水性媒体に可溶な６５℃以上の沸点を有する燃料を含む燃料電池
【課題】水性媒体中に可溶な６５℃以上の沸点を有する燃料を含む燃料電池。
【解決手段】電解質の液体媒体（５）と接触した負極（１）および正極（２）と、負極および正極と電気回路（４）とにそれぞれ接続された電流コレクタ（９）とを収用した液密な容器（Ａ）を備えた燃料電池において、液体媒体が燃料を含む水性媒体であり、この燃料の少なくとも一部が電池の使用温度で水性媒体に可溶であり、燃料の沸点が６５℃以上である。
【解決手段】電解質の液体媒体（５）と接触した負極（１）および正極（２）と、負極および正極と電気回路（４）とにそれぞれ接続された電流コレクタ（９）とを収用した液密な容器（Ａ）を備えた燃料電池において、液体媒体が燃料を含む水性媒体であり、この燃料の少なくとも一部が電池の使用温度で水性媒体に可溶であり、燃料の沸点が６５℃以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
燃料電池は化学反応のエネルギーを電気に変換するための装置である。バッテリーとは違って、燃料と酸化剤とを電池の外側に貯蔵する。従って、燃料電池は燃料と酸化剤が供給される限りエネルギーを生成できる。燃料電池は、燃料および酸化剤を電解質によって互いに分離され且つ電解質と接触した２つの触媒電極と接触させて配置することで起電力を生じる。電解質は一般に固体ポリマーの形をしていて、気体成分の通過を妨げる役目もする。燃料は負極（anode）と接して配置され、燃料は解離してイオン、一般にはＨ+またはＯＨ-と電子ｅ-を形成する。この電子ｅ-は電極（負極）の導電構造体中に入り、系の外部電気回路中を流れてエネルギーを生じる。イオンは電解質を通って正極（cathode）へ移動する。この正極には酸化剤が供給され、酸化剤はその表面で一種の酸化物を形成し、電気化学的還元によって上記荷電イオンと反応し、水を形成する。２つの電極を外部電気回路を介する接続することで電気エネルギーが生じる。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に関する研究の大部分は水素を燃料として使用するものを対象としている。しかし、水素は貯蔵に関連する複雑な問題のため、効率は悪くても取り扱い易い別の液体燃料を用いる解決策が研究されている。
そのため、研究はメタノールに向かった。メタノールは低〜中温度で動作する燃料電池で使用するのが十分な有利な酸化特性を有する水素を有する稀な試薬の一つである。その結果、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）が開発された。この方法は水素を用いた従来の種々の燃料電池、例えばＰＥＭＦＣ（固体高分子型燃料電池）、ＭＣＦＣ（溶融炭酸塩型燃料電池）またはＰＡＦＣ（リン酸型燃料電池）とは全く別のものである。ＳＯＦＣ（固体電解質型燃料電池）として知られる燃料電池は液体燃料で機能するということは注意すべきである。
【０００３】
直接メタノール燃料電池は高い自律エネルギー源が必要とされる多くの携帯型の用途、例えばラップトップコンピュータ、電話、携帯工具などのエネルギー源である。
直接燃料電池は２つのモードで動作する。酸モードが最も一般的で、反応メカニズムは下記の通りである：
負極：ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋６Ｈ+６ｅ-、
正極：６ｅ-＋６Ｈ+＋３／２Ｏ2→３Ｈ2Ｏ、
すなわち、全体バランスは下記になる：
ＣＨ3ＯＨ＋３／２Ｏ2→ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ。
【０００４】
アルカリ電池の基本モードでは、反応メカニズムは下記の通りである：
負極：ＣＨ3ＯＨ＋６ＯＨ-→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ＋６ｅ-、
正極：６ｅ-＋３Ｈ2Ｏ＋３／２Ｏ2→６ＯＨ-、
全体バランスは上記と同じである。
この型のアルカリ電池は酸電池と比較して利点と欠点がある。アルカリ電池は効率は悪いが、形式的には水に稀釈したメタノールを用いる必要がないので、酸モード電池よりもはるかに高濃度の燃料電池を使うことができる。
【０００５】
しかし、メタノールの大量使用上の大きな欠点はその毒性であるが、現在の電池ではその使用には技術的限界がある。「毒性品（toxic products）」という用語は少量の吸入、摂食または皮膚浸透で個体が死に至るか、急性または慢性の健康障害を引き起こす物質を意味する。
【０００６】
特に挙げられる技術的限界は「クロスオーバー」の問題である。クロスオーバーとは電池で観察される負極部分から正極部分へ膜を介して直接メタノールが通過する現象である。この現象はメタノールに対する膜の透過率に関係し、使用可能な膜の技術に直接関係し、メタノールを制限することはないように見えるが、これによって正極室で燃焼されるべき燃料が電子を供給せずに膜を通過するため、この疑似反応に関連する機能障害を考慮しなくても、燃料が大幅に失われる。さらに、メタノールの物理的特性によって電池の使用条件が制限される。
【０００７】
従って、メタノールの代替物を見付けるための研究がなされている。この点では例えばエタノールまたはジメチルエーテルで機能する電池を開発するために欧州またはその他のプロジェクトが進行中である。メタノールの代替案を検討しているC.Lamy とE.M.Belgsirの論文下記文献を挙げられる。
【非特許文献１】「Other direct-alcohl fuel cells」, Handbood of Fuel Cells-Fundamental, Technologies and Applications、John Wiley & Sons Ltd、Vol 1、2003、pp323-334
【０００８】
これらの研究の中では、可能性のある複数のメタノール代替物すなわちジメチルエーテル（ＤＭＥ）、メチラール（ジメトキシメタン、ＤＭＭ）およびトリメトキシメタン（ＴＭＭ）を比較しているY.Tsutsumi達による下記の研究が注目される。
【非特許文献２】Electrochemistry、70(12)(2002)984
【０００９】
上記著者は直接ＤＭＭまたはＴＭＭ燃料電池の性能はメタノールを使用した時の性能とほぼ等しいということを示し、研究を結論付けているが、彼らの研究によると、ＤＭＭおよびＴＭＭ電池を用いる負極での反応中に多量のメタノールが発生している。電池性能の点からはＤＭＥは良好な化合物ではないが、負極での分解産物の毒性係数を考えた場合には最良のものである。「燃料のクロスオーバー」の問題を記載したJens T.Muller達の下記文献も注目に値する。
【非特許文献３】「Electro-oxidation of Dimethyl Ether in a Polymer-Electrolyte-Membrance Fuel Cell」, The Electrochemical Society; 147(11)4058-4060(2000)
【００１０】
直接燃焼燃料の代替案としてＤＭＭおよびＴＭＭを用いる可能性は下記文献にも記載されている。
【特許文献１】米国特許第６，０５４，２２８号明細書
【００１１】
水素の貯蔵の問題を克服するために、メタノールの蒸気リフォーミングによって必要に応じて水素を徐々に発生する電池も開発されている。メタノールの蒸気リフォーミングで水素を発生させる方法には下記の利点がある：
（１）変換温度が低い（約２５０〜３００℃）
（２）水素／炭素モル比が高い（４：１）
（３）煤または炭素の発生の危険性が低い（軽油、灯油、ディーゼルのような炭化水素と違ってＣ−Ｃ結合がない）
（４）選択的プロセスである（軽油、灯油、ディーゼルのような炭化水素と比べてＣＯの生成量が少ない）
（５）メタノール中の水素含有率が高い（７５％）
（６）燃料中に硫黄が存在しない（軽油、灯油、ディーゼルのような炭化水素と違って周知な触媒毒である硫黄が存在しない）
しかし、メタノールには上記の毒性問題の他にエネルギー密度が低く、上記の蒸気リフォーミングプロセスは遅い、という欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明者は、上記メタノールの欠点がなく、ＤＭＦＣと同じ原理で作動する燃料電池用の新規な燃料を使用できるということを見出した。
本発明者はさらに、上記の燃料電池用の新規な燃料は水素燃料電池の蒸気リフォーミングによって水素源としてのメタノールの代わりに有利に使用できるということを見出した。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の対象は、電解性の液体媒体と接触した負極および正極と、負極および正極と電気回路とにそれぞれ接続された電流コレクタを含む液密容器を備えた燃料電池において、液体媒体が燃料を含む水性媒体であり、この燃料の少なくとも一部は電池の使用温度で水性媒体に可溶で、燃料の沸点が６５℃以上であることを特徴とする燃料電池にある。
【００１４】
「水性媒体」という用語は水と、任意成分としてのＣ1〜Ｃ4モノアルコールとを含む媒体を意味する。モノアルコールの例としてはメタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ−プロパノールおよびこれらの混合物が挙げられる。
本発明の燃料は少なくとも一部が水に可溶である（特に酸型ＤＭＦＣ電池で使用した場合）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
「少なくとも一部が電池の使用温度で水性媒体に可溶である」という表現は、水または水性アルコール媒体中へ少なくとも３容量％の溶解度を有することを意味する。この溶解度は２０℃で得られるが、必要に応じて加熱する。しかし、２０℃での水への溶解度は重大な問題ではなく、高温用途（例えば４０℃近くの暑い国での使用）では溶解度がさらに小さい化合物を用いることができる。
燃料の引火点は１１℃以上、特に１８℃以上、例えば５５℃以上であるのが有利である。本発明では、この引火点は大気圧で測定する（１０5Ｐａ）。
本発明の一実施例では、燃料は水性媒体をマイクロ流体システムでポンプ輸送できるような粘度を有する。
別の実施例では、燃料の密度は室温（２０℃）および大気圧で測定した時に０．８０以上、特に０．８３以上、例えば０．８６以上、さらには０．９５以上である。燃料は室温（２０℃）および大気圧で液体または固体である。
