燃料電池、燃料電池集合体、電源、電子機器及び電極の形成方法
【課題】 本発明は、アノード反応及びカソード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することが可能な燃料電池及び燃料電池集合体、該燃料電池を有する電源、該電源を有する電子機器並びに電極の形成方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 燃料電池については、アノードは、カソードに対して、鉛直方向の上側に設けられている。燃料電池集合体は、複数の上記の燃料電池が電気的に接続されている。燃料電池は、電解質体１，アノード部２，カソード部３，拡散層４，液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂが積層されている。
【解決手段】 燃料電池については、アノードは、カソードに対して、鉛直方向の上側に設けられている。燃料電池集合体は、複数の上記の燃料電池が電気的に接続されている。燃料電池は、電解質体１，アノード部２，カソード部３，拡散層４，液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂが積層されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、燃料電池集合体、電源、電子機器及び電極の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学素子、特に、電気エネルギーを発生又は蓄積できる素子は、構造として、電子（電荷）を発生又は蓄積できる層とイオンを伝搬する層から構成されているものが多い。具体的には、１次電池、２次電池、燃料電池、太陽電池、コンデンサー、電気分解素子、各種センサー等である。
【０００３】
燃料電池は、一般に、図３５のような構造を有する。このとき、液体燃料（メタノール水溶液）をアノード部２に、酸化剤（空気）をカソード部３に供給すると、以下の反応が生じることにより、発電が行われる。
【０００４】
アノード反応：ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→６Ｈ＋＋６ｅ−＋ＣＯ２
カソード反応：６Ｈ＋＋３／２Ｏ２＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ
全反応：ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
これにより、アノードでは炭酸ガスが発生し、カソードでは水が生成する。
【０００５】
炭酸ガスは、液体燃料より比重が小さいため、鉛直上向きに移動する。また、水は、酸化剤より比重が大きいため、鉛直下向きに移動する。
【０００６】
炭酸ガス及び水は、発電後の生成物（排出物）であることから、速やかに排出されることが望ましいが、従来の構成では、アノード部２の表面に炭酸ガスが溜まる現象及びカソード部３の表面に水が溜まる現象が発生し、その結果、発電特性が低下する問題があった。
【０００７】
燃料ガスを扱う燃料電池において、紙面上、アノード（燃料極）を上、カソード（酸化剤極）を下に記載した図が開示されている（特許文献１〜３参照）。しかしながら、燃料素電池の接続を課題としており、炭酸ガスや水の発生を考慮しているものでない。また、鉛直方向が規定されていない。
【０００８】
一方、燃料電池の積層体の小型軽量化や発電要素を狭持する方法としては、燃料電池の積層体を箱体に収容した板バネで狭持する方法が知られている（特許文献４参照）。しかしながら、板バネのスペースが必要なこと、箱に強度が必要なこと、重量が重くなること等の欠点がある。また、２枚のエンドプレートをシャフトで連結し、エンドプレート間に配した皿バネ（弾性体）の張力で発電要素に面圧を与える方法が知られている（特許文献５参照）。しかしながら、皿バネのスペースが必要であることから、体積及び重量の面で不利である。
【０００９】
また、電極の形成方法としては、電解質体に、カーボンを主成分とし、触媒金属を含むペーストを塗布する方法、そのペーストを集電体であるカーボンペーパーやカーボンクロス上に塗布した後、電解質体と一体化する方法等が知られている。
【００１０】
このような塗布方法（塗布工程）には、現状、ブレードコート法、ダイコート法、ワイヤーバーコート法、スクリーン印刷法、フレクソ印刷法等が適用されている。ブレードコート法、ダイコート法及びワイヤーバーコート法は、長尺の基板に対して連続で塗布できることから、大面積を生産性高く塗布できる方法である。しかしながら、ブレードコート法、ダイコート法及びワイヤーバーコート法では、任意の位置に、正方形、長方形等の任意の形状で、各種のペーストを塗布することができない。また、その塗布位置精度も高くない。スクリーン印刷法、フレクソ印刷法等の印刷版を用いる方法では、任意の位置、任意の大きさに塗布することが可能であるが、印刷位置や印刷形状を変えるためには、版を作り直さなくてはならないという問題を有している。
【００１１】
また、塗布以外の方法としては、ろ過法、電気泳動法、ミセル電解法等の方法が存在する。
【００１２】
ろ過法は、多孔質体への固形物の積層に適用される方法であり、電気化学デバイスの電極作製にも応用されている（非特許文献１参照）。しかしながら、積層形状がろ過面の形状で規定されるため、形状変化や形状制御に対する対応性が悪い。さらに、粒子が微細になる程、積層（ろ過）に時間を要し、生産性を落とすという欠点を有している。
【００１３】
電気泳動法は、液体中の荷電粒子に直流電界を印加することにより、荷電粒子と逆の極性を有する電極の方向に荷電粒子を移動させる方法である。この方法も電気化学デバイスの電極作製に応用されている（非特許文献２参照）。これは、電極間（直流電場間）に多孔質体、電解質体等の基板を配置することにより、基板と粒子を複合させる技術である。しかしながら、膜と液とで形成される液断面形状で積層形状が決定されるため、ろ過法と同様に形状変化や形状制御に対する対応性が低い。
【００１４】
ミセル電解法は、フェロセンのような酸化還元可能な部位を持つ界面活性剤により作製されるミセルを、電極表面で酸化又は還元させて崩壊させ、ミセル内部の物質を電極表面に堆積させる方法である（特許文献６参照）。しかしながら、電極面での電気化学反応を利用しているため、電極面、すなわち電子伝導性を持つ基板に対してしか適用できないという欠点を有している。
【特許文献１】特公平６−６５０４５号公報
【特許文献２】特公平８−２１４１６号公報
【特許文献３】特公平８−２８２３４号公報
【特許文献４】特開２００３−１５１６１１号公報
【特許文献５】特開２０００−１９５５２９号公報
【特許文献６】特公平３−５９９９８号公報
【非特許文献１】２００３年電気化学春季大会予稿集、３Ｎ０８、Ｐ３１３
【非特許文献２】２００３年電気化学春季大会予稿集、３Ｎ０９、Ｐ３１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、アノード反応及びカソード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することが可能な燃料電池及び燃料電池集合体、該燃料電池を有する電源、該電源を有する電子機器並びに電極の形成方法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】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、アノードを有するアノード部及びカソードを有するカソード部で電解質からなる電解質体を挟持し、液体燃料及び酸化剤を用いて発電する燃料電池において、前記アノード部は、前記カソード部に対して、鉛直方向の上側に設けられていることを特徴とする。本明細書及び特許請求の範囲において、鉛直方向とは、鉛直方向及びそれに近い方向を意味する。
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、前記アノード部は、前記カソード部に対して、鉛直方向の上側に設けられているので、アノード反応及びカソード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することが可能な燃料電池を提供することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池において、前記液体燃料の濃度は、０．９ｍｏｌ／ｌ以上であり、前記液体燃料を供給する流路における前記液体燃料の流束は、１５００μｌ／ｍｍ２・分以下であることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、前記液体燃料の濃度は、０．９ｍｏｌ／ｌ以上であり、前記液体燃料を供給する流路における前記液体燃料の流束は、１５００μｌ／ｍｍ２・分以下であるので、アノード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の燃料電池において、前記酸化剤は、酸素を２０体積％以上含有する気体であり、前記酸化剤を供給する流路における前記気体の流束は、１２０ｍｌ／ｍｍ２・分以下であることを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、前記酸化剤は、酸素を２０体積％以上含有する気体であり、前記酸化剤を供給する流路における前記気体の流束は、１２０ｍｌ／ｍｍ２・分以下であるので、カソード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記アノード部は、前記液体燃料を供給する流路に接することを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、前記アノード部は、前記液体燃料を供給する流路に接するので、液体燃料の拡散抵抗を減少させることができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の燃料電池において、前記アノードは、前記液体燃料を供給する流路の形状に基づいて形成されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、前記アノードは、前記液体燃料を供給する流路の形状に基づいて形成されているので、アノード材料の使用量を削減することができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記カソード部は、前記酸化剤を供給する流路に接することを特徴とする。
【００２７】
請求項６に記載の発明によれば、前記カソード部は、前記酸化剤を供給する流路に接するので、酸化剤の拡散抵抗を減少させることができる。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の燃料電池において、前記カソードは、前記酸化剤を供給する流路の形状に基づいて形成されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項７に記載の発明によれば、前記カソードは、前記酸化剤を供給する流路の形状に基づいて形成されているので、カソード材料の使用量を削減することができる。
【００３０】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記アノード部の前記アノードを有さない領域に電子伝導体を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項８に記載の発明によれば、前記アノード部の前記アノードを有さない領域に電子伝導体を有するので、燃料電池を小型軽量化することができる。
【００３２】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記カソード部の前記カソードを有さない領域に電子伝導体を有することを特徴とする。
【００３３】
請求項９に記載の発明によれば、前記カソード部の前記カソードを有さない領域に電子伝導体を有するので、燃料電池を小型軽量化することができる。
【００３４】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記アノードは、白金触媒、白金及びルテニウムからなる触媒、白金及びイリジウムからなる触媒並びに白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒のいずれかを含有することを特徴とする。
【００３５】
請求項１０に記載の発明によれば、前記アノードは、白金触媒、白金及びルテニウムからなる触媒、白金及びイリジウムからなる触媒並びに白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒のいずれかを含有するので、メタノール及びエタノールの少なくとも一方を酸化することができる。
【００３６】
請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記液体燃料は、アルコールを含有することを特徴とする。
【００３７】
請求項１１に記載の発明によれば、前記液体燃料は、アルコールを含有するので、エネルギー密度の高い液体燃料を使用した燃料電池を得ることができる。
【００３８】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の燃料電池において、前記アルコールは、エタノールであることを特徴とする。
【００３９】
請求項１２に記載の発明によれば、前記アルコールは、エタノールであるので、安全面及び環境面で優れた燃料電池を得ることができる。
【００４０】
請求項１３に記載の発明は、燃料電池集合体において、複数の、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の燃料電池が電気的に接続されていることを特徴とする。
【００４１】
請求項１３に記載の発明によれば、複数の、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の燃料電池が電気的に接続されているので、アノード反応及びカソード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することが可能な燃料電池集合体を提供することができる。
【００４２】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の燃料電池集合体において、前記複数の燃料電池は、鉛直方向に直交する方向に配置されていることを特徴とする。
【００４３】
請求項１４に記載の発明によれば、前記複数の燃料電池は、鉛直方向に直交する方向に配置されているので、出力及び発電容量を向上させることができる。
【００４４】
請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載の燃料電池集合体において、前記複数の燃料電池は、鉛直方向に配置されていることを特徴とする。
【００４５】
請求項１５に記載の発明によれば、前記複数の燃料電池は、鉛直方向に配置されているので、出力及び発電容量を向上させることができる。
【００４６】
請求項１６に記載の発明は、請求項１３に記載の燃料電池集合体において、前記複数の燃料電池を挟持する第一のプレート及び第二のプレート並びに前記第一のプレート及び第二のプレートの間に設けられ、前記第一のプレート及び第二のプレートで前記複数の燃料電池を締め付ける締め付け部材を有することを特徴とする。
【００４７】
請求項１６に記載の発明によれば、前記複数の燃料電池を挟持する第一のプレート及び第二のプレート並びに前記第一のプレート及び第二のプレートの間に設けられ、前記第一のプレート及び第二のプレートで前記複数の燃料電池を締め付ける締め付け部材を有するので、燃料電池を小型軽量化することができる。
【００４８】
