても、あるいは無担持触媒を使用しても良い。【００１２】  アノード触媒層の導電性担持体には、粒状の炭素材料、ファイバー状の炭素材料、あるいは特開２００５−３１０７１４号公報に示される様な炭素材料とファイバー状の炭素材料の複合材料を使用することができる。これにより、内部改質反応抵抗をさらに低くすることができるため、燃料電池の出力特性をより向上することができる。特開２００５−３１０７１４号公報に記載の複合材料のファイバー状の炭素材料としては、例えば、ヘリングボーン（Ｈｅｒｒｉｎｇｂｏｎｅ）またはプレートレット（Ｐｌａｔｅｌｅｔ）構造を持つカーボンナノファイバーを挙げることができる。一方、炭素材料としては、例えば、カーボンブラック粒子を挙げることができる。【００１３】  パーフルオロ系導電性バインダーとしては、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂（例えば、パーフルオロスルホン酸重合体）などを挙げることができる。パーフルオロスルホン酸重合体の一例を下記化１に示す。
【化１】
2006085617.tif 000002
【００１４】  但し、化１において、ｘ、ｙ、ｍおよびｎは、ｘ＞０、ｙ＞０、ｍ≧０、ｎ＞０を満たす整数である。【００１５】  化１に示す構造式を有する場合、パーフルオロアルキル基［（ＣＦ２ＣＦ２）ｘ−（ＣＦ２ＣＦ）］ｙが疎水（親油）基であり、｛（ＣＦ２）ｎ−ＳＯ３−｝が親水基である。【００１６】  パーフルオロスルホン酸重合体のようなパーフルオロ系導電性バインダーは、溶液の状態では、親水基を外に疎水（親油）基を内に向けて形成される会合体構造（以下、ミセル構造と称す）が安定で、乾燥後に１２０℃以上の温度で加熱すると逆ミセル構造への転移が始まり、１３５℃を超える温度で逆ミセル構造が安定となる。なお、減圧雰囲気であると、より低温で逆ミセル構造への転移を生じさせることが可能である。【００１７】  ミセル構造を有するパーフルオロ系導電性バインダーを含むアノード触媒層は、ペースト調製におけるパーフルオロ系導電性バインダー溶液の濃度、アノード触媒とパーフルオロ系導電性バインダーの含有量を特定の範囲に設定することにより、得ることが可能である。【００１８】  ペーストの調製は、例えば、アノード触媒に、パーフルオロ系導電性バインダー溶液と、水と、メトキシプロパノールのような有機溶媒とを添加し、これらを混合することにより行われる。【００１９】  パーフルオロ系導電性バインダー溶液の濃度を１０重量％以上、７０重量％以下、より好ましくは３０重量％以上、５０重量％以下にすることが望ましい。これは以下に説明する理由によるものである。バインダー溶液の濃度を１０重量％未満あるいは７０重量％を超えると、ペースト粘度のコントロールが難しくなり、ペーストの塗工性が低下する恐れがある。【００２０】  また、アノード触媒とパーフルオロ系導電性バインダー溶液との配合量は、アノード触媒層中のアノード触媒の含有量が５重量％以上、５０重量％以下、より好ましくは１０重量％以上、３０重量％以下で、かつパーフルオロ系導電性バインダーの含有量が１重量％以上、２０重量％以下、より好ましくは５重量％以上、１５重量％以下となるように設定することが望ましい。これは以下に説明する理由によるものである。アノード触媒の含有量が多いか、あるいはバインダーの含有量が少ないと、アノード触媒層とプロトン伝導性膜との結合強度が低下する恐れがある。また、アノード触媒の含有量が少ないか、あるいはバインダーの含有量が多いと、メタノールの内部改質反応における反応抵抗が高くなる可能性がある。【００２１】  得られたペーストをアノードガス拡散層としての多孔質カーボンペーパに塗布し、乾燥させることにより、ミセル構造を有するパーフルオロ系導電性バインダーを含むアノード触媒層を得る。【００２２】  ミセル構造を有するパーフルオロ系導電性バインダーは、メタノールへの溶解性が高い。このため、２５℃に保持された１００重量％メタノール溶液に２４時間浸漬した際のアノード触媒層の重量減少が１０％を超えることによって、アノード触媒層にミセル構造を有するパーフルオロ系導電性バインダーが含有されていることを確認することができる。【００２３】  次いで、カソード触媒層について説明する。【００２４】  カソード触媒層は、カソード触媒��びプロトン伝導性バインダーを含有するものである。【００２５】  カソード触媒としては、例えば、白金族元素の単体金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。カソード触媒には、白金を用いることが望ましいが、これに限定されるものでは無い。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒を使用しても、あるいは無担持触媒を使用しても良い。