【００１６】
本発明の一つの実施例では、燃料は炭素原子と、水素原子と、窒素、酸素およびこれらの組合せの中から選択される少なくとも一種のヘテロ原子とを含む有機化合物である。
本発明の別の実施例では、水性媒体が燃料の混合物を含み、その中の少なくとも一つが上記の燃料である。
【００１７】
本発明の一形態では、負極が白金を含む金属材料から成る。負極は白金と、ルテニウム、錫、ニッケルおよびモリブデンの中から選択される少なくとも一種の金属とを含む金属材料から成るのが有利である。
本発明の一つの形態では、負極が白金とルテニウムとの混合物からなり、白金の含有率が５０〜９０重量％である。
【００１８】
本発明の一実施例では、電池は直接燃料電池である。
本発明の別の実施例では、電池は間接燃料電池、特に水素電池である。
本発明では、電池は自律携帯型のエネルギー源である。
本発明の電池は負極と正極とを隔てる電解膜を含む。本発明の一つの実施例では、この電解膜はポリマーの膜である。別の形態では、電解膜は無機の膜である。
【００１９】
本発明の別の対象は、上記の電池の、電気エネルギーで動作する携帯型装置、特に携帯電話、ラップトップコンピュータまたは携帯用工具での使用にある。
本発明のさらに別の対象は、上記の燃料の、燃料電池でのエネルギー源としての使用にある。
【００２０】
本発明の一実施例では、電池はエーテルアセタール、ポリエーテルアセタール、カーボネート、オキサレート、尿素およびアミドの中から選択される１〜２０個の炭素原子を有する有機化合物型の一種または複数の燃料を含む。燃料は４つ以下の炭素−炭素結合、特に０〜３つの炭素−炭素結合を含む有機化合物であるのが有利である。Ｃ−Ｃ結合は低温（使用温度）で切断するのが難しいという欠点がある。
【００２１】
本発明の燃料は特に下記の物理化学的特性を有する：
（１）沸点が高く、蒸気圧が低い。
（２）メタノールよりも引火点が高い。
（３）メタノールよりも「クロスオーバー」が少ない。
（４）負極に供給されるのが水−燃料混合物の場合、水へ可溶（少なくとも一部）。
（５）メタノールよりもエネルギー密度が高い（「エネルギー密度」という用語は燃料１ｍｌ当たりの交換可能な電子数を意味する）。
（６）マイクロ流体システムによってポンプ輸送可能な低粘度である（例えば２５℃での粘度が０．３〜４ｃＰ）。
【００２２】
ポリエーテルアセタール
本発明の一つの実施例では、燃料電池用の液体燃料が一般式：Ｒ1−（ＯＣＨ2）n−ＯＲ1を有する（ここで、Ｒ1およびＲ1'は１〜５個の炭素原子を含む直鎖または分岐鎖を有するアルキル基を表し、同一でも異なっていてもよく、ｎは１〜８の値の指数であるが、Ｒ1とＲ1'が同じメチル基のときはｎは２以上である）。
この燃料は下記の中から選択される化合物であるのが有利である：
ＣＨ3−（ＯＣＨ2）2−ＯＣＨ3、ＣＨ3−（ＯＣＨ2）3−ＯＣＨ3、ＣＨ3−（ＯＣＨ2）4−ＯＣＨ3、ＣＨ3−（ＯＣＨ2）−ＯＣ2Ｈ5およびこれらの混合物。
【００２３】
上記燃料は特にポリオキシメチレンジアルキルエーテルである。以下ではポリオキシメチレンをＰＯＭで表し、このＰＯＭにアルキル基のＲ1、Ｒ1'、メチルのＭ、エチルのＥ、プロピルのＰ、（イソ）プロピルのｉ−Ｐ、ブチルのＢ、ペンチルのＰｅ、ヘキシルのＨを識別するための一つまたは２つの文字を追加し（ＰＯＭＸＸ）、さらに単位（ＣＨ2Ｏ）の数ｎに対応する指数も追加して表す（ＰＯＭＸＸn）。
上記化合物は例えば下記のように名付けられる：
（１）アルキルがメチル基の場合、ＰＯＭＭn（ポリオキシメチレンジメチルエーテル） ＣＨ3−（ＯＣＨ2）n−ＯＣＨ3
（２）アルキルがエーテル基の場合、ＰＯＭＥ（ポリオキシメチレンジエチルエーテル）
（３）アルキルがプロピル基の場合、ＰＯＭＰ（ポリオキシメチレンジプロピルエーテル）
（４）アルキルがブチル基の場合、ＰＯＭＢ（ポリオキシメチレンジブチルエーテル）。
【００２４】
ｎ個のオキシメチレン単位を有する化合物はＰＯＭＭnとよぶ。メチラール（ｎ＝１）（本特許出願の対象ではない）はＰＯＭＭ1とよび、ブチラールはＰＯＭＢ1とよぶ。同じ合成で得られる生成物の混合物を用いる場合は、ＰＯＭＭ3-8は例えばＰＯＭＭｓ（ｎ＝３〜８）を含む混合物を意味する。
これらのＰＯＭＸＸｓはＲ1≠Ｒ1'のときに非対称である。例えば２つの（ＣＨ2Ｏ）単位を有するポリオキシメチレンメチルエチルエーテルすなわちＣＨ3−（ＯＣＨ2）2−ＯＣ2Ｈ5を表すＰＯＭＭＥ2にすることができる。
【００２５】
本発明の燃料は対称な化学構造のアセタールまたはポリアセタールエーテルであるのが有利である。
本発明の燃料は純粋な形で用いることもできるが、実際には、用いる合成法および経済的な理由で、特に（ＣＨ2Ｏ）単位の数で区別されるＰＯＭＸＸの混合物を用いる。
【００２６】
ＰＯＭＸＸの利点はほぼその化学的性質に関係する。この理由から合成法を制御することで鎖長を制御できる。一般に、ＰＯＭＸＸの沸点は−（ＣＨ2Ｏ）単位の数およびアルキル鎖の長さとともに高くなり、一方、水への溶解度は−（ＣＨ2Ｏ）n鎖の長さおよびアルキル鎖の長さとともに低くなるので、燃料電池の所望の最終用途に応じて最適化することができる。
【００２７】
酸性媒体中で機能する電池の反応機構は、ＰＯＭＭnの場合には下記のハーフセルの式で要約できる。酸電池の場合、
負極：ＣＨ3−（ＯＣＨ2）n−ＯＣＨ3＋（ｎ＋３）Ｈ2Ｏ→（ｎ＋２）ＣＯ2＋（４ｎ＋１２）Ｈ+＋（４ｎ＋１２）ｅ-
正極：（４ｎ＋１２）Ｈ+＋（４ｎ＋１２）ｅ-＋（ｎ＋３）Ｏ2→（２ｎ＋６）Ｈ2Ｏ。
【００２８】
ＰＯＭＸＸはメタノールの場合よりも低いモル濃度で用いることができる。従って、蒸発および浸透による損失を制限できる。さらに、負極で必要とされる量の２倍の水が正極で製造され、これによって、正極で製造された水を再利用して稀釈された純粋な燃料を電池に供給できる。
【００２９】
その他のメタノール代替物と比較して、ＰＯＭＭには１個の炭素原子を含む単位（メタノール＋ホルムアルデヒド）から成るという利点がある。すなわち、低温での切断が困難なＣ−Ｃ結合は存在しない。従って、これらは酸性媒体中で容易に加水分解でき（電極および膜は酸官能化ポリマーで構成ができる）、従って、炭素原子の断片（オキシメチレンまたはメトキシ）へ分解でき、従って、負極に存在する触媒によって容易に分解される。ＰＯＭＥ、ＰＯＭＰまたはＰＯＭＢの系ではアルキル基に起因するＣ−Ｃ結合が依然として存在するが、アルコール型ではないＰＯＭ型の分子は反応機構の原理に従って加水分解中の結合の活性化でより高い反応性を得ることができる。
【００３０】
さらに、ＰＯＭＸＸ、特にＰＯＭＭnは一般に「液体水素化物」とよばれる型の水素貯蔵の点で有利な代替物である。
ＰＯＭＭnの蒸気リフォーミングの反応は下記の通り：
ＣＨ3−（ＯＣＨ2）nＯＣＨ3＋（ｎ＋３）Ｈ2Ｏ→（２＋ｎ）ＣＯ2＋（６＋２ｎ）Ｈ2、
すなわち、ＰＯＭＭn（４６＋３０ｎ）ｇ当たり（１２＋４ｎ）ｇのＨ2。
【００３１】
メタノールの蒸気リフォーミングの場合の反応は下記の通り：
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋３Ｈ2、すなわちＭｅＯＨ３２ｇ当たり６ｇのＨ2。
従って、本発明の電池の所定容量に貯蔵可能な水素当量はメタノール電池の場合よりもはるかに大きい。従って、水素燃料電池にＰＯＭＸＸを有利に使用できる。
【００３２】
ＰＯＭＸＸの合成法は古くから知られている。この分野での参考文献としては特にJ.F.Walkerによる下記文献が挙げられる。
【非特許文献４】「Formaldehyde」、Robert E. Krieger Publishing Company、Huntington, New York, 3rd Edition, 1975
【００３３】
合成法に関する記載は特に第167頁以下、264頁以下を参照。これらの合成法はアルコール、メタノール、エタノールまたはアルデヒド、メチラールまたはエチラールとホルムアルデヒドまたはその均等化合物との酸触媒反応をベースにしている。この形式の合成法は多くの特許文献、例えば下記文献にも記載されている。
【特許文献２】米国特許第２，４４９，４６９号明細書
【特許文献３】特開昭４７−４０７７２号公報
【００３４】
ルイス酸型の触媒に基づくその他の合成モードも記載されている。ルイス酸型のイオン触媒を用いる安定なポリオキシメチレンジエーテルの合成が記載されたKhimichescoi Fiziki協会の下記文献が挙げられる。
【特許文献４】英国特許第１，１２０，５２４号
【００３５】
混合ＰＯＭＸＸすなわちＲ1がＲ1'と異なる一般式に対応するものは上記方法で直接合成するか、２種類の「対称」ＰＯＭＸＸ（Ｒ1＝Ｒ1'）のアセタール交換反応で得られる。
【００３６】
尿素およびアミド
本発明の別の対象は、式（２） Ｒ2−ＣＯ−Ｎ（Ｒ2'）Ｒ2''（ここで、Ｒ2、Ｒ2'、Ｒ2''は独立して水素原子か、１〜８個の炭素原子、例えば１〜３個の炭素原子を含むアルキル基を表す）のアミド燃料または尿素燃料である。
【００３７】
例としては尿素、メチル尿素、Ｎ，Ｎ’−ジメチル尿素、Ｎ−エチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドおよびこれらの混合物が挙げられる。
【００３８】
オキザレートおよびカーボネート：
本発明の別の対象は、式（３） Ｒ3−（ＣＯ）ｎ−ＯＲ3'（ここで、Ｒ3およびＲ3'は独立して１〜８個の炭素原子、例えば１〜３個の炭素原子を含むアルキル基を表し、ｎは１〜４、例えば１または２の整数である）のオキザレートまたはカーボネート燃料にある。
この類の燃料の例としてはジメチルカーボネート（ＤＭＣ）およびジエチルオキザレート（ＤＥＯ）が挙げられる。
ＤＭＣのハーフセル反応は下記で表される：
負極：ＣＨ3−ＯＣＯ−ＯＣＨ3＋３Ｈ2Ｏ→３ＣＯ2＋１２Ｈ+１２ｅ-、
正極：１２Ｈ+＋１２ｅ-＋３Ｏ2→６Ｈ2Ｏとなる。
同様に、ＤＥＯでは下記になる：
負極：Ｃ2Ｈ5−ＯＣＯ−ＯＣ2Ｈ5＋８Ｈ2Ｏ→６ＣＯ2＋２６Ｈ+２６ｅ-、
正極：２６Ｈ+＋２６ｅ-＋１３／２Ｏ2→１３Ｈ2Ｏとなる。
【００３９】
従って、負極で必要とされる量の２倍の水が正極で製造される。さらに、ＤＭＣはメタノールよりもはるかに低いモル濃度で用いることができ、これによって、蒸発および浸透による損失を制限することができる。
ＤＭＣおよびＤＥＯの利点はその化学的性質に関係している。
【００４０】
