(57)【要約】メタノール濃度が５０モル％よりも多く、かつ１００モル％以下である液体燃料を用いる燃料電池であって、カソード触媒層（２）と、前記液体燃料の気化成分が供給されるアノード触媒層（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）とを具備し、前記カソード触媒層（２）および前記アノード触媒層（３）の合計厚さをＬとし、前記プロトン伝導性膜（６）の厚さをＬ０とした際に、厚さＬ０に対する厚さＬの比（Ｌ：Ｌ０）が１：１よりも大きく、５：１以下である燃料電池。【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタノール濃度が５０モル％よりも多く、かつ１００モル％以下である液体燃料を用いる燃料電池であって、
カソード触媒層と、
前記液体燃料の気化成分が供給されるアノード触媒層と、
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し、
前記カソード触媒層および前記アノード触媒層の合計厚さをＬとし、前記プロトン伝導性膜の厚さをＬ０とした際に、厚さＬ０に対する厚さＬの比（Ｌ：Ｌ０）が１：１よりも大きく、５：１以下である燃料電池。
【請求項２】
前記厚さＬ０に対する厚さＬの比（Ｌ：Ｌ０）が２：１以上、５：１以下である請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記厚さＬ０に対する厚さＬの比（Ｌ：Ｌ０）が２：１以上、４：１以下である請求項１記載の燃料電池。
【請求項４】
前記アノード触媒層の厚さをＬ１とし、前記カソード触媒層の厚さをＬ２とした際に、厚さＬ２に対する厚さＬ１の比（Ｌ１：Ｌ２）が１：１〜２：１の範囲である請求項１記載の燃料電池。
【請求項５】
前記厚さＬ２に対する厚さＬ１の比（Ｌ１：Ｌ２）が１：１〜１．５：１の範囲である請求項１記載の燃料電池。
【請求項６】
前記プロトン伝導性膜はパーフルオロスルホン酸系ポリマーを含有する請求項１〜５いずれか１項記載の燃料電池。
【請求項７】
前記プロトン伝導性膜の厚さは１００μｍ以下である請求項１〜５いずれか１項記載の燃料電池。
【請求項８】
前記プロトン伝導性膜の厚さは１０〜１００μｍである請求項１〜５いずれか１項記載の燃料電池。
【請求項９】
前記プロトン伝導性膜の厚さは１０〜８０μｍである請求項１〜５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、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方式の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、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る。また、ＤＭＦＣは、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。【０００４】  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。特許公報第３４１３１１１号では、液体燃料としてメタノールと水が１：１のモル比で混合されたメタノール水溶液が使用され、メタノールと水の双方を気化ガスの形で燃料極に供給している。【０００５】  このような特許公報第３４１３１１１号に示す内部気化型ＤＭＦＣによると、十分に高い出力特性を得られなかった。水はメタノールに比べて蒸気圧が低く、水の気化速度はメタノールの気化速度に比べて遅いため、メタノールも水も燃料気化層を通して燃料極に供給しようとすると、メタノール供給量に対する水の相対的な供給量が不足する。その結果、メタノールを内部改質する反応の反応抵抗が高くなるため、十分な出力特性を得られなくなるのである。
【発明の開示】
【０００６】  本発明の目的は、液体燃料の気化成分が供給されるアノード触媒層を備えた燃料電池の出力特性を向上させることにある。
【０００７】  本発明に係る態様によれば、カソード触媒層と、液体燃料の気化成分が供給されるアノード触媒層と、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であって、
前記液体燃料は、メタノール濃度が５０モル％よりも多く、かつ１００モル％以下であり、前記カソード触媒層および前記アノード触媒層の合計厚さＬと前記プロトン伝導性膜の厚さＬ０との比（Ｌ：Ｌ０）が１：１よりも大きく、５：１以下である燃料電池が提供される。
【０００８】  本発明に係る別の態様によれば、メタノール濃度が５０モル％よりも多く、かつ１００モル％以下である液体燃料を用いる燃料電池であって、
カソード触媒層と、
前記液体燃料の気化成分が供給されるアノード触媒層と、
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し、