【００２６】  プロトン伝導性バインダーとしては、例えば、パーフルオロ系導電性バインダー（例えば、パーフルオロスルホン酸重合体のようなスルホン酸基を有するフッ素系樹脂）、スルホン酸基を有するハイドロカーボン系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸などの無機物等が挙げられるが、これらに限定される物ではない。中でも、パーフルオロ系導電性バインダーが好ましい。【００２７】  パーフルオロ系導電性バインダーとしては、ミセル構造を有するものでも、逆ミセル構造を有するものでも良い。【００２８】  ミセル構造を有するものを使用することによって、カソードのプロトン導電性を向上することができるため、負荷電流を大きくした際の出力特性を向上することができる。また、逆ミセル構造を有するパーフルオロ系導電性バインダーを含むカソード触媒層は、化学安定性に優れているため、負荷電流を小さくして出力した際の電圧の安定性を向上することができる。【００２９】  カソード触媒層中のパーフルオロ系導電性バインダーの会合構造は、２５℃に保持された１００重量％メタノール溶液に２４時間浸漬した際のカソード触媒層の重量減少が１０％以下であるものが逆ミセル構造を有し、重量減少が１０％を超えるものがミセル構造を有するとすることができる。【００３０】  カソード触媒層は、例えば、以下に説明する方法で作製される。【００３１】  カソード触媒に、パーフルオロ系導電性バインダー溶液と、水と、メトキシプロパノールのような有機溶媒とを添加し、これらを混合することによりペーストを調製する。得られたペーストをカソードガス拡散層としての多孔質カーボンペーパに塗布し、乾燥させ、加熱処理を加えることで、カソードガス拡散層にカソード触媒層を形成する。【００３２】  パーフルオロ系導電性バインダー溶液の濃度を１０重量％以上、７０重量％以下にすることが望ましい。これは以下に説明する理由によるものである。バインダー溶液の濃度を１０重量％未満あるいは７０重量％を超えると、ペースト粘度のコントロールが難しくなり、ペーストの塗工性が低下する恐れがある。【００３３】  また、カソード触媒とパーフルオロ系導電性バインダー溶液との配合量は、カソード触媒層中のカソード触媒の含有量が５重量％以上、５０重量％以下、より好ましくは１０重量％以上、３０重量％以下で、かつパーフルオロ系導電性バインダーの含有量が１重量％以上、２０重量％以下、より好ましくは５重量％以上、１５重量％以下となるように設定することが望ましい。これは以下に説明する理由によるものである。カソード触媒の含有量が多いか、あるいはバインダーの含有量が少ないと、カソード触媒層とプロトン伝導性膜との結合強度が低下する恐れがある。また、カソード触媒の含有量が少ないか、あ��いはバインダーの含有量が多いと、発電反応の反応抵抗が高くなる可能性がある。【００３４】  パーフルオロ系導電性バインダー溶液の濃度、カソード触媒とパーフルオロ系導電性バインダーの含有量を上述した範囲に設定することにより、ミセル構造を有するパーフルオロ系導電性バインダーを含むカソード触媒層が得られる。【００３５】  このカソード触媒層を常圧雰囲気で１３５℃を超え、かつ２４０℃以下、より好ましくは１８０℃以上、２００℃以下の加熱処理を施すことによって、逆ミセル構造への転移を生じさせることができ、逆ミセル構造を有するパーフルオロ系導電性バインダーを含むカソード触媒層が得られる。前述したように逆ミセル構造への転移は、高温の方がより生じやすいものの、加熱処理温度が高くなると、バインダーが熱分解してしまうため、加熱処理温度は上記範囲内にすることが望ましい。【００３６】  カソード触媒層の導電性担持体には、粒状の炭素材料やファイバー状の炭素材料、あるいは前述のアノード触媒層で説明したのと同様な複合材料を使用することが望ましい。これにより、カソード触媒層の構造安定性が高くなるため、上記加熱処理後のカソード極をメタノールに浸漬した際の重量減少を小さくすることができ、カソード極の化学安定性を向上することができる。【００３７】  本発明によると、メタノールの内部改質反応抵抗が低減されるため、本発明は、メタノールを含有する燃料を備えた燃料電池に好適なものである。メタノールを含有する燃料は、その気化成分がアノード触媒層に供給されても良いし、また、液体のままアノード触媒層に供給することも可能である。特に、本発明によると、燃料のメタノール濃度が高い場合の内部改質反応抵抗を大幅に低減することが可能である。【００３８】  メタノールを含有する燃料としては、メタノール水溶液、純メタノールなどを挙げることができる。メタノール水溶液の濃度は５０モル％を超える高濃度にすることが望ましい。また、純メタノールの純度は、９５重量％以上１００重量％以下にすることが望ましい。