JP2011008972A - Membrane-electrode assembly and fuel cell - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a membrane-electrode assembly and a fuel cell, wherein output performance is improved.SOLUTION: In the membrane-electrode assembly having a cathode including a cathode catalyst layer and a cathode gas diffusion layer, an anode including an anode catalyst layer and an anode gas diffusion layer, and an electrolyte membrane arranged between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer, water-repellency of the anode gas diffusion layer is lower than that of the cathode gas diffusion layer.

Description

本発明は、膜電極接合体及び燃料電池に関し、特に液体燃料を用いた直接供給型燃料電池に関する。   The present invention relates to a membrane electrode assembly and a fuel cell, and more particularly to a direct supply type fuel cell using liquid fuel.

近年、リチウムイオン二次電池に代わって、小型の燃料電池が注目を集めている。特に、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell: DMFC）は、水素ガスを燃料として使用する燃料電池に比べ、水素ガスの取り扱いの困難さや、有機燃料を改質して水素を作り出す装置等が必要なく、小型化に優れている。   In recent years, small fuel cells have attracted attention in place of lithium ion secondary batteries. In particular, the direct methanol fuel cell (DMFC) using methanol as a fuel is more difficult to handle hydrogen gas and reforms organic fuel than a fuel cell using hydrogen gas as a fuel. There is no need for a device to produce hydrogen, and it is excellent in miniaturization.

ＤＭＦＣでは、アノード（燃料極）においてメタノールの酸化分解反応（内部改質反応）が生じ、二酸化炭素、プロトンおよび電子が生成する。一方、カソード（空気極）では、空気から得られる酸素と、電解質膜を経て燃料極から供給されるプロトン、および燃料極から外部回路を通じて供給される電子によって水が生成する。   In DMFC, an oxidative decomposition reaction (internal reforming reaction) of methanol occurs at an anode (fuel electrode), and carbon dioxide, protons, and electrons are generated. On the other hand, in the cathode (air electrode), water is generated by oxygen obtained from air, protons supplied from the fuel electrode through the electrolyte membrane, and electrons supplied from the fuel electrode through an external circuit.

特許文献１では、発電反応によりカソードで生成した水は、電解質膜を透過してカソード側からアノード側へ拡散し、アノードでの内部改質反応に利用される。しかし、この水が不足すると、内部改質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。従って、膜電極接合体では、発電反応を効率よく進行させるために、カソード側からアノード側への水の移行を促進し、アノードに十分な水を供給することが必要である。   In Patent Document 1, water generated at the cathode by the power generation reaction permeates the electrolyte membrane, diffuses from the cathode side to the anode side, and is used for the internal reforming reaction at the anode. However, when this water is insufficient, the reaction resistance of the internal reforming reaction becomes high, so that sufficient output characteristics cannot be obtained. Therefore, in the membrane electrode assembly, in order to advance the power generation reaction efficiently, it is necessary to promote the transfer of water from the cathode side to the anode side and supply sufficient water to the anode.

特許文献２には、アノード側とカソード側のガス拡散層を撥水処理し、両者のガス拡散層の耐水圧のバランスを調整した膜電極接合体構造が考えられている。また、特許文献３には、アノードの拡散層の撥水性が、カソードの拡散層の撥水性より高い膜電極接合体構造が開示されている。   Patent Document 2 contemplates a membrane electrode assembly structure in which the gas diffusion layers on the anode side and the cathode side are subjected to water repellent treatment, and the balance of the water pressure resistance of both gas diffusion layers is adjusted. Patent Document 3 discloses a membrane electrode assembly structure in which the water repellency of the anode diffusion layer is higher than the water repellency of the cathode diffusion layer.

国際公開番号ＷＯ２００５／１１２１７２号公報International Publication Number WO2005 / 112172 特開2005-158722号公報JP 2005-158722 特開2006-120402号公報JP 2006-120402 A

本発明は、高出力が安定して得られる膜電極接合体及び燃料電池を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the membrane electrode assembly and fuel cell which can obtain high output stably.

本発明に係る膜電極接合体は、カソード触媒層及びカソードガス拡散層を含むカソードと、アノード触媒層及びアノードガス拡散層を含むアノードと、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た電解質膜とを具備する膜電極接合体であって、前記アノードガス拡散層の撥水度が、前記カソードガス拡散層の撥水度より低いことを特徴とする。   A membrane electrode assembly according to the present invention is disposed between a cathode including a cathode catalyst layer and a cathode gas diffusion layer, an anode including an anode catalyst layer and an anode gas diffusion layer, and the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer. The anode gas diffusion layer is lower in water repellency than the cathode gas diffusion layer.

また、本発明に係る燃料電池は、上記本発明に係る膜電極接合体を具備することを特徴とする。   The fuel cell according to the present invention comprises the membrane electrode assembly according to the present invention.

本発明によれば、出力性能が改善され、高出力が安定して得られる膜電極接合体及び燃料電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, output performance can be improved and the membrane electrode assembly and fuel cell which can obtain high output stably can be provided.

図１は、本実施形態に係る膜電極接合体の拡大断面図である。FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a membrane electrode assembly according to this embodiment. 図２は、本実施形態に係る膜電極接合体に用いるガス拡散層の表面の接触角を測定する方法を説明するための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a method for measuring the contact angle of the surface of the gas diffusion layer used in the membrane electrode assembly according to the present embodiment. 図３は、本実施形態に係る膜電極接合体に用いるガス拡散層の表面の接触角を測定する方法を説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a method for measuring the contact angle of the surface of the gas diffusion layer used in the membrane electrode assembly according to the present embodiment. 図４は、本実施形態に係る膜電極接合体に用いるガス拡散層の表面の接触角を測定する方法を説明するための模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method for measuring the contact angle of the surface of the gas diffusion layer used in the membrane electrode assembly according to the present embodiment. 図５は、本実施形態に係る膜電極接合体に用いるガス拡散層の表面の接触角を測定する方法を説明するための模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a method for measuring the contact angle of the surface of the gas diffusion layer used in the membrane electrode assembly according to the present embodiment. 図６は、本実施形態に係る燃料電池を示す内部透視断面図である。FIG. 6 is an internal perspective sectional view showing the fuel cell according to the present embodiment. 図７は、図６の燃料電池の燃料分配機構を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a fuel distribution mechanism of the fuel cell of FIG.

