JP2011003420A - 固体アルカリ形燃料電池用アノード電極、及びそれを用いたアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体並びに固体アルカリ形燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 多孔質かつ導電性の電極基材に触媒層の一部を充填して形成された中間層を配置することで、反応面積を増大させると共に、電極強度を良好に確保できる固体アルカリ形燃料電池用アノード電極、及びそれを用いたアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体並びに固体アルカリ形燃料電池を提供する。
【解決手段】 本発明による固体アルカリ形燃料電池用アノード電極１０は、多孔質でかつ導電性を有する電極基材５と、電極基材５上に配置された中間層４と、中間層４上に配置された触媒層２とを備える。中間層４は、触媒層２の一部が電極基材５の複数の孔に充填されて形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体アルカリ形燃料電池用アノード電極、及びそれを用いたアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体並びに固体アルカリ形燃料電池に関する。

燃料電池は、電解質の両面に電極が配置され、水素と酸素の電気化学反応により発電する電池であり、発電時に発生するのは水のみである。このように従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないために次世代のクリーンエネルギーシステムとして普及が見込まれている。その中でも特に固体高分子形燃料電池は、作動温度が低く、電解質の抵抗が少ないことに加え、活性の高い触媒を用いるので小型でも高出力を得ることができ、家庭用コージェネレーションシステム等として早期の実用化が見込まれている。

この固体高分子形燃料電池は、従来より、カチオン（Ｈ^＋）を通過させるカチオン伝導性高分子電解質膜を使用したものが知られている。一方で、近年、高分子電解質膜としてアニオン（ＯＨ⁻）を通過させるアニオン伝導性高分子電解質膜を使用したアニオン伝導性高分子形燃料電池（「固体アルカリ形燃料電池」とも呼ばれている。）の開発が加速している。

固体高分子形燃料電池の出力を向上させるためには、反応面積の増大や電極強度の向上が必要である。また固体高分子形燃料電池の組上げ・システム化や搬送を考慮すると、一体化（電解質膜‐電極接合体化＝ＭＥＡ化）は必須である。反応面積の増大を図る方法として、金属多孔体の表面・孔内に触媒粒子を担持させた電極触媒が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−２８８１４５号公報

しかしながら、これらの方法で電極を作製するにはプロセスが複雑であり、かつ電解質膜と電極触媒（電極）の接合において、金属多孔体からなる硬い電極触媒とフィルム状の電解質膜が接合しにくいという困難さから、電極強度を十分保持できないおそれがあるといった問題があった。

本発明の目的は、多孔質かつ導電性の電極基材に触媒層の一部を充填して形成した中間層を配置することで、反応面積を増大させると共に、電極強度を良好に確保できる固体アルカリ形燃料電池用アノード電極、及びそれを用いたアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体並びに固体アルカリ形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、請求項１に記載の発明は、多孔質でかつ導電性を有する電極基材と、前記電極基材上に配置された中間層と、前記中間層上に配置された触媒層とを備え、前記中間層は、前記触媒層の一部が前記電極基材の複数の孔に充填されて形成されたことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池用アノード電極である。

また、請求項２に記載の発明は、前記中間層の前記電極基材に対する厚さ方向の割合は、前記電極基材の厚さの２０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の固体アルカリ形燃料電池用アノード電極である。

また、請求項３に記載の発明は、前記触媒層の厚さは、８０μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体アルカリ形燃料電池用アノード電極である。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアノード電極と、前記電極基材上に前記触媒層を配置したカソード電極と、アニオン伝導性高分子電解質膜とを備え、前記アニオン伝導性高分子電解質膜は、前記アノード電極と前記カソード電極にそれぞれ前記触媒層を介して挟持されたことを特徴とするアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体である。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体と、前記アニオン伝導性高分子電解質膜の両面にそれぞれ前記電極を囲むように配置したガスケットと、前記各電極及び前記各ガスケットのぞれぞれの上に配置された一対のセパレータとを備えたことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池である。

本発明によれば、多孔質かつ導電性の電極基材に触媒層の一部を充填して形成した中間層を配置することで、反応面積を増大させると共に、電極強度を良好に確保できる固体アルカリ形燃料電池用アノード電極、及びそれを用いたアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体並びに固体アルカリ形燃料電池を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用アノード電極の模式的断面構造図。 本発明の第１の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用アノード電極の製造方法の説明図であって、（ａ）電極基材５を準備する工程図、（ｂ）電極基材５上に触媒層２を形成する工程図、（ｃ）加圧により触媒層２の一部を電極基材５に充填して中間層４を形成する工程図。 本発明の第２の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用アノード電極の模式的断面構造図。 本発明の第３の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体の模式的断面構造図。 本発明の第３の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体の製造方法の説明図であって、（ａ）アニオン伝導性高分子電解質膜１の両面に触媒層２，３を形成する工程図、（ｂ）触媒層２，３の上に電極基材５，６を形成し、加圧により触媒層２の一部を電極基材５に充填して中間層４を形成すると共に電極基材５，６を触媒層２，３に接合する工程図。 本発明の第３の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体の他の製造方法の説明図であって、（ａ）触媒層２，３の形成された転写基材７を触媒層２，３側が接するようにアニオン伝導性高分子電解質膜１の両面に転写する工程図、（ｂ）転写基材７を剥離する工程図、（ｃ）剥離して露出した触媒層２，３の上に電極基材５，６を形成し、加圧により触媒層２の一部を電極基材５に充填して中間層４を形成すると共に電極基材５，６を触媒層２，３に接合する工程図。 本発明の第３の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体のさらに他の製造方法の説明図であって、（ａ）触媒層２の形成された転写基材７を触媒層２側が接するように電極基材５上に転写する工程図、（ｂ）加圧により触媒層２の一部を電極基材５に充填して中間層４を形成すると共に電極基材５を触媒層２に接合する工程図、（ｃ）触媒層３を転写基材７Ａに形成してカソード側転写フィルムを作製する工程図。 本発明の第３の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体のさらに他の製造方法の説明図であって、（ｄ）アニオン伝導性高分子電解質膜１の一方の面に、図７（ｂ）で転写基材７を剥離して作製したアノード電極１０を、他方の面に図７（ｃ）の転写フィルムを転写した後、加圧する工程図、（ｅ）転写基材７Ａを剥離し、剥離して露出した触媒層３上に電極基材６を形成する工程図。 本発明の第４の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体の模式的断面構造図。 本発明の第５の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池の模式的断面構造図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態による固体アルカリ形燃料電池用アノード電極、及びそれを用いたアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体並びに固体アルカリ形燃料電池を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なり、また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることに留意すべきである。