請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の燃料電池集合体において、前記締め付け部材は、前記第一のプレートに設けられた第一の支持棒、前記第二のプレートに設けられた第二の支持棒並びに前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒と連結され、回転することにより、前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒の間隔を調整する回転部を有することを特徴とする。
【００４９】
請求項１７に記載の発明によれば、前記締め付け部材は、前記第一のプレートに設けられた第一の支持棒、前記第二のプレートに設けられた第二の支持棒並びに前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒と連結され、回転することにより、前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒の間隔を調整する回転部を有するので、燃料電池を小型軽量化することができる。
【００５０】
請求項１８に記載の発明は、請求項１６に記載の燃料電池集合体において、前記締め付け部材は、前記第一のプレートに設けられた第一の支持棒、前記第二のプレートに設けられ、前記第一の支持棒が挿入される第二の支持棒並びに前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒に装着され、伸縮することにより、前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒の間隔を調整する伸縮部を有することを特徴とする。
【００５１】
請求項１８に記載の発明によれば、前記締め付け部材は、前記第一のプレートに設けられた第一の支持棒、前記第二のプレートに設けられ、前記第一の支持棒が挿入される第二の支持棒並びに前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒に装着され、伸縮することにより、前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒の間隔を調整する伸縮部を有するので、燃料電池を小型軽量化することができる。
【００５２】
請求項１９に記載の発明は、電源において、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の燃料電池を有することを特徴とする。
【００５３】
請求項１９に記載の発明によれば、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の燃料電池を有するので、アノード反応及びカソード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することが可能な燃料電池を有する電源を提供することができる。
【００５４】
請求項２０に記載の発明は、電子機器において、請求項１９に記載の電源を有することを特徴とする。
【００５５】
請求項２０に記載の発明によれば、請求項１９に記載の電源を有するので、アノード反応及びカソード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することが可能な燃料電池を有する電源を有する電子機器を提供することができる。
【００５６】
請求項２１に記載の発明は、電極材料を電解質からなる電解質体に形成させる電極の形成方法において、絶縁性又は半導性の静電気担持体を帯電させる工程、前記帯電した静電気担持体を、前記帯電した静電気担持体と反対の電荷に帯電した前記電極材料からなる粒子の分散液に接触させ、前記電極材料からなる粒子を付着させる工程及び前記静電気担持体に付着した前記電極材料からなる粒子を前記電解質体に転写させる工程を有することを特徴とする。本明細書及び特許請求の範囲において、電極とは、アノード部及びカソード部、すなわち、アノード、カソード及び電子伝導体を意味する。
【００５７】
請求項２１に記載の発明によれば、絶縁性又は半導性の静電気担持体を帯電させる工程、前記帯電した静電気担持体を、前記帯電した静電気担持体と反対の電荷に帯電した前記電極材料からなる粒子の分散液に接触させ、前記電極材料からなる粒子を付着させる工程及び前記静電気担持体に付着した前記電極材料からなる粒子を前記電解質体に転写させる工程を有するので、燃料電池の電極の形成方法を提供することができる。
【００５８】
請求項２２に記載の発明は、請求項２１に記載の電極の形成方法において、前記帯電した静電気担持体の一部を除電する工程をさらに有することを特徴とする。
【００５９】
請求項２２に記載の発明によれば、前記帯電した静電気担持体の一部を除電する工程をさらに有するので、任意形状の電極を形成することができる。
【００６０】
請求項２３に記載の発明は、請求項２２に記載の電極の形成方法において、前記静電気担持体は、光半導体を有し、前記除電する工程は、光を照射することにより前記帯電した静電気担持体の一部を除電する工程であることを特徴とする。
【００６１】
請求項２３に記載の発明によれば、前記静電気担持体は、光半導体を有し、前記除電する工程は、光を照射することにより前記帯電した静電気担持体の一部を除電する工程であるので、電極を簡便に形成することができる。
【００６２】
請求項２４に記載の発明は、請求項２１乃至２３のいずれか一項に記載の電極の形成方法において、前記分散液は、樹脂を含有することを特徴とする。
【００６３】
請求項２４に記載の発明によれば、前記分散液は、樹脂を含有するので、機械的に安定な電極を形成することができる。
【００６４】
請求項２５に記載の発明は、請求項２４に記載の電極の形成方法において、前記樹脂は、イオン伝導性高分子であることを特徴とする。
【００６５】
請求項２５に記載の発明によれば、前記樹脂は、イオン伝導性高分子であるので、界面抵抗の低い電極を形成することができる。
【００６６】
請求項２６に記載の発明は、請求項２４に記載の電極の形成方法において、前記樹脂は、フッ素系樹脂であることを特徴とする。
【００６７】
請求項２６に記載の発明によれば、前記樹脂は、フッ素系樹脂であるので、電気化学的に安定な電極を形成することができる。
【００６８】
請求項２７に記載の発明は、請求項２１乃至２６のいずれか一項に記載の電極の形成方法において、前記分散液は、導電剤を含有することを特徴とする。
【００６９】
請求項２７に記載の発明によれば、前記分散液は、導電剤を含有するので、界面抵抗の低い電極を形成することができる。
【００７０】
請求項２８に記載の発明は、請求項２７に記載の電極の形成方法において、前記導電剤は、炭素であることを特徴とする。
【００７１】
請求項２８に記載の発明によれば、前記導電剤は、炭素であるので、界面抵抗の低い電極を形成することができる。
【００７２】
請求項２９に記載の発明は、請求項２１乃至２８のいずれか一項に記載の電極の形成方法において、前記電極材料は、金属触媒を含有することを特徴とする。
【００７３】
請求項２９に記載の発明によれば、前記電極材料は、金属触媒を含有するので、電気化学的な触媒反応を可能とする電極を形成することができる。
【００７４】
請求項３０に記載の発明は、請求項２９に記載の電極の形成方法において、前記金属触媒は、白金触媒、白金及びルテニウムからなる触媒、白金及びイリジウムからなる触媒並びに白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒のいずれかであることを特徴とする。
【００７５】
請求項３０に記載の発明によれば、前記金属触媒は、白金触媒、白金及びルテニウムからなる触媒、白金及びイリジウムからなる触媒並びに白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒のいずれかであるので、メタノール及びエタノールの少なくとも一方の酸化反応を可能とする電極を形成することができる。
【発明の効果】
【００７６】
本発明によれば、アノード反応及びカソード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することが可能な燃料電池及び燃料電池集合体、該燃料電池を有する電源、該電源を有する電子機器並びに電極の形成方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７７】
次に、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に説明する。
【００７８】
図１に、一般的な固体高分子型燃料電池を示す。基本的構成要素として、中心に電解質体１が存在し、その両側にアノードを有するアノード部２及びカソードを有するカソード部３が配置されており、その外側に拡散層４、さらに外側に液体燃料を供給する流路を有する液体燃料供給部５ａ及び酸化剤を供給する流路を有する酸化剤供給部５ｂ、集電板６及び絶縁板７を有し、これらを２枚のエンドプレート８、ボルト１０及び支持棒１１で締めつけた構造をしている。
【００７９】
アノードにアルコール等の液体燃料が供給され、アノードの触媒の作用により、水素イオンが発生する。この時、発生する電子は、外部回路に流れ出る。発生した水素イオンは、電解質体中を伝搬し、カソードに達する。カソードに酸素等の酸化剤を供給することにより、水素イオン、酸素及び外部回路を通して流れてくる電子が反応し、水を生成する。以下に、液体燃料として、メタノールを用いる場合の反応式を示す。
【００８０】
アノード反応：ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→６Ｈ＋＋６ｅ−＋ＣＯ２
カソード反応：６Ｈ＋＋３／２Ｏ２＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ
全反応：ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
このように、アノードでは炭酸ガスが発生し、カソードでは水が生成する。
【００８１】
本発明の燃料電池は、図２に示すように、アノード部２は、カソード部３に対して、鉛直方向の上側に設けられている。本明細書及び特許請求の範囲において、鉛直方向とは、鉛直方向及びそれに近い方向を意味する。このとき、アノードで発生した炭酸ガス１６は、鉛直上向きに移動するが、炭酸ガス１６は、アノード部２の表面に溜まらず、液体燃料がアノードに接触しやすくなる。また、カソードで発生した水１７は、鉛直下向きに移動するが、水１７は、カソード部３の表面に溜まらず、酸化剤がカソードに接触しやすくなる。
【００８２】
これに対して、図３に示すように、アノード部２がカソード部３に対して鉛直方向の下側に設けられている場合、アノードで発生した炭酸ガス１６は、鉛直上向きに移動するため、炭酸ガス１６は、アノード部２の表面に溜まり、液体燃料のアノードへの接触を妨げ、発電特性の低下を招く。また、カソードで発生した水１７は、鉛直下向きに移動するため、水１７は、カソード部３の表面に溜まり、酸化剤のカソードへの接触を妨げ、発電特性の低下を招く。
【００８３】
一方、図４に示すように、鉛直方向に対して垂直な方向にアノード部２及びカソード部３が設けられている場合、アノードで発生した炭酸ガス１６は、鉛直上向きに移動するため、炭酸ガス１６は、図中、アノード部２の上部に溜まり、アノード部２の上部における液体燃料のアノードへの接触を妨げ、発電特性の低下を招く。また、カソードで発生した水１７は、鉛直下向きに移動するため、水１７は、図中、カソード部３の下部に溜まり、カソード部３の下部における酸化剤のカソードへの接触を妨げ、発電特性の低下を招く。
【００８４】
一般に、液体燃料供給部５ａの流路に液体燃料が流れている場合は、液体燃料の流束が大きい程、発電特性は、良好になる。これは、炭酸ガス１６がアノード部２の表面に溜まりにくくなるためである。
【００８５】
このとき、液体燃料の流束が低下したり、発電量の増加、温度の上昇、液体燃料の濃度の上昇等により、炭酸ガス１６の体積が増加したりした場合、炭酸ガス１６がアノード部２の表面に留まりやすくなり、発電性能が低下しやすくなる。
【００８６】
しかしながら、本発明の燃料電池を用いると、液体燃料の濃度が０．９ｍｏｌ／ｌ以上であり、液体燃料供給部５ａの流路における液体燃料の流束が１５００μｌ／ｍｍ２・分以下である場合においても、炭酸ガスは、アノード部の表面に溜まらないため、発電性能は、良好である。本発明の燃料電池は、液体燃料供給部５ａの流路における液体燃料の流速が０μｌ／ｍｍ２・分、すなわち、液体燃料の自然拡散のみで発電を行う場合も、発電性能は、良好である。
【００８７】
以下、液体燃料として、メタノールを用いる場合について説明する。アノード反応は、
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→６Ｈ＋＋６ｅ−＋ＣＯ２
となり、炭酸ガスが発生する。
【００８８】
本発明の態様は、発電温度が８０℃以上の発電において、メタノールを０．９ｍｏｌ／ｌ以上含有する液体燃料の液体燃料供給部５ａの流路における流束が１８００μｌ／ｍｍ２・分以下、特に、１５００μｌ／ｍｍ２・分以下の時に、炭酸ガスのアノードに与える悪影響が軽減される。
【００８９】
また、発電温度が８０℃未満の時は、メタノールを０．９ｍｏｌ／ｌ以上含有する液体燃料の液体燃料供給部５ａの流路における流束が１５００μｌ／ｍｍ２・分以下、特に、１３００μｌ／ｍｍ２・分以下の時に、炭酸ガス１６のアノードに与える悪影響が軽減される。
【００９０】
液体燃料として、エタノールを用いる場合、アノード反応は、
Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋３Ｈ２Ｏ→１２Ｈ＋＋１２ｅ−＋２ＣＯ２
となる。なお、炭素数が４以下のアルコールの５０重量％以下の水溶液においても、メタノールを用いる場合と同様の効果を有する。
【００９１】
液体燃料１分子当たりの炭酸ガスの発生量は、液体燃料の種類に依存する。例えば、メタノール等の炭素数が１である液体燃料１分子をアノード酸化すると、炭酸ガス１分子を発生する。また、エタノール等の炭素数が２である液体燃料１分子をアノード酸化すると、炭酸ガス２分子を発生する。このように、炭素数の多い炭化水素系液体燃料を使用する程、液体燃料１分子をアノード酸化した時に発生する炭酸ガスの分子数は、多くなる。
【００９２】
一般に、酸化剤供給部５ｂ中を、酸素を含有する気体（以下、酸化剤気体という）が流れている場合は、酸化剤気体の流束が大きい程、発電特性は、良好になる。これは、水１７がカソード部３の表面に溜まりにくくなるためである。
【００９３】
このとき、酸化剤気体の流束が低下したり、発電量の増加、温度の上昇、燃料濃度の上昇等により、水１７の体積が増加したりした場合、水１７がカソード部３の表面に留まりやすくなり、発電性能が低下しやすくなる。
【００９４】
しかしながら、本発明の燃料電池を用いると、酸化剤気体が酸素を２０体積％以上含有する気体であり、酸化剤供給部５ｂの流路における酸化剤気体の流束が１２０ｍｌ／ｍｍ２・分以下である場合においても、水は、カソード部の表面に溜まらないため、発電性能は、良好である。本発明の燃料電池は、酸化剤供給部５ｂの流路における酸化剤気体の流速が０ｍｌ／ｍｍ２・分、すなわち、酸化剤気体の自然拡散のみで発電を行う場合も、発電性能は、良好である。
【００９５】
このとき、カソード反応は、
２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
となり、水１７が生成する。
【００９６】
本発明の態様は、発電温度が８０℃以上の発電において、酸化剤気体の酸化剤供給部５ｂ中の流束が１５０ｍｌ／ｍｍ２・分以下、特に、１２０ｍｌ／ｍｍ２・分以下の時に、水１７のカソードに与える悪影響を軽減することが可能である。
【００９７】