これにより、エネルギー密度が高く、かつ出力特性に優れた燃料電池を実現することができる。【００３９】  以下、本発明に係る燃料電池の一実施形態である直接メタノール型燃料電池を図面を参照して説明する。【００４０】  図１は、本発明の一実施形態に係る直接メタノール型燃料電池を示す模式的な断面図である。【００４１】  図１に示すように、膜電極接合体（ＭＥＡ）１は、カソード触媒層２及びカソードガス拡散層４からなるカソード極と、アノード触媒層３及びアノードガス拡散層５からなるアノード極と、カソード触媒層２とアノード触媒層３の間に配置されるプロトン伝導性の電解質膜６とを備えるものである。【００４２】  プロトン伝導性電解質膜６を構成するプロトン伝導性材料としては、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂（例えば、パーフルオロスルホン酸重合体）、スルホン酸基を有するハイドロカーボン系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸などの無機物等が挙げられるが、これらに限定される物ではない。【００４３】  カソード触媒層２はカソードガス拡散層４上に積層され、かつアノード触媒層３はアノードガス拡散層５上に積層されている。カソードガス拡散層４はカソード触媒層２に酸化剤を均一に供給する役割を担うものであるが、カソード触媒層２の集電体も兼ねている。一方、アノードガス拡散層５はアノード触媒層３に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層３の集電体も兼ねている。カソード導電層７ａ及びアノード導電層７ｂは、それぞれ、カソードガス拡散層４及びアノードガス拡散層５と接している。カソード導電層７ａ及びアノード導電層７ｂには、例えば、金などの金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）をそれぞれ使用することが出来る。【００４４】  矩形枠状のカソードシール材８ａは、カソード導電層７ａとプロトン伝導性電解質膜６との間に位置すると共に、カソード触媒層２及びカソードガス拡散層４の周囲を囲んでいる。一方、矩形枠状のアノードシール材８ｂは、アノード導電層７ｂとプロトン伝導性電解質膜６との間に位置すると共に、アノード触媒層３及びアノードガス拡散層５の周囲を囲んでいる。カソードシール材８ａ及びアノードシール材８ｂは、膜電極接合体１からの燃料漏れ及び酸化剤漏れを防止するためのオーリングである。【００４５】  膜電極接合体１の下方には、液体燃料タンク９が配置されている。液体燃料タンク９内には、液体のメタノールあるいはメタノール水溶液が収容されている。液体燃料タンク９の開口端には、燃料気化層１０として例えば、液体燃料の気化成分のみを透過させて、液体燃料は透過できない、気液分離膜１０が液体燃料タンク９の開口部を覆うように配置されている。ここで、液体燃料の気化成分とは、液体燃料として液体のメタノールを使用した場合、気化したメタノールを意味し、液体燃料としてメタノール水溶液を使用した場合にはメタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合ガスを意味する。【００４６】  気液分離膜１０とアノード導電層７ｂの間には、樹脂製のフレーム１１が積層されている。フレーム１１で囲まれた空間は、気液分離膜１０を拡散してきた気化燃料を一時的に収容しておく気化燃料収容室１２（いわゆる蒸気溜り）として機能する。この気化燃料収容室１２及び気液分離膜１０の透過メタノール量抑制効果により、一度に多量の気化燃料がアノード触媒層３に供給されるのを回避することができ、メタノールクロスオーバーの発生を抑えることが可能である。なお、フレーム１１は、矩形のフレームで、例えばＰＥＴのような熱可塑性ポリエステル樹脂から形成される。【００４７】  一方、膜電極接合体１の上部に積層されたカソード導電層７ａ上には、保湿板１３が積層されている。酸化剤である空気を取り入れるための空気導入口１４が複数個形成された表面層１５は、保湿板１３の上に積層されている。表面層１５は、膜電極接合体１を含むスタックを加圧してその密着性を高める役割も果たしているため、例えば、ＳＵＳ３０４のような金属から形成される。保湿板１３は、カソード触媒層２において生成した水の蒸散を抑止する役割をなすと共に、カソードガス拡散層４に酸化剤を均一に導入することによりカソード触媒層２への酸化剤の均一拡散を促す補助拡散層としての役割も果たしている。【００４８】  上述したような構成の直接メタノール型燃料電池によれば、液体燃料タンク９��の液体燃料（例えばメタノール水溶液）が気化し、気化したメタノールと水が気液分離膜１０を拡散し、気化燃料収容室１２に一旦収容され、そこから徐々にアノードガス拡散層５を拡散してアノード触媒層３に供給され、以下の反応式（１）に示すメタノールの内部改質反応を生じる。【００４９】  ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋６ｅ−  （１）