[第１の実施の形態]
（アノード電極の構造）
本発明の第１の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用アノード電極１０は、図１に示すように、多孔質でかつ導電性を有する電極基材５と、電極基材５上に配置された中間層４と、中間層４上に配置された触媒層２とを備える。中間層４は、触媒層２の一部が電極基材５の複数の孔に充填されて形成されている。

（電極基材）
本実施の形態に係る電極基材５は、電極の基体となるものであり、多孔質でかつ導電性を有する液体拡散層としての役割を果たす。多孔質でかつ導電性の基材としては、公知のものを用いることができ、例えば、燃料電池における燃料極及び空気極を構成する各種液体及びガスの拡散層を使用することができる。このような電極基材５は、液体及びガス燃料の拡散に優れ、燃料の利用率が高まる。また、多孔質の導電性材料から構成されるため、集電効果が向上する。電極基材５の厚みは、例えば、約１５０〜１０００μｍ程度、好ましくは約２００〜８００μｍ程度である。

電極基材５の材質としては、導電性を有し、多孔質なものであり、かつ液体燃料を透過させることができる限り特に限定はされない。例えば、鉄，コバルト，ニッケル，パラジウム，銀，ルテニウム，イリジウム，モリブデン，マンガン等の金属のほか、カーボンから広く選択できる。また、電極基材５の気孔率は、例えば、約５０〜９８％程度、好ましくは約６０〜９５％程度である。

電極基材５が金属からなる場合、発泡金属体であるのがよく、触媒活性作用に優れる点から、発泡ニッケル又は発泡銀であるのが特に好ましい。発泡金属体としては、具体的には、富山住友電工株式会社製のセルメット（連続気孔を持つ金属多孔体）や、三菱マテリアル株式会社の発泡金属が挙げられる。

発泡金属体やセルメットの呼孔径は約５０〜２０００μｍ程度、好ましくは約１００〜１０００μｍ程度であることが好ましい。呼孔径が５０μｍ以下であると、後述するように、触媒担持カーボンが充填されにくく、２０００μｍ以上であると発泡金属体自身の強度が小さくなり、電極の強度が下がってしまう。

電極基材５がカーボンからなる場合、液体及びガスの拡散性並びに導電性の観点から導電性炭素が好ましい。例えば、アセチレンブラック，ファーネスブラック，チャンネルブラック，ケッチェンブラックなどのカーボンブラックのほか、黒鉛，活性炭，カーボン繊維，カーボンナノチューブ，カーボンナノワイヤー等から製造されるものが挙げられる。

（触媒層）
本実施の形態に係る触媒層２は、後述する、触媒粒子を担持させた炭素粒子及びアニオン伝導性高分子電解質を含む。

触媒及びアニオン伝導性高分子電解質の含有量（重量比）は限定的でないが、好ましくは前者：後者＝５：１〜１：４程度、より好ましくは前者：後者＝３：１〜１：３程度である。本実施の形態に係る触媒層２は、上記成分に加えてさらに、フッ素系樹脂を含有してもよい。このフッ素系樹脂を含有することにより、当該上記成分の結着性が向上し、より強固な触媒層２となると同時に撥水性を付与することができる。

フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン，ポリフッ化ビニリデン，テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体，フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体等が挙げられる。これらの中でも、より結着性及び撥水性良好な点から、ポリテトラフルオロエチレンが好ましい。

フッ素系樹脂を含有する場合の含有量は、触媒１００重量部に対して、通常約５〜２５重量部程度、好ましくは約１０〜１５重量部程度である。

触媒層２の厚みは、電極基材５の種類、後述する電解質膜の厚み等を考慮して適宜決定すればよいが、通常約８０〜２０００μｍ程度がよい。

（触媒）
本実施の形態に係る触媒は、触媒金属微粒子が担体に担持されて形成されている。触媒金属微粒子の材質としては、例えば、白金や白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、ルテニウム，パラジウム，ニッケル，モリブデン，イリジウム，鉄等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と、白金との合金等が挙げられる。また白金を使用しない触媒金属微粒子は、鉄，コバルト，ニッケル，パラジウム，セリウム及び銀からなる群から選ばれる少なくとも１種、又はこれら２種以上からなる合金である。合金である場合は、鉄，コバルト，ニッケルのうち少なくとも２種以上含有する合金微粒子が好ましい。例えば、鉄−コバルト合金，コバルト−ニッケル合金，鉄−ニッケル合金等のほか、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。これらの金属の各比率は限定的でなく、幅広い範囲から適宜選択できる。触媒金属微粒子の粒径は限定的ではないが、通常約０．０５〜２０ｎｍ程度、好ましくは、約０．１〜１０ｎｍ程度、最も好ましくは、約０．３〜５ｎｍ程度である。

触媒金属微粒子が担持される担体としては限定的でなく、公知又は市販のものが使用でき、例えば、アルミナ粒子，シリカ粒子，導電性を有する炭素粒子等が挙げられる。耐食性及び導電性が良好である観点から導電性を有する炭素粒子であるのが好ましい。導電性を有する炭素粒子としては、例えば、アセチレンブラック，ファーネスブラック，チャンネルブラック，ケッチェンブラックなどのカーボンブラックのほか、黒鉛，活性炭，カーボン繊維，カーボンナノチューブ，カーボンナノワイヤー等が挙げられる。これらを１種又は２種以上使用してもよい。