以下、本発明の膜電極接合体及び燃料電池について、図面を参照して説明する。図１は、膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly:MEA）1の拡大断面図である。
膜電極接合体1は、アノード（燃料極）5と、カソード（空気極）6と、燃料極5及び空気極6の間に配置されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜7とから構成される。 Hereinafter, the membrane electrode assembly and the fuel cell of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a membrane electrode assembly (MEA) 1.
The membrane electrode assembly 1 comprises an anode (fuel electrode) 5, a cathode (air electrode) 6, and a proton (hydrogen ion) conductive electrolyte membrane 7 disposed between the fuel electrode 5 and the air electrode 6. Is done.

燃料極5は、電解質膜7の一方の面と対向している燃料極触媒層8と、燃料極触媒層8に積層された燃料極ガス拡散層9とを有する。空気極6は、電解質膜7の他方の面と対向している空気極触媒層11と、空気極触媒層11に積層された空気極ガス拡散層12とを有する。   The fuel electrode 5 includes a fuel electrode catalyst layer 8 facing one surface of the electrolyte membrane 7 and a fuel electrode gas diffusion layer 9 stacked on the fuel electrode catalyst layer 8. The air electrode 6 includes an air electrode catalyst layer 11 facing the other surface of the electrolyte membrane 7 and an air electrode gas diffusion layer 12 stacked on the air electrode catalyst layer 11.

電解質膜7にはプロトン伝導性材料が含まれ、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂（デュポン社製の商品名ナフィオン(登録商標）や旭硝子社製の商品名フレミオン(登録商標）のようなパーフルオロスルホン酸重合体等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂、無機物（例えば、タングステン酸、リンタングステン酸、硝酸リチウムなど）等が用いられるが、これらに限定されるものではない。   The electrolyte membrane 7 includes a proton conductive material, such as a fluorine-based resin having a sulfonic acid group (trade name Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont or Flemion (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.). Perfluorosulfonic acid polymer, etc.), hydrocarbon resins having a sulfonic acid group, inorganic substances (for example, tungstic acid, phosphotungstic acid, lithium nitrate, etc.) are used, but are not limited thereto.

燃料極触媒層8および空気極触媒層11には、触媒及びプロトン伝導性材料が含まれる。触媒は、例えば、白金族元素である、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の単体金属、白金族元素を含有する合金などが用いられる。具体的には、燃料極側の触媒として、メタノールや一酸化炭素に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏなど、空気極側の触媒として、白金やＰｔ−Ｎｉなどが好適に用いられるが、これらに限定されるものではない。上記の触媒は、炭素材料のような導電性担持体に担持された担持触媒として使用することもでき、あるいは単独で無担持触媒として使用することもできる。触媒層に含まれるプロトン伝導性材料は、上記の電解質膜7に含まれるものと同様であってよい。   The fuel electrode catalyst layer 8 and the air electrode catalyst layer 11 contain a catalyst and a proton conductive material. As the catalyst, for example, a single metal such as Pt, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, which is a platinum group element, an alloy containing a platinum group element, or the like is used. Specifically, Pt—Ru, Pt—Mo or the like having strong resistance to methanol or carbon monoxide is used as the fuel electrode side catalyst, and platinum, Pt—Ni, or the like is preferably used as the air electrode side catalyst. However, it is not limited to these. The above catalyst can be used as a supported catalyst supported on a conductive support such as a carbon material, or can be used alone as an unsupported catalyst. The proton conductive material contained in the catalyst layer may be the same as that contained in the electrolyte membrane 7 described above.

燃料極ガス拡散層9は、燃料極触媒層8に燃料ガスを均一に供給する役割を果たすと同時に、燃料極触媒層8の集電体も兼ねている。空気極ガス拡散層12は、空気極触媒層11に酸化剤ガスを均一に供給する役割を果たすと同時に、空気極触媒層11の集電体も兼ねている。燃料極ガス拡散層9及び空気極ガス拡散層12は、導電性を有し、燃料ガスや酸化剤ガスなどの反応ガスを拡散させ得る物質により形成され、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロスから形成される。   The fuel electrode gas diffusion layer 9 serves to uniformly supply fuel gas to the fuel electrode catalyst layer 8 and also serves as a current collector for the fuel electrode catalyst layer 8. The air electrode gas diffusion layer 12 serves to uniformly supply the oxidant gas to the air electrode catalyst layer 11, and also serves as a current collector for the air electrode catalyst layer 11. The fuel electrode gas diffusion layer 9 and the air electrode gas diffusion layer 12 are made of a material having conductivity and capable of diffusing a reaction gas such as a fuel gas and an oxidant gas, for example, formed of carbon paper or carbon cloth. The

燃料極ガス拡散層9及び空気極ガス拡散層12は、撥水処理される。撥水処理は、例えば次のように行われる。まず、撥水剤を所定の濃度で含む撥水剤溶液中に、ガス拡散層（例えば、カーボンペーパー）を浸漬して、ガス拡散層に撥水剤を含ませる。次いで、ガス拡散層を乾燥した後、加熱して撥水剤を焼結させる。撥水剤には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなフッ素系樹脂を用いることができる。   The fuel electrode gas diffusion layer 9 and the air electrode gas diffusion layer 12 are subjected to water repellent treatment. The water repellent treatment is performed as follows, for example. First, a gas diffusion layer (for example, carbon paper) is immersed in a water repellent solution containing a water repellent at a predetermined concentration so that the water diffusion agent is included in the gas diffusion layer. Next, after drying the gas diffusion layer, the water repellent is sintered by heating. As the water repellent, a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used.

本実施形態の膜電極接合体1は、燃料極ガス拡散層9の撥水度が、空気極ガス拡散層12の撥水度より低いことを特徴とする。このような構成により、空気極6において発電反応により生成した水が燃料極5へ効率良く移行するとともに、燃料極5において十分に保持されることが可能となる。このため、反応に必要な水が十分に且つ安定して燃料極5に供給され、その結果、高い出力を安定して得ることが可能となる。   The membrane electrode assembly 1 of the present embodiment is characterized in that the water repellency of the fuel electrode gas diffusion layer 9 is lower than the water repellency of the air electrode gas diffusion layer 12. With such a configuration, water generated by the power generation reaction in the air electrode 6 can be efficiently transferred to the fuel electrode 5 and can be sufficiently held in the fuel electrode 5. For this reason, water necessary for the reaction is sufficiently and stably supplied to the fuel electrode 5, and as a result, a high output can be stably obtained.

