(57)【要約】  固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、前記固体高分子電解質膜の他方の面に配置されたカソードとを有し、前記アノードへ有機燃料を供給する固体高分子型燃料電池であって、前記アノードは、触媒およびプロトン伝導性材料を含むアノード触媒層を有し、前記カソードは、触媒、プロトン伝導性材料および酸素透過性材料を含むカソード触媒層を有する固体高分子型燃料電池。【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、前記固体高分子電解質膜の他方の面に配置されたカソードとを有し、前記アノードへ有機燃料を供給する固体高分子型燃料電池であって、
前記アノードは、触媒およびプロトン伝導性材料を含むアノード触媒層を有し、
前記カソードは、触媒、プロトン伝導性材料および酸素透過性材料を含むカソード触媒層を有する固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
前記酸素透過性材料は、水の酸素透過係数Ｄｋの値より大きいＤｋ値を有する材料である請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項３】
前記酸素透過性材料が、酸素原子を含む非イオン性高分子化合物である請求項１又は２に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項４】
前記酸素透過性材料が、メタクリレート系高分子化合物またはセルロース系高分子化合物である請求項１、２又は３に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項５】
前記プロトン伝導性材料が、プロトン交換基を有する高分子化合物である請求項１〜４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項６】
前記カソード触媒層は、プロトン伝導性材料に対する酸素透過性材料の含有重量比が２／９８〜３０／７０である請求項１〜５のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項７】
前記有機燃料が液体である請求項１〜６のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項８】
前記有機燃料がアルコール水溶液である請求項１〜７のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子型燃料電池、特に有機系燃料を直接供給する方式に好適な燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側にこれを挟むようにカソードおよびアノードが配置され、カソードには空気中の酸素などの酸化剤、アノードには水素等の還元剤（燃料）を供給し、電気化学反応により電流を取り出す発電装置である。【０００３】
このような固体高分子型燃料電池の中でも、燃料としてメタノール等の有機液体燃料を用い、これを直接供給する方式をとる液体燃料直接供給型の燃料電池は、水素ガス等の気体燃料を用いるタイプに比較して、安全性が高く、また燃料のガス化や改質用の装置が不要であるため、小型化・簡略化が可能であるという利点を有している。【０００４】
例えば、有機液体燃料としてメタノール水溶液を用いたダイレクトメタノール型燃料電池は、電解質膜がパーフルオロスルホン酸膜等のプロトン伝導性高分子を含み、その両側に白金系触媒を含有する触媒層が配置されたものが知られている。この燃料電池において、アノード側では、供給されたメタノール水溶液の触媒反応により、電子、プロトン及び二酸化炭素が発生し、一方、カソード側では、アノード側から電解質膜を透過してきたプロトンと供給された酸素との触媒反応により水が発生する。【０００５】
しかしながら、このような固体高分子型燃料電池においては、発電に伴い、副生成物が発生し、燃料としてメタノール水溶液を用いた場合は、ホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチルなどの副生成物が発生することが知られている。このような副生成物の発生は、環境規制等の点からできるだけ抑制することが求められている。【０００６】
