ダイレクトメタノール型燃料電池用複合シート
【課題】メタノール拡散性に優れ、燃料カートリッジからのメタノール水溶液送出部が比較的小さな面積であっても、拡散浸透効果によってアノードに大面積でメタノールを供給することが可能なダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートを提供する。
【解決手段】ポリオレフィン系樹脂層と、前記ポリオレフィン系樹脂層の少なくとも一方の主面に連続的に形成された吸水拡散性繊維織布層とを有するダイレクトメタノール型燃料電池用複合シート。
【解決手段】ポリオレフィン系樹脂層と、前記ポリオレフィン系樹脂層の少なくとも一方の主面に連続的に形成された吸水拡散性繊維織布層とを有するダイレクトメタノール型燃料電池用複合シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
メタノール拡散性に優れ、燃料カートリッジからのメタノール水溶液送出部が比較的小さな面積であっても、拡散浸透効果によってアノードに大面積でメタノールを供給することが可能なダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノートＰＣ、ビデオカメラ等の携帯用小型電子機器の多機能化に伴い、消費電力や連続使用時間が増加しており、携帯用小型電子機器に搭載される電池の高エネルギー密度化が強く要望されている。
【０００３】
現在、携帯用小型電子機器の電源としては、主にリチウム二次電池が使用されているが、リチウム二次電池は、エネルギー密度６００Ｗｈ／Ｌ程度で限界を迎えると予測されているため、リチウム二次電池に替わる電源として、固体高分子電解質膜を用いた燃料電池の早期実用化が期待されている。
【０００４】
燃料電池の中でも、ダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）は、燃料であるメタノール又はメタノール水溶液を、水素に改質せずに、そのままセル内部に供給して発電することが可能であり、活発な研究開発が行われている。また、ダイレクトメタノール型燃料電池は、メタノールの持つ理論エネルギー密度の高さ、システムの簡素化、燃料貯蔵のしやすさ等の面から、さらに注目を集めている。
ダイレクトメタノール型燃料電池では、一般的に、ポンプやファン等の拡散補器を用いてメタノール水溶液を供給する方法が行われている。
【０００５】
しかしながら、ポンプやファン等の拡散補器を使用すると、システム全体の小型化が阻害されてしまうため、これら使用せずに、より簡素化、小型化した燃料供給システムが求められている。
【０００６】
このような燃料供給システムとしては、毛管現象等の自然拡散を利用することにより、高効率でメタノール水溶液を供給する方法が研究されており、例えば、特許文献１には、多孔体からなる燃料浸透板を設置することにより、毛管現象を利用してメタノールをアノードへ導く方法が開示されている。また、特許文献２には、発泡体、繊維束、不織繊維等からなる燃料導入体が開示されており、ポリウレタン発泡体等の発泡体が用いられている。
【０００７】
しかしながら、これらの方法では、メタノールの拡散性が不十分なため、燃料カートリッジからの液流路と浸透板との接触面を大きくする必要があり、小型化しにくいという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−９３５４０号公報
【特許文献２】特開２００３−３６８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記現状に鑑み、メタノール拡散性に優れ、燃料カートリッジからのメタノール水溶液送出部が比較的小さな面積であっても、拡散浸透効果によってアノードに大面積でメタノールを供給することが可能なダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ポリオレフィン系樹脂層と、前記ポリオレフィン系樹脂層の少なくとも一方の主面に連続的に形成された吸水拡散性繊維織布層とを有するダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートである。
以下に本発明を詳述する。
【００１１】
本発明者らは、鋭意検討した結果、ダイレクトメタノール型燃料電池に用いるシートを、ポリオレフィン系樹脂層と、上記ポリオレフィン系樹脂層の少なくとも一方の主面に連続的に形成された吸水拡散性繊維織布層とを有する構成とすることで、メタノールによる劣化や変形を防止しつつ、極めてメタノール拡散性の高い複合シートとなるため、より高電流密度での発電特性を実現可能なダイレクトメタノール型燃料電池が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートは、ポリオレフィン系樹脂層と、上記ポリオレフィン系樹脂層の少なくとも一方の主面に連続的に形成された吸水拡散性繊維織布層とを有する。
上記ポリオレフィン系樹脂は、疎水性を有することから、メタノールの拡散性能に寄与するとともに、得られるシートが強度の高いものとなる。
【００１３】
上記ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、α−オレフィンの単独重合体、α−オレフィンを主成分とする異種単量体との共重合体であり、具体的には例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンと１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、１−オクテン、１−デセン等、炭素原子数４〜１０のα−オレフィンとの共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−メタアクリル酸エステル共重合体、エチレン−酢酸ビニル−メタアクリル酸エステル共重合体、アイオノマー樹脂等が挙げられる。
これらのなかではポリプロピレンが好ましい。
【００１４】
上記ポリオレフィン系樹脂の融点（ＤＳＣの吸熱ピーク温度による）の好ましい下限は９８℃、好ましい上限は２００℃である。上記ポリオレフィン系樹脂の融点が９８℃未満であると、燃料電池ユニット自体の発熱で変形や溶融による構造破壊、機能劣化を生じることがある。上記ポリオレフィン系樹脂の融点が２００℃を超えると、複合シートの加工温度が高くなるため、高温での複合化加工が必要になり製造装置及び製造コストが高くなる場合がある。
【００１５】
上記ポリオレフィン系樹脂の数平均分子量の好ましい下限は３０００、好ましい上限は６００００である。数平均分子量を上記範囲内とすることで、メタノールの拡散性能に優れるダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートを得ることができる。本明細書において、数平均分子量とはゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定されたものをいう。
【００１６】
