JP2017216159A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】高い耐久性を有する電解質層を備えた燃料電池を提供すること。【解決手段】電解質層４と、電解質層４を挟んで対向配置され、液体燃料が供給される燃料側電極２、および、酸素が供給される酸素側電極３とを備える燃料電池１において、電解質層４は、イオン交換基を有さず、親水性高分子膜からなる。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池に関し、より詳しくは、固体高分子型燃料電池に関する。

現在まで、燃料電池としては、アルカリ型（ＡＦＣ）、固体高分子型（ＰＥＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）、固体電解質型（ＳＯＦＣ）などの各種のものが知られている。なかでも、固体高分子型燃料電池は、比較的低温で運転できることから、例えば、自動車用途などの、各種用途での使用が検討されている。

このような固体高分子形燃料電池としては、例えば、アニオン交換膜からなる電解質層と、電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極とを備え、酸素側電極に、酸素が供給され、燃料側電極にヒドラジン類が供給される燃料電池が、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、アニオン交換膜としては、４級アンモニウム基、ピリジニウム基などのアニオン交換基を有する固体高分子膜（アニオン交換樹脂）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−２４４９６０号公報

一方、アニオン交換基は、燃料電池の発電に伴って、劣化する場合がある。これにより、アニオン交換基を有する固体高分子膜が、劣化するという不具合がある。

そこで、本発明の目的は、高い耐久性を有する電解質層を備えた燃料電池を提供することにある。

本発明（１）は、電解質層と、前記電解質層を挟んで対向配置され、液体燃料が供給される燃料側電極、および、酸素が供給される酸素側電極とを備える燃料電池において、前記電解質層は、イオン交換基を有さず、親水性高分子膜からなる燃料電池を含んでいる。

本発明の燃料電池によれば、電解質層が、イオン交換基を有さず、親水性高分子膜からなるので、電解質層は、高い耐久性を有する。

図１は、本発明の燃料電池の一実施形態を示す概略構成図である。 図２は、実施例１および比較例１の定格時出力の保持率の経時変化を示すグラフである。

本発明の燃料電池１は、アニオン交換型燃料電池またはカチオン交換型燃料電池として構成されている。以下において、燃料電池１が、アニオン交換型燃料電池として構成されている場合について、詳述する。

図１において、この燃料電池１は、燃料電池セルＳを備えており、燃料電池セルＳは、燃料側電極２、酸素側電極３および電解質層４を備え、燃料側電極２および酸素側電極３が、それらの間に電解質層４を挟んで、対向配置されている。換言すれば、燃料電池セルＳは、電解質層４と、電解質層４を挟んで対向配置される燃料側電極２および酸素側電極３とを備えている。

燃料側電極２は、電解質層４の一方の面に対向接触されている。この燃料側電極２は、例えば、触媒を担持した触媒担体などの電極材料により、形成されている。また、触媒担体を用いずに、電極材料として触媒粒子を用い、その触媒粒子を、直接、燃料側電極２として形成してもよい。

触媒としては、特に制限されず、例えば、白金族元素（ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ））、鉄族元素（鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ））などの周期表（ＩＵＰＡＣ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｔａｂｌｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ（ｖｅｒｓｉｏｎ ｄａｔｅ ２２ Ｊｕｎｅ ２００７）に従う。以下同じ。）第８〜１０（ＶIII）族元素や、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などの周期表第１１（ＩＢ）族元素、さらには亜鉛（Ｚｎ）などの金属単体や、それらの合金などが挙げられる。これらのうち、好ましくは、鉄族元素が挙げられ、より好ましくは、ニッケルが挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。

触媒担体としては、例えば、カーボンなどの多孔質物質が挙げられる。

触媒を触媒担体に担持させる場合、触媒と触媒担体との総量に対して、触媒担体の担持割合は、例えば、２０質量％以上、好ましくは、４０質量％以上であり、また、例えば、８０質量％以下、好ましくは、６０質量％以下である。

