JP2020017413A

JP2020017413A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2020017413A
Application number: JP2018139774A
Authority: JP
Inventors: 朝澤　浩一郎; Koichiro Asazawa; 浩一郎朝澤; 葵高野; Aoi Takano; 光児吉元; Koji Yoshimoto
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2020-01-30

Abstract

【課題】燃料として、少なくとも水素および窒素を含む化合物を含む場合に、アンモニアの発生を抑制できる燃料電池を提供すること。【解決手段】アニオン交換膜からなる電解質層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とを備える燃料電池１において、燃料側電極２に、金属触媒としてニッケルと金とを、金の含有割合が、ニッケルと金との総モルに対して、２５モル％以上となるように含ませる。また、燃料として、ヒドラジンなどの、少なくとも水素および窒素を含有する化合物を使用する。【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型燃料電池としては、膜電極接合体の燃料側電極（アノード電極）に、金属触媒としてニッケルを含有させることが知られている。

より具体的には、例えば、水加ヒドラジンなどを燃料とする燃料電池において、電解質膜の一方面に、ニッケルを含むアノード電極を形成し、また、電解質膜の他方面に、コバルトを含むカソード電極を形成して、膜電極接合体を得ること、さらに、その膜電極接合体を用いて燃料電池を得ることが、知られている（例えば、特許文献１（実施例）参照。）。

特開２０１０−２３８４４５号公報

一方、燃料電池においては、発電性能の向上が要求されており、そのため、燃料側電極（アノード触媒）の活性向上が要求されている。

本発明は、燃料側電極（アノード触媒）の活性に優れる燃料電池である。

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、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、前記燃料は、少なくとも水素および窒素を含有する化合物を含み、前記燃料側電極は、ニッケルと金とを含み、前記燃料側電極における金の含有割合が、ニッケルと金との総量に対して、２５原子％以上である、燃料電池を含んでいる。

本発明の燃料電池によれば、燃料側電極にニッケルと金とが含まれており、燃料側電極における金の含有割合が、ニッケルと金との総量に対して、２５原子％以上であるため、金のマトリクス中にニッケルを分散させることができる。

つまり、このような燃料電池によれば、燃料側電極においてニッケルが微粒子状に分散されるため、ニッケルが塊状で存在する場合に比べ、ニッケルの活性面積を大きくすることができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。

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、図１の燃料電池に用いられるアノード触媒の模式図であって、図２Ａは、金中でニッケルが分散した形態を示し、図２Ｂは、金中でニッケルが凝集した形態を示す。図３は、各実施例および各比較例におけるアノード触媒の質量活性を示すグラフである。

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、電解質層４と、その電解質層４の一方面に積層される燃料側電極２、および、電解質層４の他方面に積層される酸素側電極３とを備えている。

すなわち、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を挟んだ状態で、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。

電解質層４は、例えば、カチオン交換膜またはアニオン交換膜から形成されている。好ましくは、アニオン交換膜から形成されている。

アニオン交換膜としては、酸素側電極３で生成される水酸化物イオン（ＯＨ⁻）を、酸素側電極３から燃料側電極２へ移動させることができる媒体であれば、特に限定されないが、例えば、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）が挙げられる。

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、アノード触媒（金属触媒）として、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とを主成分として含んでおり、好ましくは、ニッケルと金とからなる。

アノード触媒として、具体的には、例えば、ニッケルと金との混合物（混合触媒）、ニッケルと金との合金（ニッケル金合金）、ニッケルと、金と、ニッケル金合金との混合物などが挙げられる。

好ましくは、ニッケル（金属単体）と金（金属単体）とからなる混合物（混合触媒）、ニッケル（金属単体）と金（金属単体）とからなる合金（ニッケル金合金）、ニッケル（金属単体）と、金（金属単体）と、ニッケル金合金とからなる混合物が挙げられる。

このようなアノード触媒を製造するには、例えば、まず、金のナノ粒子を分散媒にコロイド状に分散させた金のナノ分散液を準備する。

なお、ナノ粒子とは、平均粒子径（測定法：Ｘ線回折）が、８ｎｍ以下、好ましくは、３ｎｍの粒子であると定義される。

金のナノ粒子をコロイド状に分散させる方法は、特に制限されず、公知の方法が採用される。すなわち、上記の平均粒子径を有する金のナノ粒子を、分散媒に、公知の方法で分散させればよい。