これらの生成物は既に市販されているという利点がある。さらに、これらの毒性はメタノールよりもはるかに低い。
ＤＭＣはその他のメタノール代替物と比較して、１個の炭素原子を含む単位（メタノール＋Ｏ−ＣＯ−）からなるという利点も有する。すなわち、低温での切断が困難なＣ−Ｃ結合は存在しない。
【００４１】
ＤＥＯでは、アルキル基および蓚酸に起因するＣ−Ｃ結合が依然として存在するが、蓚酸およびエタノールが燃料電池内で酸化できることは知られている。
本発明の上記以外の特徴および利点は添付図面を参照した以下の説明からより良く理解できよう。本発明が下記実施例に限定されるものではない。
【００４２】
［図１］を参照する。本発明の燃料電池は液密な容器（Ａ）を備えており、この容器（Ａ）中には触媒負極（１）と触媒正極（２）とが収用されている。負極（１）および正極（２）は電解質の液体媒体（５）と接触し且つ電解膜（３）または循環室（１０）で分離されている。負極（１）および正極（２）に接続された各電流コレクタ（９）は外部電気回路（４）に接続され、この電気回路（４）中を電流が循環する。電解質媒体（５）は酸または塩基の水性媒体で調製した液体燃料である。この電解質媒体（５）はライン（５ａ）を介して導入され、電池内で発生した二酸化炭素はライン（６）を介して循環室から排気される。酸素はライン（７）を介して導入され、生成した水はライン（８）を介して排出される。上記の組立体はカレンダ（１１）によって容器（Ａ）内の所定位置に保持される。
【００４３】
正極は例えばＣ−Ｐｔ型であり、負極はＰｔをベースにし、例えばＣ−ＰｔＲｕ型またはＣ−Ｐｔ型である。膜は状況に応じてオリジナルの電池（Ｎａｆｉｏｎ Ｈ ＴＥＣ）のＮａｆｉｏｎ １１７、市販のＮａｆｉｏｎ１１７（いずれも必要に応じてニッケルグリルで支持する）または下記文献に記載のＤａｂｃｏ（登録商標）型の膜にする。
【非特許文献５】E.Agel,J.Bouet and J.F.Fauvarque Jounal of The Power Sources、101(2001)、267-274
【００４４】
［図２］に示すＤＭＦＣ型燃料電池は液密な容器（Ａ）中に下記を備えている：
（ａ）市販の触媒負極（１）Ｅ−ＴＥＫ（これはＰｔ／Ｃ、４０重量％のＰｔおよび２ｍｇ．ｃｍ-2のＰｔまたはＰｔＲｕ（５０：５０）、６０質量％のＰｔおよび２ｍｇ．ｃｍ-2のＰｔＲｕ（原子比１：１、幾何学面積５ｃｍ2）から成る）
（ｂ）市販の触媒正極（２）Ｅ−ＴＥＫ（これは４０重量％のＰｔ／Ｃと２ｍｇ．ｃｍ-2の白金触媒（幾何学面積５ｃｍ2）とから成る）
（ｃ）電解膜（３）（市販のＮａｆｉｏｎ（登録商標）１１７型固体導電性ポリマー）
（ｄ）電気回路（４）（電流特性（強さ、電圧）を測定するために電流コレクタ（９）に接続されている）
（ｅ）負極（１）への燃料と水の供給管（５）（流量の測定手段と温度および圧力の調節手段を備える）
（ｆ）負極で発生した二酸化炭素の排気管（６）
（ｇ）酸素を正極（２）に供給するための管（７）（流量の測定手段と成分の温度および圧力の調節手段を備える）
（ｈ）正極で生成した水の排出管（８）、
（ｉ）組立体を所定位置に保持するためのカレンダ（１１）。
【実施例】
【００４５】
ポリオキシメチレンジアルキルエーテル
本発明燃料の組成物中に含まれるポリオキシメチレンジアルキルエーテルの例をその物理的特徴と一緒に［表１］に示した。この［表１］には比較のために本発明ではない分子（*を付けたもの）も含まれている。
【表１】
【００４６】
実施例１、２
実施例１、２では本発明の２つの燃料を用いる。前者の燃料は沸点が１０５℃で、モル質量が１０６ｇ／ｍｏｌで、単位体積当たりの質量が０．９５９７ｇ／ｍｌのＰＯＭＭ2である。後者の燃料は留出範囲が１５３〜２６８℃で、モル質量が１５５．８ｇ／ｍｏｌで、単位体積当たりの質量が１．０６４ｇ／ｍｌのＰＯＭＭ3-8である。
これら２つの燃料は、Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（登録商標）１５のような型の酸性樹脂の存在下でメチラールとトリオキサンとを反応させて得られる。反応媒体に分離操作を行って、ＰＯＭＭ2とＰＯＭＭ3-8の両方を得る。
【００４７】
これらの燃料を直接メタノール燃料電池でテストした。二通りの試験を行った。第１試験では大学の授業用の「Ｈ−ＴＥＣ」型デモンストレーション用燃料電池を用いた。電圧および電流の強さの変化および密度の測定をスポット状すなわち操作条件を変えずに行った。第２のシリーズ試験は以下で説明するプロセスに従って静止状態で動作するＤＭＦＣ型燃料電池を用いて実施した。
用いた電池は［図１］に示す方法に従って負極と膜との間に循環室を挿入したＨ−ＴＥＣ型である。
【００４８】
実験は全て室温２５℃で、一部は酸性媒体中（実施例１）で、残りはアルカリ性媒体中（実施例２、アルカリ電池）で行った。用いた実験装置はアルカリ性媒体中で動作するように設計されており、厚さ１ｃｍの循環室を用いて反応中に合成されたカーボネートを除去する必要がある。この循環室およびこの循環室中を流れる媒体の寸法によって装置の伝導率（従って電流密度）は大幅に下がる。試験液は同一容量の燃料で調製した。例えばメタノールまたはＰＯＭＭ2の場合、メタノールまたはＰＯＭＭ2の１０容量％水溶液（酸性媒体では０．１ＭＨ2ＳＯ4、アルカリ性媒体では０．１ＭＫＯＨ。
ゼロ−電流電圧およびゼロ−電圧電流密度を測定した。
【００４９】
実施例１
酸性媒体中での試験である実施例１で得られた結果は［表２］にまとめてある。
【表２】
【００５０】
実施例２
塩基性媒体中の試験である実施例２で得られた結果は［表３］にまとめてある。
【表３】
【００５１】
この実験の目的は本発明の燃料とメタノールとを比較することにある。この表は燃料ＰＯＭＭ2はレベルとは無関係にメタノールよりも優れた性能を得ることができるということを示している。
【００５２】
実施例３〜１０
各燃料下記手順で試験した。用いた電池は［図２］の実施例のものである。
電池を１時間水和した後、温度を３０、５０、７０、９０℃まで徐々に上げる（圧力１ｂａｒ）。その後、成分（燃料および酸素）の圧力を２バールおよび３バールにそれぞれ上げると同時に温度を１００℃、次いで１１０℃に上げる。各操作（段階）を約３０分続けた後、電池の温度を段階的に下げ、各段階で成分を大気圧または加圧下に供給する。温度または圧力を変化、増減する間に電圧、密度、電力を測定する。
手順の実施条件は［表４］にまとめてある。
【００５３】
【表４】
【００５４】
電池に各成分の混合物、本発明燃料またはメタノールを供給した（それぞれ水に溶かしてＰＯＭＭ2では１ｍｏｌ／ｌ、メタノールでは１ｍｏｌ／ｌ、ＰＯＭＭ3-8では２ｍｏｌ／ｌ、ＰＯＭ−Ｅ1では０．５ｍｏｌ／ｌ、ＰＯＭ−Ｅ2では０．３９ｍｏｌ／ｌ、ＰＯＭ−Ｅ3では０．２７ｍｏｌ／ｌの濃度にした）。ＰＯＭ−ＭＥ1では５７ｍｌのＰＯＭ−ＭＥ1に水を補って５００ｍｌにして試験液を調製した。
【００５５】
ＰＯＭ−Ｍｘ燃料はＡｍｂｅｒｌｙｓｔ（登録商標）１５のような型の酸性樹脂の存在下でメチラールとトリオキサンとを反応させて得られる。反応媒体を分離操作で分離する。
燃料ＰＯＭ−Ｅ1は市販のものである。
他のＰＯＭ−Ｅｘ燃料はＡｍｂｅｒｌｙｓｔ（登録商標）１５のような型の酸性樹脂の存在下でエチラールとトリオキサンとを反応させて得られる。反応媒体を分離操作して分離する。
燃料ＰＯＭ−ＭＥ1はＡｍｂｅｒｌｙｓｔ（登録商標）１５のような型の酸性樹脂の存在下でのメチラールとエチラールとの間のアセタール交換反応で得られる。
得られた結果（測定値）から電流密度（ｍＡ．ｃｍ-2）を関数とした各燃料、電極、温度および圧力条件下での電池電圧（Ｅ、ボルト）および電力（Ｐ、ｍＷ．ｃｍ2）の曲線が得られる。
【００５６】
実施例３
この実施例では異なる負極（ＰｔまたはＰｔＲｕ）と異なる圧力（大気圧または加圧下すなわちＯ2＝３バールおよび燃料＝２バール）を用いて燃料ＰＯＭＭ2とＰＯＭＭ3-8の３０℃での電池の運転性能を比較した。得られた結果は［図３］に示してある。
［図３］は燃料ＰＯＭＭ2を用いることで低温（１００℃以下）での性能が良くなることを示している。圧力は望ましい効果を与え、触媒の種類が実質的な影響を与えると思われる。Ｐｔ／Ｒｕ負極を用いた場合の性能はＰｔ負極を用いて得られる性能よりも優れている。
【００５７】
実施例４
この実施例では異なる負極（ＰｔまたはＰｔＲｕ）を用い、加圧下（Ｏ2：３バールおよび燃料：２バール）での燃料ＰＯＭＭ2とＰＯＭＭ3-8の９０℃での電池の運転性能を比較した。得られた結果は［図４］に示してある。
［図４］は、燃料ＰＯＭＭ2を用いる、燃料ＰＯＭＭ3-8と同様に、有利な高温性能が得られことを示している。しかし、性能は燃料ＰＯＭＭ3-8よりも低い。触媒の種類で望ましい効果が与えられることが分かる。Ｐｔ／Ｒｕ負極を用いた場合の性能はＰｔ負極を用いて得られる性能よりも優れている。
【００５８】
実施例５
この実施例ではＰｔＲｕ負極を用い、大気圧、３０℃での電池の運転性能を燃料ＰＯＭＭ2とメタノールで比較した。得られた結果は［図５］に示してある。
［図５］ではメタノールに適した上記条件下ではメタノールの方がＰＯＭＭ2よりわずかに良い性能を示している。電池の使用条件をＰＯＭＭ2に合わせることによって標準的なメタノール電池の欠点の無い、良好な電気特性を有する燃料電池が得られる。
【００５９】
実施例６
この実施例ではＰｔＲｕ負極を用い、加圧下（Ｏ2：３バール、燃料：２バール）、９０℃での電池の運転性能を燃料ＰＯＭＭ2、ＰＯＭＭ3-8およびメタノールで比較した。得られた結果は［図６］に示してある。
［図６］は上記条件下では燃料ＰＯＭＭ2がメタノールよりも優位であることを示している。燃料ＰＯＭＭ3-8自体の性能は有利であるが、レベルは劣っている。
【００６０】
実施例７
この実施例ではＰｔＲｕ負極を用い、加圧下（Ｏ2：３バール、燃料：２バール）で、１１０℃での電池の運転性能を燃料ＰＯＭ−Ｅ1、ＰＯＭ−Ｅ2、ＰＯＭ−Ｅ3で比較した。得られた結果は［図７］に示してある。これらの曲線から、ＰＯＭ−Ｅ1、ＰＯＭ−Ｅ2、ＰＯＭ−Ｅ3は上記条件下で燃料の機能を果たすと推定できる。
【００６１】
実施例８
この実施例ではＰｔＲｕ負極を用い、加圧下（Ｏ2：３バール、燃料：２バール）、５０、７０、９０℃での電池の運転性能を燃料ＰＯＭ−ＭＥ1でテストした。得られた結果は［図８］に示してある。ＰＯＭ−ＭＥ1化合物は広範囲の温度で燃料の機能を果たすことができる。