発電温度が８０℃未満の時は、酸化剤気体の酸化剤供給部５ｂの流路における流束が１２０ｍｌ／ｍｍ２・分以下、特に、１００ｍｌ／ｍｍ２・分以下の時に、水１７のカソードに与える悪影響を軽減することが可能である。
【００９８】
燃料電池は、一般に、単独で用いると、１Ｖ以下の低い起電力となる。このため、燃料電池は、電気的に直列又は並列に接続することが好ましい。これにより、所望の電圧及び起電力を得ることができる。
【００９９】
本発明の燃料電池は、アノード部がカソード部に対して、鉛直方向の上側に設けられていることから、高さに比較し、底面積の大きい機器に対しては、扁平（薄型）の配置が好ましい。そこで、本発明の燃料電池を鉛直方向に直交する方向（複数の方向を含む）に複数個存在させると共に、それらを電気的に接続することにより、所望の電力が得られる扁平（薄型）の燃料電池集合体を構成することが可能である。
【０１００】
また、底面積に比較し、高さが大きい機器に対しては、本発明の燃料電池を鉛直方向に複数個存在させると共に、それらを電気的に接続することにより、所望の起電力が得られる縦長の燃料電池集合体を構成することが可能である。
【０１０１】
所望の形状や起電力により、鉛直方向に直交する方向及び鉛直方向の配置を組み合わせることが好ましい。後述する燃料電池を積層した燃料電池集合体を併用することにより、体積エネルギー密度、重量エネルギー密度の高い燃料電池集合体を構成することが可能である。
【０１０２】
このような複数の燃料電池に供給される液体燃料及び酸化剤は、燃料電池各々に独立に供給することが好ましい。また、液体燃料及び酸化剤の排出も独立に行われることが好ましい。すなわち、燃料電池毎に液体燃料及び酸化剤の供給口及び排出口を有することが好ましい。少なくとも、後述する燃料電池を積層した燃料電池集合体毎に供給口及び排出口を有していることが好ましい。
【０１０３】
このような構成にすることより、液体燃料及び酸化剤の濃度のバラツキによる各燃料電池の発電性能のバラツキを抑え、寿命及び安全性を向上させることができる。
【０１０４】
液体燃料及び酸化剤を供給するポンプは、それぞれ複数個使用することが好ましい。ポンプの排出量と消費電力との関係は、比例関係ではなく、流量が大きい程、単位流量当たりの消費電力が大きくなる。すなわち、同じ流量でも、ポンプを複数個使用することにより、低消費電力化が可能である。ポンプの電力を自立的に燃料電池の起電力の一部で補う構成は、特に好ましい態様である。また、ポンプの数を増やすことにより、一つのポンプで供給している場合より、排出力（吐出負荷圧）が小さいポンプの使用が可能となる。
【０１０５】
燃料電池を積層した燃料電池集合体は、液体燃料、酸化剤及び生成物の漏れが起こらないように、また、接触電気抵抗を軽減させ、アノード部及びカソード部と電解質体との界面特性を向上させるために強固に狭持する必要がある。
【０１０６】
このため、発電要素を、２枚のエンドプレート及びボルトで締め付けるのが一般的である。発電要素とは、電解質体、アノード部及びカソード部を必須とし、他に、拡散層、液体燃料供給部、酸化剤供給部等を含有する、燃料電池が発電を行うために必要な要素であり、２枚のエンドプレート間に存在する要素を指す。発電要素を狭持する方法としては、図５に示すように、発電要素１８の外周のスペースをボルト１０、支持棒１１等で締め付け、発電要素１８が面内で均一に加圧されるよう、四隅以上を固定する方法が挙げられる。
【０１０７】
しかし、この形態では、エンドプレート８の外部にボルト１０を締めるためのスペースが必要となり、燃料電池が大型化し、体積と重量の増加の要因となっていた。
【０１０８】
図６に、本発明の燃料電池集合体の実施形態を示す。なお、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、下面図である。ここでは、３個の燃料電池１９が積層された積層体を形成しており、この積層体を挟持する２つのエンドプレート８、エンドプレート８を締め付ける締め付け部材２０から構成されている。
【０１０９】
図７に、図６の燃料電池を概略的に示す。燃料電池１９は、電解質体１、アノード部２、カソード部３、拡散層４、液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂが積層されて構成されている。また、液体燃料や生成物の漏洩を防止するシール部材９が設けられている。
【０１１０】
この燃料電池１９が積層されることにより、大容量の燃料電池集合体を構成することができるが、燃料電池１９に存在する液体燃料供給部５ａは、隣接する燃料電池１９の酸化剤供給部５ｂと表裏で共用して流体供給部を形成しても構わない。すなわち、流体供給部は、酸化剤供給部５ｂを液体燃料供給部５ａに対して鉛直方向の上側に有する構成である。この場合、２枚のエンドプレートに最も近い２つの流体供給部は、一方は、液体燃料供給部５ａのみ、他方は、酸化剤供給部５ｂのみを有していればよい。
【０１１１】
図６に示すように、締め付け部材２０がエンドプレート８の四隅に設けられている。すなわち、２つの締め付け部材２０は、燃料電池１９を介して対向する２つの位置にそれぞれ設けられている。これにより、均一な圧力を燃料電池１９に加えることができる。このような締め付け部材２０は、回転させることによって、２つのエンドプレート８を締め付ける構造になっている。
【０１１２】
締め付け部材２０は、２つのエンドプレート８にそれぞれ設けられた２つの支持棒１１と、２つの支持棒１１を連結する回転部２１とから構成されている。ここで、２つの支持棒１１は、第一の支持棒及び第二の支持棒である。２つの支持棒１１と回転部２１とは、支持棒１１が雄ねじ、回転部２１が雌ねじとして、接続されている。また、回転部２１には、その回転方向により、２つの支持棒１１が近付くか、離れるように、ねじ溝（図示せず）が切り込まれている。
【０１１３】
このような構成において、エンドプレート８が近付く方向に４つの回転部２１を回転させることで、燃料電池１９は、エンドプレート８により加圧されて締め付けられている。このとき、締め付け部材２０は、エンドプレート８の外面（燃料電池１９と反対側の面）に飛び出していないため、燃料電池集合体の小型化を実現することができ、さらに、簡単な構成で、燃料電池１９への十分な加圧を実現することができる。
【０１１４】
なお、本実施形態では、締め付け部材２０は、回転部２１により、エンドプレート８を近付けるように構成されているが、これに限るものではなく、例えば、ねじ、コイルスプリング等のバネを利用してエンドプレート８を近付けるように構成されていてもよい。
【０１１５】
図８に、このような締め付け部材を示す。ここでは、２つのエンドプレート（図示せず）に設けられる２つの支持棒２２ａ及び２２ｂと、それらの支持棒２２ａ及び２２ｂに装着された伸縮部材であるコイルスプリング２３とから構成されている。コイルスプリング２３の両端は、２つの支持棒２２ａ及び２２ｂのエンドプレート側の端部にそれぞれ固定されている。支持棒２２ａは、支持棒２２ｂより一回り小さく形成されており、支持棒２２ｂの内部に挿入することができる。すなわち、支持棒２２ａは、支持棒２２ｂの内部をスライド可能な機構になっている。また、支持棒２２ｂの長さを変更することが可能な機構になっている。ここで、支持棒２２ａが第一の支持棒であり、支持棒２２ｂが第二の支持棒である。なお、燃料電池を挟持する前の締め付け部材は、コイルスプリング２３、支持棒２２ａ及び２２ｂの長さは、最短状態になっている。この状態で、燃料電池がエンドプレート８の間に挿入されることにより、コイルスプリング２３は、エンドプレート８を近付ける方向に張力を発生させる。
【０１１６】
なお、本実施形態では、伸縮部材としてコイルスプリング２３を用いているが、これに限るものではなく、例えば、ゴム状の部材が用いられてもよい。
【０１１７】
図１の燃料電池では、液体燃料供給部５ａに流れ込んだ液体燃料及び酸化剤供給部５ｂに流れ込んだ酸化剤は、拡散層４を介して、それぞれアノード２部及びカソード部３に供給され、アノード反応及びカソード反応が行われる。なお、拡散層４としては、通常、多孔質体が用いられる。
【０１１８】
図９に、従来の液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の（ａ）平面図及び（ｂ）断面図を示す。従来のアノード（又はカソード）は、単純な形状（一般的には、四角形）で形成されている。これに対して、液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）は、流路２４が形成されている。この流路２４とアノード（又はカソード）を直接接触させると、液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の流路２４以外の面にアノード（又はカソード）が接してしまい、アノード反応（又はカソード反応）に寄与しない部分が生じる。このため、アノード（又はカソード）の全面を機能させるため、拡散層を設置し、液体燃料（又は酸化剤）がアノード（又はカソード）の全面に行き渡るように構成している。
【０１１９】
しかしながら、拡散層を設けることは、体積及び重量の面で不利であり、特に、電子機器用の燃料電池の場合、小型軽量であることが要求される。また、拡散層は、液体燃料（又は酸化剤）の拡散抵抗を高くする要因にもなっている。また、アノード反応及びカソード反応で生成する炭酸ガス、水等の生成物が拡散層の中に留まり、反応を阻害する要因にもなっている。
【０１２０】
液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）は、アノードで発生した電子を伝搬する役割も担っているため、通常、導電体で形成されている。また、酸化及び還元のいずれの雰囲気にも曝されることから、カーボンのような不活性な材料を使用しているのが現状である。しかしながら、カーボンは硬く、脆いため、加工性が悪く、製造コストがかかると共に、薄層化が困難である欠点を有している。
【０１２１】
図１０に、本発明の燃料電池の実施形態を示す。ここでは、拡散層を使用しないため、小型軽量化が可能であり、拡散層に起因する拡散抵抗は、存在しない。また、炭酸ガス、水等の生成物を電極から移動させることが容易になる。さらに、アノード部２と液体燃料供給部５ａとで挟まれた部分及びカソード部３と酸化剤供給部５ｂとで挟まれた部分に電子伝導体２５を設けて、アノードで発生した電子を伝搬するため、液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂを電子伝導体で作製する必要がない。すなわち、加工性が容易であり、安価であり、小型軽量薄型化が可能な高分子材料を、液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂの材料として、使用することが可能となる。
【０１２２】
図１１に、本発明の燃料電池の実施形態の別の態様を示す。ここでは、電解質体１の表面のアノード部２及びカソード部３が形成されていない部分に電子伝導体２５が形成されている。拡散層を使用しないため、小型軽量化が可能であり、拡散層に起因する拡散抵抗が存在しない。また、炭酸ガス、水等の生成物を電極から移動させることが容易になる。さらに、電解質体１の表面に形成した電子伝導体２５により、アノードで発生した電子を伝搬するため、液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂを電子伝導体で作製する必要がない。すなわち、加工性が容易であり、安価であり、小型軽量薄型化が可能な高分子材料を、液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂの材料として、使用することが可能となる。また、アノード及びカソードの表面積を反応が行われる面積と概ね同一にできることから、アノード及びカソードを構成する材料の使用量が低減できる。
【０１２３】
図１２に、本発明で使用する電極の形成例を示す。ここでは、アノード（又はカソード）は、図９に示す液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の流路の形状に基づいて形成されている。図９の流路２４に対応する部分にアノード（又はカソード）２６が形成されている。このようなアノード（又はカソード）２６を形成することにより、拡散層が不要になり、小型軽量化が可能となるとと共に、使用するアノード（又はカソード）２６の材料の使用量を削減することができる。また、拡散層が存在しないことにより、拡散抵抗を減少させることが可能であると共に、生成物の除去も容易となる。なお、液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）は、図９に限るものではなく、通路が２本以上であってもよく、図１３に示すような混合通路であってもよい。ただし、アノード（又はカソード）は、液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の流路に合わせて形成する必要がある。
【０１２４】
電解質体に形成されるアノード及びカソードは、電解質体の表裏に、概ね同一位置に形成されていることが好ましい。イオン伝導抵抗は、その距離に比例するため、位置が異なる程、イオンの移動距離が長くなり、燃料電池としても抵抗が大きくなる。
【０１２５】
図１４に、本発明で使用する電極の形成例を示す。電解質体1の液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の流路に対応する部分にアノード（又はカソード）２６を設け、アノード（又はカソード）２６を有さない領域に電子伝導体２５を設けた構成である。このような構成とすることにより、アノードで発生した電子を低抵抗で伝播することが可能となる。上記と同様な理由で、電解質体に形成されるアノード及びカソードは、電解質体の表裏の概ね同一位置に形成されていることが好ましい。また、図１１の態様で説明したように、液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の外部まで電子伝導体２５を広げることにより外部へ電子を取り出す端子部を形成することが可能である。
【０１２６】
図１５に、本発明で使用する電極の別の形成例を示す。アノード（又はカソード）２６を４箇所に形成し、各々のアノード（又はカソード）２６の周囲に電子伝導体２５を電解質体の表面に形成した例である。なお、裏面も同様に逆の電極が形成されている。４つの電子伝導体２５（裏面を合わせると８つ）は、独立しているため、４個の素電池がひとつの電解質体１に形成されていることになる。表面に存在する電子伝導体２５と、表面に存在する他の電子伝導体２５を電気的に接続することにより、素電池の並列接続が可能である。また、表面に存在する電子伝導体２５と、裏面に存在する電子伝導体（図示せず）とを電気的に接続することにより、素電池の直列接続が可能となる。直列接続の場合は、一つの素電池の起電力を０．７Ｖとすると、図の構成では２．８Ｖの電圧の電池を構成できる。このとき、電極の形成数を増やすことにより、さらに高電圧化も可能である。
【０１２７】
本発明に使用される液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）は、液体燃料（又は酸化剤）に対して安定である必要がある。また、酸化及び還元の雰囲気に対しても安定であることが好ましい。このような材料としては、炭素材料が使用できる。しかしながら、軽量化及び成形性の面から、プラスチック材料で形成されていることが好ましい。また、電気抵抗の低下の観点から、アノード（又はカソード）と接することなく、電子伝導体と接し、さらに電子伝導体と接する部分が導電化されていることが好ましい。すなわち、非導電性部材で形成された液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の表面を導電化して使用することができる。導電化する方法としては、金属の蒸着、スパッタ、メッキ等の従来公知の方法が挙げられる。
