JP4993867B2

JP4993867B2 - 燃料電池

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Publication number: JP4993867B2
Application number: JP2005062671A
Authority: JP
Inventors: 浩一郎朝澤; 浩次山田; 裕久田中
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2025-03-07
Also published as: CN101138112A; US20080145733A1; JP2006244961A; EP1843416A1; WO2006095840A1; EP1843416A4

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では、燃料が供給される燃料側電極と、酸素が供給される酸素側電極とが、固体高分子膜からなる電解質層を挟んで対向配置されており、固体高分子膜がアニオン交換膜である場合には、燃料としてヒドラジンを燃料側電極に供給することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、電解質層が、アニオン交換膜からなる固体高分子膜である場合には、燃料側電極では、燃料と水酸化物イオンとを反応させて、電子を生成させる必要があり、そのような燃料側電極には、通常、白金族元素からなる金属触媒が含まれている（例えば、特許文献２参照。）。
特開昭６１−４２８７５号公報特開平７−９０１１１号公報

しかるに、燃料側電極において、燃料と水酸化物イオンとを反応させて、電子を生成させるには、燃料に水酸化物イオンを直接反応させる一段反応と、燃料を、水素と窒素とに分解した後に、分解により生成した水素に水酸化物イオンを反応させる二段反応との２種類の反応がある。二段反応は、燃料が一旦水素と窒素とに分解するので、その分解反応のためのエネルギーロスを生じる。そのため、燃料利用効率の低下や発熱量の増加を招き、ひいては、発電性能の低下が不可避となる。

しかるに、白金族元素は高価である上に、上記した分解反応を生じやすく、そのため、アニオン交換膜からなる電解質層が用いられる固体高分子型燃料電池においては、その発電性能の向上を、それほど図ることができないという不具合がある。
本発明の目的は、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み、電解質層として、アニオン交換膜が用いられる燃料電池において、コストの低減および発電性能の向上を、同時に図ることのできる燃料電池を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、
（１）電解質層と、前記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、前記燃料側電極と前記電解質層の反対側において対向配置され、前記燃料側電極に燃料を供給する燃料供給部材と、前記酸素側電極と前記電解質層の反対側において対向配置され、前記酸素側電極に酸素を供給する酸素供給部材とを備える燃料電池において、前記電解質層は、アニオン交換膜であり、前記燃料側電極は、金属触媒としてコバルトのみを含み、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むことを特徴とする、燃料電池、
（２）前記燃料側電極が、コバルト金属の微粉末であることを特徴とする、前記（１）に記載の燃料電池、
（３）前記燃料側電極が、コバルト金属をカーボンに担持させたものであることを特徴とする、前記（１）に記載の燃料電池、
（４）前記燃料が、ヒドラジン類であることを特徴とする、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の燃料電池、
（５）前記酸素側電極が、銀を含むことを特徴とする、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の燃料電池、
を提供するものである。

本発明の燃料電池によれば、燃料側電極にコバルトが含まれていることから、コストの低減を図りつつ、燃料の分解反応を抑制でき、燃料側電極に供給された燃料に水酸化物イオンを直接反応させることができる。
それゆえ、燃料利用効率の向上、発熱量の抑制を実現でき、ひいては、発電性能の向上を図ることができる。また、常温付近（３０℃）で高い活性が得られるため、例えば、運転温度が常温付近である小型の携帯機器などに用いる燃料電池として、特に有用である。さらに、電解質層がアルカリ雰囲気であることから、コバルトの溶出が低減され、燃料側電極の耐久性を向上させることができる。

また、酸素側電極に銀が含まれている場合には、コストの低減を図りつつ、出力特性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を挟んだ状態で、対向配置されている。
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、金属触媒としてコバルト（Ｃｏ）、好ましくは、コバルトのみを含むものであること以外は、特に限定されず、例えば、コバルト金属の微粉末から形成してもよく、また、コバルト金属をカーボンに担持させるようにして形成することができる。

コバルト金属の微粉末は、例えば、その１次粒子の平均粒子径が、１μｍ以下の微粉末として定義することができる。なお、平均粒子径は、Ｘ線回折法により測定した結晶子径（クリスタット径）もしくは透過型電子顕微鏡による形態観察により求めた１次粒子の平均値を指称し、例えば、レーザ回折などの沈降法により求めた粒子径は、１次粒子が凝集することにより大きな値を示すが、このような粒子径は除外される。

また、このようなコバルト金属の微粉末の比表面積は、例えば、５〜６０ｍ²／ｇである。
コバルト金属の微粉末から燃料側電極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、コバルト金属の微粉末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有機溶剤を添加して粘度を調整することにより、コバルト金属の微粉末の分散液を調製する。次いで、その分散液を、電解質層４（アニオン交換膜）の表面にコーティングすることにより、コバルト金属の微粉末を電解質層４の表面に定着させる。