炭素粒子の比表面積は限定されないが、通常約１０〜１５００ｍ^２／ｇ程度、好ましくは、約１０〜５００ｍ^２／ｇ程度である。粒径は限定されないが、一般的には平均一次粒子径として、約０．０１〜１μｍ程度、好ましくは、約０．０１〜０．２μｍ程度である。触媒金属微粒子の担持量は、触媒金属微粒子及び担体の種類等によって適宜決定されるが、担体１００部に対して、通常約１〜８０部程度、好ましくは、約３〜５０部程度である。

（アニオン伝導性高分子電解質）
アニオン伝導性高分子電解質は、特に限定されるものではなく、アニオンとして水酸化物イオン（ＯＨ⁻）を伝導できる電解質であればよい。具体的には炭化水素系樹脂及びフッ素系樹脂のいずれかの電解質を用いることができる。

炭化水素系樹脂電解質としては、例えば、芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体のクロロメチル化物をアミノ化して得られる電解質等が挙げられる。フッ素系樹脂電解質としては、例えば、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボンポリマーの末端をジアミンで処理し４級化したポリマー，ポリクロロメチルスチレンの４級化物等のポリマー等が挙げられ、具体的には、例えば、ＦｕＭａｔｅｃｈ社製のＦｕｍｉｏｎ（登録商標）ＦＡＡ等が挙げられる。中でも、溶媒可溶性のものであるのが好ましい。

より具体的に説明すると、クロロメチル化は、芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体にクロロメチル化剤を反応させて行う。クロロメチル化剤としては、例えば、（クロロメトキシ）メタン，１，４−ビス（クロロメトキシ）ブタン，１−クロロメトキシ−４−クロロブタン，ホルムアルデヒト−塩化水素，パラホルムアルデヒト−塩化水素等が使用できる。

このようにして得られたクロロメチル化物を、アミン化合物と反応させてアニオン交換基を導入する。アミン化合物としては、例えば、モノアミン，１分子中に２個以上のアミノ基を有するポリアミン化合物等が使用できる。具体的にはアンモニアの他、メチルアミン，エチルアミン，プロピルアミン，ブチルアミン等のモノアルキルアミン；ジメチルアミン，ジエチルアミン等のジアルキルアミン；アニリン，Ｎ−メチルアニリン等の芳香族アミン；ピロリジン，ピペラジン，モルホリン等の複素環アミン等のモノアミンや、ｍ−フェニレンジアミン，ピリダジン，ピリミジン等のポリアミン化合物が使用できる。

上述したアニオン伝導性高分子電解質は、通常アルコール，エーテル等の有機溶剤や有機溶剤と水との混合溶剤に、例えば、約５〜６０％程度、好ましくは、約２０〜４０％程度の濃度で分散させて用いる。

（中間層）
本実施の形態の中間層４は、触媒層２の一部が電極基材５の複数の孔に延設して形成されている。中間層４は、例えば、電極基材５上に形成した触媒層２を加圧することにより、電極基材５に接する触媒層２の一部を電極基材５の複数の孔に充填することにより電極基材５と触媒層２を含む層として形成することができる。

中間層４の厚みは、電極基材５に対する厚さ方向の割合が触媒層２が充填される前の電極基材５の厚さの約２０％以上、好ましくは約３０％以上１００％以下、さらに好ましくは約５０％以上１００％以下である。このとき、触媒層２の厚み（電極基材５に入り込んでいない層）は、約８０μｍ以上、好ましくは約１００μｍ以上２０００μｍ以下、より好ましくは約３００μｍ以上１８００μｍ以下である。

（アノード電極の製造方法）
本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用アノード電極の製造方法の一例を、図２を参照して説明する。
（ａ）まず、図２（ａ）に示すように、発泡金属体からなる電極基材５を準備する。

（ｂ）次に、図２（ｂ）に示すように、触媒層２を以下のようにして形成する。
まず、例えば、上述した触媒及びアニオン導電性高分子電解質を粘度調整用の溶剤（溶媒）に分散させて触媒層形成用触媒組成物を調製する。この調製した触媒組成物を電極基材５上に塗布等により形成する。

次いで、触媒組成物を塗布した後、乾燥することにより、触媒層２を形成する。乾燥温度は、通常約４０〜１００℃程度、好ましくは、約６０〜８０℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常約５分〜２時間程度、好ましくは、約３０分〜１時間程度である。

粘度調整用の溶剤は限定されるものではなく、広い範囲内で適宜選択される。例えば、各種アルコール，各種エーテル、各種ジアルキルスルホキシド，水又はこれらの混合物等が挙げられる。これらの溶剤の中でも、アルコールが好ましい。アルコールとしては、例えば、メタノール，エタノール，ｎ−プロパノール，イソプロパノール，ｎ−ブタノール，ｔｅｒｔ−ブタノール等の炭素数１〜４の一価アルコール及びプロピレングリコール，ジエチレングリコール等の多価アルコールが挙げられる。

上記触媒組成物には、必要に応じてフッ素系樹脂を加えてもよい。フッ素系樹脂としては、上述したものが挙げられる。

本実施の形態に係る触媒層形成用触媒組成物の配合割合は、特に制限されず、広い範囲内で適宜選択され得る。例えば、触媒１部に対して、アニオン伝導性高分子電解質（固形分）を約０．３〜３部程度、粘度調整用の溶剤を約１〜１００部程度とすればよい。

触媒組成物の塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター，バーコーター，スプレー，ディップコーター，スピンコーター，ロールコーター，ダイコーター，カーテンコーター，スクリーン印刷，押出しコート等の一般的な方法を適用できる。

（ｃ）次に、図２（ｃ）に示すように、触媒層２及び電極基材５を加圧することにより中間層４を形成し、図１に示す固体アルカリ形燃料電池用アノード電極１０を製造することができる。加圧は、特に限定されるものでなく、一般的な方法を適用することができる。例えば、ホットプレス，ＨＩＰ（Hot Isostatic Press：熱間静水圧プレス），ＣＩＰ（Cold Isostatic Press：冷間静水圧プレス），その他一般的なプレス工程を用いることができる。