燃料側電極２の厚みは、例えば、１０μｍ以上、好ましくは、２０μｍ以上であり、また、例えば、２００μｍ以下、好ましくは、１００μｍ以下である。

また、燃料側電極２を形成するには、特に制限されないが、例えば、膜電極接合体を形成する。膜電極接合体は、公知の方法により形成することができる。具体的には、例えば、電解質層４の厚み方向一方側の面（以下、単に一方面とする。）の表面に、上記触媒と、イオン交換樹脂とを含む燃料側電極２を形成する。燃料側電極２を形成するには、例えば、まず、上記触媒とイオン交換樹脂とを混合し、必要によりアルコールやエーテルなどの適宜の溶媒を添加して粘度を調整することにより、上記触媒の分散液（燃料側電極インク）を調製する。次いで、その分散液を、電解質層４の一方面の表面に塗布および乾燥させる。これにより、電解質層４の一方面に燃料側電極２を形成することができる。

なお、この方法においては、燃料電池１が、アニオン交換型燃料電池として構成されている場合には、イオン交換樹脂として、好ましくは、アニオン交換樹脂が挙げられる。

また、燃料側電極２において、触媒の担持量は、例えば、０．０５ｍｇ／ｃｍ^２以上、好ましくは、０．１ｍｇ／ｃｍ^２以上であり、例えば、１０ｍｇ／ｃｍ^２以下、好ましくは、５ｍｇ／ｃｍ^２以下である。

この燃料側電極２では、後述するように、供給される液体燃料に含まれる、少なくとも水素を含有する化合物（以下、「燃料化合物」という。）と、電解質層４を通過した水酸化物イオン（ＯＨ⁻）とを反応させて、電子（ｅ⁻）と窒素（Ｎ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）とを生成させる。

酸素側電極３は、電解質層４の他方の面に対向接触されている。この酸素側電極３は、特に限定されないが、例えば、金属触媒が担持される多孔質電極として形成されている。

上記金属触媒は、遷移金属が含まれており、例えば、遷移金属と錯体形成有機化合物とが錯体を形成することにより、形成されているか、または、例えば、遷移金属が導電性高分子からなる担体に担持されることにより、形成されている。

遷移金属としては、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、ランタン（Ｌａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）などが挙げられる。これらのうち、好ましくは、鉄、銀、コバルトが挙げられ、より好ましくは、鉄が挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができ、これらの合金も使用することができる。

錯体形成有機化合物は、金属原子に配位することによって、当該金属原子と錯体を形成する有機化合物であって、例えば、ピロール、ポルフィリン、テトラメトキシフェニルポルフィリン、ジベンゾテトラアザアヌレン、フタロシアニン、コリン、クロリン、フェナントロリン、サルコミン、ナイカルバジン、アミノアンチピリン（ＡＡＰＹｒ）などの錯体形成有機化合物またはこれらの重合体が挙げられる。これらのうち、好ましくは、ピロールの重合体であるポリピロール、フェナントロリン、サルコミン、ナイカルバジン、アミノアンチピリンが挙げられ、とりわけ好ましくは、ナイカルバジンが挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。

導電性高分子としては、上記した錯体形成有機化合物と重複する化合物もあるが、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリビニルカルバゾール、ポリトリフェニルアミン、ポリピリジン、ポリピリミジン、ポリキノキサリン、ポリフェニルキノキサリン、ポリイソチアナフテン、ポリピリジンジイル、ポリチエニレン、ポリパラフェニレン、ポリフルラン、ポリアセン、ポリフラン、ポリアズレン、ポリインドール、ポリジアミノアントラキノンなどが挙げられる。これらのうち、好ましくは、ポリピロールが挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。

金属触媒を形成するには、特に制限されず、公知の方法を採用することができる。

酸素側電極３の厚みは、例えば、１０μｍ以上、好ましくは、２０μｍ以上であり、また、例えば、３００μｍ以下、好ましくは、１５０μｍ以下である。

このような金属触媒から酸素側電極３を形成するには、特に制限されないが、上記した燃料側電極２と同様にして、例えば、電解質層４の厚み方向他方側の面（以下、単に他方面とする。）の表面に、上記金属触媒と、イオン交換樹脂とを含む酸素側電極３を形成する。酸素側電極３を形成するには、例えば、まず、上記金属触媒とイオン交換樹脂とを混合し、必要によりアルコールやエーテルなどの適宜の溶媒を添加して粘度を調整することにより、上記金属触媒の分散液（酸素側電極インク）を調製する。次いで、その分散液を、電解質層４の他方面の表面に塗布および乾燥させる。これにより、電解質層４の他方面に酸素側電極３を形成することができる。