分散媒としては、例えば、水、アルコール類（例えば、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノールなど）、エーテル類（例えば、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）など）、ケトン類、エステル類、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、ハロゲン含有炭化水素類（クロロホルム、ジクロロエタン、１，１，２，２−テトラクロロエタンなど）などが挙げられる。

これら分散媒は、単独使用または２種類以上併用することができる。

分散媒として、好ましくは、ハロゲン含有炭化水素類が挙げられ、より好ましくは、クロロホルムが挙げられる。

金のナノ分散液において、金の含有割合は、例えば、０．０１０質量％以上、好ましくは、０．０２０質量％以上であり、例えば、０．０５０質量％以下、好ましくは、０．０３０質量％以下である。

次いで、この方法では、金のナノ分散液に対して、ニッケルを配合および混合する。

ニッケルの配合量は、金とニッケルとの原子割合が後述する範囲になるように、適宜設定される。すなわち、金の原子割合と、ニッケルの原子割合とが後述の割合となるように、金とニッケルとを配合する。

これにより、分散媒に対して、金およびニッケルが所定割合で混合および分散された分散液が得られる。

次いで、この方法では、得られた分散液から、分散媒を除去して、金およびニッケルを乾燥させる。

分散媒を除去する方法としては、特に制限されず、例えば、加熱蒸発、減圧留去など、公知の方法が挙げられる。好ましくは、分散媒を、減圧留去する。なお、除去条件（温度、圧力など）は、分散媒の種類に応じて、適宜設定される。

これにより、金およびニッケルを含む金属粉末を得る。

その後、この方法では、得られた金属粉末を、還元雰囲気（例えば、Ｈ_２／Ａｒ混合気体など）下において、焼成する。

焼成条件としては、焼成温度が、例えば、４００℃以上、好ましくは、５００℃以上であり、例えば、１０００℃以下、好ましくは、８００℃以下である。また、焼成時間が、例えば、１時間以上、好ましくは、２時間以上であり、例えば、１０時間以下、好ましくは、５時間以下である。

これにより、ニッケルおよび金を含むアノード触媒を得ることができる。

アノード触媒において、金（金の金属原子）の含有割合は、ニッケルと金との総量に対して、２５原子％以上、好ましくは、３０原子％以上、より好ましくは、４０原子％以上、さらに好ましくは、５０原子％以上、とりわけ好ましくは、６０原子％以上であり、例えば、９９．９原子％以下、好ましくは、９９原子％以下、より好ましくは、９０原子％以下、さらに好ましくは、８５原子％以下、とりわけ好ましくは、８０原子％以下である。

また、ニッケル（ニッケルの金属原子）の含有割合は、ニッケルと金との総量に対して、例えば、０．１原子％以上、好ましくは、１原子％以上、より好ましくは、１０原子％以上、さらに好ましくは、１５原子％以上、とりわけ好ましくは、２０原子％以上であり、例えば、７５原子％以下、好ましくは、７０原子％以下、より好ましくは、６０原子％以下、さらに好ましくは、５０原子％以下、とりわけ好ましくは、４０原子％以下である。

ニッケルと金との含有割合が上記範囲であれば、図２Ａに示されるように、金のマトリクス中にニッケルを良好に分散させることができ、アノード触媒表面におけるニッケルの活性面積（触媒活性を発現可能な面積）を大きくすることができるので、発電効率の向上を図ることができる。

すなわち、ニッケルは凝集しやすいため、通常、アノード触媒がニッケルからなるか、または、ニッケルを過剰に含有する場合、図２Ｂに示すように、ニッケルが凝集して塊状になるため、ニッケルの活性面積が十分ではない。

これに対して、上記のアノード触媒は、金を上記の割合で含有するため、アノード触媒中にニッケルが過剰に含有されず、図２Ａに示されるように、金のマトリクス中に、ニッケルが微粒子状に分散される。

このようなアノード触媒によれば、ニッケルが塊状で存在する場合に比べ、アノード触媒表面におけるニッケルの活性面積を大きくすることができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。

なお、アノード触媒は、上記した方法に限定されず、公知の方法（例えば、金とニッケルとを物理混合する方法や、例えば、金の塩とニッケルの塩とを混合し、乾燥および焼成する方法など）により得ることもできる。

好ましくは、上記した方法、すなわち、まず、金のナノ粒子を分散媒にコロイド状に分散させた金のナノ分散液を準備し、次いで、金のナノ分散液にニッケルを配合して金およびニッケルの分散液を調製し、その後、金およびニッケルを乾燥および焼成する方法が挙げられる。