【０１２８】
また、液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の導電化を表面だけではなく、立体とすることも可能である。これは、液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）を、導電性部材及びプラスチック部材のように複数の部材の組み合わせにより形成することを意味している。この場合、導電部は表面だけではないため、電気抵抗の低減の面で有利である。また、流路の表面から流路以外の領域の表面まで連続して導電性部材で形成することにより、同一の燃料電池の積層体の形成（接続）等に有利な構成とすることが可能である。
【０１２９】
図１６に、本発明の電極の形成方法の実施形態を示す。本明細書及び特許請求の範囲において、電極とは、アノード部及びカソード部、すなわち、アノード、カソード及び電子伝導体を意味する。静電気を担持する静電気担持体である基板３１を用意して、基板３１を帯電（図中、負帯電）させる（図１６（ａ））。次に、帯電した基板３１を、基板３１と反対の電荷で帯電（図中、正帯電）した電極材料からなる粒子３２を含む分散液３３に浸し、粒子３２を基板３１に付着させる（図１６（ｂ））。さらに、粒子３２が付着した基板３１を取り出し、粒子３２を含まない液に浸す。そして、基板３１に対向させて基板３４を浸し、それらの間に電解質体（又は多孔質体）３５を浸す。なお、粒子３２が付着した基板３１と基板３４とは、電源３６を介して接続されている。基板３４が粒子３２と反対の電荷で帯電（図中、負帯電）するように直流電界を印加し、基板３１に付着していた粒子３２を電解質体（又は多孔質体）３５上に電気泳動させて付着させる（図１６（ｃ））。このような方法により、電解質体（又は多孔質体）３５と粒子３２との積層体が作製される（図１６（ｄ））。なお、得られた積層体は、除電される。このとき、基板３１と電解質体（又は多孔質体）３５と基板３４とを接近させることにより、液を介さずに電解質体（又は多孔質体）３５に粒子３２を直接転写させることも可能である。
【０１３０】
ここで、基板３１としては、静電気を担持できるもの、具体的には、表面が絶縁性又は半導性のものであれば、使用可能である。基板３１を帯電させる方法としては、物理的に２種以上のものを接触摩擦させることによる帯電（摩擦帯電）、空気等に高い電界を印加することにより発生する電荷を利用する帯電（コロナ放電）、電子銃等による帯電（電荷注入）等の様々な方法を使用することができる。
【０１３１】
静電気担持体は、光半導体を有することが好ましい。光半導体とは、光照射により正電荷又は負電荷を発生させることができる物質である。このような材料を本発明の実施形態の静電気担持体に使用した場合、前述したような様々な方法で表面全体を帯電させた静電気担持体に光を照射することにより、電荷を消失させることが可能となる。すなわち、光を照射する部位を制御することにより、任意の形状で静電気を表面に残すことが可能となる。
【０１３２】
図１７に、光照射を用いた本発明の電極の形成方法の実施形態を示す。ここでは、光半導体層を有する基板（光半導体基板３７）を用いた。帯電器３８により、光半導体基板３７の帯電処理（図中、正帯電）を行う（図１７（ａ））。その後、帯電した光半導体基板３７に対して、任意形状の開口部３９ａを有するマスク３９を介して光照射を行い、光が照射された部分のみ電荷を消失させる（図１７（ｂ））。すなわち、帯電した光半導体基板３７の所定領域だけを除電する。これにより、光半導体基板３７上に帯電部４０が形成される。次に、光半導体基板３７と反対の電荷で帯電（図中、負帯電）した粒子４１が分散している分散液４２を帯電ローラ４３（負帯電ローラ）上に付着させ、同時に直流電界を印加し、粒子４１を帯電部４０に電気泳動させる（図１７（ｃ））。次に、粒子４１と反対の電荷で帯電した帯電ローラ４４（正帯電ローラ）により、粒子４１を電解質体（又は多孔質体）４５に転写する（図１７（ｄ））。これにより、電解質体（又は多孔質体）４５と粒子４１との積層体が作製される（図１７（ｅ））。なお、光半導体基板３７をクリーニングして再利用する。
【０１３３】
このように図１６や図１７に示すような電極の形成方法によれば、任意形状で粒子を電解質体又は光半導体に転写させることが可能になるため、任意形状の電極を簡便に形成することができる。さらに、光半導体を再使用することも可能である。また、図１７に示すような光照射による電極の形成方法によれば、電極を短時間で大量に製造することができる。なお、一般的に、光照射は、通常の塗布法と比較して、解像度を高くすることができるという利点を有している。
【０１３４】
ここで、任意形状を形成するための光照射法としては、ハロゲンランプ等の光のフォトマスク（マスク）による一括照射、半導体レーザー光をミラー等で走査する描画照射、ＬＥＤアレイによる線状照射等の方法が用いられる。特に、レーザー光による描画やＬＥＤアレイによる描画は、解像度が高い点、複雑形状も可能な点、版（マスク）が不要で形状変化への対応性が高いことから好ましい。
【０１３５】
また、光半導体の構成としては、導電性基板上に、少なくとも光半導体層を設けた形状が好ましい。このような形態とすることにより、光照射により発生した電荷を速やかに正負電荷に分離することが可能となり、解像度が向上する。特に、導電性基板を表面帯電とは逆の極性（又は接地）とすることが電荷分離の点から好ましい。
【０１３６】
さらに、粒子としては、使用する分散媒中で安定であれば、特に制限はないが、電極に与える機能により、適宜選択される。また、本実施形態で使用する粒子は、分散媒中で帯電している。この帯電を利用して粒子を光半導体に付着させ、さらに電解質体（又は多孔質体）に転写させている。これは、基本的に電気泳動現象を利用しているものである。電気泳動とは、粒子の表面に存在する電荷に働く静電引力により移動させるもので、正に荷電している粒子は負電場に、負に荷電している粒子は正電場に泳動する。粒子の電荷は、分散媒が水等のイオン解離性を有する溶媒である場合には、粒子の表面に親和性の高いイオンが特異吸着し、吸着したイオンの電荷を粒子が帯びることになる。また、吸着したイオンと逆の電荷を持つイオンは、粒子の周囲に対イオン層を形成する。分散媒が有機溶媒等のイオン解離性を有さない溶媒である場合には、電解質等の電荷制御物質を添加することにより、前述したような特異吸着がおこり、粒子は、電荷を帯びる。イオン解離性を有する溶媒中にも電荷制御物質を加えることで、電荷を制御することができる。
【０１３７】
本実施形態で使用する分散媒として、イオン解離性の溶媒を使用する場合、その基本的構成は、分散媒及び粒子のみで構成することが可能である。しかしながら、この場合には、電荷を決定する成分及び電荷量は、粒子の材質と分散媒の組み合わせで一義的に決定され、制御することが困難である。このため、電荷量や符号を自由に制御するためには、電荷制御物質を添加することが好ましい。ここで使用される電荷制御物質は、無機塩、有機塩等、特に制限はないが、粒子の表面の性質及び荷電させたい符号により、適宜選択することが好ましく、少ない添加量で、より大きい表面電荷を有するものが好ましい。また、粒子とイオン解離性を有する溶媒のみで構成される系、又は、さらに電荷制御物質を添加した系では、粒子径を小さくしないと、分散液の安定性が低下し、凝集が起こることがあるため、分散液の安定性を高める目的で界面活性剤を添加することもできる。この場合には、イオン性の界面活性剤を用いる場合は、それ自体が粒子に電荷をあたえる役割を担うことにもなる。ここで使用される界面活性剤としては、非イオン性（ポリエチレングリコール型、多価アルコール型）、カチオン性（アミン塩型、アンモニウム塩型）、アニオン性（カルボン酸塩型、スルホン酸塩型、硫酸エステル塩型、リン酸エステル塩型）、両性（アミノ酸型、ベタイン型）が挙げられる。特に、少ない添加量で粒子に電荷を付与するためには、カチオン性又はアニオン性の界面活性剤を使用することが好ましい。なお、イオン解離性を有さない溶媒を使用する場合には、電荷制御物質が必須となる。界面活性を有さない電荷制御物質を用いる場合は、電荷を制御することができるが、分散液の安定性が悪いため、界面活性剤を使用することが好ましい。
【０１３８】
分散液は、分散媒に不溶な粒子及び、必要に応じて、結着性樹脂、導電剤、電荷制御剤等を加えたものを各種の分散方法により、微細化及び混合することにより、作製される。分散方法としては、回転刃による粒子の微細化及び混合を行うホモジナイザー、回転する３本のロールが有するギャップにより粒子の微細化及び混合を行う三本ロールミル、ビーズを混合し攪拌することにより粒子の微細化及び混合を行うサンドミル、超音波振動により粒子を微細化及び混合する超音波分散等の分散方法が用いられる。
【０１３９】
本実施形態で使用される結着樹脂は、分散媒中で安定であって、電解質体や粒子を結着させる特性を有する樹脂である。具体的には、ポリフルオロエチレン、ポリエチレン、ニトリルゴム、ポリブタジエン、ブチルゴム、ポリスチレン、スチレンブタジエンゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロプレン、ポリビニルピリジン等が挙げられる。これらは、単独で用いられたり、混合、共重合等により、化学的安定性を強化して用いられたりする。
【０１４０】
本実施形態で使用される電解質体は、自己保持性を有しているものである。その材質は、有機材料、無機材料、単一材料、複合材料等であり、少なくとも分散媒に対して化学的に安定であり、膜厚方向にイオン伝導性を有するものでなくてはならない。このような電解質体としては、分子内にイオン解離基を有する高分子化合物が好ましい。イオン解離基としては、イオン化可能な官能基（水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等）又は電解質塩等のイオン解離性物質を解離することが可能な基（アルキレンオキシド基、アルキレンイミン基等）が挙げられる。より具体的には、ポリアクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、これらの誘導体及び架橋体等が挙げられる。単独で自己保持性膜を形成できない場合には、例えば、多孔質体に保持して使用することもできる。
【０１４１】
本実施形態で使用される多孔質体とは、分散媒に対して安定であれば使用可能であるが、イオン伝導性物質を保持できるものでなくてはならない。多孔質体を使用する場合、イオン伝導性物質は、液体状、ゲル状、固体状等の形態のイオン伝導性物質の使用が可能となる。イオン伝導性物質の多孔質体への保持は、本実施形態で使用する粒子を積層した後に行われてもよいし、予め、多孔質体にイオン伝導性物質を保持させた後、粒子を積層しても良い。より具体的には、ガラス繊維、ポリエステル、テフロン（登録商標）、ポリフロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の高分子繊維からなる多孔質体、ガラス繊維、高分子繊維を混用した繊維、高分子の発泡体等を使用することができる。
【０１４２】
本実施形態の積層体を電気化学素子として応用する場合、結着樹脂としては、イオン伝導性高分子を使用することが好ましい。これは、結着性とイオン伝導性の両立が可能となるためである。このような結着樹脂としては、上記と同様に、分子内にイオン解離基を有する高分子化合物が使用でき、ポリアクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、これらの誘導体等を使用することができる。また、このような高分子化合物は、電荷制御物質として用いることもできる。また、材料の酸化還元に対する安定性（電気化学的安定性）及び熱安定性等の化学的安定性の観点から、結着樹脂は、フッ素系高分子であることが好ましい。具体的には、ポリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等を使用することができる。
【０１４３】
本実施形態で使用する分散媒中に含まれる高分子材料の最も好ましい形態としては、電荷制御物質としての機能、イオン伝導体としての機能、結着樹脂としての機能及び（電気）化学的安定性を併せ持つ材料が、小型、軽量、安価及び積層体の電気化学的性能向上の面で好ましい。具体的には、フルオロカーボン構造を主鎖や側鎖に有し、イオン解離基を分子鎖中に含む高分子材料が好ましい。具体的には、パーフルオロエチレン構造を有し、イオン解離基を含む構造が好ましい。イオン解離基としては、伝導させるイオン種で適宜設定させるものであるが、プロトンであれば、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等のブレンステッド酸基である。
【０１４４】
本実施形態で使用する導電剤は、分散媒中で安定であって、電極中の粒子近傍で発生する電子の伝播を補助する機能を担うものである。導電剤を使用する場合については、分散媒中で安定、電極の動作環境下において安定である電子伝導性物質であれば構わない。特に、酸化還元に対する安定性、軽量である点、分散媒中での分散性が良好である点、イオン伝導性高分子を電荷制御物質として吸着できる点から、炭素系の材料が好ましい。このような材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛等が挙げられる。
【０１４５】
本実施形態で使用される粒子としては、少なくとも触媒を使用することにより、本実施形態の電極において、電気化学的な触媒反応を実施することが可能となる。粒子の形態としては、触媒は、担体上に担持されている状態になっていることが触媒活性、耐久性及び利用効率の面から好ましい。また、本実施形態の電極の形成方法では、粒子は、帯電していることが必要であるが、帯電は、前述したように電荷制御物質により調整することができる。このとき、触媒上に電荷制御物質を被覆又は吸着させると、触媒活性が低下するため、好ましくない。このため、電荷制御物質を被覆又は吸着させた担体上に触媒を担持することにより、触媒作用を低下させることなく、本実施形態の電極の形成方法を実施することができる。
【０１４６】
触媒としては、特に制限はないが、本発明の実施形態が電解質体上への触媒の積層であることから、触媒反応にイオンが関与することが好ましい。具体的には、触媒として、白金等の貴金属単体又は貴金属と貴金属を含む第２元素、第３元素等の合金や複合物が使用できる。また、担体としては、使用される触媒作用を有する物質及び電極が機能する条件で適宜選択されるものであるが、カーボン、炭化ケイ素等が使用できる。触媒としては、水素や有機物の酸化のため、白金を主体とする触媒が好ましい。特に、アルコール、中でもメタノールの酸化には、白金−ルテニウム触媒又は白金−イリジウム触媒が好ましく、エタノールの酸化には、白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒が好ましい。
【０１４７】
本実施形態の電極の形成方法は、図７を例に説明すると、電解質体１の両側にアノード部２及びカソード部３が設けられた構成に適用されるものである。燃料電池においては、電解質体１の両側にアノード部２及びカソード部３を積層することが必要である。これは、本実施形態の電極の形成方法を電解質体１の表裏で最低２回繰り返すことにより作製することが可能である。この場合には、アノード部２側及びカソード部３側に異なる粒子を積層させることも可能である。また、アノード部２側及びカソード部３側で同一の粒子が存在する場合には、光半導体上にフォトマスク、レーザー描画等の方法で２箇所の部位に光照射することにより、電解質体１の片面の２個所にアノード部２及びカソード部３を積層することができるため、電解質体１を内側、アノード部２及びカソード部３を外側にして、折り畳むことによっても燃料電池の機能部材として使用することが可能である。