前記カソード触媒層および前記アノード触媒層の合計厚さをＬとし、前記プロトン伝導性膜の厚さをＬ０とした際に、厚さＬ０に対する厚さＬの比（Ｌ：Ｌ０）が１：１よりも大きく、５：１以下である燃料電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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１〜５及び比較例１〜３の直接メタノール型燃料電池についての電流密度とセル電圧との関係を示す特性図である。
【図３】図３は、実施例１〜５及び比較例１〜３の直接メタノール型燃料電池についての出力密度の経時変化を示す特性図である。
【図４】図４は、実施例１〜７及び比較例１〜４の直接メタノール型燃料電池についての電流密度とセル電圧との関係を示す特性図である。
【図５】図５は、実施例１〜７及び比較例１〜４の直接メタノール型燃料電池についての出力密度の経時変化を示す特性図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、液体燃料の気化成分をアノード触媒層に供給するための燃料気化層を具備した燃料電池において、以下の（ａ）、（ｂ）の構成を満足することによって、カソード触媒層中の水分でアノード触媒層を十分に加水することができるため、燃料電池の出力特性と出力の経時安定性とが向上されることを見出したのである。【００１１】  （ａ）液体燃料中のメタノール濃度を５０モル％よりも多く、かつ１００モル％以下にする。【００１２】  （ｂ）カソード触媒層およびアノード触媒層の合計厚さＬとプロトン伝導性膜の厚さＬ０との比、すなわちカソード触媒層およびアノード触媒層の合計厚さＬのプロトン伝導性膜の厚さＬ０に対する厚さ比（Ｌ：Ｌ０）を１：１よりも大きく、５：１以下にする。厚さ比（Ｌ：Ｌ０）は、プロトン伝導性膜の厚さＬ０を１とした際の合計厚さＬの割合を示している。【００１３】  液体燃料中のメタノール濃度を５０モル％よりも多く、１００モル％以下にすることによって、燃料気化層を通してアノード触媒層に供給される水分量を減少もしくは皆無にすることができる。一方、カソード触媒層では、発電によって水が生成するが、厚さ比（Ｌ：Ｌ０）を１：１よりも大きく、５：１以下にすることによって、メタノールクロスオーバの問題を生じさせることなく、カソード触媒層での単位容積当りの水の生成量を多くすることができる。【００１４】  プロトン伝導性膜に対する触媒層厚さ比とメタノール濃度を上記のように規定することによって、カソード触媒層の水分保持量がアノード触媒層の水分保持量よりも多い状態を形成することができるため、浸透圧現象によって、カソード触媒層からアノード触媒層への水の拡散を促すことができる。従って、アノード触媒層への水の供給を燃料気化層のみで行っていた場合に比して、アノード触媒層への水供給が良好になるため、燃料の内部改質反応の反応抵抗を低くすることができ、出力特性と出力の経時安定性が向上されるのである。【００１５】  また、本発明により、カソード触媒層で発生した水をアノード触媒層における液体燃料の内部改質反応に使用可能となったことから、カソード触媒層で発生した水の燃料電池外への排出等の処理が軽減できると共に、液体燃料への水の供給のための特別な構成を必要とせず、簡便な構成の燃料電池を提供することができる。【００１６】  さらに、本発明によれば、従来は理論上使用することの出来なかった、化学量論比を超える濃厚な燃料を使用することが出来る。また、液体燃料タンクの小型化を図ることも可能になる。【００１７】  厚さ比（Ｌ：Ｌ０）を前記範囲に限定する理由を詳しく説明する。厚さ比（Ｌ：Ｌ０）を１：１以下にすると、カソード触媒層での単位容積当りの水の生成量が不足するため、アノード触媒層の保水が不十分になる。一方、厚さ比（Ｌ：Ｌ０）が５：１を超えると、メタノールクロスオーバが生じやすくなる。厚さ比（Ｌ：Ｌ０）のより好ましい範囲は、２：１〜５：１である。厚さ比（Ｌ：Ｌ０）のさらに好ましい範囲は、２：１〜４：１である。【００１８】  さらに本発明者らは、アノード触媒層の厚さＬ１とカソード触媒層の厚さＬ２との比、すなわち、アノード触媒層の厚さＬ１のカソード触媒層の厚さＬ２に対する厚さ比（Ｌ１：Ｌ２）を１：１〜２：１の範囲にすることによって、燃料電池の出力特性と出力の経時安定性がさらに向上されることも見出したのである。なお、厚さ比（Ｌ１：Ｌ２）は、カソード触媒層の厚さＬ２を１とした際のアノード触媒層の厚さＬ１の割合を示している。【００１９】  厚さ比（Ｌ１：Ｌ２）を１：１以上にすることによって、アノード触媒層からの水分の蒸散を抑制することができる。また、アノード触媒層での保水がよくなり、触媒層のプロトン伝導膜近傍でメタノールと混合可能な水分量を増やすことができる。これにより、反応のストイキオが確保されるほか、高濃度のメタノールに弱い触媒層バインダーを保護することができる。但し、厚さ比（Ｌ１：Ｌ２）が２：１よりも大きくなると、カソードにかかる過電圧が大きくなり、カソード側の触媒やプロトン伝導膜に経時劣化を招く恐れがある。【００２０】  以上の理由から、厚さ比（Ｌ１：Ｌ２）を１：１〜２：１の範囲にすることによって、燃料電池の出力特性と出力の経時安定性がさらに向上されるのである。【００２１】  厚さ比（Ｌ１：Ｌ２）のさらに好ましい範囲は、１：１〜１．５：１である。【００２２】  以下、カソード触媒層、アノード触媒層、プロトン伝導性膜、液体燃料及び燃料気化層について説明する。【００２３】  １）カソード触媒層及びアノード触媒層