このような方法によれば、金のマトリクス中にニッケルを良好に分散させることができ、触媒活性に優れるアノード触媒を得ることができる。

また、アノード触媒においては、金およびニッケルを、担体に担持させることもできる。

担体としては、例えば、カーボンなどが挙げられ、好ましくは、多孔質カーボンが挙げられる。すなわち、アノード触媒として、好ましくは、カーボンに担持された金およびニッケル（ＡｕＮｉ／Ｃ）が挙げられる。

金およびニッケル（混合物および／または合金）を担体に担持させるには、例えば、上記したアノード触媒の製造方法において、金および／またはニッケルを、予め、担体に担持させる。

換言すれば、担体に担持された金、および／または、担体に担持されたニッケルを、上記したアノード触媒の製造方法に用いる。好ましくは、担体に担持されたニッケルを、上記したアノード触媒の製造方法に用いる。

担体に担持された金、および、担体に担持されたニッケルは、特に制限されず、公知の方法で得ることができる。

具体的には、例えば、金および／またはニッケル（好ましくは、ニッケル）の塩と、担体とを、分散媒中で混合し、その後、分散媒を除去する。

塩としては、例えば、無機金属塩、有機金属塩などが挙げられる。

無機金属塩としては、例えば、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩などの無機酸塩、例えば、塩化物、アンモニウム塩などが挙げられる。

有機金属塩としては、例えば、酢酸塩、プロピオン酸塩などのカルボン酸塩、例えば、金属キレート錯体などが挙げられる。

これら塩は、単独使用または２種類以上併用することができる。

塩として、好ましくは、無機金属塩、より好ましくは、無機酸塩、とりわけ好ましくは、硝酸塩が挙げられる。

分散媒として、好ましくは、水、アルコール類、エーテル類が挙げられ、より好ましくは、アルコール類が挙げられ、さらに好ましくは、エタノールが挙げられる。

また、金および／またはニッケル（好ましくは、ニッケル）の塩と、担体と、分散媒との混合割合は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。好ましくは、担持濃度、すなわち、金、ニッケルおよび担体の総量に対する金およびニッケルの総量が後述する範囲となるように、設定される。

そして、このようにして、金および／またはニッケル（好ましくは、ニッケル）の塩と、担体とを、分散媒に分散させた後、分散媒を除去することにより、金および／またはニッケルを、予め、担体に担持させることができる。

そして、この方法では、担体に担持された金、および／または、担体に担持されたニッケルを、上記したアノード触媒の製造方法に用いる。

好ましくは、担体に担持されたニッケルを、上記したアノード触媒の製造方法に用いる。

アノード触媒の製造方法において、担体に担持されたニッケルを用いる場合、例えば、上記と同じ方法で、金ナノ粒子をコロイド状に分散させた分散液に対して担体に担持されたニッケルを添加し、混合した後、分散媒を除去し、得られた金属粉末（担体を含む）を上記の還元雰囲気において加熱する。

これにより、ニッケルおよび金が担体に担持されたアノード触媒が得られる。

なお、金およびニッケルを担体に担持させて用いる場合、その担持濃度（金、ニッケルおよび担体の総量に対する金およびニッケルの総量）が、例えば、０．１質量％以上、好ましくは、１質量％以上、より好ましくは、５質量％以上であり、例えば、５０質量％以下、好ましくは、４５質量％以下、より好ましくは、４０質量％以下である。

また、このようなアノード触媒から燃料側電極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。例えば、まず、上記したアノード触媒と電解質溶液とを混合し、必要によりアルコールなどの適宜の溶剤を添加して粘度を調整することにより、アノード触媒の分散液を調製する。次いで、その分散液を、電解質層４の表面にコーティングすることにより、上記したアノード触媒を電解質層４の表面に定着させる。これにより、上記の割合で金とニッケルとを含む燃料側電極２が得られる。

アノード触媒の使用量は、例えば、０．０１〜５ｍｇ／ｃｍ^２である。

この燃料側電極２では、好ましくは、少なくとも水素および窒素を含有する化合物（以下、「燃料化合物」という。（後述））が供給され、その燃料化合物と、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、触媒が担持される多孔質電極として形成されている。