副生成物の主な発生要因としては、アノードに供給されながら反応により消費されなかった燃料が、電解質膜を透過し、カソード側で触媒反応を起こして逆起電力が生じるという、いわゆるクロスオーバー現象が挙げられる。この場合、アノード側から電解質膜を透過してカソード側へ到達した燃料は、カソード側で完全に酸化されることはなく、不完全燃焼により副生成物が発生してしまう。燃料としてメタノール水溶液を用いた場合、カソード側へ到達したメタノールは二酸化炭素にまで完全に酸化されず、ホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチルなどの副生成物が発生する。また、アノード側で発生した副生成物が燃料とともに電解質膜を透過してカソード側へ到達することも考えられる。【０００７】
従来、このような副生成物の発生に係る問題を解決するために、例えば次のような技術が開示されている。【０００８】
特許文献１（特開２００３−２２３９２０号公報）には、副生成物を外部に排出させないことを目的として、電極の反応生成物から気体と液体を分離する気液分離槽と、分離された気体成分中の副生成物を吸収・分解するフィルターを備えた気体成分回収手段とを設けた液体燃料直接供給型燃料電池システム（具体的にはダイレクトメタノール型燃料電池システム）が開示されている。【０００９】
特許文献２（特開２００３−２９７４０１号公報）には、出力低下を抑制し、副生成物の排出を抑制することを目的として、酸化剤を流通させるカソード流通路の排出口に接続されたカソード回収容器と、当該排出口から排出される物質をこのカソード回収容器内の水と接触させる気液接触機構と、このカソード回収容器内に回収された水溶液を燃料収容容器へ送液を行う機構とを設けた液体燃料直接供給型燃料電池システム（具体的にはダイレクトメタノール型燃料電池システム）が開示されている。
【発明の開示】
【００１０】
上記の従来技術において、フィルターを用いる技術は、フィルターに寿命があることから、交換コストがかかるうえ、利用者が最適な交換時期を認知して交換を行う必要がある等の問題がある。また、副生成物の排出抑制のための回収装置を別途に設ける技術は、装置の複雑化が避けられず、小型化・簡略化が可能であるという利点が損なわれるとともに、長期信頼性への影響も問題となる。
【００１１】
そこで本発明の目的は、上記問題を解決し、副生成物の排出を大幅に抑制しながら小型化を可能にした固体高分子型燃料電池を提供することにある。
【００１２】
本発明は、固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、前記固体高分子電解質膜の他方の面に配置されたカソードとを有し、前記アノードへ有機燃料を供給する固体高分子型燃料電池であって、
前記アノードは、触媒およびプロトン伝導性材料を含むアノード触媒層を有し、
前記カソードは、触媒、プロトン伝導性材料および酸素透過性材料を含むカソード触媒層を有する固体高分子型燃料電池に関する。
【００１３】
また本発明は、前記酸素透過性材料が、水の酸素透過係数Ｄｋの値より大きいＤｋ値を有する材料である上記の固体高分子型燃料電池に関する。
【００１４】
また本発明は、前記酸素透過性材料が、酸素原子を含む非イオン性高分子化合物である上記の固体高分子型燃料電池に関する。
【００１５】
また本発明は、前記酸素透過性材料が、メタクリレート系高分子化合物またはセルロース系高分子化合物である上記の固体高分子型燃料電池に関する。
【００１６】
また本発明は、前記プロトン伝導性材料が、プロトン交換基を有する高分子化合物である上記の固体高分子型燃料電池に関する。
【００１７】
また本発明は、前記カソード触媒層において、プロトン伝導性材料に対する酸素透過性材料の含有重量比が２／９８〜３０／７０である上記の固体高分子型燃料電池に関する。
【００１８】
また本発明は、前記有機燃料が液体である上記の固体高分子型燃料電池に関する。
【００１９】
また本発明は、前記有機燃料がアルコール水溶液である上記の固体高分子型燃料電池に関する。
【００２０】