上記ポリオレフィン系樹脂層に用いられるポリオレフィン系樹脂としては、上述した組成を有するポリオレフィン系樹脂を単独で用いてもよく、上述した組成を有する２種以上のポリオレフィン系樹脂を併用してもよい。また、上記ポリオレフィン系樹脂層が２層以上である場合は、上記ポリオレフィン系樹脂は異なる組成のものとしてもよいが、変形等によるトラブルを抑制するため、同一の組成とすることが好ましい。
【００１７】
本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートにおける上記ポリオレフィン系樹脂の含有量の下限は１０重量％、上限は４５重量％である。上記ポリオレフィン系樹脂の含有量が１０重量％未満であると、メタノールの拡散性能が低下したり、メタノール透過抵抗が不十分となることで燃料電池の出力低下を引き起こすことがあり好ましくない。また、４５重量％を超えるとメタノールの厚み方向への透過性が低下する。上記ポリオレフィン系樹脂の含有量の好ましい下限は１５重量％、好ましい上限は４０重量％である。なお、上記ポリオレフィン系樹脂の含有量は、単位面積あたりの含有量を表す。
上記ポリオレフィン系樹脂層には、本発明の本質を損なわない範囲内で、酸化防止剤、熱安定剤等の公知の添加剤を添加してもよい。
本発明の吸水拡散性繊維織布層に用いられる吸水拡散性繊維について説明する。
【００１８】
以下、水、メタノール、メタノール水溶液、これらを包含してメタノール等ということがある。また、本発明における吸水拡散という語の吸水とは、水を吸うという限定的な意味だけではなく、メタノール等を吸うことも包含して指している。
【００１９】
合成繊維が吸水拡散性繊維として用いられる場合、単糸の断面形状がＷ、Ｚ、Ｍ、波型、等の異型断面繊維の原糸及び／又は加工糸、多孔質繊維（空孔率５％〜４０％） の原糸及び／又は加工糸が用いられる。この場合単糸が２ｄｔｅｘ以下の原糸及び／又は加工糸が用いられる。
【００２０】
異型断面繊維の単糸の異型度は、１．２以上２．２以下、さらに１．４以上２．２以下が好ましい。１．２以上であると丸断面よりも吸水拡散性のバランスの優れたものとなり、２．２を超えると紡糸性等の製造安定性に劣るので好ましくない。ここでいう異型度は、異型繊維単糸の断面積と周長（周囲の長さ）を算出し、次に同じ断面積を持つ真円の半径を求め、そこからその真円の周長を算出し、次式により求められる。
異型度＝ 異型繊維の周長／ 異型繊維と同じ断面積の真円の周長
【００２１】
メタノール等の通り道を多くして吸水拡散性を高めるには、図１のように異型度１．４以上２．２以下、好ましくは１．５以上で且つθ１〜θ３が６０°以上１６０°以下、好ましくは１２０°以上１５０°以下としたＷ型断面のフィラメントにするとよい。また、このＷ 型断面糸の単糸を０．３〜２ｄｔｅｘにしたものを用いた布帛はメタノール拡散性に優れる傾向がある。このＷ断面繊維が重なり合ったときにできる細かい毛細管により、毛管吸引力が大きくなるものと推測される。ここで、単糸繊度が０．３ｄｔｅｘよりも小さくなると紡糸が難しくなる傾向があり、２ｄｔｅｘより大きくなるとメタノール拡散性が悪化する傾向がある。
【００２２】
吸水拡散性繊維は合成繊維であることが好ましい。合成繊維は繊維基質による吸水性が無いが物理的な要素、つまり捲縮によるメタノール等の保持性、単繊維間の毛管現象、異型断面による表面積増大効果等による吸水拡散性を持たせることができるからである。前記合成繊維としては特に、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレートなどのホモポリマー、これらポリマーとのポリエステル共重合体などの繊維形成性を有するポリエステル系重合体からなる繊維が好ましく用いられるが、これに限定されるものではない。当該繊維素材の特性としては、ポリオレフィン系樹脂と溶融複合化工程で複合化されるため、該ポリオレフィン系樹脂を複合化する工程の加熱温度で溶融しないことが要求される。また、吸水拡散性繊維織布層の熱セット工程や熱プレス工程での加熱温度で完全に溶融しないことが要求される。前記温度で溶融してしまうと吸水拡散性に寄与する繊維断面形状が保たれないからである。また、８０℃以下の燃料電池内の使用条件において、メタノール等に溶解しないことが必要である。市販で入手できるこのような合成繊維の吸水拡散性繊維としては、旭化成せんい株式会社社製のポリエステル系繊維、テクノファイン（登録商標）、東レ株式会社製のＣＥＯα（セオ・アルファ）（登録商標）等があげられる。
【００２３】
さらに合成繊維の原糸に捲縮加工を施して捲縮を与えると、メタノール等の保持性を高めた合成繊維を得ることができる。但しこの場合、低捲縮すなわち捲縮伸長率が１５％以下であるとよい。高捲縮であると、メタノール等を保持するスペースは増すが、逆にメタノール等の拡散性が低下することになるからである。このように合成繊維の形状や糸加工条件を適切に選定すれば、吸水性と拡散性のバランスに優れたものとなる。さらに吸水拡散性繊維としてセルロース繊維と合成繊維によるセルロース複合糸を用いると、メタノール等との親和性が増し、より好ましい。
【００２４】
また上記以外にも、繊維基質そのものが吸水性を有する繊維であるビスコースレーヨン、キュプラレーヨン等の再生セルロース繊維、木綿、麻、羊毛等天然繊維を紡績糸、長繊維糸、加工糸の形態で用いることができる。これらの繊維基質そのものによる吸水性が得られる繊維は、蒸気状のメタノール等も吸水拡散することができるため好ましい。その中でも、高い撚り係数値を持つ単繊維長が比較的長く緻密に紡績されている綿糸や再生セルロース長繊維糸は、高い吸水拡散性を得ることができる。再生セルロース長繊維において、単糸が１０ｄｔｅｘを越えるものは膨潤が著しく繊維表面積が少なくなるため拡散性に劣るので好ましくない。
本発明の吸水拡散性繊維織布層を構成する繊維の総繊度は、２０〜１００ｄｔｅｘ、好ましくは３０〜９０ｄｔｅｘである。
【００２５】
また前記繊維は、無撚糸で用いられることもできるが、繊維の収束性を向上させるために、撚糸加工やインターレース加工が施されていたり、仮撚加工等が施されていることがより好ましい。撚糸加工する場合、１０〜１５００Ｔ／ｍが好ましく、１００〜８００Ｔ／ｍが特に好ましい。
【００２６】
前記のような範囲で撚糸加工することで、吸水拡散性繊維の収束性が向上し、前記繊維長さ方向のメタノール拡散性は改良され、適度なメタノール等の保持性も確保できる。
【００２７】
本発明の吸水拡散性繊維織布層の織物組織としては、平織、畳織、綾織、朱子織など公知の織組織が適用できる。何れの織組織を採用するかは所望の拡散方向性、要求物性などによって適宜決定することができるが、高密度で薄い織布を得やすいことから、特に平織組織とすることが好ましい。
【００２８】
製織後の生機は、精練により繊維油剤等の不純物を除去された後、リラックス工程、及び、熱セット工程を経ることができる。さらに通常の幅出し熱セット工程等に加えて、熱プレス工程を経ることが好ましい。熱プレス加工により、前記吸水拡散性繊維織布の吸水拡散性をさらに改良することができる。
【００２９】