上記触媒としては、好ましくは、酸素（Ｏ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）とから水酸化物イオン（ＯＨ⁻）を生成させる触媒作用を有する化合物が挙げられる。具体的には、特に限定されないが、例えば、白金族元素（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ）、鉄族元素（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）などの周期表第８〜１０族（ＩＵＰＡＣＰｅｒｉｏｄｉｃＴａｂｌｅｏｆｔｈｅＥｌｅｍｅｎｔｓ（ｖｅｒｓｉｏｎｄａｔｅ１９Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０１０）に従う。以下同じ。）元素や、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの周期表第１１族元素など、および、これらの組み合わせなどが挙げられ、さらには、これらの有機金属錯体およびその焼成物が挙げられる。なかでも、好ましくは、Ｆｅの有機金属錯体の焼成物が挙げられる。触媒の担持量は、例えば、０．１〜１０ｍｇ／ｃｍ^２、好ましくは、０．１〜５ｍｇ／ｃｍ^２である。また、上記触媒は、上記したカーボンなどの担体に担持させることが好ましい。

また、このような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、例えば、上記した燃料側電極２と同様にして、膜−電極接合体を形成する。

この酸素側電極３では、好ましくは、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。

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。

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燃料が、改質などを経由することなく、直接供給される。

この燃料化合物では、水素は窒素に直接結合していることが好ましい。また、燃料化合物は、窒素−窒素結合を有するものが好ましく、炭素−炭素結合を有しないものが好ましい。また、炭素の数はできる限り少ない（できればゼロである）ものが好ましい。

また、このような燃料化合物には、その性能を阻害しない範囲において、酸素原子、イオウ原子などを含んでいてよく、より具体的には、カルボニル基、水酸基、水和物、スルホン酸基あるいは硫酸塩などとして、含まれていてもよい。

このような観点から、本発明において燃料化合物としては、具体的には、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。このような燃料化合物は、単独または２種類以上組み合わせて用いることができる。好ましくは、ヒドラジン類が挙げられる。

上記した燃料化合物のうち、炭素を含まない化合物、すなわち、ヒドラジン（ＮＨ_２ＮＨ_２）、水加ヒドラジン（ＮＨ_２ＮＨ_２・Ｈ_２Ｏ）、硫酸ヒドラジン（ＮＨ_２ＮＨ_２・Ｈ_２ＳＯ_４）、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）などは、後述するヒドラジンの反応のように、ＣＯによる触媒の被毒がないので耐久性の向上を図ることができ、実質的なゼロエミッションを実現することができる。

燃料は、上記例示の燃料化合物をそのまま用いてもよいが、上記例示の燃料化合物を、例えば、水および／またはアルコール（例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの低級アルコールなど）などの溶液として用いることができる。この場合、溶液中の燃料化合物の濃度は、燃料化合物の種類によっても異なるが、例えば、１〜９０質量％、好ましくは、１〜３０質量％である。

また、燃料を溶液（液体燃料）として用いる場合、溶液に、添加剤を添加することができる。

添加剤としては、例えば、アルカリ金属水酸化物（すなわち、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）、アルカリ土類金属水酸化物（すなわち、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）などの電解質などが挙げられる。これら添加物は、単独使用または２種類以上併用することができる。

添加剤として、好ましくは、アルカリ金属水酸化物が挙げられ、さらに好ましくは、水酸化カリウムが挙げられる。

添加剤の添加量は、特に制限されないが、溶液（液体燃料）中において、例えば、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上、好ましくは、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上、例えば、５ｍｏｌ／Ｌ以下、好ましくは、３ｍｏｌ／Ｌ以下、さらに好ましくは、２ｍｏｌ／Ｌ以下である。

さらに、燃料は、上記した燃料化合物をガス（例えば、蒸気）として用いることができる。

そして、このような燃料電池１において、電解質層４としてアニオン交換膜を用い、また、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、アニオン交換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、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では、燃料側電極２において、燃料に水酸化物イオン（ＯＨ⁻）を直接反応させる（一段反応）。

例えば、燃料としてヒドラジン（ＮＨ_２ＮＨ_２）を用いた場合、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）
そして、この燃料電池１では、上記したように、燃料側電極２にニッケルと金とが含まれており、燃料側電極２における金の含有割合が、ニッケルと金との総量に対して、２５原子％以上であるため、金のマトリクス中にニッケルを分散させることができる。

このような燃料電池１によれば、燃料側電極２においてニッケルが微粒子状に分散されるため、ニッケルが塊状で存在する場合に比べ、ニッケルの活性面積を大きくすることができ、その結果、発電効率の向上を図ることができる。

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。

次に、本発明を、実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例によって限定されるものではない。なお、「部」および「％」は、特に言及がない限り、質量基準である。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。