燃料極ガス拡散層9及び空気極ガス拡散層12の撥水度は、上述した撥水処理によって調節することができる。具体的には、撥水処理に用いる撥水剤溶液の濃度を調節することによって、ガス拡散層に含まれる撥水剤量を変化させることができ、これによって所望の撥水度のガス拡散層を得ることができる。   The water repellency of the fuel electrode gas diffusion layer 9 and the air electrode gas diffusion layer 12 can be adjusted by the water repellent treatment described above. Specifically, the amount of the water repellent contained in the gas diffusion layer can be changed by adjusting the concentration of the water repellent solution used for the water repellent treatment, and thereby the gas diffusion layer having a desired water repellency. Can be obtained.

本実施形態において、ガス拡散層の撥水度は水の接触角によって表すことができる。以下に、水の接触角の測定方法を説明する。   In this embodiment, the water repellency of the gas diffusion layer can be expressed by the contact angle of water. Below, the measuring method of the contact angle of water is demonstrated.

まず、膜電極接合体１の最外層表面（燃料極ガス拡散層9の表面、すなわち各ガス拡散層9の触媒層8と接する面と反対の表面）の撥水度を調べるため、水の接触角を以下に説明する方法で測定する。次に、膜電極接合体１の表面をマイクロスコープとマイクロメータで注意深く確認しながら住友３Ｍ製ポリッシングフィルム３Ｍ２９１Ｘで削り、接触角が増加し、変化が見られなくなったところの接触角を測定し、この値を燃料極ガス拡散層9の撥水度とする。空気極ガス拡散層12の撥水度を測定する際には、燃料極ガス拡散層の測定と同様の手法で膜電極接合体１の最外層表面における空気極ガス拡散層12の表面の撥水度の測定から行う。   First, in order to examine the water repellency of the outermost layer surface of the membrane electrode assembly 1 (the surface of the fuel electrode gas diffusion layer 9, that is, the surface opposite to the surface of each gas diffusion layer 9 in contact with the catalyst layer 8), contact with water The angle is measured by the method described below. Next, while carefully checking the surface of the membrane electrode assembly 1 with a microscope and a micrometer, scraping with a polishing film 3M291X made by Sumitomo 3M, measuring the contact angle where the contact angle increased and no change was seen, This value is defined as the water repellency of the fuel electrode gas diffusion layer 9. When the water repellency of the air electrode gas diffusion layer 12 is measured, the water repellency of the surface of the air electrode gas diffusion layer 12 on the outermost surface of the membrane electrode assembly 1 is measured in the same manner as the measurement of the fuel electrode gas diffusion layer. From the measurement of the degree.

水の接触角θは、図２に示すように、液滴ＤＲと測定対象物Ｘ（ガス拡散層）とが接触する点Ｐにおける液滴ＤＲの表面カーブに対する接線Ｌと測定対象物Ｘの表面とが成す角である。   As shown in FIG. 2, the contact angle θ of the water is such that the tangent L to the surface curve of the droplet DR and the surface of the measurement object X at the point P where the droplet DR and the measurement object X (gas diffusion layer) contact each other. Is the angle formed by

この接触角θは以下のように測定する。最初に、図３に示すように、マイクロシリンジＭで、純水の液滴ＤＲを形成する。本実施形態の場合、液滴（水滴）ＤＲは約０．５マイクロリットルである。   This contact angle θ is measured as follows. First, as shown in FIG. 3, pure water droplets DR are formed by the microsyringe M. In the present embodiment, the droplet (water droplet) DR is about 0.5 microliters.

次に、図４に示すように、液滴ＤＲの底を測定対象物Ｘに付ける。そして、マイクロシリンジＭを測定対象物Ｘから離すと、測定対象物Ｘの表面に図５に示すように液滴ＤＲが付着する。この状態で、３０００ｍｓ後に、液滴ＤＲの高さｈと、液滴ＤＲの半径ｒを測定する。ここで、液滴ＤＲの高さｈとは、測定対象物Ｘの界面と液滴ＤＲの頂点との距離である。   Next, as shown in FIG. 4, the bottom of the droplet DR is attached to the measurement object X. Then, when the microsyringe M is separated from the measurement object X, the droplet DR adheres to the surface of the measurement object X as shown in FIG. In this state, after 3000 ms, the height h of the droplet DR and the radius r of the droplet DR are measured. Here, the height h of the droplet DR is the distance between the interface of the measurement object X and the apex of the droplet DR.

接触角θは、図２に示すθ１（＝ａｒｃｔａｎ（ｒ／ｈ））の２倍に等しいことから、測定された水滴ＤＲの高さｈおよび半径ｒから、下式（１）を用いて接触角θの値が算出される。   Since the contact angle θ is equal to twice the angle θ1 (= arctan (r / h)) shown in FIG. 2, the contact is made using the following formula (1) from the height h and the radius r of the measured water droplet DR. The value of the angle θ is calculated.

θ＝２×｛ａｒｃｔａｎ（ｒ／ｈ）｝ 式（１）
上記のように算出された接触角θは、その値が大きいほど、測定対象物の撥水度が高いことを示し、その値が小さいほど測定対象物の撥水度が低いことを示している。 θ = 2 × {arctan (r / h)} Equation (1)
The contact angle θ calculated as described above indicates that the larger the value, the higher the water repellency of the measurement object, and the smaller the value, the lower the water repellency of the measurement object. .

また、本実施形態において、燃料極ガス拡散層9中の撥水剤の量は、２０重量％以下（０を含む）であることが好ましい。このような構成により、燃料極ガス拡散層9の撥水度がより低くなり、水の保持能力をより高くすることができる。これにより、膜電極接合体1の出力をより高くすることができ、また、出力をより安定させることができる。   In the present embodiment, the amount of the water repellent in the fuel electrode gas diffusion layer 9 is preferably 20% by weight or less (including 0). With such a configuration, the water repellency of the fuel electrode gas diffusion layer 9 is further reduced, and the water retention capability can be further increased. Thereby, the output of the membrane electrode assembly 1 can be further increased, and the output can be further stabilized.