また、液体燃料として純メタノールを使用した場合には、燃料気化層からの水の供給がない。このため、カソード触媒層２に混入したメタノールの酸化反応により生成した水やプロトン伝導性電解質膜６中の水分等がメタノールと反応して前述した（１）式の内部改質反応が生じるか、あるいは前述した（１）式によらない水不使用の反応機構で内部改質反応が生じる。【００５０】  これら内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ＋）はプロトン伝導性電解質膜６を拡散してカソード触媒層３に到達する。一方、表面層１５の空気導入口１４から取り入れられた空気は、保湿板１３とカソードガス拡散層４を拡散してカソード触媒層２に供給される。カソード触媒層２では、下記（２）式に示す反応によって水が生成する、つまり発電反応が生じる。【００５１】  （３／２）Ｏ２＋６Ｈ＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ    （２）
発電反応が進行すると、前述した（２）式の反応などによってカソード触媒層２中に生成した水が、カソードガス拡散層４内を拡散して保湿板１３に到達し、保湿板１３によって蒸散を阻害され、カソード触媒層２中の水分貯蔵量が増加する。このため、発電反応の進行に伴ってカソード触媒層２の水分保持量がアノード触媒層３の水分保持量よりも多い状態を作り出すことができる。その結果、浸透圧現象によって、カソード触媒層２に生成した水がプロトン伝導性電解質膜６を通過してアノード触媒層３に移動する反応が促進されるため、アノード触媒層への水供給速度を燃料気化層のみに頼っていた場合に比べて向上することができ、前述した（１）式に示すメタノールの内部改質反応を促すことができる。このため、出力密度を高くすることができると共に、その高い出力密度を長期間に亘り維持することが可能となる。【００５２】  また、液体燃料として濃度が５０モル％を超えるメタノール水溶液か、純メタノールを使用することによって、内部改質反応に、カソード触媒層２からアノード触媒層３に拡散してきた水がもっぱら使用されるようになり、アノード触媒層３への水供給が安定して行なわれるようになるため、メタノールの内部改質反応の反応抵抗をさらに低くすることができ、長期出力特性と負荷電流特性をより向上することができる。さらに、液体燃料タンクの小型化を図ることも可能である。なお、純メタノールの純度は、９５重量％以上１００重量％以下にすることが望ましい。【００５３】  上記アノード触媒層３に、前述したミセル構造を有するパーフルオロ系導電性バインダーを含有させることによって、濃度が５０モル％を超えるメタノール水溶液や純メタノールを液体燃料として使用した際にも、メタノールの内部改質の反応抵抗を低くすることが可能になる。その結果、エネルギー密度が高く、かつ出力特性に優れた直接メタノール型燃料電池を提供することができる。【００５４】  また、液体燃料をアノード触媒層に供給する場合、前述した図１で説明したのと同様な構成の膜電極接合体１のカソードガス拡散層４に酸化剤流路が形成されたセパレータを配置し、かつ膜電極接合体１のアノードガス拡散層５に液体燃料流路が形成されたセパレータを配置すると良い。【００５５】  以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。【００５６】  （実施例１）
＜アノード極の作製＞
アノード用触媒（Ｐｔ：Ｒｕ＝１：１）担持粒状カーボンブラック１７重量％に、濃度が２０重量％のパーフルオロカーボンスルホン酸溶液を固形分換算で８．５重量％と、水と、メトキシプロパノールとを添加し、前記触媒担持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としての多孔質カーボンペーパに塗布することによりアノード触媒層を形成し、厚さが４５０μｍのアノード極を得た。【００５７】  アノードガス拡散層にアノード触媒層が積層されたアノード極を２５℃に保持された１００重量％メタノール溶液に２４時間浸漬し、アノード触媒層の重量減少率を測定したところ、７０％であり、パーフルオロカーボンスルホン酸がミセル構造を有することを確認することができた。【００５８】  ＜カソード極の作製＞