中間層４は、上述の加圧の他に、後述する塗工（ディップコート）・含浸・浸漬等の方法により形成することもできる。加圧による方法が簡便であるので好ましい。

なお、アノード電極１０は、他の方法を用いて製造してもよい。すなわち、転写基材７に触媒組成物を塗工して乾燥することにより、アノード側の触媒層付き転写フィルムを作製する。次いで、この転写フィルムを電極基材５上に転写し、加圧して中間層４を形成する。次いで、転写基材７を剥離することで、アノード電極１０を製造してもよい。加圧は、上述の方法を用いればよい。

転写基材７の材質としては、ポリイミド，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリパルバン酸アラミド，ポリアミド（ナイロン），ポリサルホン，ポリエーテルサルホン，ポリフェニレンサルファイド，ポリエーテル・エーテルケトン，ポリエーテルイミド，ポリアリレート，ポリエチレンナフタレート等の高分子フィルムが挙げることができる。

また、ポリエチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ），テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ），テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ），テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。

さらには、高分子フィルム以外に、アート紙，コート紙，軽量コート紙等の塗工紙，ノート用紙，コピー用紙等の非塗工紙等であってもよい。

転写基材７の厚さは、取り扱い性及び経済性の観点から、通常６〜１００μｍ程度、好ましくは、１０〜３０μｍ程度とするのがよい。したがって、転写基材７としては、安価で入手が容易な高分子フィルムが好ましく、ＰＥＴ等がより好ましい。

転写基材７は、表面に離型層を形成してもよい。これにより剥離性が良好となる。離型層は、例えば、化学気相成長法、物理気相成長法等の公知の方法で形成することができる。剥離性の観点から、ケイ素酸化物を用いて化学気相成長法で形成するものが好ましい。

また、アノード電極１０は、さらに他の方法を用いて製造してもよい。すなわち、電極基材５を触媒組成物に浸漬し、これを乾燥して電極基材７内に中間層４を形成する。次いで、得られた電極基材７上にさらに触媒組成物を塗工又は触媒組成物の形成された転写基材７を転写し触媒層２を形成することで、アノード電極１０を製造することができる。

本実施の形態によれば、触媒層２と電極基材５間に中間層４が形成されることにより、すなわち触媒層２が延設して電極基材５の複数の孔に入り込むことにより、燃料との反応面積を増大させることができるとともに、触媒層２と電極基材５との接合が良好となるので、電極強度を高めることが可能となる。

また、本実施の形態によれば、電極基材５が電解質膜と同じ成分を含む触媒層２を介してアニオン伝導性高分子電解質膜１と接合されるので、電極基材５と電解質膜１の接合が良好となり、電極強度を一層高めることができる。

[第２の実施の形態]
（目止め剤付きアノード電極）
本発明の第２の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用アノード電極１１は、図３に示すように、少なくとも電極基材５の複数の孔に目止め剤をさらに備え、目止め剤付き電極基材８を形成している。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。

（目止め剤）
本実施の形態に係る目止め剤は、電極基材５に充填される触媒層２の割合、すなわち、中間層４の厚みを調整するためのものである。目止め剤の材質としては、液体に溶解するものであれば、特に限定されない。好ましくは、燃料溶解性であるものがよい。すなわち、燃料がエタノール水溶液の場合は水溶解性を有する材料、アルカリ性水溶液である場合は、アルカリ溶解性を有する材料であることが好ましい。

水溶解性のものとしては、例えば、ポリビニルアルコール系樹脂，ポリエチレンオキシド系樹脂，セルロース系樹脂，澱粉系樹脂等の水溶性高分子が挙げられる。具体的には、例えば、ポリビニルアルコール，ポリエチレングリコール，カルボキシメチルセルロース，メチルセルロース等、及びこれらの金属塩が挙げられる。

アルカリ溶解性のものとして、例えば、ガラスやアルカリ溶解性樹脂，アニオン系界面活性剤等が挙げられる。好ましくはガラスを用いるのがよい。ガラスとしては、例えば二酸化ケイ素又はケイ素酸塩を含む化合物等が挙げられる。またアルカリ溶解性樹脂としては、例えばユリア樹脂，フェノール樹脂，ポリエステル樹脂，フッ素系樹脂，ウレタン樹脂等が挙げられ、アニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリカルボン酸系，アミノ酸系等が挙げられる。

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用アノード電極１１の製造方法は、目止め剤を電極基材５に形成する方法が第１の実施の形態における製造方法と異なる点であり、他は第１の実施の形態と同様であるので、重複した説明は省略する。

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用アノード電極１１の製造方法において、電極基材５に触媒層２を形成する前に予め目止め剤を充填する。目止め剤の充填方法としては、含浸，浸漬，塗布等、一般的な方法を用いることができる。次いで、目止め剤の充填された電極基材８に触媒層２を形成し、第１の実施の形態と同様にして、中間層４を形成することにより、図３に示す固体アルカリ形燃料電池用アノード電極１１を製造することができる。

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用アノード電極１１によれば、予め電極基材５に目止め剤を形成するので、所望の厚みの中間層４を形成することができる。これにより、触媒層２や電極基材５の材料を選択できる自由度が高まり、より性能の良好なアノード電極１１を製造することが可能となる。

また、本実施の形態によれば、予め電極基材５に目止め剤を形成するので、アノード側触媒層２は運転開始前まで空気との接触を抑制でき酸化されにくくなることで、触媒の劣化を防止できる。

また、本実施の形態によれば、目止め剤に燃料溶解性のものを用いるので、運転時に流入する燃料により目止め剤が洗い流されると同時に、発電を開始することが可能となる。

[第３の実施の形態]
（アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体）
本発明の第３の実施の形態に係るアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２は、図４に示すように、第１の実施の形態で示した図１と同様のアノード電極１０と、電極基材６上に触媒層３を配置したカソード電極９と、アニオン伝導性高分子電解質膜１とを備える。アニオン伝導性高分子電解質膜１は、アノード電極１０とカソード電極９にそれぞれ触媒層２，３を介して挟持されている。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので説明は省略する。