さらに、本実施形態において、空気極ガス拡散層12は、５０重量％以下の撥水剤を含むことが好ましい。このような構成により、空気極ガス拡散層12の撥水度がより高くなり、より多くの水を燃料極側へ移行させることができる。空気極ガス拡散層12に含有される撥水剤が５０重量％を超えると、撥水剤によってガス拡散層の空隙が埋められ、ガスの拡散性が低下する恐れがある。また、撥水処理に用いるＰＴＦＥ溶液の濃度が高すぎ、カーボンペーパーに塗布する際に、ムラなく均一に塗布することが困難になる恐れがある。よって、空気極ガス拡散層12の撥水剤含有量は５０重量％以下であることが好ましい。   Further, in the present embodiment, the air electrode gas diffusion layer 12 preferably contains 50% by weight or less of a water repellent. With such a configuration, the water repellency of the air electrode gas diffusion layer 12 becomes higher, and more water can be transferred to the fuel electrode side. If the water repellent contained in the air electrode gas diffusion layer 12 exceeds 50% by weight, the water repellent fills the gaps in the gas diffusion layer, which may reduce the gas diffusibility. Further, the concentration of the PTFE solution used for the water repellent treatment is too high, and it may be difficult to uniformly apply the carbon paper when applied to the carbon paper. Therefore, the water repellent content of the air electrode gas diffusion layer 12 is preferably 50% by weight or less.

ガス拡散層（GDL）中の撥水剤の含有量は、下式（２）によって算出することができる。   The content of the water repellent in the gas diffusion layer (GDL) can be calculated by the following formula (2).

撥水剤含有量［wt%］＝GDLに含まれる撥水剤量／（GDLに含まれる撥水剤量＋GDL重量）×100 式（２）
なお、空気極ガス拡散層12の撥水度を高くすると、水の移動や揮発が速くなり、反対に、撥水度を低くすると、水の移動や揮発が遅くなる。そのため、空気極ガス拡散層12の撥水剤含有量を減少させ、撥水度を低下させると、燃料極側へ移行する水の量が減少して出力がやや低下する。しかしながら、一方で、空気極6から燃料極5へ移動する水の移動が遅くなることによって、水量の変動が減少し、その結果として出力が安定するという利点がある。 Water repellent content [wt%] = amount of water repellent contained in GDL / (amount of water repellent contained in GDL + GDL weight) x 100 formula (2)
Note that when the water repellency of the air electrode gas diffusion layer 12 is increased, the movement and volatilization of water is accelerated, and conversely, when the water repellency is decreased, the movement and volatilization of water is delayed. Therefore, if the water repellent content of the air electrode gas diffusion layer 12 is reduced and the water repellency is lowered, the amount of water transferred to the fuel electrode side is reduced and the output is slightly reduced. However, on the other hand, since the movement of the water moving from the air electrode 6 to the fuel electrode 5 becomes slow, there is an advantage that the fluctuation of the water amount is reduced and as a result, the output is stabilized.

次に、本発明の燃料電池について、図面を参照して説明する。図６は、本発明の実施形態に係る燃料電池の内部透視断面図であり、図７は、図６の燃料電池の燃料分配機構を示す斜視図である。   Next, the fuel cell of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is an internal perspective sectional view of the fuel cell according to the embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a perspective view showing a fuel distribution mechanism of the fuel cell of FIG.

図６に示す燃料電池100は、上記で説明した膜電極接合体1と、この膜電極接合体1に燃料を供給する燃料分配機構2と、液体燃料を収容する燃料収容部3と、これら燃料分配機構2と燃料収容部3とを接続する流路4とから主として構成されている。   A fuel cell 100 shown in FIG. 6 includes a membrane electrode assembly 1 described above, a fuel distribution mechanism 2 that supplies fuel to the membrane electrode assembly 1, a fuel storage unit 3 that stores liquid fuel, and these fuels. It is mainly composed of a flow path 4 that connects the distribution mechanism 2 and the fuel storage portion 3.

燃料電池100において、燃料極ガス拡散層9には、必要に応じて導電層14が積層される。また、空気極ガス拡散層12には、必要に応じて導電層13が積層される。これら導電層13、14としては、例えば、金、ニッケルなどの金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）または箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材などが用いられる。また、導電層13にはさらに、カバープレート16が積層される。   In the fuel cell 100, a conductive layer 14 is laminated on the anode gas diffusion layer 9 as necessary. In addition, a conductive layer 13 is laminated on the air electrode gas diffusion layer 12 as necessary. As these conductive layers 13 and 14, for example, a porous layer (for example, mesh) or a foil body made of a metal material such as gold or nickel, or a conductive metal material such as stainless steel (SUS) or a highly conductive material such as gold. A metal-coated composite material or the like is used. Further, a cover plate 16 is further laminated on the conductive layer 13.

電解質膜7と導電層13、14との間には、それぞれゴム製のＯリング15が介在されており、これらによって膜電極接合体1からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。   Rubber O-rings 15 are interposed between the electrolyte membrane 7 and the conductive layers 13 and 14, respectively, thereby preventing fuel leakage and oxidant leakage from the membrane electrode assembly 1.

図示を省略したが、カバープレート16は酸化剤である空気を取入れるための開口部を有している。カバープレート16と空気極6との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層は、空気極触媒層11で生成された水の一部が含浸されて水の蒸散を抑制するとともに、カバープレートの開口部から取り込んだ空気の空気極触媒層11への取入れ量を調整し且つ空気の均一拡散を促進するものである。また、表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。このようなカバープレート16を備えることにより、酸化剤を供給するためのブロワを用いることなく、酸化剤をカソード６に自然供給することができる。なお、酸化剤は、空気に限定されるものではなく、Ｏ₂を含むガスを使用可能である。 Although not shown, the cover plate 16 has an opening for taking in air as an oxidant. Between the cover plate 16 and the air electrode 6, a moisturizing layer and a surface layer are disposed as necessary. The moisturizing layer is impregnated with a part of the water produced in the air electrode catalyst layer 11 to suppress water evaporation and adjust the amount of air taken in from the opening of the cover plate into the air electrode catalyst layer 11 And promotes the uniform diffusion of air. The surface layer is for adjusting the amount of air taken in, and has a plurality of air inlets whose number and size are adjusted according to the amount of air taken in. By providing such a cover plate 16, the oxidant can be naturally supplied to the cathode 6 without using a blower for supplying the oxidant. Note that the oxidizing agent is not limited to air, and a gas containing O ₂ can be used.