コバルト金属の微粉末の使用量は、例えば、０．１〜１０ｍｇ／ｃｍ²である。
また、コバルト金属をカーボンに担持させるには、例えば、硝酸コバルトなどのコバルトの無機塩の溶液またはスラリーを調製し、その溶液またはスラリーを、多孔質のカーボン担体に含浸させた後、還元雰囲気下において焼成する。
担持するコバルト金属は、その１次粒子の平均粒子径が、例えば、５〜１００ｎｍであり、その比表面積が、例えば、６〜１４０ｍ²／ｇである。また、コバルト金属の担持量は、例えば、０．１〜１０．０ｍｇ／ｃｍ²、好ましくは、０．５〜５．０ｍｇ／ｃｍ²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、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。）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（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）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、後述するように、酸素（Ｏ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）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ものであれば、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（ＶＩＩＩ）族元素や、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの周期表第１１（ＩＢ）族元素など、さらにはこれらの組み合わせなどが挙げられる。なかでも、好ましくは、ＡｇおよびＮｉが挙げられ、さらに好ましくは、Ａｇが挙げられる。触媒の担持量は、例えば、０．１〜１０ｍｇ／ｃｍ²、好ましくは、０．１〜５ｍｇ／ｃｍ²である。また、上記触媒は、カーボンに担持させることが望ましい。

この酸素側電極３では、後述するように、供給される酸素（Ｏ₂）と、水（Ｈ₂Ｏ）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、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８および排出口９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（ＮＨ₂ＮＨ₂）、水加ヒドラジン（ＮＨ₂ＮＨ₂・Ｈ₂Ｏ）、炭酸ヒドラジン（（ＮＨ₂ＮＨ₂）₂ＣＯ₂）、硫酸ヒドラジン（ＮＨ₂ＮＨ₂・Ｈ₂ＳＯ₄）、モノメチルヒドラジン（ＣＨ₃ＮＨＮＨ₂）、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ₃）₂ＮＮＨ₂、ＣＨ₃ＮＨＮＨＣＨ₃）、カルボンヒドラジド（（ＮＨＮＨ₂）₂ＣＯ）などのヒドラジン類、例えば、尿素（ＮＨ₂ＣＯＮＨ₂）、例えば、アンモニア（ＮＨ₃）、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（ＮＨ₂ＯＨ）、硫酸ヒドロキシルアミン（ＮＨ₂ＯＨ・Ｈ₂ＳＯ₄）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（ＮＨ₂ＮＨ₂）、水加ヒドラジン（ＮＨ₂ＮＨ₂・Ｈ₂Ｏ）、硫酸ヒドラジン（ＮＨ₂ＮＨ₂・Ｈ₂ＳＯ₄）、アンモニア（ＮＨ₃）、ヒドロキシルアミン（ＮＨ₂ＯＨ）、硫酸ヒドロキシルアミン（ＮＨ₂ＯＨ・Ｈ₂ＳＯ₄）などは、後述する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重量％、好ましくは、１〜３０重量％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、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（Ｈ₂Ｏ）と、酸素（Ｏ₂）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には、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と、燃料を、水素（Ｈ₂）と窒素（Ｎ₂）とに分解した後に、分解により生成した水素（Ｈ₂）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、燃料としてヒドラジン（ＮＨ₂ＮＨ₂）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）ＮＨ₂ＮＨ₂＋４ＯＨ^-→４Ｈ₂Ｏ＋Ｎ₂＋４ｅ^- （燃料側電極）
（２）Ｏ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋４ｅ^-→４ＯＨ^- （酸素側電極）
（３）ＮＨ₂ＮＨ₂＋Ｏ₂→２Ｈ₂Ｏ＋Ｎ₂ （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）ＮＨ₂ＮＨ₂→２Ｈ₂＋Ｎ₂ （分解反応；燃料側電極）
（５）Ｈ₂＋２ＯＨ^-→２Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^- （燃料側電極）
（６）１／２Ｏ₂＋Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→２ＯＨ^- （酸素側電極）
（７）Ｈ₂＋１／２Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ（全体）
上記反応式（４）に示すように、二段反応では、ヒドラジン（ＮＨ₂ＮＨ₂）が、一旦、水素（Ｈ₂）と窒素（Ｎ₂）とに分解するので、その分解反応のためのエネルギーロスを生じる。そのため、二段反応の一段反応に対する割合が多くなると、燃料利用効率の低下や発熱量の増加を招き、ひいては、発電性能の低下が不可避となる。