なお、この方法においては、燃料電池１が、アニオン交換型燃料電池として構成されている場合には、イオン交換樹脂として、好ましくは、アニオン交換樹脂が挙げられる。

また、酸素側電極３において、金属触媒の担持量は、例えば、０．０５ｍｇ／ｃｍ^２以上、好ましくは、０．１ｍｇ／ｃｍ^２以上であり、例えば、１０ｍｇ／ｃｍ^２以下、好ましくは、５ｍｇ／ｃｍ^２以下である。

この酸素側電極３では、後述するように、供給される酸素（Ｏ_２）と、水（Ｈ_２Ｏ）と、外部回路１３を通過した電子（ｅ⁻）とを反応させて、水酸化物イオン（ＯＨ⁻）を生成させる。

電解質層４は、イオン交換基を有さず、親水性高分子膜からなる。

イオン交換基としては、例えば、カチオン交換基およびアニオン交換基が挙げられる。

カチオン交換基としては、例えば、カルボン酸基、イミノ二酢酸基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基などが挙げられる。

アニオン交換基としては、例えば、トリメチルアンモニウム基、トリエチルアンモニウム基、トリブチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシエチルアンモニウム基、ジメチルヒドロキシプロピルアンモニウム基、メチルジヒドロキシエチルアンモニウム基などの４級アンモニウム基、例えば、イミダゾリウム基、ホスホニウム基、ピリジニウム基などが挙げられる。

親水性高分子膜は、これらのイオン交換基を有しておらず、例えば、親水性ポリマーからなる膜、疎水性ポリマーからなる膜の親水処理物などが挙げられる。

親水性ポリマーからなる膜は、親水性ポリマーから、公知の方法により、形成される。

親水性ポリマーとしては、例えば、オレフィン−ビニルアルコール共重合体、セルロースなどが挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。

オレフィン−ビニルアルコール共重合体としては、例えば、エチレン−ビニルアルコール共重合体、プロピレン−ビニルアルコール共重合体などが挙げられる。これらのうち、好ましくは、エチレン−ビニルアルコール共重合体が挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。

また、オレフィン−ビニルアルコール共重合体のオレフィン（好ましくは、エチレン）含有率は、例えば、２０ｍｏｌ％以上、好ましくは、２５ｍｏｌ％以上、より好ましくは、３０ｍｏｌ％以上であり、また、例えば、４８ｍｏｌ％以下、好ましくは、４４ｍｏｌ％以下である。

オレフィン−ビニルアルコール共重合体のオレフィン（好ましくは、エチレン）含有率が、上記の範囲内にあれば、オレフィン−ビニルアルコール共重合体は、耐久性を向上させつつ、優れた親水性を有し、後述する水酸化物イオン（ＯＨ⁻）を、効率的に移動させることができる。

セルロースとしては、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシアルキルセルロースなどが挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。

これらの親水性ポリマーからなる膜のうち、好ましくは、オレフィン−ビニルアルコール共重合体からなる膜（オレフィン−ビニルアルコール共重合体フィルム）、セルロースからなる膜（セロハン（登録商標））が挙げられる。

また、親水性ポリマーからなる膜は、市販品を用いることができ、例えば、エバールＥＦ−ＸＬ１５（エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム、クラレ社製）などが挙げられ、また、例えば、ＰＴ＃３００（セロハン（登録商標）、レンゴー社製）が挙げられる。

また、親水性ポリマーからなる膜は、必要により、公知の方法により、親水処理される。

疎水性ポリマーからなる膜は、疎水性ポリマーから、公知の方法により、形成される。

疎水性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。

これらの疎水性ポリマーからなる膜のうち、好ましくは、ポリエステルからなる膜が挙げられる。

ポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリ乳酸などが挙げられる。これらのうち、好ましくは、ポリエチレンテレフタレートが挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。

そして、疎水性ポリマーからなる膜の親水処理物は、上記の疎水性ポリマーからなる膜を、公知の方法で、親水処理することにより得られる。

親水処理する方法としては、公知の方法が挙げられ、例えば、プラズマ処理などが挙げられる。

疎水性ポリマーからなる膜の親水処理物として、好ましくは、ポリエステルからなる膜の親水処理物（親水処理されたポリエステルフィルム）が挙げられる。

また、疎水性ポリマーからなる膜の親水処理物は、市販品を用いることができ、親水処理されたポリエステルフィルムとして、例えば、３Ｍ親水処理ポリエステルフィルム９９０１Ｐ（スリーエムカンパニー社製）（登録商標）などが挙げられる。