（アニオン伝導性固体高分子電解質膜）
アニオン伝導性固体高分子電解質膜１は、カソード電極９で生成したアニオン（水酸化物イオン）をアノード電極１０に伝導するためのものである。厚みは、電極基材の種類、触媒層の厚み等を考慮して適宜設定することができる。通常、例えば、約２０〜２００μｍ程度であり、好ましくは、約２５〜７５μｍ程度である。

本実施の形態に係るアニオン伝導性固体高分子電解質膜１としては、炭化水素系及びフッ素樹脂系のいずれかのアニオン伝導性固体高分子電解質膜を用いることができる。燃料に高濃度のアルカリ水溶液を用いた場合は、耐高濃度アルカリ性のフッ素樹脂系固体高分子電解質膜を使用することが好ましい。燃料に低濃度もしくはアルカリ水溶液を用いない場合は、コスト面からも炭化水素系を用いることが好ましい。これらの選択は適用するシステムにより適宜最適化することができる。

上述したアルカリ水溶液において、高濃度とは、アルカリ水溶液の種類等によって適宜変更することができるが、本実施の形態では、約２モル／リットル程度以上をいい、低濃度とは、約２モル／リットル程度未満をいう。

本実施の形態に係る炭化水素系のアニオン伝導性固体高分子電解質膜１としては、例えば、旭化成（株）製のアシプレックス（登録商標）Ａ−２０１，２１１，２２１等、トクヤマ（株）製のネオセプタ（登録商標）ＡＭ−1，ＡＨＡ等を用いることができる。また、フッ素樹脂系のアニオン伝導性固体高分子電解質膜１０としては、東ソー（株）製のトスフレックス（登録商標）ＩＥ−ＳＦ３４，ＦｕＭａｔｅｃｈ社製のＦｕｍａｐｅｍ（登録商標）ＦＡＡ等を用いることができる。

（カソード電極）
本実施の形態に係るカソード電極９は、上述の触媒及びアニオン伝導性高分子電解質を混合して形成した触媒層３をガス拡散層としての電極基材６上に配置して構成される。

カソード電極９の電極基材６の材質としては、上述したアノード電極１０の電極基材５と同様のものを用いることができる。カソード電極９及びアノード電極１０に用いる材質は、同じであっても又異なっていてもよく、燃料電池の構成、性能等を考慮して適宜組み合わせて用いることができる。

本実施の形態に係るアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２の製造方法は、以下に示す通りである。すなわち、図５（ａ）に示すように、アニオン伝導性高分子電解質膜１の両面に触媒層形成用触媒組成物を直接塗布及び乾燥して触媒層２，３を形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、触媒層２，３の上に電極基材５，６を形成し、加圧により触媒層２の一部を電極基材５に充填して中間層４を形成すると共に電極基材５，６を触媒層２，３に接合することにより製造することができる。

なお、上述の方法或いは次に示す他の方法では、カソード側電極基材６に呼孔径の小さいものを使用した場合、カソード側電極基材６中には中間層が形成されないが、カソード側に中間層が形成されなくても、ガス拡散性には影響がなく、性能は保持できる。一方、カソード側電極基材６中に中間層が形成された場合は、アノード側と同様に反応面積の増大が期待される。

なお、本実施の形態に係るアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２の製造方法は、上述の方法に限定されるものではなく、他の製造方法により製造してもよい。すなわち、図６（ａ）に示すように、触媒層２，３の形成された転写基材７を触媒層２，３側が接するようにアニオン伝導性高分子電解質膜１の両面に転写する。

次に、図６（ｂ）に示すように、転写基材７を剥離した後、図６（ｃ）に示すように、剥離で露出した触媒層２，３の上に電極基材５，６を形成し、加圧することで触媒層２の一部を電極基材５に充填して中間層４を形成すると共に、電極基材５，６を触媒層２，３に接合することにより製造することもできる。

また、本実施の形態に係るアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２はさらに他の製造方法により製造することもできる。すなわち、図７（ａ）に示すように、触媒層２の形成された転写基材７を触媒層２側が接するように電極基材５上に転写する。

次に、図７（ｂ）に示すように、加圧により触媒層２の一部を電極基材５に充填して中間層４を形成すると共に電極基材５を触媒層２に接合する。次いで、転写基材７を剥離してアノード電極１０を作製する。

次に、図７（ｃ）に示すように、触媒層３の形成された転写基材７Ａに触媒層３が形成された転写フィルムを準備する。

次に、図７（ｄ）に示すように、アニオン伝導性高分子電解質膜１の一方の面に触媒層３が接するように転写フィルムを転写し、他方の面にアノード電極１０を触媒層２が接するように形成する。

最後に、図７（ｅ）に示すように、カソード側触媒層３上にカソード側電極基材６を形成することにより、図４に示すアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２製造することができる。

本実施の形態によれば、多孔質かつ伝導性の電極基材５に触媒層２の一部を充填して形成された中間層４を配置することで、反応面積を増大させると共に、電極強度を良好に確保できるアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２を提供することができる。

[第４の実施の形態]
（アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体）
本発明の第４の実施の形態に係るアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１３は、図８に示すように、第３の実施の形態に係るアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２において、アノード電極１０及びカソード電極９のそれぞれの触媒層２，３とアニオン伝導性高分子電解質膜１間に接着層１４をさらに配置して構成される。その他の構成は、第３の実施の形態と同様であるので説明は省略する。

（接着層）
本実施の形態に係る接着層１４は、アニオン伝導性高分子電解質膜１と触媒層２，３を接合するためのものである。接着層１４の厚さは、接着層として機能すれば特に限定されないが、例えば、約２〜２０μｍである。接着層１４の厚さが２μｍ未満であると、触媒層２，３と電解質膜１との接着強度が不足し、２０μｍを超えると電解質膜１の電気抵抗が高くなるので好ましくない。