しかるに、従来から金属触媒として燃料側電極２に含まれている白金族元素、特に、白金は、高価でありながら、上記式（４）で示される分解反応を生じやすく、発電性能の向上を図るには限界がある。
しかし、この燃料電池１では、上記したように、燃料側電極２には、金属触媒として、コバルトが含まれている。このコバルトは、白金などの白金族元素よりも低コストであり、しかも、燃料（上記の例ではヒドラジン）の分解反応（上記式（４）で示される分解反応）を抑制して、燃料の水酸化物イオン（ＯＨ^-）に対する直接反応（上記式（１）で示される反応）を促進することができる。それゆえ、コストの低減を図りつつ、燃料利用効率の向上、発熱量の抑制を実現でき、ひいては、発電性能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。
＜燃料側電極の活性測定＞
コバルト金属の微粉末、コバルト担持カーボンおよび白金担持カーボンの３種類の燃料側電極について、それぞれのテストピースを作製して、活性を測定した。

コバルト金属の微粉末からなる燃料側電極のテストピース（Ｃｏ）は、コバルトナノパウダー（平均粒子径２８ｎｍ、比表面積５０ｍ²／ｇ、Ｊｕｎｙｅ製）と、アニオン交換樹脂との混合物を、アルコール類などの有機溶媒に適宜分散させて、インクを調製した後、得られたインク１μＬをマイクロピペットで秤取して、グラッシーカーボン電極上に滴下し、乾燥させることにより、作製した。

コバルト担持カーボンからなる燃料側電極のテストピース（Ｃｏ／Ｃ）は、硝酸コバルト水溶液をカーボン（ＶｕｌｃａｎＸＣ−７２、比表面積２５０ｍ²／ｇ）に含浸させて、還元雰囲気で焼成することにより粉末を生成させた後、得られた粉末と、アニオン交換樹脂との混合物を、アルコール類などの有機溶媒に適宜分散させて、インクを調製し、さらに、得られたインク１μＬをマイクロピペットで秤取して、グラッシーカーボン電極上に滴下し、乾燥させることにより、作製した。

白金担持カーボン電極のテストピース（Ｐｔ／Ｃ）は、ＰＥＦＣ用電極触媒（ＴＥＣ１０Ｖ５０Ｅ、田中貴金属工業（株）製）の粉末と、アニオン交換樹脂との混合物を、アルコール類などの有機溶媒に適宜分散させて、インクを調製した後、得られたインク１μＬをマイクロピペットで秤取して、グラッシーカーボン電極上に滴下し、乾燥させることにより、作製した。

燃料側電極の活性は、回転ディスク電極によるサイクリックボルタンメトリーで、ヒドラジン酸化電位を求めることにより測定した。具体的には、１ＮのＫＯＨ水溶液中で、上記燃料側電極のテストピースを安定化させた後、このテストピースを、水加ヒドラジンを１ｍｏｌ／Ｌの割合で含有する１ＮのＫＯＨ水溶液に浸漬して、その活性を測定した。対極には、白金線を使用し、参照電極には、銀−塩化銀電極を使用した。また、活性測定の走査範囲は、Ｃｏで−１．２〜−１Ｖ、Ｃｏ／Ｃで−１．２〜−０．８Ｖ、Ｐｔ／Ｃで−１．０〜−０．９Ｖとした（対Ａｇ／ＡｇＣｌ）。

活性測定（カソード掃引）の結果を図２に示す。
図２に示すように、ＣｏおよびＣｏ／Ｃは、燃料側電極の触媒として一般的なＰｔ／Ｃに比べて、低いポテンシャルから立ち上がりを示しており、電圧のロス（過電圧）が少なかった。また、同程度のポテンシャルでは、より高い電流が得られた。
＜セル発電特性の測定＞
銀担持カーボン、白金担持カーボンおよびニッケル担持カーボンの３種類の酸素側電極について、それぞれ、コバルト金属微粉末の燃料側電極を用いて、アニオン交換膜−電極接合体のセルユニットを作製し、そのセル発電特性を測定した。

アニオン交換膜−電極接合体は、コバルトナノパウダー（平均粒子径２８ｎｍ、比表面積５０ｍ²／ｇ、Ｊｕｎｙｅ製）とアニオン交換樹脂とを混合し、得られた混合物を、アルコール類などの有機溶媒に適宜分散させて、インクを調製した後、得られたインクを、アニオン交換膜の一方側表面に直接塗布して、前記一方側表面に燃料側電極（Ｃｏ）を一体的に形成させる。次いで、硝酸銀水溶液をカーボン（ＶｕｌｃａｎＸＣ−７２、比表面積２５０ｍ²／ｇ）に含浸後、還元雰囲気で焼成させて得られた、銀を５０重量％担持させたカーボンの粉末、白金担持カーボン（ＰＥＦＣ用電極触媒、ＴＥＣ１０Ｖ５０Ｅ、田中貴金属工業（株）製）の粉末、または、硝酸ニッケル水溶液をカーボン（ＶｕｌｃａｎＸＣ−７２）に含浸後、還元雰囲気で焼成させて得られた、ニッケル粉末を５０重量％担持させたカーボンの粉末と、アニオン交換樹脂とを混合し、得られた混合物を、アルコール類などの有機溶媒に適宜分散させて、インクを調製した後、得られたインクを、アニオン交換膜の他方側表面に直接塗布して、前記他方側表面に酸素側電極（Ａｇ／Ｃ、Ｐｔ／ＣまたはＮｉ／Ｃ）を一体的に形成させることにより、作製した。