【０１４８】
また、本実施形態の電極の形成方法、特に光半導体を用いる方法においては、前述したように、電解質体（又は多孔質体）の同一平面内に、一段階で複数の領域にアノード及びカソードを形成すること、すなわち、複数の燃料電池の要素を形成することが可能であることから、生産性が高い方法である。また、このような手法で電解質体の表裏複数の領域にアノード及びカソードを形成した部分を燃料電池の要素として、並列及び／又は直列接続することにより、高電圧／高出力の薄型の燃料電池を作製することができる。したがって、本実施形態の電極の形成方法は、薄型の燃料電池用の電極の形成方法に適しているものである。また、レーザー光による描画、ＬＥＤアレイによる描画等は、解像度が高い点、複雑形状も可能な点、版（マスク）が不要で形状変化への対応性が高いことから、特に効果を発揮する。
【０１４９】
本発明の燃料電池は、触媒の種類により適正があるが、液体燃料の種類は、特に限定されない。しかしながら、液体燃料は、体積及び重量エネルギー密度に優れるものを使用することが好ましい。液体燃料は、通常、容器等の有限な空間に収められているため、体積及び重量エネルギー密度に優れた液体燃料を使用することが好ましい。特に、体積エネルギー密度に優れた液体燃料が好ましい。具体的には、ガソリン、液体状炭化水素、液体状アルコール等の液体燃料が使用できるが、燃料電池の小型化が可能な点、体積エネルギー密度に優れる点より、アルコール燃料を使用することが好ましい。アルコール燃料を使用することにより、駆動時間を向上させた小型の燃料電池を形成することができる。中でも、炭素数４以下のアルコールを使用することが好ましく、特に、安全性が高く、生合成が可能である点から、エタノールを使用することが好ましい。このような形態の燃料電池は、体積エネルギー密度、重量エネルギー密度に優れることから、比較的小型の機器に使用する場合に、特に好ましいものである。
【０１５０】
本実施形態によれば、メタノールの酸化には、白金−ルテニウム触媒又は白金−イリジウム触媒が好ましく、エタノールの酸化には、白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒を使用することが好ましい。これらの触媒が好適な理由は、メタノール、エタノールの複雑な反応素過程の進行促進に寄与しているためである。また、エタノールは、人体に無害な点、生物由来の原料より生合成が可能な点から炭酸ガス負荷を低減できる液体燃料として、好ましい。
【０１５１】
本発明の実施形態を図１８、図１９、図２０及び図２１に基づいて説明する。本実施形態では、燃料電池を有する電子機器について説明する。なお、本実施形態の電子機器の一例として、携帯可能なパーソナルコンピュータ等の情報処理装置について説明する。
【０１５２】
図１８は、パーソナルコンピュータへの電源部５１の搭載イメージを示したものである。図１９は、本実施形態の情報処理装置の構成を概略的に示すブロック図である。図２０は、電源システムの概要図、図２１は、ブロック概要図である。
【０１５３】
図１９に示すように、情報処理装置は、各種演算を行って各部を集中的に制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５２、ＢＩＯＳ等を記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５３及びＣＰＵ５２の作業エリアとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５４がバス５５により接続されて構成されている。バス５５には、大容量記憶装置であるＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）５６、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の表示装置５７、キーボード、マウス等の入力装置５８、ＣＤ、ＤＶＤ等の記憶媒体５９からデータを読み取る光ディスク装置等のデータ読取装置６０及び電力を供給する電源部５１等が各種のコントローラ（図示せず）等を介して接続されている。
【０１５４】
記憶媒体５９には、各種のプログラムが記憶されている。これらのプログラムは、データ読取装置６０で読み取られ、ＨＤＤ５６にインストールされる。なお、記憶媒体５９としては、ＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスク、光磁気ディスク、フレキシブルディスク等の各種方式のメディアを用いることができる。データ読取装置６０も記憶媒体５９の方式に応じて、光ディスク装置、光磁気ディスク装置、ＦＤＤ等が用いられる。また、各種のプログラムは、記憶媒体５９から読み取るのではなく、ネットワーク（図示せず）からダウンロードしてＨＤＤ５６にインストールされるものであっても良い。
【０１５５】
図２１は、電源部５１の構成を概略的に示すブロック図である。なお、図１９では、矢印は燃料等の流れを示す。
【０１５６】
図２１に示すように、電源部５１は、燃料電池６１、液体燃料を収容する液体燃料カートリッジ７１、液体燃料カートリッジ７１に接続された混合器７２、液体燃料カートリッジ７１と混合器７２との間に設けられたバルブ７３、液体燃料を燃料電池６１に供給するための液体燃料ポンプ７４、液体燃料の濃度を検知する濃度センサー７５、発電後の燃料を気体と液体とに分離する気液分離器７６、温度センサー７７と冷却素子７８とを有する熱交換器７９、空気を燃料電池６１に供給するための空気ポンプ８０、温度センサー８１と冷却素子８２とを有する水分凝縮器８３、水分凝縮器８３からの水分を収容する水タンク８４、水タンク８４と混合器７２との間に設けられたバルブ８５、これらの各部を制御するための制御回路８６及び燃料電池６１の正負極が接続されたＤＣＤＣコンバーター８７等から構成されている。なお、液体燃料等が通過する各部は、チューブ等の流路により接続されている。
【０１５７】
このような電源部５１では、混合器７２を通過した燃料は、液体燃料ポンプ７４を経て、濃度センサー７５に導かれる。濃度センサー７５により検知された液体燃料の濃度が所定の濃度より低い場合には、制御回路８６は、液体燃料カートリッジ７１のバルブ７３を開ける。液体燃料は、燃料電池６１に導かれる。発電後の液体燃料は、気液分離器７６により気体成分（炭酸ガス）と液体成分とに分けられ、液体成分は熱交換器７９に導かれる。温度センサー７７により検知された液体温度が所定の温度より低い場合には、制御回路８６は、冷却素子７８により液体を冷却せず、液体温度が所定の温度より高い場合には、制御回路８６は、冷却素子７８により液体を冷却する。熱交換器７９を通過した液体燃料は、再び混合器７２に戻される。このような流れが燃料ラインとして機能する。
【０１５８】
空気ポンプ８０からの空気は、燃料電池６１に導かれる。燃料電池６１を通過した気液混合ガスは水分凝縮器８３に導かれる。温度センサー８１により検知されたガス温度が所定の温度より低い場合には、制御回路８６は、冷却素子８２により気液混合ガスを冷却せず、ガス温度が所定の温度より高い場合には、制御回路８６は、冷却素子８２により気液混合ガスを冷却する。なお、排ガスは、電源部５１の外部に排出される。ここで、排ガスを排出するための排出口（図示せず）は、情報処理装置に対する電源部５１の装着位置により異なるが、情報処理装置の外部に面した位置に設けることが好ましい。水分凝縮器８３により凝縮された水分は、水タンク８４を介して混合器７２に戻される。このような流れが酸化剤ライン（空気ライン）として機能する。
【０１５９】
このようにして、液体燃料及び空気が燃料電池６１に供給されることで、燃料電池６１は、発電し、所定の電力（起電力）をＤＣＤＣコンバーター８７に付与する。なお、本実施形態においては、蓄電素子を用いていないが、これに限るものではなく、例えば、蓄電素子を電源部６１の内部や外部等に設けて用いても良い。
【実施例】
【０１６０】
（実施例１）
１００ｍｍ×１５０ｍｍのＡｌ基板上にアモルファスセレン層を真空蒸着することにより、光半導体基板３７を作製した。Ａｌを接地し、セレン上に帯電器３８（スコロトロン）により、帯電電位約１ｋＶで正に帯電させた（図１７（ａ））。
【０１６１】
セレン／アルミ基板を一定速度で走査しながら解像度６００ｄｏｔ／ｉｎｃｈのＬＥＤアレイを用いて、セレン上に光照射し、照射部の帯電電位を減衰させた。なお、電位残留部は、５０ｍｍ×５０ｍｍとなるように光照射した。（図１７（ｂ））
アイソパーとイソプロピルアルコールの混合溶媒に、白金−ルテニウム触媒（アノード用触媒）を４０重量％担持したカーボンを５．４５重量％、５重量％のＮａｆｉｏｎ（商標）液をＮａｆｉｏｎ（商標）（デュポン社製）の固形分率で２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１６２】
この液を、負に帯電した帯電ローラ４３（導電性ゴムローラー）を介して、先の光照射した光半導体上に塗布した（図１７（ｃ））。この後、正に帯電した帯電ローラ４４（導電性ゴムローラー）で、Ｎａｆｉｏｎ（商標）からなる電解質体４５（９０ｍｍ×１３０ｍｍ）をセレン上に接触させながら、ほぼ同時に電解質体４５をセレン上から剥離させることにより、白金−ルテニウム触媒を担持したカーボンを主体とする粒子を電解質体４５に転写した（図１７（ｄ））。光半導体基板３７をクリーングした後、同一の光半導体基板３７を用いて、この操作を数回繰り返し、アノードを形成した。
【０１６３】
別に、アイソパーとイソプロピルアルコールの混合溶媒に、白金触媒（カソード用触媒）を５０重量％担持したカーボンを５．４５重量％、５重量％のＮａｆｉｏｎ（商標）液をＮａｆｉｏｎ（商標）の固形分率で２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１６４】
この液を用いて、上記と同様の操作をすることにより、電解質体４５のアノードが形成されていない面に、白金を担持したカーボンを主体とする粒子を転写し、カソードを形成した。
【０１６５】
表裏にアノード及びカソードを形成した電解質体を蒸留水中で保存した。
【０１６６】
アノード及びカソードの形状は、５０ｍｍ×５０ｍｍであり、白金換算で０．９２ｍｇ／ｃｍ２の白金−ルテニウム触媒及び白金換算で０．９９ｍｇ／ｃｍ２の白金触媒を積層した電解質体を得た。
【０１６７】
この積層体を用いて、図２２のような燃料電池を構成した。この燃料電池は、テフロン（登録商標）製のシール部材９、（厚さ２００μｍ、外寸８０ｍｍ×８０ｍｍ、内径５４ｍｍ×５４ｍｍ）、カーボンペーパーからなる拡散層４（厚さ２００μｍ、５３ｍｍ×５３ｍｍ）、樹脂含浸高密度人造黒鉛からなる液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂ（厚さ１０ｍｍ、８０ｍｍ×８０ｍｍ、流路形状：サーペンタイン、流路外寸５０ｍｍ×５０ｍｍ）、銅に金メッキを施した集電板６、絶縁板７（厚さ５００μｍ、８０ｍｍ×８０ｍｍ）、エンドプレート８（ＳＵＳ３０４、厚さ１２ｍｍ、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ）を有する。
【０１６８】
２枚のエンドプレート８を固定して締め付ける機構としては、図６の機構を用いた。１辺に対して３個所（全体で１２箇所）固定した。液体燃料供給口１２及び酸化剤供給口１４は、エンドプレートの側面に設けると共に、絶縁板７、液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂは、液体燃料及び酸化剤を導くための穴を設けてあると共に、集電板６面にはＯリングを設けて（図示せず）、漏れを防止した。
【０１６９】
アノード部をカソード部に対して鉛直方向の上側に設置し、０．９３ｍｏｌ／ｌのメタノール水溶液（液体燃料）の流束を１５００μｌ／ｍｍ２・分、空気（酸化剤）の流速を１ｌ／ｍｍ２・分として、燃料電池に供給し、８０℃で発電した電流電圧曲線を図２３（ａ）に示す。
【０１７０】
アノード部及びカソード部を鉛直方向に対して垂直な方向に設置して発電した燃料電池及びアノード部をカソード部に対して鉛直方向の下側に設置した燃料電池の電流電圧曲線を、それぞれ図２３（ｂ）及び（ｃ）に示す。これより、アノード部をカソード部に対して鉛直方向の上側に設置した時に優れた電気化学特性を示すことがわかる。
（実施例２）
７０℃で発電したこと以外は、実施例１と同様に発電した電流電圧曲線を図２４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示した。これより、アノード部をカソード部に対して鉛直方向の上側に設置した時に優れた電気化学特性を示すことがわかる。
（実施例３）
０．９３ｍｏｌ／ｌのメタノール水溶液の流束を１３００μｌ／ｍｍ２・分にしたこと以外は、実施例２と同様に発電した電流電圧曲線を図２５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す。これより、アノード部をカソード部に対して鉛直方向の上側に設置した時に優れた電気化学特性を示すことがわかる。
（実施例４）
６０℃で発電したこと以外は、実施例１と同様に発電した電流電圧曲線を図２６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示した。これより、アノード部をカソード部に対して鉛直方向の上側に設置した時に優れた電気化学特性を示すことがわかる。
（実施例５）
０．９３ｍｏｌ／ｌのメタノール水溶液の流束を３０００μｌ／ｍｍ２・分、空気の流速を１２０ｍｌ／ｍｍ２・分にしたこと以外は、実施例２と同様に発電した電流電圧曲線を図２７（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す。これより、アノード部をカソード部に対して鉛直方向の上側に設置した時に優れた電気化学特性を示すことがわかる。
（実施例６）
０．９３ｍｏｌ／ｌのメタノール水溶液の流束を３０００μｌ／ｍｍ２・分、空気の流速を１００ｍｌ／ｍｍ２・分にしたこと以外は、実施例２と同様に発電した電流電圧曲線を図２８（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す。これより、アノード部をカソード部に対して鉛直方向の上側に設置した時に優れた電気化学特性を示すことがわかる。
（実施例７）
１００ｍｍ×１５０ｍｍのＡｌ基板上にアモルファスセレン層を真空蒸着することにより、光半導体基板３７を作製した。Ａｌを接地し、セレン上に帯電器３８（スコロトロン）により、帯電電位約１ｋＶで正に帯電させた（図１７（ａ））。図２９（ａ）のガラス性フォトマスク（点線は、液体燃料供給部との接触境界を示す）を介して、セレン上にハロゲンランプ光を照射し、照射部の帯電電位を減衰させた。（図１７（ｂ））
アイソパーとイソプロピルアルコールの混合溶媒に、白金−ルテニウム触媒（アノード用触媒）を４０重量％担持したカーボンを５．４５重量％、５重量％のＮａｆｉｏｎ（商標）液をＮａｆｉｏｎ（商標）の固形分率で２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１７１】
この液を、負に帯電した帯電ローラ４３（導電性ゴムローラー）を介して、先の光照射した光半導体上に塗布した（図１７（ｃ））。この後、正に帯電した帯電ローラ４４（導電性ゴムローラー）で、ポリプロピレン製多孔質膜にＮａｆｉｏｎ（商標）を充填した電解質体４５をセレン上に接触させながら、ほぼ同時に電解質体４５をセレン上から剥離させることにより、白金−ルテニウム触媒を担持したカーボンを主体とする粒子を電解質体４５に転写した（図１７（ｄ））。光半導体基板３７をクリーングした後、同一の光半導体基板３７を用いて、この操作を数回繰り返し、アノードを形成した。
【０１７２】