【００６２】
実施例９
この実施例ではＰｔＲｕ負極を用い、大気圧（９０°１）および加圧下（Ｏ2：３バール、燃料：２バール（９０°２））、９０℃での電池の機能性能を燃料ＰＯＭ−ＭＥ1でテストした。得られた結果は［図９］に示してある。［図９］の曲線から電池は加圧下で燃料を用いる方が良い結果を出すことが理解できる。
【００６３】
実施例１０
この実施例ではＰｔＲｕ負極を用い、加圧下（Ｏ2：３バール、燃料：２バール）、９０、１００、１１０℃での電池の機能性能を燃料ＰＯＭ−ＭＥ1で試験した。得られた結果は［図１０］に示してある。この曲線からＰＯＭ−ＭＥ1化合物は広範囲の温度で燃料の機能を果たすと推定される。
【００６４】
オキザレートとカーボネート
実施例１１、１２
［表５］には本発明の燃料組成物中に含まれるオキシレートおよびカーボレートの実施例がそれらの物理的特性とともに示されている。
【表５】
【００６５】
実施例１１、１２で用いた燃料電池は実施例３〜１０に記載の燃料である（［図２］）。
【００６６】
実施例１１
この実施例ではＰｔ負極を用い、加圧下（Ｏ2：３バール、燃料：２バール）、９０、１００、１１０℃での電池の機能性能を燃料ＤＭＣで試験した。用いた試験液の濃度は１ｍｏｌ／ｌである。得られた結果は［図１１］に示してある。［図１１］から、この電池はエネルギー源として様々な温度で使用できると推定される。
【００６７】
実施例１２
この実施例ではＰｔ／Ｒｕ負極を用い、加圧下（Ｏ2：３バール、燃料：２バール）、９０、１００、１１０℃での電池の機能性能を燃料ＤＥＯで試験した。用いた試験液の濃度は１ｍｏｌ／ｌである。得られた結果は［図１２］に示してある。１１０℃２の曲線は１１０℃１の曲線で示される電池性能の２時間後に記録された電池性能を示している。これらの曲線から、ＤＥＯは広範囲の温度で燃料の機能を果たすと推定される。さらに、電池の性能は長時間ほとんど変化せず、従って安定であることが理解できよう。
【００６８】
尿素とアミド
【表６】
【００６９】
これらの尿素およびアミド燃料は［図１］または［図２］に示す電池で使用できる。これらは実施例１〜１２で得られる電気的特性と同等な電気的特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】第１実施例における本発明の燃料電池の概略的縦方向断面図。
【図２】第２実施例における本発明の燃料電池の概略的縦方向断面図。
【図３】〜
【図１２】各種態様、燃料、電極、温度および圧力条件下での電流密度（ｍＡ．ｃｍ-2）を関数とする電池電圧（Ｅ、ボルト）および電力（Ｐ、ｍＷ．ｃｍ2）の曲線。
【技術分野】
【０００１】
燃料電池は化学反応のエネルギーを電気に変換するための装置である。バッテリーとは違って、燃料と酸化剤とを電池の外側に貯蔵する。従って、燃料電池は燃料と酸化剤が供給される限りエネルギーを生成できる。燃料電池は、燃料および酸化剤を電解質によって互いに分離され且つ電解質と接触した２つの触媒電極と接触させて配置することで起電力を生じる。電解質は一般に固体ポリマーの形をしていて、気体成分の通過を妨げる役目もする。燃料は負極（anode）と接して配置され、燃料は解離してイオン、一般にはＨ+またはＯＨ-と電子ｅ-を形成する。この電子ｅ-は電極（負極）の導電構造体中に入り、系の外部電気回路中を流れてエネルギーを生じる。イオンは電解質を通って正極（cathode）へ移動する。この正極には酸化剤が供給され、酸化剤はその表面で一種の酸化物を形成し、電気化学的還元によって上記荷電イオンと反応し、水を形成する。２つの電極を外部電気回路を介する接続することで電気エネルギーが生じる。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に関する研究の大部分は水素を燃料として使用するものを対象としている。しかし、水素は貯蔵に関連する複雑な問題のため、効率は悪くても取り扱い易い別の液体燃料を用いる解決策が研究されている。
そのため、研究はメタノールに向かった。メタノールは低〜中温度で動作する燃料電池で使用するのが十分な有利な酸化特性を有する水素を有する稀な試薬の一つである。その結果、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）が開発された。この方法は水素を用いた従来の種々の燃料電池、例えばＰＥＭＦＣ（固体高分子型燃料電池）、ＭＣＦＣ（溶融炭酸塩型燃料電池）またはＰＡＦＣ（リン酸型燃料電池）とは全く別のものである。ＳＯＦＣ（固体電解質型燃料電池）として知られる燃料電池は液体燃料で機能するということは注意すべきである。
【０００３】
直接メタノール燃料電池は高い自律エネルギー源が必要とされる多くの携帯型の用途、例えばラップトップコンピュータ、電話、携帯工具などのエネルギー源である。
直接燃料電池は２つのモードで動作する。酸モードが最も一般的で、反応メカニズムは下記の通りである：
負極：ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋６Ｈ+６ｅ-、
正極：６ｅ-＋６Ｈ+＋３／２Ｏ2→３Ｈ2Ｏ、
すなわち、全体バランスは下記になる：
ＣＨ3ＯＨ＋３／２Ｏ2→ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ。
【０００４】
アルカリ電池の基本モードでは、反応メカニズムは下記の通りである：
負極：ＣＨ3ＯＨ＋６ＯＨ-→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ＋６ｅ-、
正極：６ｅ-＋３Ｈ2Ｏ＋３／２Ｏ2→６ＯＨ-、
全体バランスは上記と同じである。
この型のアルカリ電池は酸電池と比較して利点と欠点がある。アルカリ電池は効率は悪いが、形式的には水に稀釈したメタノールを用いる必要がないので、酸モード電池よりもはるかに高濃度の燃料電池を使うことができる。
【０００５】
しかし、メタノールの大量使用上の大きな欠点はその毒性であるが、現在の電池ではその使用には技術的限界がある。「毒性品（toxic products）」という用語は少量の吸入、摂食または皮膚浸透で個体が死に至るか、急性または慢性の健康障害を引き起こす物質を意味する。
【０００６】
特に挙げられる技術的限界は「クロスオーバー」の問題である。クロスオーバーとは電池で観察される負極部分から正極部分へ膜を介して直接メタノールが通過する現象である。この現象はメタノールに対する膜の透過率に関係し、使用可能な膜の技術に直接関係し、メタノールを制限することはないように見えるが、これによって正極室で燃焼されるべき燃料が電子を供給せずに膜を通過するため、この疑似反応に関連する機能障害を考慮しなくても、燃料が大幅に失われる。さらに、メタノールの物理的特性によって電池の使用条件が制限される。
【０００７】
従って、メタノールの代替物を見付けるための研究がなされている。この点では例えばエタノールまたはジメチルエーテルで機能する電池を開発するために欧州またはその他のプロジェクトが進行中である。メタノールの代替案を検討しているC.Lamy とE.M.Belgsirの論文下記文献を挙げられる。
【非特許文献１】「Other direct-alcohl fuel cells」, Handbood of Fuel Cells-Fundamental, Technologies and Applications、John Wiley & Sons Ltd、Vol 1、2003、pp323-334
【０００８】
これらの研究の中では、可能性のある複数のメタノール代替物すなわちジメチルエーテル（ＤＭＥ）、メチラール（ジメトキシメタン、ＤＭＭ）およびトリメトキシメタン（ＴＭＭ）を比較しているY.Tsutsumi達による下記の研究が注目される。
【非特許文献２】Electrochemistry、70(12)(2002)984
【０００９】
上記著者は直接ＤＭＭまたはＴＭＭ燃料電池の性能はメタノールを使用した時の性能とほぼ等しいということを示し、研究を結論付けているが、彼らの研究によると、ＤＭＭおよびＴＭＭ電池を用いる負極での反応中に多量のメタノールが発生している。電池性能の点からはＤＭＥは良好な化合物ではないが、負極での分解産物の毒性係数を考えた場合には最良のものである。「燃料のクロスオーバー」の問題を記載したJens T.Muller達の下記文献も注目に値する。
【非特許文献３】「Electro-oxidation of Dimethyl Ether in a Polymer-Electrolyte-Membrance Fuel Cell」, The Electrochemical Society; 147(11)4058-4060(2000)
【００１０】
直接燃焼燃料の代替案としてＤＭＭおよびＴＭＭを用いる可能性は下記文献にも記載されている。
【特許文献１】米国特許第６，０５４，２２８号明細書
【００１１】
水素の貯蔵の問題を克服するために、メタノールの蒸気リフォーミングによって必要に応じて水素を徐々に発生する電池も開発されている。メタノールの蒸気リフォーミングで水素を発生させる方法には下記の利点がある：
（１）変換温度が低い（約２５０〜３００℃）
（２）水素／炭素モル比が高い（４：１）
（３）煤または炭素の発生の危険性が低い（軽油、灯油、ディーゼルのような炭化水素と違ってＣ−Ｃ結合がない）
（４）選択的プロセスである（軽油、灯油、ディーゼルのような炭化水素と比べてＣＯの生成量が少ない）
（５）メタノール中の水素含有率が高い（７５％）
（６）燃料中に硫黄が存在しない（軽油、灯油、ディーゼルのような炭化水素と違って周知な触媒毒である硫黄が存在しない）
しかし、メタノールには上記の毒性問題の他にエネルギー密度が低く、上記の蒸気リフォーミングプロセスは遅い、という欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明者は、上記メタノールの欠点がなく、ＤＭＦＣと同じ原理で作動する燃料電池用の新規な燃料を使用できるということを見出した。
本発明者はさらに、上記の燃料電池用の新規な燃料は水素燃料電池の蒸気リフォーミングによって水素源としてのメタノールの代わりに有利に使用できるということを見出した。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の対象は、電解性の液体媒体と接触した負極および正極と、負極および正極と電気回路とにそれぞれ接続された電流コレクタを含む液密容器を備えた燃料電池において、液体媒体が燃料を含む水性媒体であり、この燃料の少なくとも一部は電池の使用温度で水性媒体に可溶で、燃料の沸点が６５℃以上であることを特徴とする燃料電池にある。