前記吸水拡散性繊維織布層の繊維間に形成される空隙の大きさのバラツキが小さくできるため、ポリオレフィン系樹脂が熱溶融して含浸される際に含浸ムラが生じにくくなるだけでなく、含浸される厚み方向の深さのバラツキも小さくなり、ポリオレフィン系樹脂層の界面における凹凸が小さくなる。その結果、得られるダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートのメタノール拡散性が大幅に向上する。
【００３０】
本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートの総厚みの上限は０．３ｍｍが好ましく、より好ましい上限は０．２ｍｍである。上記総厚みが０．３ｍｍを超えると、メタノール拡散性が低下する。好ましい下限は０．０１ｍｍである。上記総厚みが０．０１ｍｍを下回るとメタノールの拡散にムラが生じやすい。より好ましい下限は０．０５ｍｍ、より好ましい上限は０．１７ｍｍである。
【００３１】
本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートの具体的構成としては、ポリオレフィン系樹脂層（Ａ）、吸水拡散性繊維織布層（Ｂ）が、（Ａ）／（Ｂ）又は（Ｂ）／（Ａ）のように積層された２層構造であってもよく、また、（Ａ）／（Ｂ）／（Ａ）又は（Ｂ）／（Ａ）／（Ｂ）のように積層された３層構造であってもよく、（Ａ）／（Ｂ）／（Ａ）／（Ｂ）の４層構造であってもよい。なかでも、燃料供給側の面を吸水拡散性繊維織布層（Ｂ）とすることが好ましい。
【００３２】
本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートは、吸水拡散性繊維織布からなるシートとポリオレフィン系樹脂からなるシートとを熱融着によって一体的に積層してなることが好ましい。このような方法で得られるダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートは、吸水拡散性繊維織布層とポリオレフィン系樹脂層とが接合部で一体化した構造となり、その結果、メタノールの拡散性能を大幅に向上させることができる。特に積層界面は、多孔状になったポリオレフィン樹脂が吸水拡散性繊維織布を構成する繊維の間に含浸された構成であることが好ましい。
【００３３】
上記吸水拡散性繊維織布からなるシートの坪量としては特に限定されないが、好ましい下限は３０ｇ／ｍ２、好ましい上限は８５ｇ／ｍ２である。上記吸水拡散性繊維織布からなるシートの坪量が３０ｇ／ｍ２未満であると、メタノール供給時にムラが生じることがあり、８５ｇ／ｍ２を超えると、十分なメタノール拡散効果が得られないことがある。
【００３４】
上記吸水拡散性繊維織布からなるシートの厚みとしては特に限定されないが、好ましい下限は０．０５ｍｍ、好ましい上限は０．１８ｍｍである。上記吸水拡散性繊維織布からなるシートの厚みが０．０５ｍｍ未満又は０．１８ｍｍを超えると、十分なメタノール拡散効果が得られないことがある。
【００３５】
上記ポリオレフィン系樹脂からなるシートの坪量としては特に限定されないが、好ましい下限は５ｇ／ｍ２、好ましい上限は４５ｇ／ｍ２である。上記ポリオレフィン系樹脂からなるシートの坪量が５ｇ／ｍ２未満であると、メタノール供給時にムラが生じることがあり、４５ｇ／ｍ２を超えると、メタノールの透過を阻害することがある。
【００３６】
上記ポリオレフィン系樹脂からなるシートの厚みとしては特に限定されないが、好ましい下限は０．０５ｍｍ、好ましい上限は０．７５ｍｍである。上記ポリオレフィン系樹脂からなるシートの厚みが０．０５ｍｍ未満又は０．７５ｍｍを超えると、十分なメタノール拡散効果が得られないことがある。
【００３７】
上記ポリオレフィン系樹脂からなるシートの形態としては、例えば、スパンボンド不織布シート、湿式抄紙不織布シート、湿式紡糸不織布シート、メルトブローン不織布シート等の不織布シート、フィルム延伸による多孔シート、発泡多孔シート等が挙げられる。
【００３８】
また、上記吸水拡散性繊維織布からなるシートとポリオレフィン系樹脂からなるシートとを熱融着によって一体的に複合化することにより、ポリオレフィン系樹脂からなるシートが吸水拡散性繊維織布からなるシートとの接合部分において、空孔を塞ぐことなく、高い密着力で容易に融着固定することができる。
【００３９】
上記熱融着する際の加工温度は、ポリオレフィン系樹脂の融点よりも高い温度で行われるが、上記ポリオレフィン系樹脂の融点よりも低い温度で融着させることもできる。
【００４０】
本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートを製造する方法としては特に限定されないが、例えば、上述のように、吸水拡散性繊維織布からなるシートとポリオレフィン系樹脂からなるシートとを熱融着によって一体的に積層する方法が挙げられる。
【００４１】
具体的には例えば、加熱された一対の加熱ローラの内部に、吸水拡散性繊維織布からなるシートとポリオレフィン系樹脂からなるシートとを重ねたシートを通過させ、ニッピング圧力を掛けながら、所定の速度で通過させる方法等が挙げられる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、メタノール拡散性に優れ、燃料カートリッジからのメタノール水溶液送出部が比較的小さな面積であっても、拡散浸透効果によってアノードに大面積でメタノールを供給することが可能なダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートを提供することができる。
【００４３】
また、高濃度メタノール水溶液の効率的な拡散供給が可能なだけでなく、薄層化することができ、さらに、繊維を利用した自然拡散を利用することでポンプやファン等の拡散補機を使用する必要がなくなるため、小型のダイレクトメタノール型燃料電池に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】代表的な吸水拡散性繊維を構成する単糸の断面形状を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
（吸水拡散性繊維織布シート１の作製）
【００４６】
経糸、緯糸共に、単糸断面形状がW型のポリエステルマルチフィラメント糸５６ｄｔｅｘ、３０フィラメント（旭化成せんい株式会社製、テクノファイン（登録商標））を甘撚（約５００T／ｍ）で用い、平織組織に製織された生機を精練・リラックス工程にて４０〜９８℃の浴槽で油剤を除去し、乾熱による幅出しセットの後、ホットプレス機を用いて１９０℃３０秒間の熱プレスセットを行い、経糸５４本／２．５４ｃｍ、緯糸５４本／２．５４ｃｍに仕上げ、吸水拡散性織布シート１（厚み０．１１ｍｍ、坪量４８ｇ／ｍ２）を得た。
【００４７】
ここでシート厚みは、デジタル厚み計（ミツトヨ社製、測定部φ２０ｍｍ）を用いて測定した。シート坪量は、２５ｍｍ×２００ｍｍの試験片の重さを測定し１ｍ２当りの重量に換算した。以下、各シート厚み、各シート坪量は同様に測定した。
（吸水拡散性繊維織布シート２の作製）
【００４８】
経糸５４本／２．５４ｃｍ、緯糸８０本／２．５４ｃｍに仕上げる以外は吸水拡散性繊維織布シート１と同様にして、吸水拡散性繊維織布シート２（厚み０．１１ｍｍ、坪量５２ｇ／ｍ２）を得た。