本発明によれば、副生成物の排出を大幅に抑制しながら小型化を可能にした固体高分子型燃料電池を提供することができる。本発明においては、カソード側の触媒層に酸素透過性材料を含有させ、酸素の供給状態を改善することで、アノード側から電解質膜を透過してカソード側へ到達した燃料を十分に酸化させ、結果、カソード側からの副生成物の発生を抑制することができる。
【００２１】
本発明の固体高分子型燃料電池は、小型化が容易であるとともに、副生成物の発生が抑えられるため、携帯電話、ノート型パソコン、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）、カメラ、ナビゲーションシステム、携帯型音楽再生プレーヤ等の小型携帯機器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の燃料電池の一実施形態を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１に、本発明に係る燃料電池の一実施形態の模式的断面図を示す。固体高分子電解質膜１の両側にアノード１０及びカソード１１が対向配置され、一般的にＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）とも呼ばれる電極−電解質膜接合体１００が形成されている。アノード１０は、電解質膜１側に設けられたアノード触媒層２とこの触媒層上に設けられたアノード拡散電極３から構成され、カソード１１は、電解質膜１側に設けられたカソード触媒層４とこの触媒層上に設けられたカソード拡散電極５から構成されている。これらの拡散電極は導電性の多孔性材料で形成されている。電極−電解質膜接合体１００を複数接続する場合は、例えばセパレータ６、７を介して積層し、電気的に直列に接続したスタック構成とすることができる。この場合、アノード拡散電極３とセパレータ６の間には燃料を供給するための燃料供給路８、カソード拡散電極５とセパレータ７の間には酸化剤を供給するための酸化剤供給路９を設ける。【００２４】
上述の燃料電池において、アノード１０側には、燃料としてメタノール水溶液等の有機燃料が供給される。供給された燃料は、アノード拡散電極３の細孔を通過してアノード触媒層２へ到達し、触媒反応により、電子、プロトン及び二酸化炭素が発生する。プロトンは電解質膜１を通過してカソード１１へ移動し、電子はアノード拡散電極３および外部回路を経由してカソード１１へ移動する。【００２５】
一方、カソード１１側には、空気等の酸化剤が供給される。供給された酸化剤は、カソード拡散電極５の細孔を通過してカソード触媒層４へ到達し、電解質膜１を通過してきたプロトン、外部回路からの電子と触媒反応を起こして水を生成する。【００２６】
このようにして、外部回路を通じて、アノード１０からカソード１１へ向かって電子が流れ、電力を得ることができる。【００２７】
本発明の燃料電池における固体高分子電解質膜は、アノードとカソードとを電気的に隔てるとともに、両者の間でプロトン（水素イオン）を移動させる役割を有する。このため、固体高分子電解質膜は、プロトンの伝導性が高い膜であることが好ましい。また、使用する燃料や酸化剤に対して化学的に安定であって、かつ機械的強度が高いことが好ましい。このような固体高分子電解質膜を構成する材料としては、例えば、スルホン酸基、スルホアルキル基、リン酸基、ホスホン基、ホスフィン基、カルボキシル基、スルホンイミド基等のプロトン酸基を有する高分子を用いることができる。なかでも、イオン交換基としてスルホン酸基を有する有機高分子を好適に用いることができる。【００２８】
このようなプロトン酸基を有する高分子において、プロトン酸基が結合する基体ポリマーとしては、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリスルフィド、ポリフェニレン、ポリフェニレンオキシド、ポリスチレン、ポリイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリアミド等が挙げられる。メタノール等の液体燃料のクロスオーバーを低減する観点からは、基体ポリマーとしてフッ素を含まない炭化水素系ポリマーを用いることができる。さらに、基体ポリマーとして、芳香族を含むポリマーを用いることもできる。【００２９】