カソード触媒層及びアノード触媒層に含有される触媒としては、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。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、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。例えば、メタノール酸化還元に対する活性をもつ物質をアノード触媒に、プロトンの酸素による酸化に対する活性をもつ物質をカソード触媒に使用することができる。【００２４】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。【００２５】  ２）プロトン伝導性膜
プロトン伝導性電解質膜に含有され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系ポリマー）、スルホン酸基を有するハイドロカーボン系樹脂、スルホン酸基を有すると共に主鎖中にイミド基もしくはアミノ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。【００２６】アノード触媒層の保水を良好にするためには、パーフルオロスルホン酸系ポリマーを含むプロトン伝導性膜を使用することが望ましい。【００２７】  ここで、パーフルオロスルホン酸系ポリマーとしては、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸を挙げることができ、架橋または重合してできたポリマーであり、主鎖のフッ素置換度および重合度、側鎖の長さ等によってさまざまな特性を示す。【００２８】  プロトン伝導性膜の厚さは、１００μｍ以下にすることが望ましい。これにより、カソード触媒層からアノード触媒層への水の拡散をさらに促すことが可能になり、高出力を得ることができる。但し、プロトン伝導性電解質膜の厚さを１０μｍ未満にすると、電解質膜の強度が低下する恐れがあることから、プロトン伝導性電解質膜の厚さは１０〜１００μｍの範囲にすることがより好ましい。より好ましくは、１０〜８０μｍの範囲である。【００２９】  ３）液体燃料
液体燃料には、例えば、メタノール濃度が５０モル％よりも多く、１００モル％未満のメタノール水溶液、メタノール濃度が１００モル％、すなわち、純メタノールを使用することができる。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。【００３０】  ４）燃料気化層
燃料気化層として、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、気液分離膜を用いることができる。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。気液分離膜としては、例えば、シリコーンゴムシートを使用することができる。【００３１】  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。【００３２】  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。【００３３】  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。【００３４】  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。【００３５】  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。【００３６】  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、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。【００３７】  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が配置されている。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、���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。【００３８】  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。【００３９】  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内の液体燃料（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。【００４０】  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。