実施例１
まず、金のナノ粒子（平均粒子径３．０ｎｍ）を、分散媒としてのクロロホルムに分散させた金のナノ分散液（金濃度０．０２７質量％）を用意した。

一方、硝酸ニッケル２２０ｍｇとカーボン７００ｍｇとをエタノール１０ｇ中に配合し、撹拌しながら溶媒を減圧留去した。これにより、カーボンに担持されたニッケルの粉末を得た。

次いで、カーボンに担持されたニッケルの粉末９２０ｍｇを、金のナノ分散液８６０ｇ（金２３２ｍｇ相当）に加え、撹拌しながら、分散媒を減圧留去して、金属粉末を得た。

その後、得られた金属粉末を、５％Ｈ_２／Ａｒ混合気体（Ｈ_２／Ａｒ＝７／９３（体積比））中において、７００℃で４時間焼成し、アノード触媒としてＡｕＮｉ／Ｃ触媒を製造した。

得られたアノード触媒において、金（Ａｕ）とニッケル（Ｎｉ）との原子比率は、Ａｕ：Ｎｉ＝５０：５０であった。

また、ＡｕおよびＮｉのカーボンに対する担持濃度（アノード触媒の総量に対するＡｕＮｉの質量割合）は、３０質量％であった。

実施例２
ＡｕとＮｉとの原子比率を、Ａｕ：Ｎｉ＝７５：２５に変更し、ＡｕおよびＮｉのカーボンに対する担持濃度を３０質量％とした以外は、実施例１と同じ方法で、アノード触媒を製造した。

比較例１
ＡｕとＮｉとの原子比率を、Ａｕ：Ｎｉ＝０：１００に変更し、Ｎｉのカーボンに対する担持濃度を５０質量％とした以外は、実施例１と同じ方法で、アノード触媒を製造した。

比較例２
ＡｕとＮｉとの原子比率を、Ａｕ：Ｎｉ＝１００：０に変更し、Ａｕのカーボンに対する担持濃度を３５質量％とした以外は、実施例１と同じ方法で、アノード触媒を製造した。

＜＜ヒドラジン酸化活性の評価＞＞
回転ディスク電極（Ｐｉｎｅ社、ＲｏｔａｔｉｎｇＤｉｓｋＥｌｅｃｔｒｏｄｅ：ＲＤＥ）を用いて、ヒドラジン酸化の活性を測定した。

具体的には、各実施例および各比較例におけるアノード触媒と、アイオノマー（炭化水素系アイオノマー（電解質樹脂）（商品名：ＡＳ４）、溶媒：１−プロパノール、２質量％濃度、トクヤマ社製）を有機溶媒中に分散して調製したインクを、グラッシーカーボン上に滴下し、測定電極（担持量０．５１μｇ／ｍｍ^２）とした。

なお、インクは、アノード触媒５ｍｇ、アイオノマー（２質量％）０．１５ｍＬ、有機溶媒０．８５ｍＬを混合して調製した。そして、各アノード触媒を用いて得られた測定電極を用いて、アルゴンで飽和した１ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム＋１質量％水加ヒドラジン水溶液を入れた３電極型セルを作製した。

３電極型セルにおいて、参照電極には、水銀−水銀酸化物電極（Ｈｇ／ＨｇＯ）、カウンター電極には、白金線を用いた。

測定温度は、３０℃で、回転数は、２４００ｒｐｍとした。走査速度は、０．００５Ｖ／ｓとし、高電位から低電位に向けて走査した。得られたヒドラジン酸化活性（質量活性（Ａ／ｇ））と電位との関係を示すグラフを図３に示す。

また、電位−０．６Ｖにおける単位質量あたりの触媒活性（Ａ／ｇ）と、そのＡｕ割合およびＮｉ割合との関係を、表１に示す。

さらに、そのアノード触媒全体（Ａｕ＋Ｎｉ）の触媒活性（Ａ／ｇ）から、Ａｕ活性による寄与分（Ａｕ活性×Ａｕ質量割合）を除き、Ｎｉ活性による寄与分（全体の触媒活性−Ａｕ寄与分）を算出した。

そして、Ｎｉ活性による寄与分を、触媒活性中のＮｉ割合に応じて換算し、ニッケル１００％での活性として評価した。その結果を、表１に示す。

２燃料側電極
３酸素側電極
４電解質層
Ｓ燃料電池セル

Claims

電解質層と、前記電解質層を挟んで対向配置され、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、
前記燃料は、少なくとも水素および窒素を含有する化合物を含み、
前記燃料側電極は、ニッケルと金とを含み、
前記燃料側電極における金の含有割合が、ニッケルと金との総量に対して、２５原子％以上であること
を特徴とする、燃料電池。