（吸水拡散性繊維織布シート３の作製）
【００４９】
経糸１０８本／２．５４ｃｍ、緯糸１０８本／２．５４ｃｍに仕上げる以外は吸水拡散性繊維織布シート１と同様にして、吸水拡散性繊維織布シート３（厚み０．１５ｍｍ、坪量６５ｇ／ｍ２）を得た。
（実施例１）
【００５０】
吸水拡散性繊維織布シート１のメタノール供給面とは反対側の主面に、ホモポリプロピレンからなる不織布シート（融点１６４℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量３０ｇ／ｍ２、厚み０．３０ｍｍ）を載置し、ホットプレス機を用いて１５０℃で３秒間加熱することにより、熱融着させた。総厚み０．１１ｍｍ、ポリプロピレン含有量が３８重量％の複合シートを得た。
（実施例２）
【００５１】
吸水拡散性繊維織布シート１のメタノール供給面となる主面に、ホモポリプロピレンからなる不織布シート（融点１６４℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量３０ｇ／ｍ２、厚み０．３０ｍｍ）を載置し、ホットプレス機を用いて１５０℃で３秒間加熱することにより、熱融着させた。総厚み０．１１ｍｍ、ポリプロピレン含有量が３８重量％の複合シートを得た。
（実施例３）
【００５２】
吸水拡散性繊維織布シート２のメタノール供給面とは反対側の主面に、ホモポリプロピレンからなる不織布シート（融点１６４℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量２０ｇ／ｍ２、厚み０．１９ｍｍ）を載置し、ホットプレス機を用いて１５０℃で３秒間加熱することにより、熱融着させた。総厚み０．１１ｍｍ、ポリプロピレン含有量が２８重量％の複合シートを得た。
（実施例４）
【００５３】
吸水拡散性繊維織布シート３のメタノール供給面とは反対側の主面に、高密度ポリエチレンからなる不織布シート（融点１２９℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量２０ｇ／ｍ２、厚み０．１９ｍｍ）を載置し、ホットプレス機を用いて１３５℃で３秒間加熱することにより、熱融着させた。総厚み０．１５ｍｍ、高密度ポリエチレン含有量が２３．５重量％の複合シートを得た。
（実施例５）
【００５４】
吸水拡散性繊維織布シート１のメタノール供給面とは反対側の主面に、ホモポリプロピレンからなる不織布シート（融点１６４℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量１０ｇ／ｍ２、厚み０．１０ｍｍ）を載置し、ホットプレス機を用いて１５０℃で３秒間加熱することにより、熱融着させた。総厚み０．１１ｍｍ、ポリプロピレン含有量が１７重量％の複合シートを得た。
（比較例１）
【００５５】
吸水拡散性繊維織布シート２のメタノール供給面とは反対側の主面に、ホモポリプロピレンからなる不織布シート（融点１６４℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量５ｇ／ｍ２、厚み０．０７ｍｍ）を載置し、ホットプレス機を用いて１５０℃で３秒間加熱することにより、熱融着させた。総厚み０．１１ｍｍ、ポリプロピレン含有量が９重量％の複合シートを得た。
（比較例２）
【００５６】
吸水拡散性繊維織布シート２のメタノール供給面とは反対側の主面に、ホモポリプロピレンからなる不織布シート（融点１６４℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量４５ｇ／ｍ２、厚み０．３４ｍｍ）を載置し、ホットプレス機を用いて１５０℃で３秒間加熱することにより、熱融着させた。総厚み０．１２ｍｍ、ポリプロピレン含有量が４６重量％の複合シートを得た。
（比較例３）
吸水拡散性繊維織布シート３を用いた。
（比較例４）
吸水拡散性繊維織布シート２を用いた。
（比較例５）
吸水拡散性繊維織布シート１を用いた。
（比較例６）
ホモポリプロピレンからなる不織布シート（融点１６４℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量１０ｇ／ｍ２、厚み０．１０ｍｍ、１層）を用いた。
（評価）
（メタノール透過拡散性試験）
【００５７】
実施例及び比較例で得られたシートについて、シートを内径７６ｍｍ、外径８６ｍｍ、高さ２０ｍｍの円形枠状に載置し、第一層（メタノールＩＮ側）面の５ｍｍ上から、マイクロピペットを用いて少量の青色インクで着色した特級メタノール試薬を１０μＬ滴下した。滴下後、シート上を目視にて観察し、青色の部分をメタノールの浸透によるものと判断して以下の基準で評価した。
（メタノール透過性）
○：滴下面（表）と反対面（裏）の青色部分形状が楕円又は円形であり、かつ、裏の青色部分面積が表と同等以上の場合
ムラ：表裏の青色部分形状がモザイク状で、裏の青色部分面積が小さい場合
（メタノール透過抵抗）
メタノール試薬の滴下量を５０μＬとし、２０秒以内に滴下完了させた際の、滴下反対面（裏）の液滴の生成状況を観察し、以下の基準で評価した。なお、当該試験は４０℃９０％ＲＨの恒温恒湿環境下で行った。
○：液滴の生成なし
×：液滴の生成あり
液滴を生成する場合、メタノール透過抵抗が不十分であり、過度のメタノール供給による燃料電池出力の低下を引き起こす可能性があるため、不適と判断した。
【００５８】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、メタノール拡散性に優れ、燃料カートリッジからのメタノール水溶液送出部が比較的小さな面積であっても、拡散浸透効果によってアノードに大面積でメタノールを供給することが可能なダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートを提供できる。
【００６０】
また、高濃度メタノール水溶液の効率的な拡散供給が可能なだけでなく、薄層化することができ、さらに、繊維を利用した自然拡散を利用することでポンプやファン等の拡散補機を使用する必要がなくなるため、小型のダイレクトメタノール型燃料電池に好適に用いることができる。
【技術分野】
【０００１】
メタノール拡散性に優れ、燃料カートリッジからのメタノール水溶液送出部が比較的小さな面積であっても、拡散浸透効果によってアノードに大面積でメタノールを供給することが可能なダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノートＰＣ、ビデオカメラ等の携帯用小型電子機器の多機能化に伴い、消費電力や連続使用時間が増加しており、携帯用小型電子機器に搭載される電池の高エネルギー密度化が強く要望されている。
【０００３】
現在、携帯用小型電子機器の電源としては、主にリチウム二次電池が使用されているが、リチウム二次電池は、エネルギー密度６００Ｗｈ／Ｌ程度で限界を迎えると予測されているため、リチウム二次電池に替わる電源として、固体高分子電解質膜を用いた燃料電池の早期実用化が期待されている。
【０００４】