【００１４】
「水性媒体」という用語は水と、任意成分としてのＣ1〜Ｃ4モノアルコールとを含む媒体を意味する。モノアルコールの例としてはメタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ−プロパノールおよびこれらの混合物が挙げられる。
本発明の燃料は少なくとも一部が水に可溶である（特に酸型ＤＭＦＣ電池で使用した場合）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
「少なくとも一部が電池の使用温度で水性媒体に可溶である」という表現は、水または水性アルコール媒体中へ少なくとも３容量％の溶解度を有することを意味する。この溶解度は２０℃で得られるが、必要に応じて加熱する。しかし、２０℃での水への溶解度は重大な問題ではなく、高温用途（例えば４０℃近くの暑い国での使用）では溶解度がさらに小さい化合物を用いることができる。
燃料の引火点は１１℃以上、特に１８℃以上、例えば５５℃以上であるのが有利である。本発明では、この引火点は大気圧で測定する（１０5Ｐａ）。
本発明の一実施例では、燃料は水性媒体をマイクロ流体システムでポンプ輸送できるような粘度を有する。
別の実施例では、燃料の密度は室温（２０℃）および大気圧で測定した時に０．８０以上、特に０．８３以上、例えば０．８６以上、さらには０．９５以上である。燃料は室温（２０℃）および大気圧で液体または固体である。
【００１６】
本発明の一つの実施例では、燃料は炭素原子と、水素原子と、窒素、酸素およびこれらの組合せの中から選択される少なくとも一種のヘテロ原子とを含む有機化合物である。
本発明の別の実施例では、水性媒体が燃料の混合物を含み、その中の少なくとも一つが上記の燃料である。
【００１７】
本発明の一形態では、負極が白金を含む金属材料から成る。負極は白金と、ルテニウム、錫、ニッケルおよびモリブデンの中から選択される少なくとも一種の金属とを含む金属材料から成るのが有利である。
本発明の一つの形態では、負極が白金とルテニウムとの混合物からなり、白金の含有率が５０〜９０重量％である。
【００１８】
本発明の一実施例では、電池は直接燃料電池である。
本発明の別の実施例では、電池は間接燃料電池、特に水素電池である。
本発明では、電池は自律携帯型のエネルギー源である。
本発明の電池は負極と正極とを隔てる電解膜を含む。本発明の一つの実施例では、この電解膜はポリマーの膜である。別の形態では、電解膜は無機の膜である。
【００１９】
本発明の別の対象は、上記の電池の、電気エネルギーで動作する携帯型装置、特に携帯電話、ラップトップコンピュータまたは携帯用工具での使用にある。
本発明のさらに別の対象は、上記の燃料の、燃料電池でのエネルギー源としての使用にある。
【００２０】
本発明の一実施例では、電池はエーテルアセタール、ポリエーテルアセタール、カーボネート、オキサレート、尿素およびアミドの中から選択される１〜２０個の炭素原子を有する有機化合物型の一種または複数の燃料を含む。燃料は４つ以下の炭素−炭素結合、特に０〜３つの炭素−炭素結合を含む有機化合物であるのが有利である。Ｃ−Ｃ結合は低温（使用温度）で切断するのが難しいという欠点がある。
【００２１】
本発明の燃料は特に下記の物理化学的特性を有する：
（１）沸点が高く、蒸気圧が低い。
（２）メタノールよりも引火点が高い。
（３）メタノールよりも「クロスオーバー」が少ない。
（４）負極に供給されるのが水−燃料混合物の場合、水へ可溶（少なくとも一部）。
（５）メタノールよりもエネルギー密度が高い（「エネルギー密度」という用語は燃料１ｍｌ当たりの交換可能な電子数を意味する）。
（６）マイクロ流体システムによってポンプ輸送可能な低粘度である（例えば２５℃での粘度が０．３〜４ｃＰ）。
【００２２】
ポリエーテルアセタール
本発明の一つの実施例では、燃料電池用の液体燃料が一般式：Ｒ1−（ＯＣＨ2）n−ＯＲ1を有する（ここで、Ｒ1およびＲ1'は１〜５個の炭素原子を含む直鎖または分岐鎖を有するアルキル基を表し、同一でも異なっていてもよく、ｎは１〜８の値の指数であるが、Ｒ1とＲ1'が同じメチル基のときはｎは２以上である）。
この燃料は下記の中から選択される化合物であるのが有利である：
ＣＨ3−（ＯＣＨ2）2−ＯＣＨ3、ＣＨ3−（ＯＣＨ2）3−ＯＣＨ3、ＣＨ3−（ＯＣＨ2）4−ＯＣＨ3、ＣＨ3−（ＯＣＨ2）−ＯＣ2Ｈ5およびこれらの混合物。
【００２３】
上記燃料は特にポリオキシメチレンジアルキルエーテルである。以下ではポリオキシメチレンをＰＯＭで表し、このＰＯＭにアルキル基のＲ1、Ｒ1'、メチルのＭ、エチルのＥ、プロピルのＰ、（イソ）プロピルのｉ−Ｐ、ブチルのＢ、ペンチルのＰｅ、ヘキシルのＨを識別するための一つまたは２つの文字を追加し（ＰＯＭＸＸ）、さらに単位（ＣＨ2Ｏ）の数ｎに対応する指数も追加して表す（ＰＯＭＸＸn）。
上記化合物は例えば下記のように名付けられる：
（１）アルキルがメチル基の場合、ＰＯＭＭn（ポリオキシメチレンジメチルエーテル） ＣＨ3−（ＯＣＨ2）n−ＯＣＨ3
（２）アルキルがエーテル基の場合、ＰＯＭＥ（ポリオキシメチレンジエチルエーテル）
（３）アルキルがプロピル基の場合、ＰＯＭＰ（ポリオキシメチレンジプロピルエーテル）
（４）アルキルがブチル基の場合、ＰＯＭＢ（ポリオキシメチレンジブチルエーテル）。
【００２４】
ｎ個のオキシメチレン単位を有する化合物はＰＯＭＭnとよぶ。メチラール（ｎ＝１）（本特許出願の対象ではない）はＰＯＭＭ1とよび、ブチラールはＰＯＭＢ1とよぶ。同じ合成で得られる生成物の混合物を用いる場合は、ＰＯＭＭ3-8は例えばＰＯＭＭｓ（ｎ＝３〜８）を含む混合物を意味する。
これらのＰＯＭＸＸｓはＲ1≠Ｒ1'のときに非対称である。例えば２つの（ＣＨ2Ｏ）単位を有するポリオキシメチレンメチルエチルエーテルすなわちＣＨ3−（ＯＣＨ2）2−ＯＣ2Ｈ5を表すＰＯＭＭＥ2にすることができる。
【００２５】
本発明の燃料は対称な化学構造のアセタールまたはポリアセタールエーテルであるのが有利である。
本発明の燃料は純粋な形で用いることもできるが、実際には、用いる合成法および経済的な理由で、特に（ＣＨ2Ｏ）単位の数で区別されるＰＯＭＸＸの混合物を用いる。
【００２６】
ＰＯＭＸＸの利点はほぼその化学的性質に関係する。この理由から合成法を制御することで鎖長を制御できる。一般に、ＰＯＭＸＸの沸点は−（ＣＨ2Ｏ）単位の数およびアルキル鎖の長さとともに高くなり、一方、水への溶解度は−（ＣＨ2Ｏ）n鎖の長さおよびアルキル鎖の長さとともに低くなるので、燃料電池の所望の最終用途に応じて最適化することができる。
【００２７】
酸性媒体中で機能する電池の反応機構は、ＰＯＭＭnの場合には下記のハーフセルの式で要約できる。酸電池の場合、
負極：ＣＨ3−（ＯＣＨ2）n−ＯＣＨ3＋（ｎ＋３）Ｈ2Ｏ→（ｎ＋２）ＣＯ2＋（４ｎ＋１２）Ｈ+＋（４ｎ＋１２）ｅ-
正極：（４ｎ＋１２）Ｈ+＋（４ｎ＋１２）ｅ-＋（ｎ＋３）Ｏ2→（２ｎ＋６）Ｈ2Ｏ。
【００２８】
ＰＯＭＸＸはメタノールの場合よりも低いモル濃度で用いることができる。従って、蒸発および浸透による損失を制限できる。さらに、負極で必要とされる量の２倍の水が正極で製造され、これによって、正極で製造された水を再利用して稀釈された純粋な燃料を電池に供給できる。
【００２９】
その他のメタノール代替物と比較して、ＰＯＭＭには１個の炭素原子を含む単位（メタノール＋ホルムアルデヒド）から成るという利点がある。すなわち、低温での切断が困難なＣ−Ｃ結合は存在しない。従って、これらは酸性媒体中で容易に加水分解でき（電極および膜は酸官能化ポリマーで構成ができる）、従って、炭素原子の断片（オキシメチレンまたはメトキシ）へ分解でき、従って、負極に存在する触媒によって容易に分解される。ＰＯＭＥ、ＰＯＭＰまたはＰＯＭＢの系ではアルキル基に起因するＣ−Ｃ結合が依然として存在するが、アルコール型ではないＰＯＭ型の分子は反応機構の原理に従って加水分解中の結合の活性化でより高い反応性を得ることができる。
【００３０】
さらに、ＰＯＭＸＸ、特にＰＯＭＭnは一般に「液体水素化物」とよばれる型の水素貯蔵の点で有利な代替物である。
ＰＯＭＭnの蒸気リフォーミングの反応は下記の通り：
ＣＨ3−（ＯＣＨ2）nＯＣＨ3＋（ｎ＋３）Ｈ2Ｏ→（２＋ｎ）ＣＯ2＋（６＋２ｎ）Ｈ2、
すなわち、ＰＯＭＭn（４６＋３０ｎ）ｇ当たり（１２＋４ｎ）ｇのＨ2。
【００３１】
メタノールの蒸気リフォーミングの場合の反応は下記の通り：
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋３Ｈ2、すなわちＭｅＯＨ３２ｇ当たり６ｇのＨ2。
従って、本発明の電池の所定容量に貯蔵可能な水素当量はメタノール電池の場合よりもはるかに大きい。従って、水素燃料電池にＰＯＭＸＸを有利に使用できる。
【００３２】
ＰＯＭＸＸの合成法は古くから知られている。この分野での参考文献としては特にJ.F.Walkerによる下記文献が挙げられる。
【非特許文献４】「Formaldehyde」、Robert E. Krieger Publishing Company、Huntington, New York, 3rd Edition, 1975
【００３３】
合成法に関する記載は特に第167頁以下、264頁以下を参照。これらの合成法はアルコール、メタノール、エタノールまたはアルデヒド、メチラールまたはエチラールとホルムアルデヒドまたはその均等化合物との酸触媒反応をベースにしている。この形式の合成法は多くの特許文献、例えば下記文献にも記載されている。
【特許文献２】米国特許第２，４４９，４６９号明細書
【特許文献３】特開昭４７−４０７７２号公報
【００３４】
ルイス酸型の触媒に基づくその他の合成モードも記載されている。ルイス酸型のイオン触媒を用いる安定なポリオキシメチレンジエーテルの合成が記載されたKhimichescoi Fiziki協会の下記文献が挙げられる。
【特許文献４】英国特許第１，１２０，５２４号
【００３５】
混合ＰＯＭＸＸすなわちＲ1がＲ1'と異なる一般式に対応するものは上記方法で直接合成するか、２種類の「対称」ＰＯＭＸＸ（Ｒ1＝Ｒ1'）のアセタール交換反応で得られる。
【００３６】
尿素およびアミド