接着層１４の材質としては、アニオンとしてＯＨ⁻を伝導できる分散液であれば、特に限定はされない。例えば、アニオン伝導性高分子電解質の炭化水素系樹脂やフッ素系樹脂等の電解質を溶剤に分散させた分散液等を挙げることができる。好ましくはアニオン伝導性高分子電解質膜１に使用するアニオン伝導性高分子電解質を用いるのがよい。

接着層１４に、導電性炭素繊維や触媒等の導電性を有する材料を添加してもよい。導電性を有する材料を添加することにより、電解質膜１と触媒層２，３間の密着性が高まるだけでなく、導電性も向上し、ひいては電池の抵抗値が低下することが期待される。

本実施の形態に係るアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１３は、アニオン伝導性高分子電解質膜１の両面に接着層１４を形成し、接着層１４を介してアノード電極１０及びカソード電極９を接着することにより製造することもできる。

接着層１４のアニオン伝導性高分子電解質膜１への形成方法は限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター，バーコーター，スプレー，ディップコーター，スピンコーター，ロールコーター，ダイコーター，カーテンコーター，スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。

本実施の形態に係るアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１３によれば、接着層１４を介してアノード電極１０及びカソード電極９を形成するので、複雑な工程がなく、簡便に電解質膜と電極とを一体化することができる共に、電極強度を向上させることができる。

[第５の実施の形態]
（固体アルカリ形燃料電池）
本発明の第５の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池２０は、図９に示すように、第３の実施の形態で示した図４と同様のアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２と、アニオン伝導性高分子電解質膜１の両面にそれぞれ電極９，１０を囲むように配置したガスケット２１と、各電極９，１０及び各ガスケット２１のぞれぞれの上に配置された一対のセパレータ１６，１７とを備える。その他の構成は、第４の実施の形態と同様であるので説明は省略する。

（ガスケット）
ガスケット２１は、電極９，１０からの燃料や酸化剤の外部への漏出を防止すると共に、電極９，１０を固定するためのものである。ガスケット２１の材質としては、熱・アルカリに耐えうる強度及び耐食性を保ち、かつ、外部に燃料及び酸化剤を漏出しない程度のガスバリア性を有していれば特に限定されない。例えば、ポリエチレンテレフタレートシートやテフロン（登録商標）シート，シリコンゴムシート等を例示することができる。

（セパレータ）
セパレータ１６は、燃料をアノード電極１０に供給するためのものであり、燃料を流通するための燃料流路１８を有する。一方、セパレータ１７は、酸化剤ガスをカソード電極９に供給するためのものであり、酸化剤ガスを流通するための酸化剤ガス流路１９を有する。

セパレータ１６，１７の材質としては、燃料電池２０内の環境においても安定な導電性を有するものであればよい。一般的には、カーボン板に流路を形成したものが用いられる。また、セパレータ１６，１７は、ステンレススチール等の金属により構成し、その金属の表面にクロム，白金族金属又はその酸化物，導電性ポリマーなどの導電性材料からなる被膜を形成したものであってもよい。同様に、金属によって構成し、その金属の表面に銀，白金族の複合酸化物，窒化クロム等の材料によるメッキ処理を施したもの等も使用可能である。

なお、セパレータ１６，１７は、燃料電池２０を複数個積層して構成した燃料電池に用いる場合、集電体としての機能を有することができる。

（燃料）
燃料としては、メタノール，エタノール，プロパノール等の１価アルコールや、エチレングリコール，プロピレングリコール等の多価アルコール等のアルコールを挙げることができる。燃料の水溶液には、アルカリ水溶液を用いるのが好ましい。アルカリ水溶液としては、例えば、ＫＯＨ溶液，ＮａＯＨ溶液等が挙げられる。これらアルカリ源と燃料とを混合して燃料水溶液を調製する。

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池２０の製造方法は、ガスケット２１及びセパレータ１６，１７をアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２に形成する方法が第４の実施の形態における製造方法と異なる点であり、他は第４の実施の形態と同様であるので、重複した説明は省略する。

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池２０の製造方法において、ガスケット２１をアノード電極１０及びカソード電極９を囲むように形成した後、燃料流路１８が形成されたセパレータ１６を燃料流路１８がアノード電極１０側に接するように形成し、酸化剤ガス流路１９が形成されたセパレータ１７を酸化剤ガス流路１９がカソード電極９側に接するように形成することにより、図９に示す固体アルカリ形燃料電池２０を製造することができる。

（動作原理）
本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池２０は、以下に示すようにして、発電させることができる。

まず、酸化剤ガス流路１９を介して、カソード電極９側に酸素（Ｏ_２）を供給し、燃料流路１８を介して、アノード電極１０側に燃料となる、例えば、エタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）をＫＯＨ水溶液と混合した燃料水溶液を供給する。カソード電極９においては、アニオン伝導性高分子電解質膜１を介して到達した水（Ｈ_２Ｏ）と、外部回路１５を介して到達した電子（ｅ⁻）とが、カソード電極９側の触媒層３の触媒により、供給した酸素と反応して水酸化物イオン（ＯＨ⁻）を生成し、式（１）の還元反応が進行する。
カソード電極：Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ ・・・（１）

生成した水酸化物イオンは、アニオン伝導性高分子電解質膜１を介してカソード電極９側からアノード電極１０側へ移動する。そして、アノード電極１０側においては、触媒層２及び中間層４の触媒により、アニオン伝導性高分子電解質膜１を通過した水酸化物イオンと燃料であるエタノールとが反応して電子を生成し、式（２）の酸化反応が進行する。
アノード電極：（１/３）Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋４ＯＨ⁻→（２/３）ＣＯ_２＋３Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻・・・（２）

生成した電子は、アノード電極１０側から外部回路１５を介してカソード電極９側に移動し、カソード電極９へ供給される。全体として、エタノールが酸素により酸化されて二酸化炭素と水が生成する式（３）の電池反応が進行し、発電が行われる。
電池反応：（１/３）Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ＋Ｏ_２→（２/３）ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ ・・・（３）