燃料電池の中でも、ダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）は、燃料であるメタノール又はメタノール水溶液を、水素に改質せずに、そのままセル内部に供給して発電することが可能であり、活発な研究開発が行われている。また、ダイレクトメタノール型燃料電池は、メタノールの持つ理論エネルギー密度の高さ、システムの簡素化、燃料貯蔵のしやすさ等の面から、さらに注目を集めている。
ダイレクトメタノール型燃料電池では、一般的に、ポンプやファン等の拡散補器を用いてメタノール水溶液を供給する方法が行われている。
【０００５】
しかしながら、ポンプやファン等の拡散補器を使用すると、システム全体の小型化が阻害されてしまうため、これら使用せずに、より簡素化、小型化した燃料供給システムが求められている。
【０００６】
このような燃料供給システムとしては、毛管現象等の自然拡散を利用することにより、高効率でメタノール水溶液を供給する方法が研究されており、例えば、特許文献１には、多孔体からなる燃料浸透板を設置することにより、毛管現象を利用してメタノールをアノードへ導く方法が開示されている。また、特許文献２には、発泡体、繊維束、不織繊維等からなる燃料導入体が開示されており、ポリウレタン発泡体等の発泡体が用いられている。
【０００７】
しかしながら、これらの方法では、メタノールの拡散性が不十分なため、燃料カートリッジからの液流路と浸透板との接触面を大きくする必要があり、小型化しにくいという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−９３５４０号公報
【特許文献２】特開２００３−３６８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記現状に鑑み、メタノール拡散性に優れ、燃料カートリッジからのメタノール水溶液送出部が比較的小さな面積であっても、拡散浸透効果によってアノードに大面積でメタノールを供給することが可能なダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ポリオレフィン系樹脂層と、前記ポリオレフィン系樹脂層の少なくとも一方の主面に連続的に形成された吸水拡散性繊維織布層とを有するダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートである。
以下に本発明を詳述する。
【００１１】
本発明者らは、鋭意検討した結果、ダイレクトメタノール型燃料電池に用いるシートを、ポリオレフィン系樹脂層と、上記ポリオレフィン系樹脂層の少なくとも一方の主面に連続的に形成された吸水拡散性繊維織布層とを有する構成とすることで、メタノールによる劣化や変形を防止しつつ、極めてメタノール拡散性の高い複合シートとなるため、より高電流密度での発電特性を実現可能なダイレクトメタノール型燃料電池が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートは、ポリオレフィン系樹脂層と、上記ポリオレフィン系樹脂層の少なくとも一方の主面に連続的に形成された吸水拡散性繊維織布層とを有する。
上記ポリオレフィン系樹脂は、疎水性を有することから、メタノールの拡散性能に寄与するとともに、得られるシートが強度の高いものとなる。
【００１３】
上記ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、α−オレフィンの単独重合体、α−オレフィンを主成分とする異種単量体との共重合体であり、具体的には例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンと１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、１−オクテン、１−デセン等、炭素原子数４〜１０のα−オレフィンとの共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、エチレン−メタアクリル酸エステル共重合体、エチレン−酢酸ビニル−メタアクリル酸エステル共重合体、アイオノマー樹脂等が挙げられる。
これらのなかではポリプロピレンが好ましい。
【００１４】
上記ポリオレフィン系樹脂の融点（ＤＳＣの吸熱ピーク温度による）の好ましい下限は９８℃、好ましい上限は２００℃である。上記ポリオレフィン系樹脂の融点が９８℃未満であると、燃料電池ユニット自体の発熱で変形や溶融による構造破壊、機能劣化を生じることがある。上記ポリオレフィン系樹脂の融点が２００℃を超えると、複合シートの加工温度が高くなるため、高温での複合化加工が必要になり製造装置及び製造コストが高くなる場合がある。
【００１５】
上記ポリオレフィン系樹脂の数平均分子量の好ましい下限は３０００、好ましい上限は６００００である。数平均分子量を上記範囲内とすることで、メタノールの拡散性能に優れるダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートを得ることができる。本明細書において、数平均分子量とはゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定されたものをいう。
【００１６】
上記ポリオレフィン系樹脂層に用いられるポリオレフィン系樹脂としては、上述した組成を有するポリオレフィン系樹脂を単独で用いてもよく、上述した組成を有する２種以上のポリオレフィン系樹脂を併用してもよい。また、上記ポリオレフィン系樹脂層が２層以上である場合は、上記ポリオレフィン系樹脂は異なる組成のものとしてもよいが、変形等によるトラブルを抑制するため、同一の組成とすることが好ましい。
【００１７】
本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートにおける上記ポリオレフィン系樹脂の含有量の下限は１０重量％、上限は４５重量％である。上記ポリオレフィン系樹脂の含有量が１０重量％未満であると、メタノールの拡散性能が低下したり、メタノール透過抵抗が不十分となることで燃料電池の出力低下を引き起こすことがあり好ましくない。また、４５重量％を超えるとメタノールの厚み方向への透過性が低下する。上記ポリオレフィン系樹脂の含有量の好ましい下限は１５重量％、好ましい上限は４０重量％である。なお、上記ポリオレフィン系樹脂の含有量は、単位面積あたりの含有量を表す。
上記ポリオレフィン系樹脂層には、本発明の本質を損なわない範囲内で、酸化防止剤、熱安定剤等の公知の添加剤を添加してもよい。
本発明の吸水拡散性繊維織布層に用いられる吸水拡散性繊維について説明する。
【００１８】
以下、水、メタノール、メタノール水溶液、これらを包含してメタノール等ということがある。また、本発明における吸水拡散という語の吸水とは、水を吸うという限定的な意味だけではなく、メタノール等を吸うことも包含して指している。
【００１９】
合成繊維が吸水拡散性繊維として用いられる場合、単糸の断面形状がＷ、Ｚ、Ｍ、波型、等の異型断面繊維の原糸及び／又は加工糸、多孔質繊維（空孔率５％〜４０％） の原糸及び／又は加工糸が用いられる。この場合単糸が２ｄｔｅｘ以下の原糸及び／又は加工糸が用いられる。