【００４１】  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。【００４２】  （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中に水が生成する。カソード触媒層２およびアノード触媒層３の合計厚さＬとプロトン伝導性膜６の厚さＬ０との比（Ｌ：Ｌ０）が１：１よりも大きく、５：１以下であるため、単位容積当りの水の生成量を増加させることができる。生成した水は、カソードガス拡散層４内を拡散して保湿板１３に到達するものの、保湿板１３によって蒸散を阻害される。よって、厚さ比の規定と保湿板の使用により、カソード触媒層２中の水分貯蔵量を増加させることができる。さらに、液体燃料のメタノール濃度が５０モル％を超え、かつ１００モル％以下であるため、燃料気化層からアノード触媒層に供給される水分量を少なくすることができる。【００４３】  その結果、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ため、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。これにより、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。よって、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。【００４４】  本発明においては、上記実施形態に限らず、液体燃料のメタノール濃度が５０モル％よりも多く、かつ１００モル％以下であり、かつカソード触媒層２およびアノード触媒層３の合計厚さＬとプロトン伝導性膜６の厚さＬ０との比（Ｌ：Ｌ０）が１：１よりも大きく、５：１以下であるものであれば、何ら限定されるものではない。例えば、カソードガス拡散層と表面層との間に保湿板を配置しない構成とすることも可能である。【００４５】  以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。【００４６】  （実施例１）
＜アノード極の作製＞
アノード用触媒（Ｐｔ：Ｒｕ＝１：１）担持カーボンブラックにパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と水及びメトキシプロパノールを添加し、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、厚さが１６０μｍ（カーボンペーパの厚さを除く）のアノード触媒層を得た。【００４７】  ＜カソード極の作製＞
カソード用触媒（Ｐｔ）担持カーボンブラックにパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と水及びメトキシプロパノールを加え、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、厚さが１４０μｍ（カーボンペーパの厚さを除く）のカソード触媒層を得た。【００４８】  ＜セルの組み立て＞
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５０μｍ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、これらにホットプレスを施すことにより、膜電極接合体（ＭＥＡ）を得た。このようにして得られたＭＥＡの断面写真から各層の厚さを計測した。カーボンペーパーを除いたアノード触媒層の厚さが１００μｍで、カーボンペーパーを除いたカソード触媒層の厚さは８０μｍで、プロトン伝導性電解質膜の厚さは４８μｍであった。【００４９】  カソード触媒層およびアノード触媒層の合計厚さＬとプロトン伝導性電解質膜の厚さＬ０との比、すなわちプロトン伝導性電解質膜の厚さＬ０に対する合計厚さＬの厚さ比（Ｌ：Ｌ０）、及びアノード触媒層の厚さＬ１とカソード触媒層の厚さＬ２との比、すなわちカソード触媒層の厚さＬ２に対するアノード触媒層の厚さＬ１の厚さ比（Ｌ１：Ｌ２）を下記表１に示す。【００５０】  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。【００５１】  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。【００５２】  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２ｍＬ収容した。【００５３】  （実施例２〜５及び比較例１，２）
得られたＭＥＡの断面写真から計測される各層の厚さ、厚さ比（Ｌ：Ｌ０）及び厚さ比（Ｌ１：Ｌ２）を下記表１に示すようにすること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様にして内部気化型の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。【００５４】  なお、各層の厚さは、カーボンペーパへの塗布厚さ及びパーフルオロカーボンスルホン酸膜のプレス前の厚さを調整することにより下記表１に示すように設定した。【００５５】  （比較例３）