本発明の別の対象は、式（２） Ｒ2−ＣＯ−Ｎ（Ｒ2'）Ｒ2''（ここで、Ｒ2、Ｒ2'、Ｒ2''は独立して水素原子か、１〜８個の炭素原子、例えば１〜３個の炭素原子を含むアルキル基を表す）のアミド燃料または尿素燃料である。
【００３７】
例としては尿素、メチル尿素、Ｎ，Ｎ’−ジメチル尿素、Ｎ−エチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドおよびこれらの混合物が挙げられる。
【００３８】
オキザレートおよびカーボネート：
本発明の別の対象は、式（３） Ｒ3−（ＣＯ）ｎ−ＯＲ3'（ここで、Ｒ3およびＲ3'は独立して１〜８個の炭素原子、例えば１〜３個の炭素原子を含むアルキル基を表し、ｎは１〜４、例えば１または２の整数である）のオキザレートまたはカーボネート燃料にある。
この類の燃料の例としてはジメチルカーボネート（ＤＭＣ）およびジエチルオキザレート（ＤＥＯ）が挙げられる。
ＤＭＣのハーフセル反応は下記で表される：
負極：ＣＨ3−ＯＣＯ−ＯＣＨ3＋３Ｈ2Ｏ→３ＣＯ2＋１２Ｈ+１２ｅ-、
正極：１２Ｈ+＋１２ｅ-＋３Ｏ2→６Ｈ2Ｏとなる。
同様に、ＤＥＯでは下記になる：
負極：Ｃ2Ｈ5−ＯＣＯ−ＯＣ2Ｈ5＋８Ｈ2Ｏ→６ＣＯ2＋２６Ｈ+２６ｅ-、
正極：２６Ｈ+＋２６ｅ-＋１３／２Ｏ2→１３Ｈ2Ｏとなる。
【００３９】
従って、負極で必要とされる量の２倍の水が正極で製造される。さらに、ＤＭＣはメタノールよりもはるかに低いモル濃度で用いることができ、これによって、蒸発および浸透による損失を制限することができる。
ＤＭＣおよびＤＥＯの利点はその化学的性質に関係している。
【００４０】
これらの生成物は既に市販されているという利点がある。さらに、これらの毒性はメタノールよりもはるかに低い。
ＤＭＣはその他のメタノール代替物と比較して、１個の炭素原子を含む単位（メタノール＋Ｏ−ＣＯ−）からなるという利点も有する。すなわち、低温での切断が困難なＣ−Ｃ結合は存在しない。
【００４１】
ＤＥＯでは、アルキル基および蓚酸に起因するＣ−Ｃ結合が依然として存在するが、蓚酸およびエタノールが燃料電池内で酸化できることは知られている。
本発明の上記以外の特徴および利点は添付図面を参照した以下の説明からより良く理解できよう。本発明が下記実施例に限定されるものではない。
【００４２】
［図１］を参照する。本発明の燃料電池は液密な容器（Ａ）を備えており、この容器（Ａ）中には触媒負極（１）と触媒正極（２）とが収用されている。負極（１）および正極（２）は電解質の液体媒体（５）と接触し且つ電解膜（３）または循環室（１０）で分離されている。負極（１）および正極（２）に接続された各電流コレクタ（９）は外部電気回路（４）に接続され、この電気回路（４）中を電流が循環する。電解質媒体（５）は酸または塩基の水性媒体で調製した液体燃料である。この電解質媒体（５）はライン（５ａ）を介して導入され、電池内で発生した二酸化炭素はライン（６）を介して循環室から排気される。酸素はライン（７）を介して導入され、生成した水はライン（８）を介して排出される。上記の組立体はカレンダ（１１）によって容器（Ａ）内の所定位置に保持される。
【００４３】
正極は例えばＣ−Ｐｔ型であり、負極はＰｔをベースにし、例えばＣ−ＰｔＲｕ型またはＣ−Ｐｔ型である。膜は状況に応じてオリジナルの電池（Ｎａｆｉｏｎ Ｈ ＴＥＣ）のＮａｆｉｏｎ １１７、市販のＮａｆｉｏｎ１１７（いずれも必要に応じてニッケルグリルで支持する）または下記文献に記載のＤａｂｃｏ（登録商標）型の膜にする。
【非特許文献５】E.Agel,J.Bouet and J.F.Fauvarque Jounal of The Power Sources、101(2001)、267-274
【００４４】
［図２］に示すＤＭＦＣ型燃料電池は液密な容器（Ａ）中に下記を備えている：
（ａ）市販の触媒負極（１）Ｅ−ＴＥＫ（これはＰｔ／Ｃ、４０重量％のＰｔおよび２ｍｇ．ｃｍ-2のＰｔまたはＰｔＲｕ（５０：５０）、６０質量％のＰｔおよび２ｍｇ．ｃｍ-2のＰｔＲｕ（原子比１：１、幾何学面積５ｃｍ2）から成る）
（ｂ）市販の触媒正極（２）Ｅ−ＴＥＫ（これは４０重量％のＰｔ／Ｃと２ｍｇ．ｃｍ-2の白金触媒（幾何学面積５ｃｍ2）とから成る）
（ｃ）電解膜（３）（市販のＮａｆｉｏｎ（登録商標）１１７型固体導電性ポリマー）
（ｄ）電気回路（４）（電流特性（強さ、電圧）を測定するために電流コレクタ（９）に接続されている）
（ｅ）負極（１）への燃料と水の供給管（５）（流量の測定手段と温度および圧力の調節手段を備える）
（ｆ）負極で発生した二酸化炭素の排気管（６）
（ｇ）酸素を正極（２）に供給するための管（７）（流量の測定手段と成分の温度および圧力の調節手段を備える）
（ｈ）正極で生成した水の排出管（８）、
（ｉ）組立体を所定位置に保持するためのカレンダ（１１）。
【実施例】
【００４５】
ポリオキシメチレンジアルキルエーテル
本発明燃料の組成物中に含まれるポリオキシメチレンジアルキルエーテルの例をその物理的特徴と一緒に［表１］に示した。この［表１］には比較のために本発明ではない分子（*を付けたもの）も含まれている。
【表１】
【００４６】
実施例１、２
実施例１、２では本発明の２つの燃料を用いる。前者の燃料は沸点が１０５℃で、モル質量が１０６ｇ／ｍｏｌで、単位体積当たりの質量が０．９５９７ｇ／ｍｌのＰＯＭＭ2である。後者の燃料は留出範囲が１５３〜２６８℃で、モル質量が１５５．８ｇ／ｍｏｌで、単位体積当たりの質量が１．０６４ｇ／ｍｌのＰＯＭＭ3-8である。
これら２つの燃料は、Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（登録商標）１５のような型の酸性樹脂の存在下でメチラールとトリオキサンとを反応させて得られる。反応媒体に分離操作を行って、ＰＯＭＭ2とＰＯＭＭ3-8の両方を得る。
【００４７】
これらの燃料を直接メタノール燃料電池でテストした。二通りの試験を行った。第１試験では大学の授業用の「Ｈ−ＴＥＣ」型デモンストレーション用燃料電池を用いた。電圧および電流の強さの変化および密度の測定をスポット状すなわち操作条件を変えずに行った。第２のシリーズ試験は以下で説明するプロセスに従って静止状態で動作するＤＭＦＣ型燃料電池を用いて実施した。
用いた電池は［図１］に示す方法に従って負極と膜との間に循環室を挿入したＨ−ＴＥＣ型である。
【００４８】
実験は全て室温２５℃で、一部は酸性媒体中（実施例１）で、残りはアルカリ性媒体中（実施例２、アルカリ電池）で行った。用いた実験装置はアルカリ性媒体中で動作するように設計されており、厚さ１ｃｍの循環室を用いて反応中に合成されたカーボネートを除去する必要がある。この循環室およびこの循環室中を流れる媒体の寸法によって装置の伝導率（従って電流密度）は大幅に下がる。試験液は同一容量の燃料で調製した。例えばメタノールまたはＰＯＭＭ2の場合、メタノールまたはＰＯＭＭ2の１０容量％水溶液（酸性媒体では０．１ＭＨ2ＳＯ4、アルカリ性媒体では０．１ＭＫＯＨ。
ゼロ−電流電圧およびゼロ−電圧電流密度を測定した。
【００４９】
実施例１
酸性媒体中での試験である実施例１で得られた結果は［表２］にまとめてある。
【表２】
【００５０】
実施例２
塩基性媒体中の試験である実施例２で得られた結果は［表３］にまとめてある。
【表３】
【００５１】
この実験の目的は本発明の燃料とメタノールとを比較することにある。この表は燃料ＰＯＭＭ2はレベルとは無関係にメタノールよりも優れた性能を得ることができるということを示している。
【００５２】
実施例３〜１０
各燃料下記手順で試験した。用いた電池は［図２］の実施例のものである。
電池を１時間水和した後、温度を３０、５０、７０、９０℃まで徐々に上げる（圧力１ｂａｒ）。その後、成分（燃料および酸素）の圧力を２バールおよび３バールにそれぞれ上げると同時に温度を１００℃、次いで１１０℃に上げる。各操作（段階）を約３０分続けた後、電池の温度を段階的に下げ、各段階で成分を大気圧または加圧下に供給する。温度または圧力を変化、増減する間に電圧、密度、電力を測定する。
手順の実施条件は［表４］にまとめてある。
【００５３】
【表４】
【００５４】
電池に各成分の混合物、本発明燃料またはメタノールを供給した（それぞれ水に溶かしてＰＯＭＭ2では１ｍｏｌ／ｌ、メタノールでは１ｍｏｌ／ｌ、ＰＯＭＭ3-8では２ｍｏｌ／ｌ、ＰＯＭ−Ｅ1では０．５ｍｏｌ／ｌ、ＰＯＭ−Ｅ2では０．３９ｍｏｌ／ｌ、ＰＯＭ−Ｅ3では０．２７ｍｏｌ／ｌの濃度にした）。ＰＯＭ−ＭＥ1では５７ｍｌのＰＯＭ−ＭＥ1に水を補って５００ｍｌにして試験液を調製した。
【００５５】
ＰＯＭ−Ｍｘ燃料はＡｍｂｅｒｌｙｓｔ（登録商標）１５のような型の酸性樹脂の存在下でメチラールとトリオキサンとを反応させて得られる。反応媒体を分離操作で分離する。
燃料ＰＯＭ−Ｅ1は市販のものである。
他のＰＯＭ−Ｅｘ燃料はＡｍｂｅｒｌｙｓｔ（登録商標）１５のような型の酸性樹脂の存在下でエチラールとトリオキサンとを反応させて得られる。反応媒体を分離操作して分離する。
燃料ＰＯＭ−ＭＥ1はＡｍｂｅｒｌｙｓｔ（登録商標）１５のような型の酸性樹脂の存在下でのメチラールとエチラールとの間のアセタール交換反応で得られる。
得られた結果（測定値）から電流密度（ｍＡ．ｃｍ-2）を関数とした各燃料、電極、温度および圧力条件下での電池電圧（Ｅ、ボルト）および電力（Ｐ、ｍＷ．ｃｍ2）の曲線が得られる。
【００５６】
実施例３
この実施例では異なる負極（ＰｔまたはＰｔＲｕ）と異なる圧力（大気圧または加圧下すなわちＯ2＝３バールおよび燃料＝２バール）を用いて燃料ＰＯＭＭ2とＰＯＭＭ3-8の３０℃での電池の運転性能を比較した。得られた結果は［図３］に示してある。
［図３］は燃料ＰＯＭＭ2を用いることで低温（１００℃以下）での性能が良くなることを示している。圧力は望ましい効果を与え、触媒の種類が実質的な影響を与えると思われる。Ｐｔ／Ｒｕ負極を用いた場合の性能はＰｔ負極を用いて得られる性能よりも優れている。
【００５７】
実施例４
この実施例では異なる負極（ＰｔまたはＰｔＲｕ）を用い、加圧下（Ｏ2：３バールおよび燃料：２バール）での燃料ＰＯＭＭ2とＰＯＭＭ3-8の９０℃での電池の運転性能を比較した。得られた結果は［図４］に示してある。
［図４］は、燃料ＰＯＭＭ2を用いる、燃料ＰＯＭＭ3-8と同様に、有利な高温性能が得られことを示している。しかし、性能は燃料ＰＯＭＭ3-8よりも低い。触媒の種類で望ましい効果が与えられることが分かる。Ｐｔ／Ｒｕ負極を用いた場合の性能はＰｔ負極を用いて得られる性能よりも優れている。