アノード電極１０側で発生した二酸化炭素は、残余のエタノール水溶液とともに外部に排出される。また、カソード電極９側に生じた水は、残余の酸素とともに水蒸気として外部に排出される。

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池２０には、アニオン伝導性高分子電解質膜１が設けられている。そのため、高い電解質膜強度と有機燃料の透過（例えば、エタノールクロスオーバー）を抑制して高い発電効率を有する固体アルカリ形燃料電池２０を得ることができる。

本実施の形態によれば、多孔質かつ導電性の電極基材５，６に触媒層２の一部を充填して形成された中間層４を配置することで、反応面積を増大させると共に、電極強度を良好に確保できる固体アルカリ形燃料電池２０を提供することができる。

[その他の実施の形態]
以上、上述した第１乃至第５の実施の形態によって本発明を詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した第１乃至第５の実施の形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更形態として実施することができる。従って、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。

以下において、本発明を実施例に基づいて更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更実施可能である。

［実施例１］
（触媒層形成用触媒組成物）
まず、芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体のクロロメチル化合物をアミノ化することにより、５質量％アニオン（水酸化物イオン）伝導性高分子電解質１００ｇを得た。

次に、銀触媒担持カーボン（銀担持量：４０質量％、Ｅ−ＴＥＫ社製）２ｇに、イソプロピルアルコール１０ｇ、エタノール１０ｇ、６０質量％ポリテトラフルオロエチレン分散液（アルドリッチ社製）０．２ｇ、上記で得られた５質量％アニオン伝導性高分子電解質２０ｇ及び水６ｇを加え、これらを分散機にて攪拌混合することにより、カソード電極９側の触媒層形成用触媒組成物を調製した。

また、ニッケル触媒担持カーボン（Ｎｉ担持量：４０質量％）２ｇに、イソプロピルアルコール１０ｇ、エタノール１０ｇ、６０質量％ポリテトラフルオロエチレン分散液（アルドリッチ社製）０．２ｇ、上記で得られた５質量％アニオン伝導性高分子電解質２０ｇ及び水６ｇを加え、これらを分散機にて攪拌混合することにより、アノード電極１０側の触媒層形成用触媒組成物を調製した。

（電解質膜−電極接合体）
次に、カソード側触媒組成物及びアノード側触媒組成物をそれぞれ転写基材７（ＰＥＴフィルム：Ｅ３１２０ 東洋紡績株式会社製：厚さ１２μｍ）上に金属量として、カソード側には銀を、アノード側にはニッケルを、乾燥後の重量がそれぞれ４ｍｇ／ｃｍ^２、２０ｍｇ／ｃｍ^２となるように塗工した後、１００℃で１５分間乾燥させることにより両電極の転写フィルムを作製した。

次に、アニオン伝導性高分子電解質膜１としては、Ａｃｉｐｌｅｘ Ａ−２２１（厚さ１３０〜１９０μｍ：旭化成株式会社製）を用い、６０×６０ｍｍの大きさに切断されたものを使用した。この電解質膜の両面に上記のアニオン伝導性高分子電解質を、厚さが５μｍとなるようにアプリケータ塗工して、６０℃で乾燥することにより、接着層１４を形成した。

次に、アノード側の転写フィルム（５０×５０ｍｍ）を電極基材５である５０×５０ｍｍの液体拡散層（ニッケル発泡体セルメット：富山住友電工株式会社製、＃８：呼孔径４５０μｍ、厚さ８００μｍ）上に配置し、日機装社製プレス機を用いてＣＩＰ（加圧条件：２５℃、６０秒、１ｔoｎ）を行った後、転写基材７を剥離して、アノード電極１０を作製した。

次に、電解質膜１の両面に上記で作製したカソード側の転写フィルム（５０×５０ｍｍ）と、アノード電極１０（５０×５０ｍｍ）を配置した後、圧力５ＭＰa、温度６０℃、５分間の条件で熱圧着した後、転写基材７を剥離して、電解質膜−触媒層積層体を作製した。

次いで、カソード側触媒層３上に電極基材６である５０×５０ｍｍのガス拡散層（カーボンクロス ＬＴ−１２００Ｗ：Ｅ−ＴＥＫ社製）を積層して、実施例１のアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２を作製した。

［実施例２］
ＣＩＰの加圧条件を２５℃、６０秒、２ｔoｎにした以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２を作製した。

［実施例３］
ＣＩＰの加圧条件を２５℃、６０秒、４ｔoｎにした以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２を作製した。

［実施例４］
実施例１におけるアノード側のニッケルの乾燥後の重量を４０ｍｇ／ｃｍ^２とし、ＣＩＰの加圧条件を２５℃、６０秒、２ｔoｎにした以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２を作製した。

［実施例５］
実施例１におけるアノード側のニッケルの乾燥後の重量を４０ｍｇ／ｃｍ^２とし、ＣＩＰの加圧条件を２５℃、６０秒、４ｔoｎにした以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２を作製した。

［実施例６］
実施例１におけるアノード側のニッケルの乾燥後の重量を４０ｍｇ／ｃｍ^２とし、液体拡散層に三菱マテリアル社製の発泡ニッケル（呼孔径１５０μｍ、厚さ８００μｍ）を用いて、ＣＩＰの加圧条件を２５℃、６０秒、２ｔoｎにした以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２を作製した。

［実施例７］
実施例１におけるアノード側のニッケルの乾燥後の重量を４０ｍｇ／ｃｍ^２とし、液体拡散層に富山住友電工株式会社製のニッケル発泡体セルメット（♯４：呼孔径９００μｍ、厚さ８００μｍ）を用いて、ＣＩＰの加圧条件を２５℃、６０秒、２ｔoｎにした以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２を作製した。

［実施例８］
実施例１のアノード側触媒組成物に５０×５０ｍｍの液体拡散層（ニッケル発泡体セルメット：富山住友電工株式会社製、＃８：呼孔径４５０μｍ、厚さ８００μｍ）を浸漬し、アノード側のニッケルを乾燥後の重量が４ｍｇ／ｃｍ^２となるようにディップコートした後、１００℃で１５分間乾燥させることによりアノード電極１０を作製した以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２を作製した。