その他の基体ポリマーとして、ポリベンゾイミダゾール誘導体、ポリベンゾオキサゾール誘導体、ポリエチレンイミン架橋体、ポリサイラミン誘導体、ポリジエチルアミノエチルスチレン等のアミン置換ポリスチレン、ポリジエチルアミノエチルメタクリレート等の窒素置換ポリ（メタ）アクリレート等の窒素または水酸基を有する樹脂；シラノール含有ポリシロキサン；ポリヒドロキシエチルメタクリレート等の水酸基含有ポリ（メタ）アクリル樹脂；ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）等の水酸基含有ポリスチレン樹脂、等が挙げられる。【００３０】
また、上記のポリマーに対して、適宜、架橋性の置換基、例えば、ビニル基、エポキシ基、アクリル基、メタクリル基、シンナモイル基、メチロール基、アジド基、ナフトキノンジアジド基を導入したもの、これらの置換基が架橋されたものも用いることができる。【００３１】
固体高分子電解質膜の具体例としては、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン；スルホン化ポリエーテルスルホン；スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン；スルホン化ポリスルホン；スルホン化ポリスルフィド；スルホン化ポリフェニレン；スルホン化ポリ（４−フェノキシベンゾイル−１，４−フェニレン）、アルキルスルホン化ポリベンゾイミダゾール等の芳香族含有高分子；スルホアルキル化ポリエーテルエーテルケトン；スルホアルキル化ポリエーテルスルホン；スルホアルキル化ポリエーテルエーテルスルホン；スルホアルキル化ポリスルホン；スルホアルキル化ポリスルフィド；スルホアルキル化ポリフェニレン；スルホン酸基含有パーフルオロカーボン（ナフィオン（登録商標）、デュポン社製）、アシブレックス（登録商標）、旭化成社製等）；カルボキシル基含有パーフルオロカーボン（フレミオン（登録商標）Ｓ膜、旭硝子社製等）；ポリスチレンスルホン酸共重合体、ポリビニルスルホン酸共重合体、架橋アルキルスルホン酸誘導体、フッ素樹脂骨格およびスルホン酸からなるフッ素含有高分子等の共重合体；アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸のようなアクリルアミド類とｎ−ブチルメタクリレートのような（メタ）アクリレート類とを共重合させて得られる共重合体、などが挙げられる。その他に、スルホン酸基等のプロトン酸基を持つ芳香族ポリエーテルエーテルケトンまたは芳香族ポリエーテルケトンが挙げられる。【００３２】
カソード拡散電極およびアノード拡散電極としては、カーボンペーパー、カーボン成形体、カーボン焼結体、焼結金属、発泡金属などの導電性の多孔性基材を用いることができる。これらの拡散電極は適宜、撥水性処理または親水性処理を行うことができる。【００３３】
アノードおよびカソードの触媒としては、白金や、白金−ルテニウム合金等の白金を主成分とする合金（以下「白金系合金」）を好適に用いることができる。その他の白金系合金としては、レニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、ルテニウム、金、銀などとの合金が挙げられる。アノードおよびカソードの触媒は、同じものを用いても異なるものを用いてもよい。触媒層中の触媒金属の含有量は、十分な電極反応を得る点から２０〜６０ｗｔ％が好ましく、２０〜４０ｗｔ％がより好ましい。また、触媒粒子の粒径は、０．００１〜０．０５μｍのものを用いることができる。【００３４】
この触媒は、触媒粒子がカーボン材料等の導電性材料に担持されたものが好ましい。触媒を担持させる導電性材料（担体）としては、アセチレンブラック（デンカブラック（登録商標）、電気化学工業（株）製など）、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン集合体などで代表されるカーボンナノ材料が挙げられる。触媒層中のカーボンの含有量は、十分な電子伝導性や触媒活性を得る点から３０〜６０ｗｔ％が好ましく、４０〜５０ｗｔ％がより好ましい。カーボン材料の粒径は、例えば０．０１〜０．１μｍのものを用いることができる。【００３５】
セパレータ６、７としては、耐食性を有する金属やグラファイトなど、燃料および酸化剤ガスを透過しない耐食性を有する導電性材料からなるものを用いることができる。【００３６】