光半導体基板３７のＡｌを接地し、セレン上に帯電器３８（スコロトロン）により、帯電電位約１ｋＶで正に帯電させた。図２９（ｂ）のガラス性フォトマスク（点線は、酸化剤供給部との接触境界を示す）を介して、セレン上にハロゲンランプ光を照射し、照射部の帯電電位を減衰させた。
【０１７３】
アイソパーとイソプロピルアルコールの混合溶媒に、白金触媒（カソード用触媒）を５０重量％担持したカーボンを５．４５重量％、５重量％のＮａｆｉｏｎ（商標）液をＮａｆｉｏｎ（商標）の固形分率で２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１７４】
この液を用いて、上記と同様な操作をすることにより、電解質体４５のアノードが形成されていない面に、白金触媒を担持したカーボンを主体とする粒子を転写し、カソードを形成した。
【０１７５】
光半導体基板３７のＡｌを接地し、セレン上に帯電器３８（スコロトロン）により、帯電電位約１ｋＶで正に帯電させた。図３０（ａ）のガラス製フォトマスクを介して、セレン上にハロゲンランプ光を照射することにより、照射部の帯電電位を減衰させた。
【０１７６】
アイソパーにカーボンを２０重量％、電荷制御剤を微量、フッ素系結着樹脂を２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１７７】
この液を、負に帯電した帯電ローラ４３（導電性ゴムローラー）を介して、上記の光照射した光半導体上に塗布した。この後、正に帯電した帯電ローラ４４（導電性ゴムローラー）で、電解質体４５のアノード側をセレン上に接触させながら、ほぼ同時に電解質体４５をセレン上から剥離させることにより、カーボンを主体とする粒子を電解質体４５に転写した。光半導体基板３７をクリーングした後、同一の光半導体基板３７を用いて、この操作を数回繰り返し、電子伝導体を形成した。
【０１７８】
図３０（ｂ）のガラス製フォトマスクを用いたこと以外は、上記と同様な操作をすることにより、電解質体４５のカソード側に、カーボンを主体とする粒子を転写し、電子伝導体を形成した。
【０１７９】
表裏にアノード、カソード及び電子伝導体を形成した電解質体を蒸留水中で保存した。
【０１８０】
図３１及び図３２の樹脂製の厚さ５ｍｍの液体燃料供給部及び酸化剤供給部を用いて、電極が流路９２と重なるように、上記の電解質体を挟み、集電板、絶縁板を用いずに、実施例１で使用したエンドプレート間に設置し、１２個所で締め付けた。
【０１８１】
これを鉛直方向に対してアノード部が上側、カソード部が下側となるように配置した後、液体燃料供給部に０．９３ｍｏｌ／ｌのエタノール水溶液を流束３０００μｌ／ｍｍ２・分で、酸化剤供給部に空気を流束１０００ｍｌ／ｍｍ２・分で送ったところ、電解質体の表裏に形成した炭素層間に０．６２Ｖの起電力が得られた。
【０１８２】
エタノールにおいても電気化学デバイスとして機能することを確認すると共に、軽量で、加工性の良い樹脂製の液体燃料供給部及び酸化剤供給部を使用して、より軽く薄い形態とした本デバイスが電気化学デバイスとして機能することを確認した。また、空気を流した場合の圧力損失も拡散層がある場合より小さかった。
（実施例８）
アノード及びカソードの形成を実施例１の方法に変更した以外は、実施例７と同様に燃料電池を作製した。起電力は０．６１Ｖであった。
（実施例９）
アノード用触媒として、白金−ルテニウム−タングステンの３元触媒を用い、アノード燃料として、０．９３ｍｏｌ／ｌのエタノール水溶液を用いた以外は、実施例１と同様に燃料電池を作製した。起電力は、０．６５Ｖであった。
（実施例１０）
アノード用触媒として、白金−ルテニウム−モリブデンの３元触媒を用い、アノード燃料として、０．９３ｍｏｌ／ｌのエタノール水溶液を用いた以外は、実施例１と同様に燃料電池を作製した。起電力は、０．６５Ｖであった。
（実施例１１）
アノード用触媒として、白金−ルテニウム−タングステン−スズの４元触媒を用い、アノード燃料として、０．９３ｍｏｌ／ｌのエタノール水溶液を用いた以外は、実施例１と同様に燃料電池を作製した。起電力は、０．６６Ｖであった。
（実施例１２）
１００ｍｍ×１５０ｍｍのＡｌ基板上にアモルファスセレン層を真空蒸着することにより、光半導体基板３７を作製した。Ａｌを接地し、セレン上に帯電器３８（スコロトロン）により、帯電電位約１ｋＶで正に帯電させた（図１７（ａ））。図３３のガラス性フォトマスク（点線は、液体燃料供給部又は酸化剤供給部との接触境界を示す）を介して、セレン上にハロゲンランプ光を照射し、照射部の帯電電位を減衰させた。（図１７（ｂ））
アイソパーとイソプロピルアルコールの混合溶媒に、白金−ルテニウム触媒（アノード用触媒）を４０重量％担持したカーボンを５．４５重量％、５重量％のＮａｆｉｏｎ（商標）液をＮａｆｉｏｎ（商標）の固形分率で２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１８３】
この液を、負に帯電した帯電ローラ４３（導電性ゴムローラー）を介して、先の光照射した光半導体上に塗布した（図１７（ｃ））。この後、正に帯電した帯電ローラ４４（導電性ゴムローラー）で、ポリプロピレン製多孔質膜にＮａｆｉｏｎ（商標）を充填した電解質体４５をセレン上に接触させながら、ほぼ同時に電解質体４５をセレン上から剥離させることにより、白金−ルテニウム触媒を担持したカーボンを主体とする粒子を電解質体に転写した（図１７（ｄ））。光半導体基板３７をクリーングした後、同一の光半導体基板３７を用いて、この操作を数回繰り返し、アノードを形成した。
【０１８４】
アイソパーとイソプロピルアルコールの混合溶媒に、白金触媒（カソード用触媒）を５０重量％担持したカーボンを５．４５重量％、５重量％のＮａｆｉｏｎ（商標）液をＮａｆｉｏｎ（商標）の固形分率で２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１８５】
この液を用いて、上記と同様な操作をすることにより、電解質体４５のアノードが形成されていない面に、白金触媒を担持したカーボンを主体とする粒子を転写し、カソードを形成した。
【０１８６】
光半導体基板３７のＡｌを接地し、セレン上に帯電器３８（スコロトロン）により、帯電電位約１ｋＶで正に帯電させた。図３４のガラス製フォトマスク（点線は、液体燃料供給部又は酸化剤供給部との接触境界を示す）を介して、セレン上にハロゲンランプ光を照射することにより、照射部の帯電電位を減衰させた。
【０１８７】
アイソパーにカーボンを２０重量％、電荷制御剤を微量、フッ素系結着樹脂を２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１８８】
この液を、負に帯電した帯電ローラ４３（導電性ゴムローラー）を介して、上記の光照射した光半導体上に塗布した。この後、正に帯電した帯電ローラ４４（導電性ゴムローラー）で、電解質体４５のアノード側をセレン上に接触させながら、ほぼ同時に電解質体４５をセレン上から剥離させることにより、カーボンを主体とする粒子を電解質体４５に転写した。光半導体基板３７をクリーングした後、同一の光半導体基板３７を用いて、この操作を数回繰り返し、電子伝導体を形成した。
【０１８９】
上記と同様な操作をすることにより、電解質体４５のカソード側に、カーボンを主体とする粒子を転写し、電子伝導体を形成した。
【０１９０】
表裏にアノード、カソード及び電子伝導体を形成した電解質体を蒸留水中で保存した。
【０１９１】
電解質体上に形成した表裏８箇所の電極に、カーボンペーパーからなる拡散層（厚さ２００μｍ、２８ｍｍ×２８ｍｍ）を設置し、電解質体の表裏をテフロン（登録商標）製のシール部材（厚さ２００μｍ、外寸８０ｍｍ×８０ｍｍ、内径４箇所２９ｍｍ×２９ｍｍ）で挟み、図３１及び図３２の樹脂製の厚さ５ｍｍの液体燃料供給部及び酸化剤供給部で挟み、集電板、絶縁板を用いずに、実施例１で使用したエンドプレート間に設置し、１２個所で締め付けた。電解質体の表裏に存在する８箇所の電子伝導体（カーボン層）を直列に接続した。
【０１９２】
これを鉛直方向に対して、アノード部が上側、カソード部が下側となるように配置した後、液体燃料供給部に０．９３ｍｏｌ／ｌのメタノール水溶液を流束３０００μｌ／ｍｍ２・分で、酸化剤供給部に空気を流束１０００ｍｌ／ｍｍ２・分で送ったところ、直列接続した端子間に２．６９Ｖの起電力が得られ、高電圧化が可能であることを確認した。また、軽量で、加工性の良い樹脂製の液体燃料供給部及び酸化剤供給部を使用して、軽く薄い形態とした本デバイスが電気化学デバイスとして機能することを確認した。
【図面の簡単な説明】
【０１９３】
【図１】一般的な固体高分子型燃料電池を示す図である。
【図２】本発明の燃料電池を示す図である。
【図３】本発明の比較例の燃料電池を示す図である。
【図４】本発明の比較例の燃料電池を示す図である。
【図５】発電要素を狭持する従来の方法を示す図であり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、下面図である。
【図６】本発明の燃料電池集合体体の実施形態を示す図であり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、下面図である。
【図７】図６の燃料電池を概略的に示す図である。
【図８】本発明の締め付け部材の実施形態を示す図である。
【図９】液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）を示す図であり、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、断面図である。
【図１０】本発明の燃料電池の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の燃料電池の実施形態を示す図である。
【図１２】本発明で使用する電極の形成例を示す図である。
【図１３】液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）を示す図であり、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、断面図である。
【図１４】本発明で使用する電極の形成例を示す図である。
【図１５】本発明で使用する電極の形成例を示す図である。
【図１６】本発明の電極の形成方法の実施形態を示す図であり、（ａ）は、帯電した基板、（ｂ）は、基板に粒子を付着させる工程、（ｃ）は、粒子を電気泳動させる工程、（ｄ）は、粒子が付着したイオン伝導膜を示す図である。
【図１７】本発明の電極の形成方法の実施形態を示す図であり、（ａ）は、光半導体基板を帯電させる工程、（ｂ）は、光半導体基板に光を照射する工程、（ｃ）は、粒子を電気泳動させる工程、（ｄ）は、粒子をイオン伝導膜に転写する工程、（ｅ）は、粒子が付着したイオン伝導膜を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態のパーソナルコンピュータを示す図である。
【図１９】本発明の実施形態の情報処理装置を概略的に示すブロック図である。
【図２０】本発明の実施形態の電源システムを概略的に示す図である。
【図２１】本発明の実施形態の電源システムを概略的に示すブロック図である。
【図２２】本発明の燃料電池の実施例を示す図である。
【図２３】実施例１の電流電圧曲線を示す図である。
【図２４】実施例２の電流電圧曲線を示す図である。
【図２５】実施例３の電流電圧曲線を示す図である。
【図２６】実施例４の電流電圧曲線を示す図である。
【図２７】実施例５の電流電圧曲線を示す図である。
【図２８】実施例６の電流電圧曲線を示す図である。
【図２９】実施例７で用いたガラス製フォトマスクを示す図であり、（ａ）は、アノード、（ｂ）は、カソードを形成する際に用いたフォトマスクを示す図である。
【図３０】実施例７で用いたガラス製フォトマスクを示す図であり、（ａ）は、アノード側、（ｂ）は、カソード側の電子伝導体を形成する際に用いたフォトマスクを示す図である。
【図３１】実施例７で用いた液体燃料保持体を示す図であり、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、断面図である。
【図３２】実施例７で用いた酸化剤保持体を示す図であり、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、断面図である。
【図３３】実施例１１で用いたガラス製フォトマスクを示す図である。
【図３４】実施例１１で用いたガラス製フォトマスクを示す図である。
【図３５】一般的な燃料電池の構造を示す図である。
【符号の説明】
【０１９４】
１ 電解質体
２ アノード部
３ カソード部
４ 拡散層
５ａ 液体燃料供給部
５ｂ 酸化剤供給部
６ 集電板
７ 絶縁板
８ エンドプレート
９ シール部材
１０ ボルト
１１、２２ａ、２２ｂ 支持棒
１２ 液体燃料供給口
１３ 液体燃料排出口
１４ 酸化剤供給口
１５ 酸化剤排出口
１６ 炭酸ガス
１７ 水
１８ 発電要素
１９ 燃料電池
２０ 締め付け部材
２１ 回転部
２３ コイルスプリング
２４ 流路
２５ 電子伝導体
２６ アノード（又はカソード）
３１、３４ 基板
３２、４１ 粒子
３３、４２ 分散液
３５、４５ 電解質体（又は多孔質体）
３６ 電源
３７ 光半導体基板
３８ 帯電器
３９ マスク
３９ａ 開口部
４０ 帯電部
４３、４４ 帯電ローラ
５１ 電源部
５２ ＣＰＵ
５３ ＲＯＭ
５４ ＲＡＭ
５５ バス
５６ ＨＤＤ
５７ 表示装置
５８ 入力装置
５９ 記録媒体
６０ データ読取装置
７１ 液体燃料カートリッジ
７２ 混合器
７３、８５ バルブ
７４ 液体燃料ポンプ
７５ 濃度センサー
７６ 気液分離器
７７、８１ 温度センサー
７８、８２ 冷却素子
７９ 熱交換器
８０ 空気ポンプ
８３ 水分凝縮器
８４ 水タンク
８６ 制御回路
８７ ＤＣＤＣコンバーター
８８ 端子
９１ マスク面
９２ 流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、燃料電池集合体、電源、電子機器及び電極の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学素子、特に、電気エネルギーを発生又は蓄積できる素子は、構造として、電子（電荷）を発生又は蓄積できる層とイオンを伝搬する層から構成されているものが多い。具体的には、１次電池、２次電池、燃料電池、太陽電池、コンデンサー、電気分解素子、各種センサー等である。
【０００３】
燃料電池は、一般に、図３５のような構造を有する。このとき、液体燃料（メタノール水溶液）をアノード部２に、酸化剤（空気）をカソード部３に供給すると、以下の反応が生じることにより、発電が行われる。
【０００４】
アノード反応：ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→６Ｈ＋＋６ｅ−＋ＣＯ２
カソード反応：６Ｈ＋＋３／２Ｏ２＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ
全反応：ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
これにより、アノードでは炭酸ガスが発生し、カソードでは水が生成する。
【０００５】
炭酸ガスは、液体燃料より比重が小さいため、鉛直上向きに移動する。また、水は、酸化剤より比重が大きいため、鉛直下向きに移動する。
【０００６】
炭酸ガス及び水は、発電後の生成物（排出物）であることから、速やかに排出されることが望ましいが、従来の構成では、アノード部２の表面に炭酸ガスが溜まる現象及びカソード部３の表面に水が溜まる現象が発生し、その結果、発電特性が低下する問題があった。
【０００７】
燃料ガスを扱う燃料電池において、紙面上、アノード（燃料極）を上、カソード（酸化剤極）を下に記載した図が開示されている（特許文献１〜３参照）。しかしながら、燃料素電池の接続を課題としており、炭酸ガスや水の発生を考慮しているものでない。また、鉛直方向が規定されていない。