カソード用触媒（Ｐｔ）担持繊維状カーボンブラック１７重量％に、濃度が２０重量％のパーフルオロカーボンスルホン酸溶液を固形分換算で８．５重量％と、水と、メトキシプロパノールとを加え、前記触媒担持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としての多孔質カーボンペーパに塗布することによりカソード触媒層を形成し、厚さが４００μｍのカソード極を得た。【００５９】  カソードガス拡散層にカソード触媒層が積層されたカソード極を２５℃に保持された１００重量％メタノール溶液に２４時間浸漬し、カソード触媒層の重量減少率を測定したところ、４０％であり、パーフルオロカーボンスルホン酸がミセル構造を有することを確認することができた。【００６０】  アノード触媒層とカソード触媒層の間に、プロトン伝導性電解質膜として厚さが６０μｍ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（ｎａｆｉｏｎ膜、デュポン社製）を配置し、これらに膜近傍の温度を１１５℃でホットプレスを施すことにより、膜電極接合体（ＭＥＡ）を得た。【００６１】  保湿板として厚さが５００μｍで、透気度が２秒／１００ｃｍ３（ＪＩＳ  Ｐ−８１１７）で、透湿度が４０００ｇ／ｍ２２４ｈ（ＪＩＳ  Ｌ−１０９９  Ａ−１法）のポリエチレン製多孔質フィルムを用意した。【００６２】  フレーム１１は、ＰＥＴ製で、厚さは２５μｍである。また、気液分離膜として、厚さが２００μｍのシリコーンゴムシートを用意した。【００６３】  得られた膜電極接合体１、保湿板１３、フレーム１１、気液分離膜１０を用いて前述した図１に示す構造を有する内部気化型の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。この際、燃料タンクには、純度が９９．９重量％の純メタノールを１０ｍＬ収容した。【００６４】  （実施例２）
カソード極に１８０℃のＮ２雰囲気中で３０分間加熱処理を施した。次いで、このカソード極を、２５℃に保持された１００重量％メタノール溶液に２４時間浸漬し、カソード触媒層の重量減少率を測定したところ、６％であり、パーフルオロカーボンスルホン酸が逆ミセル構造を有することを確認することができた。【００６５】  このカソード極を使用すること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様にして図１に示す構造を有する内部気化型の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。【００６６】  （比較例）
前述した実施例１で説明したのと同様にしてアノードガス拡散層にアノード触媒層を形成した。得られたアノード極に２００℃のＮ２雰囲気中で３０分間加熱処理を施した。【００６７】  次いで、このアノード極を、２５℃に保持された１００重量％メタノール溶液に２４時間浸漬し、アノード触媒層の重量減少率を測定したところ、６％であり、パーフルオロカーボンスルホン酸が逆ミセル構造を有することを確認することができた。【００６８】  得られたアノード極と、前述した実施例２で説明したのと同様なカソード極とを使用すること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様にして図１に示す構造を有する内部気化型の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。【００６９】  得られた実施例１〜２及び比較例の燃料電池について、負荷電流を段階的に高くしながら発電を行い、この際のセル電圧と負荷電流値との関係を図２に示す。図２の横軸が電流密度（Ｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｅｎｓｉｔｙ）で、縦軸がセル電圧（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）である。電圧については、比較例の最高電圧（初期電圧）を１００％として表わしている。また、電流密度については、相対値で表示している。【００７０】  図２から明らかなように、ミセル構造を有するパーフルオロ系導電性バインダーを含むアノード触媒層を備えた実施例１〜２の燃料電池は、アノード触媒層及びカソード触媒層の双方のバインダーが逆ミセル構造である比較例の燃料電池に比較して、負荷電流を大きくした際の電圧降下を小さくできた。【００７１】  負荷電流を大きくした際の出力特性は、アノード触媒層とカソード触媒層の双方のバインダーがミセル構造である実施例１の方が優れていた。また、負荷電流を小さくした際の出力特性は、アノード触媒層のバインダーがミセル構造で、カソード触媒層のバインダーが逆ミセル構造の実施例２の方が優れていた。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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