［実施例９］
アニオン伝導性高分子電解質膜１に接着層１４を形成しないで、ＣＩＰの加圧条件を２５℃、６０秒、２ｔoｎにした以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２を作製した。

［実施例１０］
アノード電極１０の作製時に、ＣＩＰ処理に代えて、一軸プレス（加圧条件：２５℃、６０秒、１００ＭＰａ、ミカド機器販売（株）製中圧プレス機）を行った以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２を作製した。

［実施例１１］
実施例１のアノード側の転写フィルムを、実施例８と同様にして作製したアノード電極１０の上に配置し、圧力５ＭＰａ、温度６０℃、５分間の条件で熱圧着し、次いで転写基材７を剥離してアノード電極１０を作製した以外は、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２を作製した。

［実施例１２］
接着層１４に、上記のアニオン伝導性高分子電解質５ｇに、気相成長法炭素繊維（ＶＧＣＦ：昭和電工株式会社製）１ｇを混合したアニオン伝導性高分子電解質溶液を用いた。アニオン伝導性高分子電解質膜１の両面に、上記で混合したアニオン伝導性高分子電解質溶液を、厚さ５μｍとなるようにアプリケーター塗工して、６０℃で乾燥することにより、接着層１４を形成した。

接着層１４が異なる点及びＣＩＰの加圧条件を２５℃、６０秒、２ｔoｎにした以外、実施例１と同様にしてアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２を形成した。

［比較例１］
アノード電極１０の形成時に、ＣＩＰ処理を行わない以外、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２を作製した。

［比較例２］
液体拡散層（ニッケル発泡体セルメット：富山住友電工株式会社製、＃８：呼孔径４５０μｍ）にアノード側の転写フィルムを形成しないでアノード電極１０を作製した以外、実施例１と同様にして、アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２を作製した。

（層厚の測定）
実施例１〜１２及び比較例１，２で得られたアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２のアノード電極１０の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope ：走査型電子顕微鏡）を用いて観察し、触媒層２及び中間層４の厚さを測定した。

実施例１〜１２では、触媒層２の一部が電極基材５に入り込み、中間層４を形成しているのが確認できた。それぞれの触媒層２及び中間層４の厚さは、表１に示す通りである。

（性能評価）
実施例１〜１２及び比較例１，２で得られたアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２の両面にそれぞれガスケット２１及びセパレータ１６，１７を配置して、図１０に示すような固体アルカリ形燃料電池２０を作製し、電池性能評価を実施した。性能評価は、燃料電池セルの最高出力密度及び無負荷抵抗値について行った。

性能評価をするための運転条件は、セル温度を６０℃とし、使用燃料は、１０質量％水酸化カリウム水溶液と１０質量％エタノールの混合水溶液を用い、酸化剤ガスとして酸素ガスを用いた。

性能評価は、以下のようにして行った。すなわち、燃料電池２０の作動温度を約６０℃に設定し、カソード電極９側セパレータ１７の酸化剤ガス流路１９には酸素ガス、アノード電極１０側セパレータ１６の燃料流路１８には１０質量％水酸化カリウム水溶液と１０質量％エタノールの混合水溶液を供給することにより行った。結果を表１に示す。

表１に示すように、出力密度については、実施例１〜１２は、いずれも比較例２に比べ高い値を示した。なお、比較例１では液体燃料の拡散により触媒層が崩壊し、電池測定が不可能となった。一方、無負荷抵抗値については、実施例１〜１２は、実施例８を除いていずれも比較例２に比べ低い値を示した。実施例８は、電解質膜１と触媒層２との接触抵抗が大きくなったため比較例２より高い値を示したが、上述したように、出力密度は高い値を示している。なお、実施例８は、アノード側触媒層２の厚さが８０μｍと薄く、電解質膜１と接合する触媒層２表面は、電極基材５の凹凸形状の影響を受け、接触抵抗に上昇がみられたものと考えらる。

以上のことから、本発明によるアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体１２は、電極強度が向上し、優れた電池性能を有することがわかった。

本発明は、固体アルカリ形燃料電池に関連した技術分野に好適に適用され得る。

１・・・アニオン伝導性高分子電解質膜
２・・・アノード側触媒層
３・・・カソード側触媒層
４・・・中間層
５・・・電極基材（液体拡散層）
６・・・電極基材（ガス拡散層）
７，７Ａ・・・転写基材
８・・・目止め剤付き電極基材
９・・・カソード電極
１０・・・アノード電極
１１・・・目止め剤付きアノード電極
１２，１３・・・アニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体
１４・・・接着層
１５・・・外部回路
１６，１７・・・セパレータ
１８・・・燃料流路
１９・・・酸化剤ガス流路
２０・・・固体アルカリ形燃料電池
２１・・・ガスケット

Claims (5)

1. 多孔質でかつ導電性を有する電極基材と、
   前記電極基材上に配置された中間層と、
   前記中間層上に配置された触媒層とを備え、
   前記中間層は、前記触媒層の一部が前記電極基材の複数の孔に充填されて形成されたことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池用アノード電極。
2. 前記中間層の前記電極基材に対する厚さ方向の割合は、前記電極基材の厚さの２０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の固体アルカリ形燃料電池用アノード電極。
3. 前記触媒層の厚さは、８０μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体アルカリ形燃料電池用アノード電極。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のアノード電極と、
   前記電極基材上に前記触媒層を配置したカソード電極と、
   アニオン伝導性高分子電解質膜と
   を備え、前記アニオン伝導性高分子電解質膜は、前記アノード電極と前記カソード電極にそれぞれ前記触媒層を介して挟持されたことを特徴とするアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体。
5. 請求項４に記載のアニオン伝導性高分子電解質膜−電極接合体と、
   前記アニオン伝導性高分子電解質膜の両面にそれぞれ前記電極を囲むように配置したガスケットと、
   前記各電極及び前記各ガスケットのぞれぞれの上に配置された一対のセパレータと
   を備えたことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池。

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