【０００８】
一方、燃料電池の積層体の小型軽量化や発電要素を狭持する方法としては、燃料電池の積層体を箱体に収容した板バネで狭持する方法が知られている（特許文献４参照）。しかしながら、板バネのスペースが必要なこと、箱に強度が必要なこと、重量が重くなること等の欠点がある。また、２枚のエンドプレートをシャフトで連結し、エンドプレート間に配した皿バネ（弾性体）の張力で発電要素に面圧を与える方法が知られている（特許文献５参照）。しかしながら、皿バネのスペースが必要であることから、体積及び重量の面で不利である。
【０００９】
また、電極の形成方法としては、電解質体に、カーボンを主成分とし、触媒金属を含むペーストを塗布する方法、そのペーストを集電体であるカーボンペーパーやカーボンクロス上に塗布した後、電解質体と一体化する方法等が知られている。
【００１０】
このような塗布方法（塗布工程）には、現状、ブレードコート法、ダイコート法、ワイヤーバーコート法、スクリーン印刷法、フレクソ印刷法等が適用されている。ブレードコート法、ダイコート法及びワイヤーバーコート法は、長尺の基板に対して連続で塗布できることから、大面積を生産性高く塗布できる方法である。しかしながら、ブレードコート法、ダイコート法及びワイヤーバーコート法では、任意の位置に、正方形、長方形等の任意の形状で、各種のペーストを塗布することができない。また、その塗布位置精度も高くない。スクリーン印刷法、フレクソ印刷法等の印刷版を用いる方法では、任意の位置、任意の大きさに塗布することが可能であるが、印刷位置や印刷形状を変えるためには、版を作り直さなくてはならないという問題を有している。
【００１１】
また、塗布以外の方法としては、ろ過法、電気泳動法、ミセル電解法等の方法が存在する。
【００１２】
ろ過法は、多孔質体への固形物の積層に適用される方法であり、電気化学デバイスの電極作製にも応用されている（非特許文献１参照）。しかしながら、積層形状がろ過面の形状で規定されるため、形状変化や形状制御に対する対応性が悪い。さらに、粒子が微細になる程、積層（ろ過）に時間を要し、生産性を落とすという欠点を有している。
【００１３】
電気泳動法は、液体中の荷電粒子に直流電界を印加することにより、荷電粒子と逆の極性を有する電極の方向に荷電粒子を移動させる方法である。この方法も電気化学デバイスの電極作製に応用されている（非特許文献２参照）。これは、電極間（直流電場間）に多孔質体、電解質体等の基板を配置することにより、基板と粒子を複合させる技術である。しかしながら、膜と液とで形成される液断面形状で積層形状が決定されるため、ろ過法と同様に形状変化や形状制御に対する対応性が低い。
【００１４】
ミセル電解法は、フェロセンのような酸化還元可能な部位を持つ界面活性剤により作製されるミセルを、電極表面で酸化又は還元させて崩壊させ、ミセル内部の物質を電極表面に堆積させる方法である（特許文献６参照）。しかしながら、電極面での電気化学反応を利用しているため、電極面、すなわち電子伝導性を持つ基板に対してしか適用できないという欠点を有している。
【特許文献１】特公平６−６５０４５号公報
【特許文献２】特公平８−２１４１６号公報
【特許文献３】特公平８−２８２３４号公報
【特許文献４】特開２００３−１５１６１１号公報
【特許文献５】特開２０００−１９５５２９号公報
【特許文献６】特公平３−５９９９８号公報
【非特許文献１】２００３年電気化学春季大会予稿集、３Ｎ０８、Ｐ３１３
【非特許文献２】２００３年電気化学春季大会予稿集、３Ｎ０９、Ｐ３１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、アノード反応及びカソード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することが可能な燃料電池及び燃料電池集合体、該燃料電池を有する電源、該電源を有する電子機器並びに電極の形成方法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】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、アノードを有するアノード部及びカソードを有するカソード部で電解質からなる電解質体を挟持し、液体燃料及び酸化剤を用いて発電する燃料電池において、前記アノード部は、前記カソード部に対して、鉛直方向の上側に設けられていることを特徴とする。本明細書及び特許請求の範囲において、鉛直方向とは、鉛直方向及びそれに近い方向を意味する。
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、前記アノード部は、前記カソード部に対して、鉛直方向の上側に設けられているので、アノード反応及びカソード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することが可能な燃料電池を提供することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池において、前記液体燃料の濃度は、０．９ｍｏｌ／ｌ以上であり、前記液体燃料を供給する流路における前記液体燃料の流束は、１５００μｌ／ｍｍ２・分以下であることを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、前記液体燃料の濃度は、０．９ｍｏｌ／ｌ以上であり、前記液体燃料を供給する流路における前記液体燃料の流束は、１５００μｌ／ｍｍ２・分以下であるので、アノード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の燃料電池において、前記酸化剤は、酸素を２０体積％以上含有する気体であり、前記酸化剤を供給する流路における前記気体の流束は、１２０ｍｌ／ｍｍ２・分以下であることを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、前記酸化剤は、酸素を２０体積％以上含有する気体であり、前記酸化剤を供給する流路における前記気体の流束は、１２０ｍｌ／ｍｍ２・分以下であるので、カソード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記アノード部は、前記液体燃料を供給する流路に接することを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、前記アノード部は、前記液体燃料を供給する流路に接するので、液体燃料の拡散抵抗を減少させることができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の燃料電池において、前記アノードは、前記液体燃料を供給する流路の形状に基づいて形成されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、前記アノードは、前記液体燃料を供給する流路の形状に基づいて形成されているので、アノード材料の使用量を削減することができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記カソード部は、前記酸化剤を供給する流路に接することを特徴とする。
【００２７】
請求項６に記載の発明によれば、前記カソード部は、前記酸化剤を供給する流路に接するので、酸化剤の拡散抵抗を減少させることができる。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の燃料電池において、前記カソードは、前記酸化剤を供給する流路の形状に基づいて形成されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項７に記載の発明によれば、前記カソードは、前記酸化剤を供給する流路の形状に基づいて形成されているので、カソード材料の使用量を削減することができる。
【００３０】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記アノード部の前記アノードを有さない領域に電子伝導体を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項８に記載の発明によれば、前記アノード部の前記アノードを有さない領域に電子伝導体を有するので、燃料電池を小型軽量化することができる。
【００３２】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記カソード部の前記カソードを有さない領域に電子伝導体を有することを特徴とする。
【００３３】
請求項９に記載の発明によれば、前記カソード部の前記カソードを有さない領域に電子伝導体を有するので、燃料電池を小型軽量化することができる。
【００３４】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記アノードは、白金触媒、白金及びルテニウムからなる触媒、白金及びイリジウムからなる触媒並びに白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒のいずれかを含有することを特徴とする。
【００３５】
請求項１０に記載の発明によれば、前記アノードは、白金触媒、白金及びルテニウムからなる触媒、白金及びイリジウムからなる触媒並びに白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒のいずれかを含有するので、メタノール及びエタノールの少なくとも一方を酸化することができる。
【００３６】
請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記液体燃料は、アルコールを含有することを特徴とする。
【００３７】
請求項１１に記載の発明によれば、前記液体燃料は、アルコールを含有するので、エネルギー密度の高い液体燃料を使用した燃料電池を得ることができる。
【００３８】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の燃料電池において、前記アルコールは、エタノールであることを特徴とする。
【００３９】
請求項１２に記載の発明によれば、前記アルコールは、エタノールであるので、安全面及び環境面で優れた燃料電池を得ることができる。
【００４０】
請求項１３に記載の発明は、燃料電池集合体において、複数の、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の燃料電池が電気的に接続されていることを特徴とする。
【００４１】
請求項１３に記載の発明によれば、複数の、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の燃料電池が電気的に接続されているので、アノード反応及びカソード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することが可能な燃料電池集合体を提供することができる。
【００４２】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の燃料電池集合体において、前記複数の燃料電池は、鉛直方向に直交する方向に配置されていることを特徴とする。
【００４３】
請求項１４に記載の発明によれば、前記複数の燃料電池は、鉛直方向に直交する方向に配置されているので、出力及び発電容量を向上させることができる。
【００４４】
請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載の燃料電池集合体において、前記複数の燃料電池は、鉛直方向に配置されていることを特徴とする。
【００４５】
請求項１５に記載の発明によれば、前記複数の燃料電池は、鉛直方向に配置されているので、出力及び発電容量を向上させることができる。
【００４６】
請求項１６に記載の発明は、請求項１３に記載の燃料電池集合体において、前記複数の燃料電池を挟持する第一のプレート及び第二のプレート並びに前記第一のプレート及び第二のプレートの間に設けられ、前記第一のプレート及び第二のプレートで前記複数の燃料電池を締め付ける締め付け部材を有することを特徴とする。
【００４７】
請求項１６に記載の発明によれば、前記複数の燃料電池を挟持する第一のプレート及び第二のプレート並びに前記第一のプレート及び第二のプレートの間に設けられ、前記第一のプレート及び第二のプレートで前記複数の燃料電池を締め付ける締め付け部材を有するので、燃料電池を小型軽量化することができる。
【００４８】
請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の燃料電池集合体において、前記締め付け部材は、前記第一のプレートに設けられた第一の支持棒、前記第二のプレートに設けられた第二の支持棒並びに前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒と連結され、回転することにより、前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒の間隔を調整する回転部を有することを特徴とする。
【００４９】
請求項１７に記載の発明によれば、前記締め付け部材は、前記第一のプレートに設けられた第一の支持棒、前記第二のプレートに設けられた第二の支持棒並びに前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒と連結され、回転することにより、前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒の間隔を調整する回転部を有するので、燃料電池を小型軽量化することができる。
【００５０】
請求項１８に記載の発明は、請求項１６に記載の燃料電池集合体において、前記締め付け部材は、前記第一のプレートに設けられた第一の支持棒、前記第二のプレートに設けられ、前記第一の支持棒が挿入される第二の支持棒並びに前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒に装着され、伸縮することにより、前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒の間隔を調整する伸縮部を有することを特徴とする。
【００５１】
請求項１８に記載の発明によれば、前記締め付け部材は、前記第一のプレートに設けられた第一の支持棒、前記第二のプレートに設けられ、前記第一の支持棒が挿入される第二の支持棒並びに前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒に装着され、伸縮することにより、前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒の間隔を調整する伸縮部を有するので、燃料電池を小型軽量化することができる。
【００５２】
請求項１９に記載の発明は、電源において、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の燃料電池を有することを特徴とする。
【００５３】
請求項１９に記載の発明によれば、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の燃料電池を有するので、アノード反応及びカソード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することが可能な燃料電池を有する電源を提供することができる。
【００５４】
請求項２０に記載の発明は、電子機器において、請求項１９に記載の電源を有することを特徴とする。
【００５５】
請求項２０に記載の発明によれば、請求項１９に記載の電源を有するので、アノード反応及びカソード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することが可能な燃料電池を有する電源を有する電子機器を提供することができる。