燃料供給路８および酸化剤供給路９は、燃料や酸化剤を電極表面へ配流する役割を持ち、セパレータに設けることができる。その他、セパレータとは別体に公知の導電性材料で形成することができる。燃料や酸化剤を電極表面へ配流する部材（配流部材）としては、流路が形成された導電性プレート、あるいは多孔質カーボン等からなる多孔性導電性シートを用いることができる。供給路８、９の役割をセパレータと別体の配流部材あるいは拡散電極に持たせることにより、これらの供給路８、９を省略することもできる。【００３７】
本発明の燃料電池は、その基本構成は上述の通りであるが、その主な特徴は、カソードが、触媒、プロトン伝導性材料および酸素透過性材料を含む触媒層を有することにある。【００３８】
この触媒としては上述の触媒を用いることができ、触媒粒子がカーボン材料等の導電性材料に担持されたものを好適に用いることができる。【００３９】
プロトン伝導性材料としては、耐水性を有し触媒層中でプロトンが速やかに伝導するものであれば特に制限はなく、前述の固体高分子電解質膜として用いられる高分子を用いることができる。【００４０】
酸素透過性材料としては、耐水性を有し酸素原子を含む非イオン性高分子化合物を好適に用いることができる。このような高分子化合物としては、メタクリレート系高分子化合物またはセルロース系高分子化合物を用いることが好ましい。メタクリレート系高分子化合物としては、ハイドロキシエチルメタクリレート重合体、トリフルオロエチルメタクリレート重合体、ヘキサフルオロイソプロピルメタクリレート重合体、パーフルオロオクチルエチルメタクリレート重合体を挙げることができる。セルロース系高分子化合物としては、セルロースアセテートブチレートを挙げることができる。【００４１】
また、酸素透過性材料としては、水の酸素透過係数（Ｄｋ）の値より大きいＤｋ値を有すること好ましい。すなわち、水のＤｋ値に対する酸素透過性材料のＤｋ値の比（酸素透過性材料のＤｋ値／水のＤｋ値）が１より大きいことが好ましく、１．１より大きいことがより好ましい。なお、酸素透過係数（Ｄｋ）は、材料中の酸素の拡散の度合いを表す拡散係数（Ｄ）と、材料中への酸素の溶解の度合いを表す溶解度（ｋ）の積で表され、一般に単位［（ｃｍ２／ｓｅｃ）・（ｍｌＯ２／ｍｌ・ｍｍＨｇ）］（＝［（ｃｍ２／ｓｅｃ）
・（ｍｌＯ２／ｍｌ・ｈＰａ）／１．３３］）で示される。【００４２】
触媒層には、必要により、ポリテトラフルオロエチレン等の撥水剤や、カーボン等の導電性付与剤を混合してもよい。【００４３】
触媒層中において、プロトン伝導性材料に対する酸素透過性材料の含有重量比は、２／９８〜３０／７０であることが好ましく、５／９５〜３０／７０であることがより好ましく、１０／９０〜２０／８０であることがさらに好ましい。酸素透過性材料が少なすぎると、触媒層中の酸素の供給が不十分になり、副生成物の発生を十分に抑制することができなくなる。一方、酸素透過性材料が多すぎると、結果、プロトン伝導性材料が少なくなり、触媒層中のプロトン移動が不十分になり、電極反応が起きにくくなる。【００４４】
また、触媒層中において、プロトン伝導性材料と酸素透過性材料の合計量は、触媒層全量の２０〜５０ｗｔ％が好ましく、３０〜４０ｗｔ％がより好ましい。この合計量が多すぎると、結果、必要な触媒量が確保できなくなり、また電子伝導性が低下して、出力が低下するなどのエネルギ変換効率の低下を招く。一方、この合計量が少なすぎると、触媒層中の酸素およびプロトンの移動が不十分になり、副生成物の抑制や電極反応が不十分になる。【００４５】
さらに、触媒層中における酸素透過性材料の含有量は、触媒層全量の１ｗｔ％以上含有されていることが好ましく、２ｗｔ％以上がより好ましく、一方、１５ｗｔ％以下が好ましく、１０ｗｔ％以下がより好ましい。酸素透過性材料の含有量が少なすぎると、副生成物の抑制が不十分になり、逆に多すぎると、結果、触媒量やプロトン伝導性材料の含有量が少なくなり、電極反応が不十分になる。【００４６】
上述のように、カソードの触媒層中に酸素透過性材料を含有することにより、酸素の供給状態が改善され、アノード側から電解質膜を透過してカソード側へ到達した燃料を十分に酸化させ、結果、カソード側からの副生成物の発生を抑制することができる。【００４７】