これらの親水性高分子膜は、好ましくは、オレフィン−ビニルアルコール共重合体フィルム、セロハン（登録商標）、親水処理されたポリエステルフィルムからなる群から選択される。親水性高分子膜として、より好ましくは、オレフィン−ビニルアルコール共重合体が挙げられ、さらに好ましくは、エチレン−ビニルアルコール共重合体が挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。

電解質層４の厚みは、例えば、５μｍ以上、好ましくは、１０μｍ以上であり、例えば、５０μｍ以下、好ましくは、３５μｍ以下である。

燃料電池セルＳは、さらに、燃料供給部材５および酸素供給部材６を備えている。燃料供給部材５は、ガス不透過性の導電性部材からなり、その一方の面が、燃料側電極２に対向接触されている。そして、この燃料供給部材５には、燃料側電極２の全体に液体燃料を接触させるための燃料側流路７が、一方の面から凹む葛折状の溝として形成されている。なお、この燃料側流路７は、その上流側端部および下流側端部に、燃料供給部材５を貫通する供給口９および排出口８がそれぞれ連続して形成されている。

また、酸素供給部材６も、燃料供給部材５と同様に、ガス不透過性の導電性部材からなり、その一方の面が、酸素側電極３に対向接触されている。そして、この酸素供給部材６にも、酸素側電極３の全体に酸素（空気）を接触させるための酸素側流路１０が、一方の面から凹む葛折状の溝として形成されている。なお、この酸素側流路１０にも、その上流側端部および下流側端部に、酸素供給部材６を貫通する供給口１１および排出口１２がそれぞれ連続して形成されている。

また、図示しないが、燃料電池１においては、必要に応じて、燃料供給部材５と燃料側電極２との間、および、酸素供給部材６と酸素側電極３との間に、公知のガス拡散層を積層することができる。

そして、この燃料電池１は、実際には、上記した燃料電池セルＳが、複数積層されるスタック構造として形成される。そのため、燃料供給部材５および酸素供給部材６は、実際には、両面に燃料側流路７および酸素側流路１０が形成されるセパレータとして構成される。

なお、図示しないが、この燃料電池１には、導電性材料によって形成される集電板が備えられており、集電板に備えられた端子から燃料電池１で発生した起電力を外部に取り出すことができるように構成されている。

また、試験的（モデル的）には、この燃料電池セルＳの燃料供給部材５と酸素供給部材６とを外部回路１３によって接続し、その外部回路１３に電圧計１４を介在させて、発生する電圧を計測することもできる。

そして、本発明においては、上記燃料化合物を含む液体燃料が、改質などを経由することなく、直接供給される。

燃料化合物としては、例えば、メタノール、エタノールなどのアルコール類、例えば、ジメチルエーテルなどのエーテル類、例えば、ヒドラジン（ＮＨ_２ＮＨ_２）、水加ヒドラジン（ＮＨ_２ＮＨ_２・Ｈ_２Ｏ）、炭酸ヒドラジン（（ＮＨ_２ＮＨ_２）_２ＣＯ_２）、硫酸ヒドラジン（ＮＨ_２ＮＨ_２・Ｈ_２ＳＯ_４）、モノメチルヒドラジン（ＣＨ_３ＮＨＮＨ_２）、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ_３）_２ＮＮＨ_２、ＣＨ_３ＮＨＮＨＣＨ_３）、カルボンヒドラジド（（ＮＨＮＨ_２）_２ＣＯ）などのヒドラジン類、例えば、尿素（ＮＨ_２ＣＯＮＨ_２）、例えば、イミダゾール、１，３，５−トリアジン、３−アミノ−１，２，４−トリアゾールなどの複素環類、例えば、ヒドロキシルアミン（ＮＨ_２ＯＨ）、硫酸ヒドロキシルアミン（ＮＨ_２ＯＨ・Ｈ_２ＳＯ_４）などのヒドロキシルアミン類などが挙げられる。これらのうち、好ましくは、ヒドラジン類が挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。

なお、燃料化合物は、必要により、水に溶解して調製することができる。

また、液体燃料は、好ましくは、添加剤を含有している。

添加剤としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、水酸化フランシウムなどのアルカリ金属水酸化物、例えば、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化ラジウムなどのアルカリ土類金属水酸化物などの電解質などが挙げられる。これらのうち、好ましくは、アルカリ金属水酸化物が挙げられ、より好ましくは、水酸化カリウムが挙げられる。また、これらは、単独使用または２種以上併用することができる。