【００２０】
異型断面繊維の単糸の異型度は、１．２以上２．２以下、さらに１．４以上２．２以下が好ましい。１．２以上であると丸断面よりも吸水拡散性のバランスの優れたものとなり、２．２を超えると紡糸性等の製造安定性に劣るので好ましくない。ここでいう異型度は、異型繊維単糸の断面積と周長（周囲の長さ）を算出し、次に同じ断面積を持つ真円の半径を求め、そこからその真円の周長を算出し、次式により求められる。
異型度＝ 異型繊維の周長／ 異型繊維と同じ断面積の真円の周長
【００２１】
メタノール等の通り道を多くして吸水拡散性を高めるには、図１のように異型度１．４以上２．２以下、好ましくは１．５以上で且つθ１〜θ３が６０°以上１６０°以下、好ましくは１２０°以上１５０°以下としたＷ型断面のフィラメントにするとよい。また、このＷ 型断面糸の単糸を０．３〜２ｄｔｅｘにしたものを用いた布帛はメタノール拡散性に優れる傾向がある。このＷ断面繊維が重なり合ったときにできる細かい毛細管により、毛管吸引力が大きくなるものと推測される。ここで、単糸繊度が０．３ｄｔｅｘよりも小さくなると紡糸が難しくなる傾向があり、２ｄｔｅｘより大きくなるとメタノール拡散性が悪化する傾向がある。
【００２２】
吸水拡散性繊維は合成繊維であることが好ましい。合成繊維は繊維基質による吸水性が無いが物理的な要素、つまり捲縮によるメタノール等の保持性、単繊維間の毛管現象、異型断面による表面積増大効果等による吸水拡散性を持たせることができるからである。前記合成繊維としては特に、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレートなどのホモポリマー、これらポリマーとのポリエステル共重合体などの繊維形成性を有するポリエステル系重合体からなる繊維が好ましく用いられるが、これに限定されるものではない。当該繊維素材の特性としては、ポリオレフィン系樹脂と溶融複合化工程で複合化されるため、該ポリオレフィン系樹脂を複合化する工程の加熱温度で溶融しないことが要求される。また、吸水拡散性繊維織布層の熱セット工程や熱プレス工程での加熱温度で完全に溶融しないことが要求される。前記温度で溶融してしまうと吸水拡散性に寄与する繊維断面形状が保たれないからである。また、８０℃以下の燃料電池内の使用条件において、メタノール等に溶解しないことが必要である。市販で入手できるこのような合成繊維の吸水拡散性繊維としては、旭化成せんい株式会社社製のポリエステル系繊維、テクノファイン（登録商標）、東レ株式会社製のＣＥＯα（セオ・アルファ）（登録商標）等があげられる。
【００２３】
さらに合成繊維の原糸に捲縮加工を施して捲縮を与えると、メタノール等の保持性を高めた合成繊維を得ることができる。但しこの場合、低捲縮すなわち捲縮伸長率が１５％以下であるとよい。高捲縮であると、メタノール等を保持するスペースは増すが、逆にメタノール等の拡散性が低下することになるからである。このように合成繊維の形状や糸加工条件を適切に選定すれば、吸水性と拡散性のバランスに優れたものとなる。さらに吸水拡散性繊維としてセルロース繊維と合成繊維によるセルロース複合糸を用いると、メタノール等との親和性が増し、より好ましい。
【００２４】
また上記以外にも、繊維基質そのものが吸水性を有する繊維であるビスコースレーヨン、キュプラレーヨン等の再生セルロース繊維、木綿、麻、羊毛等天然繊維を紡績糸、長繊維糸、加工糸の形態で用いることができる。これらの繊維基質そのものによる吸水性が得られる繊維は、蒸気状のメタノール等も吸水拡散することができるため好ましい。その中でも、高い撚り係数値を持つ単繊維長が比較的長く緻密に紡績されている綿糸や再生セルロース長繊維糸は、高い吸水拡散性を得ることができる。再生セルロース長繊維において、単糸が１０ｄｔｅｘを越えるものは膨潤が著しく繊維表面積が少なくなるため拡散性に劣るので好ましくない。
本発明の吸水拡散性繊維織布層を構成する繊維の総繊度は、２０〜１００ｄｔｅｘ、好ましくは３０〜９０ｄｔｅｘである。
【００２５】
また前記繊維は、無撚糸で用いられることもできるが、繊維の収束性を向上させるために、撚糸加工やインターレース加工が施されていたり、仮撚加工等が施されていることがより好ましい。撚糸加工する場合、１０〜１５００Ｔ／ｍが好ましく、１００〜８００Ｔ／ｍが特に好ましい。
【００２６】
前記のような範囲で撚糸加工することで、吸水拡散性繊維の収束性が向上し、前記繊維長さ方向のメタノール拡散性は改良され、適度なメタノール等の保持性も確保できる。
【００２７】
本発明の吸水拡散性繊維織布層の織物組織としては、平織、畳織、綾織、朱子織など公知の織組織が適用できる。何れの織組織を採用するかは所望の拡散方向性、要求物性などによって適宜決定することができるが、高密度で薄い織布を得やすいことから、特に平織組織とすることが好ましい。
【００２８】
製織後の生機は、精練により繊維油剤等の不純物を除去された後、リラックス工程、及び、熱セット工程を経ることができる。さらに通常の幅出し熱セット工程等に加えて、熱プレス工程を経ることが好ましい。熱プレス加工により、前記吸水拡散性繊維織布の吸水拡散性をさらに改良することができる。
【００２９】
前記吸水拡散性繊維織布層の繊維間に形成される空隙の大きさのバラツキが小さくできるため、ポリオレフィン系樹脂が熱溶融して含浸される際に含浸ムラが生じにくくなるだけでなく、含浸される厚み方向の深さのバラツキも小さくなり、ポリオレフィン系樹脂層の界面における凹凸が小さくなる。その結果、得られるダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートのメタノール拡散性が大幅に向上する。
【００３０】
本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートの総厚みの上限は０．３ｍｍが好ましく、より好ましい上限は０．２ｍｍである。上記総厚みが０．３ｍｍを超えると、メタノール拡散性が低下する。好ましい下限は０．０１ｍｍである。上記総厚みが０．０１ｍｍを下回るとメタノールの拡散にムラが生じやすい。より好ましい下限は０．０５ｍｍ、より好ましい上限は０．１７ｍｍである。
【００３１】
本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートの具体的構成としては、ポリオレフィン系樹脂層（Ａ）、吸水拡散性繊維織布層（Ｂ）が、（Ａ）／（Ｂ）又は（Ｂ）／（Ａ）のように積層された２層構造であってもよく、また、（Ａ）／（Ｂ）／（Ａ）又は（Ｂ）／（Ａ）／（Ｂ）のように積層された３層構造であってもよく、（Ａ）／（Ｂ）／（Ａ）／（Ｂ）の４層構造であってもよい。なかでも、燃料供給側の面を吸水拡散性繊維織布層（Ｂ）とすることが好ましい。
【００３２】
本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートは、吸水拡散性繊維織布からなるシートとポリオレフィン系樹脂からなるシートとを熱融着によって一体的に積層してなることが好ましい。このような方法で得られるダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートは、吸水拡散性繊維織布層とポリオレフィン系樹脂層とが接合部で一体化した構造となり、その結果、メタノールの拡散性能を大幅に向上させることができる。特に積層界面は、多孔状になったポリオレフィン樹脂が吸水拡散性繊維織布を構成する繊維の間に含浸された構成であることが好ましい。