【００５８】
実施例５
この実施例ではＰｔＲｕ負極を用い、大気圧、３０℃での電池の運転性能を燃料ＰＯＭＭ2とメタノールで比較した。得られた結果は［図５］に示してある。
［図５］ではメタノールに適した上記条件下ではメタノールの方がＰＯＭＭ2よりわずかに良い性能を示している。電池の使用条件をＰＯＭＭ2に合わせることによって標準的なメタノール電池の欠点の無い、良好な電気特性を有する燃料電池が得られる。
【００５９】
実施例６
この実施例ではＰｔＲｕ負極を用い、加圧下（Ｏ2：３バール、燃料：２バール）、９０℃での電池の運転性能を燃料ＰＯＭＭ2、ＰＯＭＭ3-8およびメタノールで比較した。得られた結果は［図６］に示してある。
［図６］は上記条件下では燃料ＰＯＭＭ2がメタノールよりも優位であることを示している。燃料ＰＯＭＭ3-8自体の性能は有利であるが、レベルは劣っている。
【００６０】
実施例７
この実施例ではＰｔＲｕ負極を用い、加圧下（Ｏ2：３バール、燃料：２バール）で、１１０℃での電池の運転性能を燃料ＰＯＭ−Ｅ1、ＰＯＭ−Ｅ2、ＰＯＭ−Ｅ3で比較した。得られた結果は［図７］に示してある。これらの曲線から、ＰＯＭ−Ｅ1、ＰＯＭ−Ｅ2、ＰＯＭ−Ｅ3は上記条件下で燃料の機能を果たすと推定できる。
【００６１】
実施例８
この実施例ではＰｔＲｕ負極を用い、加圧下（Ｏ2：３バール、燃料：２バール）、５０、７０、９０℃での電池の運転性能を燃料ＰＯＭ−ＭＥ1でテストした。得られた結果は［図８］に示してある。ＰＯＭ−ＭＥ1化合物は広範囲の温度で燃料の機能を果たすことができる。
【００６２】
実施例９
この実施例ではＰｔＲｕ負極を用い、大気圧（９０°１）および加圧下（Ｏ2：３バール、燃料：２バール（９０°２））、９０℃での電池の機能性能を燃料ＰＯＭ−ＭＥ1でテストした。得られた結果は［図９］に示してある。［図９］の曲線から電池は加圧下で燃料を用いる方が良い結果を出すことが理解できる。
【００６３】
実施例１０
この実施例ではＰｔＲｕ負極を用い、加圧下（Ｏ2：３バール、燃料：２バール）、９０、１００、１１０℃での電池の機能性能を燃料ＰＯＭ−ＭＥ1で試験した。得られた結果は［図１０］に示してある。この曲線からＰＯＭ−ＭＥ1化合物は広範囲の温度で燃料の機能を果たすと推定される。
【００６４】
オキザレートとカーボネート
実施例１１、１２
［表５］には本発明の燃料組成物中に含まれるオキシレートおよびカーボレートの実施例がそれらの物理的特性とともに示されている。
【表５】
【００６５】
実施例１１、１２で用いた燃料電池は実施例３〜１０に記載の燃料である（［図２］）。
【００６６】
実施例１１
この実施例ではＰｔ負極を用い、加圧下（Ｏ2：３バール、燃料：２バール）、９０、１００、１１０℃での電池の機能性能を燃料ＤＭＣで試験した。用いた試験液の濃度は１ｍｏｌ／ｌである。得られた結果は［図１１］に示してある。［図１１］から、この電池はエネルギー源として様々な温度で使用できると推定される。
【００６７】
実施例１２
この実施例ではＰｔ／Ｒｕ負極を用い、加圧下（Ｏ2：３バール、燃料：２バール）、９０、１００、１１０℃での電池の機能性能を燃料ＤＥＯで試験した。用いた試験液の濃度は１ｍｏｌ／ｌである。得られた結果は［図１２］に示してある。１１０℃２の曲線は１１０℃１の曲線で示される電池性能の２時間後に記録された電池性能を示している。これらの曲線から、ＤＥＯは広範囲の温度で燃料の機能を果たすと推定される。さらに、電池の性能は長時間ほとんど変化せず、従って安定であることが理解できよう。
【００６８】
尿素とアミド
【表６】
【００６９】
これらの尿素およびアミド燃料は［図１］または［図２］に示す電池で使用できる。これらは実施例１〜１２で得られる電気的特性と同等な電気的特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】第１実施例における本発明の燃料電池の概略的縦方向断面図。
【図２】第２実施例における本発明の燃料電池の概略的縦方向断面図。
【図３】〜
【図１２】各種態様、燃料、電極、温度および圧力条件下での電流密度（ｍＡ．ｃｍ-2）を関数とする電池電圧（Ｅ、ボルト）および電力（Ｐ、ｍＷ．ｃｍ2）の曲線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質の液体媒体（５）と接触した負極（１）および正極（２）と、負極および正極と電気回路（４）とにそれぞれ接続された電流コレクタ（９）とを収用した液密な容器（Ａ）を備えた燃料電池において、
上記液体媒体が燃料を含む水性媒体であり、上記燃料は電池の使用温度で水性媒体に少なくとも部分的に可溶で且つ６５℃以上の沸点を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
燃料の引火点が１１℃以上である請求項１に記載の電池。
【請求項３】
燃料の引火点が１８℃以上である請求項１または２に記載の電池。
【請求項４】
水性媒体をマイクロ流体システムでポンプ輸送可能であるような粘度を燃料が有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池。
【請求項５】
燃料の密度が０．８以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池。
【請求項６】
燃料の密度が０．８６以上である請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池。
【請求項７】
燃料が炭素原子と、水素原子と、窒素、酸素およびこれらの組合せの中から選択される少なくとも一種のヘテロ原子とを含む有機化合物である請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池。
【請求項８】
燃料が炭素原子を含み、４つ以下の炭素−炭素結合を含む有機化合物である請求項１〜７のいずれか一項に記載の電池。
【請求項９】
燃料がエーテルアセタール、ポリエーテルアセタール、カーボネート、オキザレート、尿素およびアミンの中から選択される有機化合物である請求項１〜８のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１０】
燃料が炭素原子を含み、０〜３つの炭素−炭素結合を含む有機化合物である請求項１〜９のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１１】
燃料が１〜２０個の炭素原子を含む有機化合物である請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１２】
上記燃料が式（１）：Ｒ1−（ＯＣＨ2）n−ＯＲ1'（ここで、Ｒ1およびＲ1'は１〜５個の炭素原子を含む直鎖または分岐鎖を有するアルキル基を表し、互いに同一でも異なっていてもよく、ｎは１〜８の値の指数であるが、Ｒ1およびＲ1'が同じメチル基のときはｎは２以上である）のエーテルアセタールまたはポリエーテルアセタール化合物である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１３】
燃料がＣＨ3−（ＯＣＨ2）2−ＯＣＨ3、ＣＨ3−（ＯＣＨ2）3−ＯＣＨ3、ＣＨ3−（ＯＣＨ2）4−ＯＣＨ3、ＣＨ3−（ＯＣＨ2）−ＯＣ2Ｈ5およびこれらの混合物の中から選択される化合物である請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１４】
燃料が対称な化学構造を有するエーテルアセタールまたはポリエーテルアセタールである請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１５】
上記燃料が式（２）：Ｒ2−ＣＯ−Ｎ（Ｒ2'）Ｒ2''（ここで、Ｒ2、Ｒ2'、Ｒ2''は独立して水素原子か、１〜８個の炭素原子を含むアルキル基を表す）のアミドまたは尿素化合物である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１６】
上記のアミドまたは尿素化合物が１〜３個の炭素原子を有する請求項１５に記載の電池。
【請求項１７】
上記のアミドまたは尿素化合物が尿素、メチル尿素、Ｎ，Ｎ'−ジメチル尿素、Ｎ−エチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドおよびこれらの混合物の中から選択される請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１８】
上記燃料が式（３）：Ｒ3−（ＣＯ）ｎ−ＯＲ3'（ここで、Ｒ3およびＲ3'は独立して１〜８個の炭素原子、例えば１〜３個の炭素原子を含むアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数である）のオキザレートまたはカーボネート化合物である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１９】
上記アルキル基が１〜３個の炭素原子を有する請求項１８に記載の電池。
【請求項２０】
上記ｎが１または２の整数である請求項１８に記載の電池。
【請求項２１】
上記燃料がジメチルカーボネート（ＤＭＣ）およびジエチルオキザレート（ＤＥＯ）の中から選択される請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２２】
上記燃料が燃料混合物を含む水性媒体であり、この燃料の少なくとも一つのが上記の燃料である請求項１〜２１のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２３】
負極（１）が白金を含む金属材料から成る請求項１〜２２のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２４】
負極（１）が白金と、ルテニウム、錫、ニッケルおよびモリブデンの中から選択される少なくとも一種の金属とを含む金属材料から成る請求項１〜２３のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２５】
負極（１）が白金とルテニウムとの混合物からなり、白金の含有率が５０〜９０重量％である請求項１〜２４のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２６】