液体燃料が添加剤を含有すれば、電解質層４がイオン交換基を有しない場合において、後述する水酸化物イオン（ＯＨ⁻）の移動を促進することができる。

添加剤の添加量は、燃料化合物１００質量部に対して、例えば、１質量部以上、好ましくは、５質量部以上であり、また、例えば、３５質量部以下、好ましくは、３０質量部以下である。

そして、酸素供給部材６の酸素側流路１０に酸素（空気）を供給しつつ、燃料供給部材５の燃料側流路７に上記した液体燃料を供給すれば、酸素側電極３においては、次に述べるように、燃料側電極２で発生し、外部回路１３を介して移動する電子（ｅ⁻）と、水（Ｈ_２Ｏ）と、酸素（Ｏ_２）とが反応して、水酸化物イオン（ＯＨ⁻）を生成する。生成した水酸化物イオン（ＯＨ⁻）は、親水性高分子膜からなる電解質層４を、酸素側電極３から燃料側電極２へ移動する。そして、燃料側電極２においては、電解質層４を通過した水酸化物イオン（ＯＨ⁻）と、液体燃料とが反応して、電子（ｅ⁻）が生成する。生成した電子（ｅ⁻）は、燃料供給部材５から外部回路１３を介して酸素供給部材６に移動され、酸素側電極３へ供給される。このような燃料側電極２および酸素側電極３における電気化学的反応によって、起電力が生じ、発電が行われる。

そして、このような電気化学的反応には、燃料側電極２において、液体燃料に水酸化物イオン（ＯＨ⁻）を直接反応させる一段反応と、液体燃料を、水素（Ｈ_２）と窒素（Ｎ_２）とに分解した後に、分解により生成した水素（Ｈ_２）に水酸化物イオン（ＯＨ⁻）を反応させる二段反応との２種類の反応がある。

例えば、液体燃料としてヒドラジン（ＮＨ_２ＮＨ_２）を用いた場合には、一段反応は、燃料側電極２、酸素側電極３および全体として、次の反応式（１）〜（３）で表すことができる。
（１） ＮＨ_２ＮＨ_２＋４ＯＨ⁻→４Ｈ_２Ｏ＋Ｎ_２＋４ｅ⁻ （燃料側電極）
（２） Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ （酸素側電極）
（３） ＮＨ_２ＮＨ_２＋Ｏ_２→２Ｈ_２Ｏ＋Ｎ_２ （全体）
また、二段反応は、燃料側電極２、酸素側電極３および全体として、次の反応式（４）〜（７）で表すことができる。
（４） ＮＨ_２ＮＨ_２→２Ｈ_２＋Ｎ_２ （分解反応；燃料側電極）
（５） Ｈ_２＋２ＯＨ⁻→２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ （燃料側電極）
（６） １／２Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻→２ＯＨ⁻ （酸素側電極）
（７） Ｈ_２＋１／２Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ （全体）
一方、燃料電池１を長期間使用に供すると、燃料電池１の内部にＯＨラジカルが生じる。そして、電解質層４が、イオン交換基を有する樹脂であれば、ＯＨラジカルと、イオン交換基とが反応し、電解質層４が、劣化するという不具合がある。

これに対して、上記の燃料電池１では、電解質層４が、イオン交換基を有さず、親水性高分子膜からなる。つまり、電解質層４は、ＯＨラジカルと反応するイオン交換基を有していないので、上記の反応により、電解質層４が劣化することなく、電解質層４は、高い耐久性を有する。

なお、この燃料電池１の運転条件は、特に限定されないが、例えば、燃料側電極２側の加圧が２００ｋＰａ以下、好ましくは、１００ｋＰａ以下であり、酸素側電極３側の加圧が２００ｋＰａ以下、好ましくは、１００ｋＰａ以下であり、燃料電池セルＳの温度が０〜１２０℃、好ましくは、２０〜８０℃として設定される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜設計を変形することができる。

本発明の燃料電池の用途としては、例えば、自動車、船舶、航空機などにおける駆動用モータの電源や、携帯電話機などの通信端末における電源などが挙げられる。

なお、上記した説明では、燃料電池１が、アニオン交換型燃料電池として構成されている場合について説明したが、上記に限定されず、燃料電池１が、カチオン交換型燃料電池として構成されていてもよい。