【００３３】
上記吸水拡散性繊維織布からなるシートの坪量としては特に限定されないが、好ましい下限は３０ｇ／ｍ２、好ましい上限は８５ｇ／ｍ２である。上記吸水拡散性繊維織布からなるシートの坪量が３０ｇ／ｍ２未満であると、メタノール供給時にムラが生じることがあり、８５ｇ／ｍ２を超えると、十分なメタノール拡散効果が得られないことがある。
【００３４】
上記吸水拡散性繊維織布からなるシートの厚みとしては特に限定されないが、好ましい下限は０．０５ｍｍ、好ましい上限は０．１８ｍｍである。上記吸水拡散性繊維織布からなるシートの厚みが０．０５ｍｍ未満又は０．１８ｍｍを超えると、十分なメタノール拡散効果が得られないことがある。
【００３５】
上記ポリオレフィン系樹脂からなるシートの坪量としては特に限定されないが、好ましい下限は５ｇ／ｍ２、好ましい上限は４５ｇ／ｍ２である。上記ポリオレフィン系樹脂からなるシートの坪量が５ｇ／ｍ２未満であると、メタノール供給時にムラが生じることがあり、４５ｇ／ｍ２を超えると、メタノールの透過を阻害することがある。
【００３６】
上記ポリオレフィン系樹脂からなるシートの厚みとしては特に限定されないが、好ましい下限は０．０５ｍｍ、好ましい上限は０．７５ｍｍである。上記ポリオレフィン系樹脂からなるシートの厚みが０．０５ｍｍ未満又は０．７５ｍｍを超えると、十分なメタノール拡散効果が得られないことがある。
【００３７】
上記ポリオレフィン系樹脂からなるシートの形態としては、例えば、スパンボンド不織布シート、湿式抄紙不織布シート、湿式紡糸不織布シート、メルトブローン不織布シート等の不織布シート、フィルム延伸による多孔シート、発泡多孔シート等が挙げられる。
【００３８】
また、上記吸水拡散性繊維織布からなるシートとポリオレフィン系樹脂からなるシートとを熱融着によって一体的に複合化することにより、ポリオレフィン系樹脂からなるシートが吸水拡散性繊維織布からなるシートとの接合部分において、空孔を塞ぐことなく、高い密着力で容易に融着固定することができる。
【００３９】
上記熱融着する際の加工温度は、ポリオレフィン系樹脂の融点よりも高い温度で行われるが、上記ポリオレフィン系樹脂の融点よりも低い温度で融着させることもできる。
【００４０】
本発明のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートを製造する方法としては特に限定されないが、例えば、上述のように、吸水拡散性繊維織布からなるシートとポリオレフィン系樹脂からなるシートとを熱融着によって一体的に積層する方法が挙げられる。
【００４１】
具体的には例えば、加熱された一対の加熱ローラの内部に、吸水拡散性繊維織布からなるシートとポリオレフィン系樹脂からなるシートとを重ねたシートを通過させ、ニッピング圧力を掛けながら、所定の速度で通過させる方法等が挙げられる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、メタノール拡散性に優れ、燃料カートリッジからのメタノール水溶液送出部が比較的小さな面積であっても、拡散浸透効果によってアノードに大面積でメタノールを供給することが可能なダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートを提供することができる。
【００４３】
また、高濃度メタノール水溶液の効率的な拡散供給が可能なだけでなく、薄層化することができ、さらに、繊維を利用した自然拡散を利用することでポンプやファン等の拡散補機を使用する必要がなくなるため、小型のダイレクトメタノール型燃料電池に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】代表的な吸水拡散性繊維を構成する単糸の断面形状を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
（吸水拡散性繊維織布シート１の作製）
【００４６】
経糸、緯糸共に、単糸断面形状がW型のポリエステルマルチフィラメント糸５６ｄｔｅｘ、３０フィラメント（旭化成せんい株式会社製、テクノファイン（登録商標））を甘撚（約５００T／ｍ）で用い、平織組織に製織された生機を精練・リラックス工程にて４０〜９８℃の浴槽で油剤を除去し、乾熱による幅出しセットの後、ホットプレス機を用いて１９０℃３０秒間の熱プレスセットを行い、経糸５４本／２．５４ｃｍ、緯糸５４本／２．５４ｃｍに仕上げ、吸水拡散性織布シート１（厚み０．１１ｍｍ、坪量４８ｇ／ｍ２）を得た。
【００４７】
ここでシート厚みは、デジタル厚み計（ミツトヨ社製、測定部φ２０ｍｍ）を用いて測定した。シート坪量は、２５ｍｍ×２００ｍｍの試験片の重さを測定し１ｍ２当りの重量に換算した。以下、各シート厚み、各シート坪量は同様に測定した。
（吸水拡散性繊維織布シート２の作製）
【００４８】
経糸５４本／２．５４ｃｍ、緯糸８０本／２．５４ｃｍに仕上げる以外は吸水拡散性繊維織布シート１と同様にして、吸水拡散性繊維織布シート２（厚み０．１１ｍｍ、坪量５２ｇ／ｍ２）を得た。
（吸水拡散性繊維織布シート３の作製）
【００４９】
経糸１０８本／２．５４ｃｍ、緯糸１０８本／２．５４ｃｍに仕上げる以外は吸水拡散性繊維織布シート１と同様にして、吸水拡散性繊維織布シート３（厚み０．１５ｍｍ、坪量６５ｇ／ｍ２）を得た。
（実施例１）
【００５０】
吸水拡散性繊維織布シート１のメタノール供給面とは反対側の主面に、ホモポリプロピレンからなる不織布シート（融点１６４℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量３０ｇ／ｍ２、厚み０．３０ｍｍ）を載置し、ホットプレス機を用いて１５０℃で３秒間加熱することにより、熱融着させた。総厚み０．１１ｍｍ、ポリプロピレン含有量が３８重量％の複合シートを得た。
（実施例２）
【００５１】
吸水拡散性繊維織布シート１のメタノール供給面となる主面に、ホモポリプロピレンからなる不織布シート（融点１６４℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量３０ｇ／ｍ２、厚み０．３０ｍｍ）を載置し、ホットプレス機を用いて１５０℃で３秒間加熱することにより、熱融着させた。総厚み０．１１ｍｍ、ポリプロピレン含有量が３８重量％の複合シートを得た。
（実施例３）
【００５２】
吸水拡散性繊維織布シート２のメタノール供給面とは反対側の主面に、ホモポリプロピレンからなる不織布シート（融点１６４℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量２０ｇ／ｍ２、厚み０．１９ｍｍ）を載置し、ホットプレス機を用いて１５０℃で３秒間加熱することにより、熱融着させた。総厚み０．１１ｍｍ、ポリプロピレン含有量が２８重量％の複合シートを得た。
（実施例４）