電池が直接燃料電池である請求項１〜２５のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２７】
電池が間接燃料電池である請求項１〜２５のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２８】
電池が水素電池である請求項１〜２５および２７のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２９】
電池が自律（aurinomous）携帯型のエネルギー源である請求項１〜２８のいずれか一項に記載の電池。
【請求項３０】
電池が負極（１）と正極（２）とを隔てる電解膜（３）を含む請求項１〜２９のいずれか一項に記載の電池。
【請求項３１】
電解膜（３）がポリマーの電解膜である請求項１〜３０のいずれか一項に記載の電池。
【請求項３２】
電解膜（３）が無機の電解膜である請求項１〜３０のいずれか一項に記載の電池。
【請求項３３】
請求項１〜３２のいずれか一項に記載の燃料電池の電気エネルギーで動作する携帯装置での使用。
【請求項３４】
携帯装置が携帯電話、ラップトップコンピュータまたは携帯工具である請求項３３に記載の使用。
【請求項３５】
請求項１〜３２のいずれか一項に記載の燃料の、燃料電池でのエネルギー源としての使用。
【請求項１】
電解質の液体媒体（５）と接触した負極（１）および正極（２）と、負極および正極と電気回路（４）とにそれぞれ接続された電流コレクタ（９）とを収用した液密な容器（Ａ）を備えた燃料電池において、
上記液体媒体が燃料を含む水性媒体であり、上記燃料は電池の使用温度で水性媒体に少なくとも部分的に可溶で且つ６５℃以上の沸点を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
燃料の引火点が１１℃以上である請求項１に記載の電池。
【請求項３】
燃料の引火点が１８℃以上である請求項１または２に記載の電池。
【請求項４】
水性媒体をマイクロ流体システムでポンプ輸送可能であるような粘度を燃料が有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池。
【請求項５】
燃料の密度が０．８以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池。
【請求項６】
燃料の密度が０．８６以上である請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池。
【請求項７】
燃料が炭素原子と、水素原子と、窒素、酸素およびこれらの組合せの中から選択される少なくとも一種のヘテロ原子とを含む有機化合物である請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池。
【請求項８】
燃料が炭素原子を含み、４つ以下の炭素−炭素結合を含む有機化合物である請求項１〜７のいずれか一項に記載の電池。
【請求項９】
燃料がエーテルアセタール、ポリエーテルアセタール、カーボネート、オキザレート、尿素およびアミンの中から選択される有機化合物である請求項１〜８のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１０】
燃料が炭素原子を含み、０〜３つの炭素−炭素結合を含む有機化合物である請求項１〜９のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１１】
燃料が１〜２０個の炭素原子を含む有機化合物である請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１２】
上記燃料が式（１）：Ｒ1−（ＯＣＨ2）n−ＯＲ1'（ここで、Ｒ1およびＲ1'は１〜５個の炭素原子を含む直鎖または分岐鎖を有するアルキル基を表し、互いに同一でも異なっていてもよく、ｎは１〜８の値の指数であるが、Ｒ1およびＲ1'が同じメチル基のときはｎは２以上である）のエーテルアセタールまたはポリエーテルアセタール化合物である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１３】
燃料がＣＨ3−（ＯＣＨ2）2−ＯＣＨ3、ＣＨ3−（ＯＣＨ2）3−ＯＣＨ3、ＣＨ3−（ＯＣＨ2）4−ＯＣＨ3、ＣＨ3−（ＯＣＨ2）−ＯＣ2Ｈ5およびこれらの混合物の中から選択される化合物である請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１４】
燃料が対称な化学構造を有するエーテルアセタールまたはポリエーテルアセタールである請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１５】
上記燃料が式（２）：Ｒ2−ＣＯ−Ｎ（Ｒ2'）Ｒ2''（ここで、Ｒ2、Ｒ2'、Ｒ2''は独立して水素原子か、１〜８個の炭素原子を含むアルキル基を表す）のアミドまたは尿素化合物である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１６】
上記のアミドまたは尿素化合物が１〜３個の炭素原子を有する請求項１５に記載の電池。
【請求項１７】
上記のアミドまたは尿素化合物が尿素、メチル尿素、Ｎ，Ｎ'−ジメチル尿素、Ｎ−エチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドおよびこれらの混合物の中から選択される請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１８】
上記燃料が式（３）：Ｒ3−（ＣＯ）ｎ−ＯＲ3'（ここで、Ｒ3およびＲ3'は独立して１〜８個の炭素原子、例えば１〜３個の炭素原子を含むアルキル基を表し、ｎは１〜４の整数である）のオキザレートまたはカーボネート化合物である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電池。
【請求項１９】
上記アルキル基が１〜３個の炭素原子を有する請求項１８に記載の電池。
【請求項２０】
上記ｎが１または２の整数である請求項１８に記載の電池。
【請求項２１】
上記燃料がジメチルカーボネート（ＤＭＣ）およびジエチルオキザレート（ＤＥＯ）の中から選択される請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２２】
上記燃料が燃料混合物を含む水性媒体であり、この燃料の少なくとも一つのが上記の燃料である請求項１〜２１のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２３】
負極（１）が白金を含む金属材料から成る請求項１〜２２のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２４】
負極（１）が白金と、ルテニウム、錫、ニッケルおよびモリブデンの中から選択される少なくとも一種の金属とを含む金属材料から成る請求項１〜２３のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２５】
負極（１）が白金とルテニウムとの混合物からなり、白金の含有率が５０〜９０重量％である請求項１〜２４のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２６】
電池が直接燃料電池である請求項１〜２５のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２７】
電池が間接燃料電池である請求項１〜２５のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２８】
電池が水素電池である請求項１〜２５および２７のいずれか一項に記載の電池。
【請求項２９】
電池が自律（aurinomous）携帯型のエネルギー源である請求項１〜２８のいずれか一項に記載の電池。
【請求項３０】
電池が負極（１）と正極（２）とを隔てる電解膜（３）を含む請求項１〜２９のいずれか一項に記載の電池。
【請求項３１】
電解膜（３）がポリマーの電解膜である請求項１〜３０のいずれか一項に記載の電池。
【請求項３２】
電解膜（３）が無機の電解膜である請求項１〜３０のいずれか一項に記載の電池。
【請求項３３】
請求項１〜３２のいずれか一項に記載の燃料電池の電気エネルギーで動作する携帯装置での使用。
【請求項３４】
携帯装置が携帯電話、ラップトップコンピュータまたは携帯工具である請求項３３に記載の使用。
【請求項３５】
請求項１〜３２のいずれか一項に記載の燃料の、燃料電池でのエネルギー源としての使用。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公表番号】特表２００８−５３０７４５（Ｐ２００８−５３０７４５Ａ）
【公表日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５５４５９７（Ｐ２００７−５５４５９７）
【出願日】平成１８年２月８日（２００６．２．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００６／０００２８３
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８４９９３
【国際公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【出願人】（５９１００４６８５）アルケマ フランス (112)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月８日（２００６．２．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００６／０００２８３
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８４９９３
【国際公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【出願人】（５９１００４６８５）アルケマ フランス (112)
【Ｆターム（参考）】
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