燃料収容部3には、膜電極接合体1に対応した液体燃料Ｆが収容されている。液体燃料Ｆとしては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料Ｆは必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料Ｆは、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部3には膜電極接合体1に応じた液体燃料Ｆが収容される。   Liquid fuel F corresponding to the membrane electrode assembly 1 is stored in the fuel storage portion 3. Examples of the liquid fuel F include methanol fuels such as methanol aqueous solutions having various concentrations and pure methanol. The liquid fuel F is not necessarily limited to methanol fuel. The liquid fuel F may be, for example, an ethanol fuel such as an ethanol aqueous solution or pure ethanol, a propanol fuel such as a propanol aqueous solution or pure propanol, a glycol fuel such as a glycol aqueous solution or pure glycol, dimethyl ether, formic acid, or other liquid fuel. In any case, liquid fuel F corresponding to the membrane electrode assembly 1 is accommodated in the fuel accommodating portion 3.

液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。ただし、複数の燃料排出口22を有する燃料分配機構2の特徴がより顕在化するのは燃料濃度が濃い場合である。このため、燃料電池は、濃度が８０％以上のメタノール水溶液もしくは純メタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。   The type and concentration of the liquid fuel are not limited. However, the characteristics of the fuel distribution mechanism 2 having a plurality of fuel discharge ports 22 become more apparent when the fuel concentration is high. For this reason, the fuel cell can particularly exhibit its performance and effects when a methanol aqueous solution or pure methanol having a concentration of 80% or more is used as the liquid fuel.

膜電極接合体1の燃料極5側には、燃料分配機構2が配置されている。燃料分配機構2は配管のような液体燃料の流路4を介して燃料収容部3と接続されている。燃料分配機構2には燃料収容部3から流路4を介して液体燃料が導入される。流路4は燃料分配機構2や燃料収容部3と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構2と燃料収容部3とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料の流路であってもよい。燃料分配機構2は流路4を介して燃料収容部3と接続されていればよい。   A fuel distribution mechanism 2 is arranged on the fuel electrode 5 side of the membrane electrode assembly 1. The fuel distribution mechanism 2 is connected to the fuel storage unit 3 via a liquid fuel flow path 4 such as a pipe. Liquid fuel is introduced into the fuel distribution mechanism 2 from the fuel storage portion 3 through the flow path 4. The flow path 4 is not limited to piping independent of the fuel distribution mechanism 2 and the fuel storage unit 3. For example, when the fuel distribution mechanism 2 and the fuel storage unit 3 are laminated and integrated, a liquid fuel flow path connecting them may be used. The fuel distribution mechanism 2 may be connected to the fuel storage unit 3 through the flow path 4.

液体燃料を燃料収容部3から燃料分配機構2まで送る機構は特に限定されるものではない。例えば、使用時の設置場所が固定される場合には、重力を利用して液体燃料を燃料収容部3から燃料分配機構2まで落下させて送液することができる。また、多孔体等を充填した流路4を用いることによって、毛細管現象で燃料収容部3から燃料分配機構2まで送液することができる。或いは、図６に示すように、流路にポンプ17を設置し、ポンプ17によって燃料収容部3から燃料分配機構2へ送液してもよい。また或いは、燃料分配機構2から膜電極接合体1への燃料供給が行われる構成とし、ポンプ17に代えて燃料遮断バルブを配置することも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。   The mechanism for sending the liquid fuel from the fuel storage unit 3 to the fuel distribution mechanism 2 is not particularly limited. For example, when the installation location at the time of use is fixed, the liquid fuel can be dropped from the fuel storage unit 3 to the fuel distribution mechanism 2 and fed using gravity. Further, by using the flow path 4 filled with a porous body or the like, liquid can be fed from the fuel storage unit 3 to the fuel distribution mechanism 2 by capillary action. Alternatively, as shown in FIG. 6, a pump 17 may be installed in the flow path, and liquid may be fed from the fuel storage unit 3 to the fuel distribution mechanism 2 by the pump 17. Alternatively, it is possible to supply fuel from the fuel distribution mechanism 2 to the membrane electrode assembly 1 and to dispose a fuel cutoff valve instead of the pump 17. In this case, the fuel cutoff valve is provided to control the supply of liquid fuel through the flow path.

燃料分配機構2は、図７に示すように、液体燃料が流路4を介して流入する少なくとも１個の燃料注入口21と、液体燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口22とを有する燃料分配板23を備えている。燃料分配板23の内部には図６に示すように、燃料注入口21から導かれた液体燃料の通路となる空隙部24が設けられている。複数の燃料排出口22は燃料通路として機能する空隙部24にそれぞれ直接接続されている。   As shown in FIG. 7, the fuel distribution mechanism 2 includes at least one fuel inlet 21 through which liquid fuel flows through the flow path 4 and a plurality of fuel outlets 22 through which liquid fuel and its vaporized components are discharged. The fuel distribution plate 23 having As shown in FIG. 6, the fuel distribution plate 23 is provided with a gap portion 24 serving as a liquid fuel passage led from the fuel injection port 21. The plurality of fuel discharge ports 22 are directly connected to the gaps 24 that function as fuel passages.

燃料注入口21から燃料分配機構2に導入された液体燃料は空隙部24に入り、この燃料通路として機能する空隙部24を介して複数の燃料排出口22にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口22には、例えば液体燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離体（図示せず）を配置してもよい。これによって、膜電極接合体1の燃料極5には液体燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構2と燃料極5との間に気液分離膜等として設置してもよい。液体燃料の気化成分は複数の燃料排出口22から燃料極5の複数個所に向けて排出される。   The liquid fuel introduced into the fuel distribution mechanism 2 from the fuel inlet 21 enters the gap 24 and is guided to the plurality of fuel discharge ports 22 via the gap 24 that functions as the fuel passage. For example, a gas-liquid separator (not shown) that transmits only the vaporized component of the liquid fuel and does not transmit the liquid component may be disposed in the plurality of fuel discharge ports 22. As a result, the vaporized component of the liquid fuel is supplied to the fuel electrode 5 of the membrane electrode assembly 1. The gas-liquid separator may be installed as a gas-liquid separation film or the like between the fuel distribution mechanism 2 and the fuel electrode 5. The vaporized component of the liquid fuel is discharged from a plurality of fuel discharge ports 22 toward a plurality of locations on the fuel electrode 5.