カソードでは、電極反応によって発生する生成水および電解質膜を透過した移動水が存在し、これが触媒表面を覆うことによって十分な酸化反応が妨げられている。しかし、カソード側の触媒層中に酸素透過性材料、特に水のＤｋ値より大きいＤｋ値を有する材料を用いることにより、酸素の供給状態をより改善することができる。また、触媒層中のプロトン伝導性材料の一部を、プロトン伝導性を損なわない範囲で酸素透過性材料に置き換えることにより、十分な電極反応を得ながら、酸素の供給状態を改善し、副生成物の発生を抑制することができる。【００４８】
一方、アノードは、触媒およびプロトン伝導性材料を含む触媒層を有し、酸素透過性材料を必須の構成要素としない以外は、カソードと同様な構成をとることができる。アノードは、所望の電池特性が得られる範囲内で、酸素透過性材料を含有していてもよい。【００４９】
本実施形態の燃料電池は、例えば以下のようにして作製することができる。【００５０】
まず、一般的に行われている含浸法等の担持方法によりカーボン粒子に触媒を担持する。得られた担持触媒と、プロトン伝導性材料と、酸素透過性材料と、必要により撥水剤とを溶媒中に分散混合し、この混合液を、拡散電極等の基体上に塗布し、乾燥することによりカソード触媒層を得ることができる。一方、アノード触媒層は、酸素透過性材料を用いない以外は、カソード触媒層と同様にして形成することができる。【００５１】
固体高分子電解質膜の作製は、例えば、高分子電解質を溶解した溶液を、ポリテトラフルオロエチレン等の剥離性プレート上に塗布し、これを乾燥し、剥離することにより得ることができる。【００５２】
以上のようにして作製した固体高分子電解質膜を、この固体高分子電解質膜とカソード触媒層およびアノード触媒層とが接するようにアノードとカソードで挟み、得られた積層体をホットプレスして、電極−電解質膜接合体１００を得ることができる。【００５３】
本発明は、燃料として、触媒反応により副生成物を発生し得る有機燃料を用いる場合に効果を有し、特に液体燃料を用いる燃料電池に対して効果的である。この液体燃料としては、メタノールやエタノール等のアルコール、ジメチルエーテル等のエーテルなどの酸素含有有機燃料を挙げることができ、中でもメタノール等のアルコールが好ましく、水溶液として用いることができる。一方、酸化剤としては、空気あるいは酸素を用いることができる。
【実施例】
【００５４】
〔実施例１〕
図１に示す構成を有し、カソード１１のカソード触媒層４に酸素透過性材料を含有するダイレクトメタノール型燃料電池を作製した。【００５５】
アノード触媒層２及びカソード触媒層４に含まれる触媒として、炭素微粒子（商品名：デンカブラック（登録商標）、電気化学（株）製）に粒子径３〜５ｎｍの白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金を担持させた触媒担持炭素微粒子を用いた。合金組成は５０ｗｔ％であり、炭素微粒子に対する合金の重量比（合金／炭素微粒子）は１とした。【００５６】
この触媒担持炭素微粒子に、プロトン伝導性材料の溶液として、アルドリッチケミカル社製の５ｗｔ％ナフィオン溶液を混合し、アノード用の触媒ペーストを得た。触媒担持炭素微粒子に対するプロトン伝導性材料の重量比（プロトン伝導性材料／触媒担持炭素微粒子）は１０／９０とした。【００５７】
一方、カソード用の触媒ペーストとして、触媒炭素微粒子、５ｗｔ％ナフィオン溶液、酸素透過性材料としてトリフルオロエチルメタクリレート重合体を混合して触媒ペーストを作製した。触媒担持微粒子、プロトン伝導性材料、酸素透過性材料の重量比（プロトン伝導性材料／触媒担持炭素微粒子／酸素透過性材料）は、８／９０／２とした。【００５８】
このトリフルオロエチルメタクリレート重合体は、酸素透過係数Ｄｋが１２０×１０−１１のものを用いた。拡散係数（Ｄ）および溶解度（Ｋ）から算出した水の酸素透過係数Ｄｋは９３×１０−１１である。【００５９】
これらの触媒ペーストを、それぞれ、ポリテトラフルオロエチレンで撥水処理されたカーボンペーパー（商品名：ＴＧＰ−Ｈ−１２０、東レ（株）製）上に、スクリーン印刷法で２ｍｇ／ｃｍ２塗布し、１２０℃で加熱乾燥して、アノード１０及びカソード１１を得た。【００６０】
得られたアノード及びカソードを、固体高分子電解質膜（商品名：ナフィオン（登録商標）、デュポン社製、膜厚１５０μｍ）に１２０℃で熱圧着させて燃料電池単位セルを得た。【００６１】