【００５３】
吸水拡散性繊維織布シート３のメタノール供給面とは反対側の主面に、高密度ポリエチレンからなる不織布シート（融点１２９℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量２０ｇ／ｍ２、厚み０．１９ｍｍ）を載置し、ホットプレス機を用いて１３５℃で３秒間加熱することにより、熱融着させた。総厚み０．１５ｍｍ、高密度ポリエチレン含有量が２３．５重量％の複合シートを得た。
（実施例５）
【００５４】
吸水拡散性繊維織布シート１のメタノール供給面とは反対側の主面に、ホモポリプロピレンからなる不織布シート（融点１６４℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量１０ｇ／ｍ２、厚み０．１０ｍｍ）を載置し、ホットプレス機を用いて１５０℃で３秒間加熱することにより、熱融着させた。総厚み０．１１ｍｍ、ポリプロピレン含有量が１７重量％の複合シートを得た。
（比較例１）
【００５５】
吸水拡散性繊維織布シート２のメタノール供給面とは反対側の主面に、ホモポリプロピレンからなる不織布シート（融点１６４℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量５ｇ／ｍ２、厚み０．０７ｍｍ）を載置し、ホットプレス機を用いて１５０℃で３秒間加熱することにより、熱融着させた。総厚み０．１１ｍｍ、ポリプロピレン含有量が９重量％の複合シートを得た。
（比較例２）
【００５６】
吸水拡散性繊維織布シート２のメタノール供給面とは反対側の主面に、ホモポリプロピレンからなる不織布シート（融点１６４℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量４５ｇ／ｍ２、厚み０．３４ｍｍ）を載置し、ホットプレス機を用いて１５０℃で３秒間加熱することにより、熱融着させた。総厚み０．１２ｍｍ、ポリプロピレン含有量が４６重量％の複合シートを得た。
（比較例３）
吸水拡散性繊維織布シート３を用いた。
（比較例４）
吸水拡散性繊維織布シート２を用いた。
（比較例５）
吸水拡散性繊維織布シート１を用いた。
（比較例６）
ホモポリプロピレンからなる不織布シート（融点１６４℃、繊維断面円形、繊維径０．８〜８μｍ、坪量１０ｇ／ｍ２、厚み０．１０ｍｍ、１層）を用いた。
（評価）
（メタノール透過拡散性試験）
【００５７】
実施例及び比較例で得られたシートについて、シートを内径７６ｍｍ、外径８６ｍｍ、高さ２０ｍｍの円形枠状に載置し、第一層（メタノールＩＮ側）面の５ｍｍ上から、マイクロピペットを用いて少量の青色インクで着色した特級メタノール試薬を１０μＬ滴下した。滴下後、シート上を目視にて観察し、青色の部分をメタノールの浸透によるものと判断して以下の基準で評価した。
（メタノール透過性）
○：滴下面（表）と反対面（裏）の青色部分形状が楕円又は円形であり、かつ、裏の青色部分面積が表と同等以上の場合
ムラ：表裏の青色部分形状がモザイク状で、裏の青色部分面積が小さい場合
（メタノール透過抵抗）
メタノール試薬の滴下量を５０μＬとし、２０秒以内に滴下完了させた際の、滴下反対面（裏）の液滴の生成状況を観察し、以下の基準で評価した。なお、当該試験は４０℃９０％ＲＨの恒温恒湿環境下で行った。
○：液滴の生成なし
×：液滴の生成あり
液滴を生成する場合、メタノール透過抵抗が不十分であり、過度のメタノール供給による燃料電池出力の低下を引き起こす可能性があるため、不適と判断した。
【００５８】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、メタノール拡散性に優れ、燃料カートリッジからのメタノール水溶液送出部が比較的小さな面積であっても、拡散浸透効果によってアノードに大面積でメタノールを供給することが可能なダイレクトメタノール型燃料電池用複合シートを提供できる。
【００６０】
また、高濃度メタノール水溶液の効率的な拡散供給が可能なだけでなく、薄層化することができ、さらに、繊維を利用した自然拡散を利用することでポンプやファン等の拡散補機を使用する必要がなくなるため、小型のダイレクトメタノール型燃料電池に好適に用いることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン系樹脂層と、前記ポリオレフィン系樹脂層の少なくとも一方の主面に連続的に形成された吸水拡散性繊維織布層とを有することを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池用複合シート。
【請求項２】
吸水拡散性繊維織布からなるシートとポリオレフィン系樹脂からなるシートとを熱融着によって一体的に積層してなることを特徴とする請求項１記載のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シート。
【請求項３】
ポリオレフィン系樹脂の含有量が１０〜４５重量％である請求項１又は２記載のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シート。
【請求項４】
ポリオレフィン系樹脂がポリプロピレンであることを特徴とする請求項１、２又は３記載のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シート。
【請求項１】
ポリオレフィン系樹脂層と、前記ポリオレフィン系樹脂層の少なくとも一方の主面に連続的に形成された吸水拡散性繊維織布層とを有することを特徴とするダイレクトメタノール型燃料電池用複合シート。
【請求項２】
吸水拡散性繊維織布からなるシートとポリオレフィン系樹脂からなるシートとを熱融着によって一体的に積層してなることを特徴とする請求項１記載のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シート。
【請求項３】
ポリオレフィン系樹脂の含有量が１０〜４５重量％である請求項１又は２記載のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シート。
【請求項４】
ポリオレフィン系樹脂がポリプロピレンであることを特徴とする請求項１、２又は３記載のダイレクトメタノール型燃料電池用複合シート。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−２５８３６０（Ｐ２０１１−２５８３６０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３０６３８（Ｐ２０１０−１３０６３８）
【出願日】平成２２年６月８日（２０１０．６．８）
【出願人】（０００００１３３９）グンゼ株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月８日（２０１０．６．８）
【出願人】（０００００１３３９）グンゼ株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
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