燃料排出口22は膜電極接合体1の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板23の燃料極5と対向する面に複数設けられている。燃料排出口22の個数は２個以上であればよいが、膜電極接合体1の面内における燃料供給量を均一化する上で、0.1〜10個/cm²の燃料排出口22が存在するように形成することが好ましい。燃料排出口22の個数が0.1個/cm²未満であると、膜電極接合体1に対する燃料供給量を十分に均一化することができない。燃料排出口22の個数を１０個/cm²を超えて形成しても、それ以上の効果が得られない。 A plurality of fuel discharge ports 22 are provided on the surface of the fuel distribution plate 23 facing the fuel electrode 5 so that fuel can be supplied to the entire membrane electrode assembly 1. The number of the fuel discharge ports 22 may be two or more, but there are 0.1 to 10 / cm ² fuel discharge ports 22 in order to equalize the fuel supply amount in the surface of the membrane electrode assembly 1. It is preferable to form as follows. If the number of the fuel discharge ports 22 is less than 0.1 / cm ² , the amount of fuel supplied to the membrane electrode assembly 1 cannot be made sufficiently uniform. Even if the number of the fuel discharge ports 22 exceeds 10 / cm ² , no further effect can be obtained.

上述した燃料分配機構2に導入された液体燃料は空隙部24を介して複数の燃料排出口22に導かれる。燃料分配機構2の空隙部24はバッファとして機能するため、複数の燃料排出口22からそれぞれ規定濃度の燃料が排出される。そして、複数の燃料排出口22は膜電極接合体1の全面に燃料が供給されるように配置されているため、膜電極接合体1に対する燃料供給量を均一化することができる。   The liquid fuel introduced into the fuel distribution mechanism 2 described above is guided to the plurality of fuel discharge ports 22 via the gaps 24. Since the gap 24 of the fuel distribution mechanism 2 functions as a buffer, fuel of a specified concentration is discharged from the plurality of fuel discharge ports 22, respectively. Since the plurality of fuel discharge ports 22 are arranged so that fuel is supplied to the entire surface of the membrane electrode assembly 1, the amount of fuel supplied to the membrane electrode assembly 1 can be made uniform.

燃料分配機構2から均一に放出された燃料は、燃料極ガス拡散層9を拡散して燃料極触媒層8に供給される。燃料としてメタノール燃料を使用する場合には、次の式（Ａ）に示すメタノールの内部改質反応を生じさせる必要がある。   The fuel released uniformly from the fuel distribution mechanism 2 diffuses through the fuel electrode gas diffusion layer 9 and is supplied to the fuel electrode catalyst layer 8. When methanol fuel is used as the fuel, it is necessary to cause an internal reforming reaction of methanol represented by the following formula (A).

ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ …式（Ａ）
内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ^＋）は、電解質膜7を伝導し、空気極触媒層11に到達する。空気極ガス拡散層12から供給される気体燃料（たとえば空気）は、空気極ガス拡散層12を拡散して、空気極触媒に供給される。空気極触媒に供給された空気は、次の式（Ｂ）に示す反応を生じる。この反応によって、水が生成され、発電反応が生じる。 CH ₃ OH + H ₂ O → CO ₂ + 6H ⁺ + 6e ⁻ Formula (A)
Protons (H ⁺ ) generated by the internal reforming reaction are conducted through the electrolyte membrane 7 and reach the air electrode catalyst layer 11. The gaseous fuel (for example, air) supplied from the air electrode gas diffusion layer 12 diffuses through the air electrode gas diffusion layer 12 and is supplied to the air electrode catalyst. The air supplied to the air electrode catalyst causes the reaction shown in the following formula (B). By this reaction, water is generated and a power generation reaction occurs.

（３／２）Ｏ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ → ３Ｈ_２Ｏ …式（Ｂ）
発電反応により生じた水は、空気極6から電解質膜7を通して燃料極触媒層8に供給される。 (3/2) O ₂ + 6H ⁺ + 6e ⁻ → 3H ₂ O Formula (B)
Water generated by the power generation reaction is supplied from the air electrode 6 to the fuel electrode catalyst layer 8 through the electrolyte membrane 7.

本実施形態では、膜電極接合体1は、燃料極ガス拡散層9の撥水度が、空気極ガス拡散層12の撥水度より低いことにより、空気極側で生成した水が効率良く燃料極側に戻るとともに、燃料極側で十分に保持されるため、前述した（Ａ）の内部改質反応の反応抵抗が小さくなり、その結果、高い出力が得られる。また、水が安定に供給されることから反応レベルが安定し、結果として安定した出力が得られる。   In the present embodiment, the membrane electrode assembly 1 is such that the water repellency of the fuel electrode gas diffusion layer 9 is lower than the water repellency of the air electrode gas diffusion layer 12, so that water generated on the air electrode side is efficiently fueled. Since it returns to the pole side and is sufficiently held on the fuel electrode side, the reaction resistance of the internal reforming reaction (A) described above is reduced, and as a result, a high output is obtained. Further, since the water is stably supplied, the reaction level is stabilized, and as a result, a stable output is obtained.

本発明に適用可能な燃料電池は、その形態から、液体燃料と酸化剤の供給をポンプなどの補器を用いて行うアクティブ型燃料電池、液体燃料の気化成分をアノードに供給するパッシブ型（内部気化型）燃料電池、前述した図６に示すセミパッシブ型の燃料電池などが挙げられる。アクティブ型燃料電池では、メタノール水溶液からなる燃料について、その量が一定になるようにポンプで調整しながらＭＥＡのアノードへ供給する一方、カソードに対しても空気をポンプで供給する方式が採られる。パッシブ型燃料電池では、ＭＥＡのアノードに気化したメタノールを自然供給で送り、一方カソードに対しても外部の空気を自然供給することで、ポンプなどの余計な機器を装備しない方式が採られる。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料収容部から膜電極接合体に供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池では、燃料を循環させないことから、アクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、セミパッシブ型の燃料電池は、燃料の供給にポンプを使用しており、内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。なお、このセミパッシブ型の燃料電池では、燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給が行われる構成であればポンプに代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられる。   The fuel cell applicable to the present invention is an active type fuel cell in which liquid fuel and oxidant are supplied by using an auxiliary device such as a pump, and a passive type (internal) that supplies vaporized components of liquid fuel to the anode. (Vaporization type) fuel cell, semi-passive type fuel cell shown in FIG. The active fuel cell employs a system in which a fuel made of an aqueous methanol solution is supplied to the anode of the MEA while being adjusted by a pump so that the amount thereof is constant, and air is also supplied to the cathode by a pump. In the passive type fuel cell, a system in which vaporized methanol is naturally supplied to the anode of the MEA and natural air is also supplied to the cathode and no extra equipment such as a pump is provided. In the semi-passive type fuel cell, the fuel supplied from the fuel storage part to the membrane electrode assembly is used for the power generation reaction, and is not circulated thereafter and returned to the fuel storage part. The semi-passive type fuel cell is different from the active method because it does not circulate the fuel, and does not impair the downsizing of the device. Moreover, the semi-passive type fuel cell uses a pump for supplying fuel, and is different from a pure passive type such as an internal vaporization type. In this semi-passive type fuel cell, a fuel cutoff valve may be arranged instead of the pump as long as fuel is supplied from the fuel storage portion to the membrane electrode assembly. In this case, the fuel cutoff valve is provided to control the supply of liquid fuel through the flow path.