得られた単位セルのアノードに１０ｗｔ％メタノール水溶液を２ｍｌ／分で供給したところ、開放電圧０．９Ｖ、短絡電流０．２５Ａ／ｃｍ２が観測された。また、燃料電池から発生するガス（ホルムアルデヒド）を下記の方法で測定した結果を表１に示す。【００６２】
〔実施例２〕
酸素透過性材料としてセルロースアセテートブチレート重合体を用いた以外は実施例１と同様にして燃料電池単位セルを作製した。セルロースアセテートブチレート重合体は、酸素透過係数Ｄｋが１１０×１０−１１のものを用いた。【００６３】
得られた単位セルのアノードに１０ｗｔ％メタノール水溶液を２ｍｌ／分で供給したところ、開放電圧０．９Ｖ、短絡電流０．２５Ａ／ｃｍ２が観測された。また、燃料電池から発生するガス（ホルムアルデヒド）を下記の方法で測定した結果を表１に示す。【００６４】
〔比較例〕
酸素透過性材料を用いなかった以外は実施例１と同様にして燃料電池単位セルを作製した。【００６５】
得られた単位セルのアノードに１０ｗｔ％メタノール水溶液を２ｍｌ／分で供給したところ、開放電圧０．９Ｖ、短絡電流０．２５Ａ／ｃｍ２が観測された。また、燃料電池から発生するガス（ホルムアルデヒド）を下記の方法で測定した結果を表１に示す。【００６６】
〔酸素透過係数および発生ガスの測定方法〕
酸素透過係数の測定はＩＳＯ  ９９１３−２に従い実施した。また、電池から発生したガスの分析は、ＪＩＳ  Ａ１９０１に従って次のように行った。チャンバー内に燃料電池を入れ、排ガスを収集し、この排ガスを固定化フィルターに固定化し、このフィルターを液体クロマトグラフィーで分析した。【００６７】
【表１】
2006064594.tif 000002
【図１】
2006064594.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成18年2月10日(2006.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】（補正後）固体高分子電解質膜と、前記固体高分子電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、前記固体高分子電解質膜の他方の面に配置されたカソードとを有し、前記アノードへ有機燃料を供給する固体高分子型燃料電池であって、
前記アノードは、触媒およびプロトン伝導性材料を含むアノード触媒層を有し、
前記カソードは、触媒、プロトン伝導性材料および酸素透過性材料を含むカソード触媒層を有し、
前記有機燃料が液体である固体高分子型燃料電池。
【請求項２】前記酸素透過性材料は、水の酸素透過係数Ｄｋの値より大きいＤｋ値を有する材料である請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項３】前記酸素透過性材料が、酸素原子を含む非イオン性高分子化合物である請求項１又は２に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項４】前記酸素透過性材料が、メタクリレート系高分子化合物またはセルロース系高分子化合物である請求項１、２又は３に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項５】前記プロトン伝導性材料が、プロトン交換基を有する高分子化合物である請求項１〜４のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項６】前記カソード触媒層は、プロトン伝導性材料に対する酸素透過性材料の含有重量比が２／９８〜３０／７０である請求項１〜５のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項７】（削除）
【請求項８】（補正後）前記有機燃料がアルコール水溶液である請求項１〜６のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池。
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【国際調査報告】
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