得られたアニオン交換膜−電極接合体の酸素側電極および燃料側電極についての触媒担持量は、それぞれ、次のとおりである。
（１）燃料側電極（Ｃｏ）：２．６ｍｇ／ｃｍ²、酸素側電極（Ａｇ／Ｃ）：２．６ｍｇ／ｃｍ²
（２）燃料側電極（Ｃｏ）：２．７ｍｇ／ｃｍ²、酸素側電極（Ｐｔ／Ｃ）：２．６ｍｇ／ｃｍ²
（３）燃料側電極（Ｃｏ）：２．６ｍｇ／ｃｍ²、酸素側電極（Ｎｉ／Ｃ）：２．６ｍｇ／ｃｍ²
次いで、得られたアニオン交換膜−電極接合体の両面に、ガス拡散層となる導電性多孔質体のカーボンシートを接合し、燃料電池の単セルユニットを作製した。

これらの単セルユニットに対して、燃料側電極側には、水加ヒドラジン１ｍｏｌ／ｄｍ³−１Ｎ−ＫＯＨ水溶液を、２ｍＬ／ｍｉｎの速度で供給し、酸素側電極側には、空気を０．５Ｌ／ｍｉｎの速度で供給した。運転条件は、供給圧を１２０ｋＰａ・ａｂｓとし、セル運転温度は３０℃とした。
上記の条件で得られた、電流−出力の特性を図３に、電流−電圧の特性を図４に、それぞれ示す。

図３および図４に示すように、酸素側電極がＡｇ／Ｃであるときは、出力密度が高く、優れた出力特性を示していた。また、酸素側電極がＮｉ／Ｃであるときは、酸素側電極がＰｔ／Ｃであるときに比べて、出力特性が低下するものの、Ｎｉの価格はＰｔの価格に比べて著しく低いことから、コスト面で有利であり、しかも、コスト対効果の観点からは、出力特性は十分であった。

また、上記（１）の、燃料側電極がコバルト金属の微粉末（Ｃｏ）で、酸素側電極が銀担持カーボン（Ａｇ／Ｃ）であるアニオン交換膜−電極接合体を用いた単セルユニット（本願実施例）と、従来の直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）の単セルユニットとの出力特性を比較した。
ＤＭＦＣには、高分子膜がアニオン交換膜であるもの（アニオン型）と、高分子膜がカチオン交換膜であるもの（カチオン型）の２種類を使用した。

図５および図６に示すように、上記（１）の単セルユニット（本願実施例）は、ＤＭＦＣのアニオン型およびカチオン型のいずれのタイプのものと比べても、出力特性が優れていた。具体的には、最高出力密度での電圧は、上記（１）の単セルユニット（本願実施例）が、０．５Ｖ（効率３２％）であるのに対し、カチオン型のＤＭＦＣでは、０．２Ｖ（効率１７％）であった。

しかも、上記（１）の単セルユニット（本願実施例）は、電極の触媒として、高価なＰｔやＲｕを用いないことから、低コストであって、さらに、ＤＭＦＣに比べて、装置がコンパクトであった。
本発明は、以上の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲において、種々の設計変更を施すことが可能である。

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。燃料側電極の活性測定の結果を示すグラフである。セル発電特性の測定結果（電流−出力特性）を示すグラフである。セル発電特性の測定結果（電流−電圧特性）を示すグラフである。本発明の燃料電池と従来の燃料電池との電流−電圧特性の比較を示すグラフである。本発明の燃料電池と従来の燃料電池との電流−出力特性の比較を示すグラフである。

符号の説明

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る燃料側電極および酸素側電極と、前記燃料側電極と前記電解質層の反対側において対向配置され、前記燃料側電極に燃料を供給する燃料供給部材と、前記酸素側電極と前記電解質層の反対側において対向配置され、前記酸素側電極に酸素を供給する酸素供給部材とを備える燃料電池において、
前記電解質層は、アニオン交換膜であり、
前記燃料側電極は、金属触媒としてコバルトのみを含み、
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むことを特徴とする、燃料電池。
前記燃料側電極が、コバルト金属の微粉末であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
前記燃料側電極が、コバルト金属をカーボンに担持させたものであることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
前記燃料が、ヒドラジン類であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池。
前記酸素側電極が、銀を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池。