（実施例１）
＜空気極の作製＞
カーボンペーパー（東レ（株）製TGP-H-090）を撥水処理した。撥水剤は、PTFE溶液（三井・デュポンフロロケミカル（株）製PTFR 31-JR）を用いた。純水でPTFE溶液を希釈して30 wt%溶液とし、この溶液中にカーボンペーパーを浸漬した後、自然乾燥し、次いで、加熱焼成してPTFEを焼結させ、撥水剤量が40 wt％の空気極ガス拡散層を得た。得られたガス拡散層に触媒スラリーを塗布し、触媒層を形成した。 Example 1
<Production of air electrode>
Carbon paper (TGP-H-090 manufactured by Toray Industries, Inc.) was water repellent treated. As the water repellent, a PTFE solution (PTFR 31-JR manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.) was used. Dilute the PTFE solution with pure water to make a 30 wt% solution, immerse the carbon paper in this solution, let it air dry, then heat calcinate to sinter the PTFE, the water repellent amount is 40 wt% The air electrode gas diffusion layer was obtained. A catalyst slurry was applied to the obtained gas diffusion layer to form a catalyst layer.

＜燃料極の作製＞
カーボンペーパー（東レ（株）製TGP-H-120）を撥水処理した。撥水剤は、PTFE溶液（三井・デュポンフロロケミカル（株）製PTFR 31-JR）を用いた。純水でPTFE溶液を希釈して3 wt%溶液とし、この溶液中にカーボンペーパーを浸漬した後、自然乾燥し、次いで加熱焼成してPTFEを焼結させ、撥水剤量が5 wt％の燃料極ガス拡散層を得た。得られたガス拡散層に触媒スラリーを塗布し、触媒層を形成した。 <Production of fuel electrode>
Carbon paper (TGP-H-120 manufactured by Toray Industries, Inc.) was water repellent treated. As the water repellent, a PTFE solution (PTFR 31-JR manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.) was used. Dilute the PTFE solution with pure water to make a 3 wt% solution, immerse the carbon paper in this solution, air dry, then heat calcinate to sinter the PTFE, the amount of water repellent is 5 wt% An anode gas diffusion layer was obtained. A catalyst slurry was applied to the obtained gas diffusion layer to form a catalyst layer.

＜膜電極接合体の作製＞
上記で得られた空気極及び燃料極の間に、固体電解質膜ナフィオン112（デュポン社製）を挟み、ホットプレスして膜電極接合体（ＭＥＡ）を作製した。 <Preparation of membrane electrode assembly>
A solid electrolyte membrane Nafion 112 (manufactured by DuPont) was sandwiched between the air electrode and the fuel electrode obtained above, and hot-pressed to produce a membrane electrode assembly (MEA).

（実施例２）
空気極ガス拡散層の撥水処理において、7 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が10 wt％の空気極ガス拡散層を得た。燃料極ガス拡散層の撥水処理において、3 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が5 wt％の燃料極ガス拡散層を得た。その他は、実施例１と同様にＭＥＡを作製した。 (Example 2)
In the water repellent treatment of the air electrode gas diffusion layer, an air electrode gas diffusion layer having a water repellent amount of 10 wt% was obtained using a 7 wt% PTFE solution. In the water repellent treatment of the fuel electrode gas diffusion layer, a fuel electrode gas diffusion layer having a water repellent amount of 5 wt% was obtained using a 3 wt% PTFE solution. Otherwise, MEA was produced in the same manner as in Example 1.

（実施例３）
空気極ガス拡散層の撥水処理において、30 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が40 wt％の空気極ガス拡散層を得た。燃料極ガス拡散層の撥水処理において、23 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が30 wt％の燃料極ガス拡散層を得た。その他は、実施例１と同様にＭＥＡを作製した。 (Example 3)
In the water repellent treatment of the air electrode gas diffusion layer, a 30 wt% PTFE solution was used to obtain an air electrode gas diffusion layer having a water repellent amount of 40 wt%. In the water repellent treatment of the fuel electrode gas diffusion layer, a fuel electrode gas diffusion layer having a water repellent amount of 30 wt% was obtained using a 23 wt% PTFE solution. Otherwise, MEA was produced in the same manner as in Example 1.

（比較例１）
空気極ガス拡散層の撥水処理において、30 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が40 wt％の空気極ガス拡散層を得た。燃料極ガス拡散層の撥水処理において、30 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が40 wt％の燃料極ガス拡散層を得た。その他は、実施例１と同様にＭＥＡを作製した。 (Comparative Example 1)
In the water repellent treatment of the air electrode gas diffusion layer, a 30 wt% PTFE solution was used to obtain an air electrode gas diffusion layer having a water repellent amount of 40 wt%. In the water repellent treatment of the fuel electrode gas diffusion layer, a fuel electrode gas diffusion layer having a water repellent amount of 40 wt% was obtained using a 30 wt% PTFE solution. Otherwise, MEA was produced in the same manner as in Example 1.

（比較例２）
空気極ガス拡散層の撥水処理において、3 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が5 wt％の空気極ガス拡散層を得た。燃料極ガス拡散層の撥水処理において、30 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が40 wt％の燃料極ガス拡散層を得た。その他は、実施例１と同様にＭＥＡを作製した。 (Comparative Example 2)
In the water repellent treatment of the air electrode gas diffusion layer, an air electrode gas diffusion layer having a water repellent amount of 5 wt% was obtained using a 3 wt% PTFE solution. In the water repellent treatment of the fuel electrode gas diffusion layer, a fuel electrode gas diffusion layer having a water repellent amount of 40 wt% was obtained using a 30 wt% PTFE solution. Otherwise, MEA was produced in the same manner as in Example 1.