この場合には、燃料側電極２は、上記触媒と、イオン交換樹脂としてのカチオン交換樹脂とを含む。

また、酸素側電極３は、上記金属触媒と、イオン交換樹脂としてのカチオン交換樹脂とを含む。

また、触媒、金属触媒、液体燃料などは、公知のものが、採用される。

以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されない。また、以下の記載において用いられる配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなど該当記載の上限値（「以下」、「未満」として定義されている数値）または下限値（「以上」、「超過」として定義されている数値）に代替することができる。

なお、「部」および「％」は、特に言及がない限り、質量基準である。

実施例１
１）燃料側電極となる触媒インクの調製
ニッケル粉末を担持させたカーボン（ケッチェンブラック）の粉末（Ｎｉ：５０質量％、Ｃ：５０質量％、キャタラー社製）を、アニオン交換樹脂と混合させ混合物を得た。次いで、この混合物を、アルコールに分散させた。

これにより、燃料側電極となる触媒インクを調製した。
２）酸素側電極となる触媒インクの調製
ナイカルバジンＦｅ錯体（ＮＰＣ−２０００、Ｐａｊａｒｉｔｏ社製）を、アニオン交換樹脂と混合させ混合物を得た。次いで、この混合物を、アルコールに分散させた。

これにより、酸素側電極となる触媒インクを調製した。
３）膜電極接合体の製造
燃料側電極となる触媒インクを、電解質層としての親水性高分子膜（エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム、エチレン含有率３２ｍｏｌ％、エバールＥＦ−ＸＬ１５、厚み１５μｍ、クラレ社製）の一方側の表面に、スプレー法により塗布し、２５℃で乾燥させた。これにより、燃料側電極（アノード触媒層）を形成した。なお、アノード触媒層の触媒担持量は、３．２ｍｇ／ｃｍ^２とした。

次いで、酸素側電極となる触媒インクを、上記した親水性高分子膜（エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム、エバールＥＦ−ＸＬ１５、厚み１５μｍ、クラレ社製）の他方側の表面に、スプレー法により塗布し、２５℃で乾燥させた。これにより、酸素側電極（カソード触媒層）を形成した。なお、カソード触媒層の触媒担持量は、１．２５ｍｇ／ｃｍ^２とした
これにより、膜電極接合体を製造した。

比較例１
電解質層をアニオン交換樹脂（炭化水素系電解質膜）に変更した以外は、実施例１と同様にして、膜電極接合体を製造した。
４）耐久性評価
燃料電池評価セル（ラボセル、ダイハツ工業社製）に、実施例１および比較例１で得られた膜電極接合体をセットして、燃料側電極へ２ＭのＫＯＨと４０質量％濃度の水加ヒドラジンとの混合溶液（水加ヒドラジン１００質量部に対して、２６．６質量部のＫＯＨを含有）を、酸素側電極へ空気を、それぞれ１．２ｍｌ／ｍｉｎおよび０．５Ｌ／ｍｉｎの流速で供給して、電子負荷装置（８９０ｅ、Ｓｃｒｉｂｎｅｒ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社製）で電流密度を一定に制御して、定格時出力を測定した。

測定条件を以下に示す。
セル温度：６０℃
背圧；燃料側電極：０ｋＰａ、酸素側電極：１０ｋＰａ
実施例１および比較例１の定格時出力の保持率（各経過時間における定格時出力／初期の定格時出力×１００）の経時変化を図２に示す。

図２に示すように、電解質層が親水性高分子膜（エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム）である実施例１は、２００時間経過後、定格時出力の保持率が９７％であり、膜電極接合体の耐久性に優れていた。

また、電解質層がアニオン交換樹脂である比較例１は、２００時間経過後、定格時出力の保持率が８２％であり、膜電極接合体の耐久性が低いことが確認された。

このことから、電解質層が、イオン交換基を有さず、親水性高分子膜からなれば、膜電極接合体の耐久性を向上できると確認された。

１ 燃料電池
２ 燃料側電極
３ 酸素側電極
４ 電解質層

Claims (1)

1. 電解質層と、前記電解質層を挟んで対向配置され、液体燃料が供給される燃料側電極、および、酸素が供給される酸素側電極とを備える燃料電池において、
   前記電解質層は、イオン交換基を有さず、親水性高分子膜からなることを特徴とする、燃料電池。

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