燃料タンクに純メタノールの代わりに濃度が１０重量％のメタノール水溶液を収容すると共に、カソード拡散層と表面層の間に保湿板を配置しないこと以外は、前述した実施例１で説明したのと同様にして内部気化型の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。
【表１】
2006106969.tif 000002
【００５６】  得られた実施例１〜５及び比較例１〜３の燃料電池について、電流−電圧曲線（Ｉ−Ｖ曲線）を測定した。また、室温にて一定負荷で発電を行い、その際の電池出力の経時変化を測定した。横軸が発電時間で、縦軸が出力密度である。出力密度については、実施例１の最高出力密度を１００とした際の相対出力密度で表わしている。【００５７】  図２及び図３から明らかなように、触媒層の合計厚さＬとプロトン伝導性膜の厚さＬ０との比（Ｌ：Ｌ０）が１：１よりも大きく、５：１以下である実施例１〜５の燃料電池は、厚さ比Ｌ：Ｌ０が前記範囲を外れる比較例１，２の燃料電池並びにメタノール濃度が５０モル％以下の比較例３の燃料電池に比較して、負荷電流を増加させた際の電圧降下が小さく、かつ出力密度の経時安定性に優れていることが理解できる。【００５８】  実施例１〜５の中でも、アノード触媒層の厚さＬ１とカソード触媒層の厚さＬ２との比（Ｌ１：Ｌ２）が１：１〜２：１の範囲である実施例１〜４の燃料電池は、アノード触媒層の厚さＬ１がカソード触媒層の厚さＬ２に比して薄い実施例５の燃料電池よりも高い電圧が得られ、また、出力密度の経時安定性に優れている。【００５９】  （実施例６〜７）
得られたＭＥＡの断面写真から計測される各層の厚さ、厚さ比（Ｌ：Ｌ０）及び厚さ比（Ｌ１：Ｌ２）を前述の表１に示すようにすること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様にして内部気化型の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。【００６０】  なお、各層の厚さは、カーボンペーパへの塗布厚さ及びパーフルオロカーボンスルホン酸膜のプレス前の厚さを調整することにより前記表１に示すように設定した。【００６１】  （比較例４）
燃料タンクに純メタノールの代わりに濃度が２０重量％のメタノール水溶液を収容すると共に、カソード拡散層と表面層の間に保湿板を配置しないこと以外は、前述した実施例１で説明したのと同様にして内部気化型の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。【００６２】  得られた実施例６〜７及び比較例４の燃料電池について、電流−電圧曲線（Ｉ−Ｖ曲線）を測定した。その結果を図４に示す。また、室温にて一定負荷で発電を行い、その際の電池出力の経時変化を測定した。その結果を図５に示す。図５の横軸が発電時間で、縦軸が出力密度である。出力密度は、実施例１の最高出力密度を１００とした際の相対出力密度で表わされている。図４及び図５には、前述した実施例１〜５及び比較例１〜３の結果を併記する。【００６３】  図４及び図５から明らかなように、触媒層の合計厚さＬのプロトン伝導性膜の厚さＬ０に対する比（Ｌ：Ｌ０）が１：１よりも大きく、５：１以下である実施例６〜７の燃料電池は、電流密度を増加させた際の電圧降下が比較例１〜４に比して緩やかで、また、出力密度の経時安定性が比較例１〜４に比して優れていることが理解できる。【００６４】  液体燃料のメタノール濃度が５０モル％以下の場合、厚さ比（Ｌ：Ｌ０）が１：１よりも大きく、５：１以下であっても、比較例３、４に示す通りに、電流密度を増加させた際の電圧降下幅が実施例１〜７に比して大きくなった。また、比較例３，４の燃料電池は、初期の出力密度が実施例１〜７に比して低かった。【００６５】  実施例１〜７の中でも、厚さ比（Ｌ：Ｌ０）が２：１以上で、５：１以下の実施例１〜６の燃料電池は、厚さ比（Ｌ：Ｌ０）が１．５：１である実施例７の燃料電池に比して、電流密度を増加させた際の電圧降下幅が小さく、また、出力密度の経時安定性に優れていた。【００６６】  なお、本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。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わせにより、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。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図１】
2006106969.tif 000003
【図２】
2006106969.tif 000004
【図３】
2006106969.tif 000005
【図４】
2006106969.tif 000006
【図５】
2006106969.tif 000007
【国際調査報告】
2006106969.tif 000008
2006106969.tif 000009
2006106969.tif 000010
2006106969.tif 000011