（比較例３）
空気極ガス拡散層の撥水処理において、7 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が10 wt％の空気極ガス拡散層を得た。燃料極ガス拡散層の撥水処理において、10 wt%のPTFE溶液を用いて撥水剤量が15 wt％の燃料極ガス拡散層を得た。その他は、実施例１と同様にＭＥＡを作製した。 (Comparative Example 3)
In the water repellent treatment of the air electrode gas diffusion layer, an air electrode gas diffusion layer having a water repellent amount of 10 wt% was obtained using a 7 wt% PTFE solution. In the water repellent treatment of the fuel electrode gas diffusion layer, a fuel electrode gas diffusion layer having a water repellent amount of 15 wt% was obtained using a 10 wt% PTFE solution. Otherwise, MEA was produced in the same manner as in Example 1.

＜出力試験＞
上記のように作製した実施例１〜３及び比較例１〜３のＭＥＡを用いて、燃料分配機構及び燃料収容部を備えた発電ユニットを作製した。燃料収容部と燃料分配機構を連結する流路にはポンプを設置し、送液はポンプにより行った。この発電ユニットにおいて、純メタノールを燃料として用い、制御温度45℃、0.36Ｖの定電圧で出力を測定した。その結果を表１に示す。表１には、測定時間50〜250時間の平均出力と、出力の変動の標準偏差を示した。また、各実施例及び比較例のガス拡散層について、水の接触角を上記の方法によって測定し、その結果を表１に示した。

<Output test>
Using the MEAs of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 manufactured as described above, a power generation unit including a fuel distribution mechanism and a fuel storage unit was manufactured. A pump was installed in the flow path connecting the fuel storage part and the fuel distribution mechanism, and liquid feeding was performed by the pump. In this power generation unit, pure methanol was used as fuel, and the output was measured at a control temperature of 45 ° C. and a constant voltage of 0.36V. The results are shown in Table 1. Table 1 shows the average output during the measurement time of 50 to 250 hours and the standard deviation of the output fluctuation. Moreover, the contact angle of water was measured by the above method for the gas diffusion layers of each Example and Comparative Example, and the results are shown in Table 1.

表１に示すとおり、燃料極ガス拡散層の撥水剤含有量が、空気極ガス拡散層の撥水剤含有量より低い実施例１〜３は、比較例と比較して平均出力が高かった。実施例１と３は、空気極ガス拡散層の撥水剤含有量が同じであるが、燃料極ガス拡散層の撥水剤量が低い実施例１の方が高い出力が得られた。このことから、燃料極ガス拡散層の撥水剤量が低い方が、より高い出力が得られることが示された。また、実施例１と２は、燃料極ガス拡散層の撥水剤含有量が同じであるが、空気極ガス拡散層の撥水剤含有量が低い実施例２は、実施例１と比較して、標準偏差が低く、出力が安定していることが示された。   As shown in Table 1, Examples 1 to 3 in which the water repellent content of the fuel electrode gas diffusion layer was lower than the water repellent content of the air electrode gas diffusion layer were higher in average output than the comparative example. . Examples 1 and 3 had the same water repellent content in the air electrode gas diffusion layer, but higher output was obtained in Example 1 in which the water repellent amount in the fuel electrode gas diffusion layer was lower. From this, it was shown that higher output can be obtained when the water repellent amount of the fuel electrode gas diffusion layer is lower. In addition, Examples 1 and 2 have the same water repellent content in the fuel electrode gas diffusion layer, but Example 2 in which the water electrode repellent content in the air electrode gas diffusion layer is low is compared with Example 1. The standard deviation was low and the output was stable.

1…膜電極接合体（ＭＥＡ）、2…燃料分配機構、3…燃料収容部、4…流路、5…アノード（燃料極）、6…カソード（空気極）、7…電解質膜、8…燃料極触媒層、9…燃料極ガス拡散層、11…空気極触媒層、12…空気極ガス拡散層、13,14…導電層、15…Ｏリング、16…カバープレート、17…ポンプ、21…燃料注入口、22…燃料排出口、23…燃料分配板、24…空隙部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Membrane electrode assembly (MEA), 2 ... Fuel distribution mechanism, 3 ... Fuel accommodating part, 4 ... Flow path, 5 ... Anode (fuel electrode), 6 ... Cathode (air electrode), 7 ... Electrolyte membrane, 8 ... Fuel electrode catalyst layer, 9 ... Fuel electrode gas diffusion layer, 11 ... Air electrode catalyst layer, 12 ... Air electrode gas diffusion layer, 13, 14 ... Conductive layer, 15 ... O-ring, 16 ... Cover plate, 17 ... Pump, 21 ... fuel inlet, 22 ... fuel outlet, 23 ... fuel distribution plate, 24 ... gap.

Claims (4)

カソード触媒層及びカソードガス拡散層を含むカソードと、
アノード触媒層及びアノードガス拡散層を含むアノードと、
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た電解質膜と、
を具備する膜電極接合体であって、
前記アノードガス拡散層の撥水度が、前記カソードガス拡散層の撥水度より低いことを特徴とする膜電極接合体。 A cathode including a cathode catalyst layer and a cathode gas diffusion layer;
An anode comprising an anode catalyst layer and an anode gas diffusion layer;
An electrolyte membrane disposed between the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer;
A membrane electrode assembly comprising:
The membrane / electrode assembly is characterized in that the water repellency of the anode gas diffusion layer is lower than the water repellency of the cathode gas diffusion layer. 前記アノードガス拡散層中の撥水剤の量が、２０重量％以下（０重量％を含む）であることを特徴とする、請求項１に記載の膜電極接合体。   2. The membrane electrode assembly according to claim 1, wherein the amount of the water repellent in the anode gas diffusion layer is 20 wt% or less (including 0 wt%). 前記カソードガス拡散層が、５０重量％以下の撥水剤を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の膜電極接合体。   The membrane electrode assembly according to claim 1 or 2, wherein the cathode gas diffusion layer contains 50 wt% or less of a water repellent. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の膜電極接合体を具備することを特徴とする燃料電池。   A fuel cell comprising the membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 3.

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