【００５６】
請求項２１に記載の発明は、電極材料を電解質からなる電解質体に形成させる電極の形成方法において、絶縁性又は半導性の静電気担持体を帯電させる工程、前記帯電した静電気担持体を、前記帯電した静電気担持体と反対の電荷に帯電した前記電極材料からなる粒子の分散液に接触させ、前記電極材料からなる粒子を付着させる工程及び前記静電気担持体に付着した前記電極材料からなる粒子を前記電解質体に転写させる工程を有することを特徴とする。本明細書及び特許請求の範囲において、電極とは、アノード部及びカソード部、すなわち、アノード、カソード及び電子伝導体を意味する。
【００５７】
請求項２１に記載の発明によれば、絶縁性又は半導性の静電気担持体を帯電させる工程、前記帯電した静電気担持体を、前記帯電した静電気担持体と反対の電荷に帯電した前記電極材料からなる粒子の分散液に接触させ、前記電極材料からなる粒子を付着させる工程及び前記静電気担持体に付着した前記電極材料からなる粒子を前記電解質体に転写させる工程を有するので、燃料電池の電極の形成方法を提供することができる。
【００５８】
請求項２２に記載の発明は、請求項２１に記載の電極の形成方法において、前記帯電した静電気担持体の一部を除電する工程をさらに有することを特徴とする。
【００５９】
請求項２２に記載の発明によれば、前記帯電した静電気担持体の一部を除電する工程をさらに有するので、任意形状の電極を形成することができる。
【００６０】
請求項２３に記載の発明は、請求項２２に記載の電極の形成方法において、前記静電気担持体は、光半導体を有し、前記除電する工程は、光を照射することにより前記帯電した静電気担持体の一部を除電する工程であることを特徴とする。
【００６１】
請求項２３に記載の発明によれば、前記静電気担持体は、光半導体を有し、前記除電する工程は、光を照射することにより前記帯電した静電気担持体の一部を除電する工程であるので、電極を簡便に形成することができる。
【００６２】
請求項２４に記載の発明は、請求項２１乃至２３のいずれか一項に記載の電極の形成方法において、前記分散液は、樹脂を含有することを特徴とする。
【００６３】
請求項２４に記載の発明によれば、前記分散液は、樹脂を含有するので、機械的に安定な電極を形成することができる。
【００６４】
請求項２５に記載の発明は、請求項２４に記載の電極の形成方法において、前記樹脂は、イオン伝導性高分子であることを特徴とする。
【００６５】
請求項２５に記載の発明によれば、前記樹脂は、イオン伝導性高分子であるので、界面抵抗の低い電極を形成することができる。
【００６６】
請求項２６に記載の発明は、請求項２４に記載の電極の形成方法において、前記樹脂は、フッ素系樹脂であることを特徴とする。
【００６７】
請求項２６に記載の発明によれば、前記樹脂は、フッ素系樹脂であるので、電気化学的に安定な電極を形成することができる。
【００６８】
請求項２７に記載の発明は、請求項２１乃至２６のいずれか一項に記載の電極の形成方法において、前記分散液は、導電剤を含有することを特徴とする。
【００６９】
請求項２７に記載の発明によれば、前記分散液は、導電剤を含有するので、界面抵抗の低い電極を形成することができる。
【００７０】
請求項２８に記載の発明は、請求項２７に記載の電極の形成方法において、前記導電剤は、炭素であることを特徴とする。
【００７１】
請求項２８に記載の発明によれば、前記導電剤は、炭素であるので、界面抵抗の低い電極を形成することができる。
【００７２】
請求項２９に記載の発明は、請求項２１乃至２８のいずれか一項に記載の電極の形成方法において、前記電極材料は、金属触媒を含有することを特徴とする。
【００７３】
請求項２９に記載の発明によれば、前記電極材料は、金属触媒を含有するので、電気化学的な触媒反応を可能とする電極を形成することができる。
【００７４】
請求項３０に記載の発明は、請求項２９に記載の電極の形成方法において、前記金属触媒は、白金触媒、白金及びルテニウムからなる触媒、白金及びイリジウムからなる触媒並びに白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒のいずれかであることを特徴とする。
【００７５】
請求項３０に記載の発明によれば、前記金属触媒は、白金触媒、白金及びルテニウムからなる触媒、白金及びイリジウムからなる触媒並びに白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒のいずれかであるので、メタノール及びエタノールの少なくとも一方の酸化反応を可能とする電極を形成することができる。
【発明の効果】
【００７６】
本発明によれば、アノード反応及びカソード反応で生成する生成物による発電特性の低下を軽減することが可能な燃料電池及び燃料電池集合体、該燃料電池を有する電源、該電源を有する電子機器並びに電極の形成方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７７】
次に、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に説明する。
【００７８】
図１に、一般的な固体高分子型燃料電池を示す。基本的構成要素として、中心に電解質体１が存在し、その両側にアノードを有するアノード部２及びカソードを有するカソード部３が配置されており、その外側に拡散層４、さらに外側に液体燃料を供給する流路を有する液体燃料供給部５ａ及び酸化剤を供給する流路を有する酸化剤供給部５ｂ、集電板６及び絶縁板７を有し、これらを２枚のエンドプレート８、ボルト１０及び支持棒１１で締めつけた構造をしている。
【００７９】
アノードにアルコール等の液体燃料が供給され、アノードの触媒の作用により、水素イオンが発生する。この時、発生する電子は、外部回路に流れ出る。発生した水素イオンは、電解質体中を伝搬し、カソードに達する。カソードに酸素等の酸化剤を供給することにより、水素イオン、酸素及び外部回路を通して流れてくる電子が反応し、水を生成する。以下に、液体燃料として、メタノールを用いる場合の反応式を示す。
【００８０】
アノード反応：ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→６Ｈ＋＋６ｅ−＋ＣＯ２
カソード反応：６Ｈ＋＋３／２Ｏ２＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ
全反応：ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
このように、アノードでは炭酸ガスが発生し、カソードでは水が生成する。
【００８１】
本発明の燃料電池は、図２に示すように、アノード部２は、カソード部３に対して、鉛直方向の上側に設けられている。本明細書及び特許請求の範囲において、鉛直方向とは、鉛直方向及びそれに近い方向を意味する。このとき、アノードで発生した炭酸ガス１６は、鉛直上向きに移動するが、炭酸ガス１６は、アノード部２の表面に溜まらず、液体燃料がアノードに接触しやすくなる。また、カソードで発生した水１７は、鉛直下向きに移動するが、水１７は、カソード部３の表面に溜まらず、酸化剤がカソードに接触しやすくなる。
【００８２】
これに対して、図３に示すように、アノード部２がカソード部３に対して鉛直方向の下側に設けられている場合、アノードで発生した炭酸ガス１６は、鉛直上向きに移動するため、炭酸ガス１６は、アノード部２の表面に溜まり、液体燃料のアノードへの接触を妨げ、発電特性の低下を招く。また、カソードで発生した水１７は、鉛直下向きに移動するため、水１７は、カソード部３の表面に溜まり、酸化剤のカソードへの接触を妨げ、発電特性の低下を招く。
【００８３】
一方、図４に示すように、鉛直方向に対して垂直な方向にアノード部２及びカソード部３が設けられている場合、アノードで発生した炭酸ガス１６は、鉛直上向きに移動するため、炭酸ガス１６は、図中、アノード部２の上部に溜まり、アノード部２の上部における液体燃料のアノードへの接触を妨げ、発電特性の低下を招く。また、カソードで発生した水１７は、鉛直下向きに移動するため、水１７は、図中、カソード部３の下部に溜まり、カソード部３の下部における酸化剤のカソードへの接触を妨げ、発電特性の低下を招く。
【００８４】
一般に、液体燃料供給部５ａの流路に液体燃料が流れている場合は、液体燃料の流束が大きい程、発電特性は、良好になる。これは、炭酸ガス１６がアノード部２の表面に溜まりにくくなるためである。
【００８５】
このとき、液体燃料の流束が低下したり、発電量の増加、温度の上昇、液体燃料の濃度の上昇等により、炭酸ガス１６の体積が増加したりした場合、炭酸ガス１６がアノード部２の表面に留まりやすくなり、発電性能が低下しやすくなる。
【００８６】
しかしながら、本発明の燃料電池を用いると、液体燃料の濃度が０．９ｍｏｌ／ｌ以上であり、液体燃料供給部５ａの流路における液体燃料の流束が１５００μｌ／ｍｍ２・分以下である場合においても、炭酸ガスは、アノード部の表面に溜まらないため、発電性能は、良好である。本発明の燃料電池は、液体燃料供給部５ａの流路における液体燃料の流速が０μｌ／ｍｍ２・分、すなわち、液体燃料の自然拡散のみで発電を行う場合も、発電性能は、良好である。
【００８７】
以下、液体燃料として、メタノールを用いる場合について説明する。アノード反応は、
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→６Ｈ＋＋６ｅ−＋ＣＯ２
となり、炭酸ガスが発生する。
【００８８】
本発明の態様は、発電温度が８０℃以上の発電において、メタノールを０．９ｍｏｌ／ｌ以上含有する液体燃料の液体燃料供給部５ａの流路における流束が１８００μｌ／ｍｍ２・分以下、特に、１５００μｌ／ｍｍ２・分以下の時に、炭酸ガスのアノードに与える悪影響が軽減される。
【００８９】
また、発電温度が８０℃未満の時は、メタノールを０．９ｍｏｌ／ｌ以上含有する液体燃料の液体燃料供給部５ａの流路における流束が１５００μｌ／ｍｍ２・分以下、特に、１３００μｌ／ｍｍ２・分以下の時に、炭酸ガス１６のアノードに与える悪影響が軽減される。
【００９０】
液体燃料として、エタノールを用いる場合、アノード反応は、
Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋３Ｈ２Ｏ→１２Ｈ＋＋１２ｅ−＋２ＣＯ２
となる。なお、炭素数が４以下のアルコールの５０重量％以下の水溶液においても、メタノールを用いる場合と同様の効果を有する。
【００９１】
液体燃料１分子当たりの炭酸ガスの発生量は、液体燃料の種類に依存する。例えば、メタノール等の炭素数が１である液体燃料１分子をアノード酸化すると、炭酸ガス１分子を発生する。また、エタノール等の炭素数が２である液体燃料１分子をアノード酸化すると、炭酸ガス２分子を発生する。このように、炭素数の多い炭化水素系液体燃料を使用する程、液体燃料１分子をアノード酸化した時に発生する炭酸ガスの分子数は、多くなる。
【００９２】
一般に、酸化剤供給部５ｂ中を、酸素を含有する気体（以下、酸化剤気体という）が流れている場合は、酸化剤気体の流束が大きい程、発電特性は、良好になる。これは、水１７がカソード部３の表面に溜まりにくくなるためである。
【００９３】
このとき、酸化剤気体の流束が低下したり、発電量の増加、温度の上昇、燃料濃度の上昇等により、水１７の体積が増加したりした場合、水１７がカソード部３の表面に留まりやすくなり、発電性能が低下しやすくなる。
【００９４】
しかしながら、本発明の燃料電池を用いると、酸化剤気体が酸素を２０体積％以上含有する気体であり、酸化剤供給部５ｂの流路における酸化剤気体の流束が１２０ｍｌ／ｍｍ２・分以下である場合においても、水は、カソード部の表面に溜まらないため、発電性能は、良好である。本発明の燃料電池は、酸化剤供給部５ｂの流路における酸化剤気体の流速が０ｍｌ／ｍｍ２・分、すなわち、酸化剤気体の自然拡散のみで発電を行う場合も、発電性能は、良好である。
【００９５】
このとき、カソード反応は、
２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
となり、水１７が生成する。
【００９６】
本発明の態様は、発電温度が８０℃以上の発電において、酸化剤気体の酸化剤供給部５ｂ中の流束が１５０ｍｌ／ｍｍ２・分以下、特に、１２０ｍｌ／ｍｍ２・分以下の時に、水１７のカソードに与える悪影響を軽減することが可能である。
【００９７】
発電温度が８０℃未満の時は、酸化剤気体の酸化剤供給部５ｂの流路における流束が１２０ｍｌ／ｍｍ２・分以下、特に、１００ｍｌ／ｍｍ２・分以下の時に、水１７のカソードに与える悪影響を軽減することが可能である。
【００９８】
燃料電池は、一般に、単独で用いると、１Ｖ以下の低い起電力となる。このため、燃料電池は、電気的に直列又は並列に接続することが好ましい。これにより、所望の電圧及び起電力を得ることができる。
【００９９】
本発明の燃料電池は、アノード部がカソード部に対して、鉛直方向の上側に設けられていることから、高さに比較し、底面積の大きい機器に対しては、扁平（薄型）の配置が好ましい。そこで、本発明の燃料電池を鉛直方向に直交する方向（複数の方向を含む）に複数個存在させると共に、それらを電気的に接続することにより、所望の電力が得られる扁平（薄型）の燃料電池集合体を構成することが可能である。
【０１００】
また、底面積に比較し、高さが大きい機器に対しては、本発明の燃料電池を鉛直方向に複数個存在させると共に、それらを電気的に接続することにより、所望の起電力が得られる縦長の燃料電池集合体を構成することが可能である。
【０１０１】
所望の形状や起電力により、鉛直方向に直交する方向及び鉛直方向の配置を組み合わせることが好ましい。後述する燃料電池を積層した燃料電池集合体を併用することにより、体積エネルギー密度、重量エネルギー密度の高い燃料電池集合体を構成することが可能である。
【０１０２】
このような複数の燃料電池に供給される液体燃料及び酸化剤は、燃料電池各々に独立に供給することが好ましい。また、液体燃料及び酸化剤の排出も独立に行われることが好ましい。すなわち、燃料電池毎に液体燃料及び酸化剤の供給口及び排出口を有することが好ましい。少なくとも、後述する燃料電池を積層した燃料電池集合体毎に供給口及び排出口を有していることが好ましい。
【０１０３】
このような構成にすることより、液体燃料及び酸化剤の濃度のバラツキによる各燃料電池の発電性能のバラツキを抑え、寿命及び安全性を向上させることができる。
【０１０４】
液体燃料及び酸化剤を供給するポンプは、それぞれ複数個使用することが好ましい。ポンプの排出量と消費電力との関係は、比例関係ではなく、流量が大きい程、単位流量当たりの消費電力が大きくなる。すなわち、同じ流量でも、ポンプを複数個使用することにより、低消費電力化が可能である。ポンプの電力を自立的に燃料電池の起電力の一部で補う構成は、特に好ましい態様である。また、ポンプの数を増やすことにより、一つのポンプで供給している場合より、排出力（吐出負荷圧）が小さいポンプの使用が可能となる。
【０１０５】
燃料電池を積層した燃料電池集合体は、液体燃料、酸化剤及び生成物の漏れが起こらないように、また、接触電気抵抗を軽減させ、アノード部及びカソード部と電解質体との界面特性を向上させるために強固に狭持する必要がある。
【０１０６】
このため、発電要素を、２枚のエンドプレート及びボルトで締め付けるのが一般的である。発電要素とは、電解質体、アノード部及びカソード部を必須とし、他に、拡散層、液体燃料供給部、酸化剤供給部等を含有する、燃料電池が発電を行うために必要な要素であり、２枚のエンドプレート間に存在する要素を指す。発電要素を狭持する方法としては、図５に示すように、発電要素１８の外周のスペースをボルト１０、支持棒１１等で締め付け、発電要素１８が面内で均一に加圧されるよう、四隅以上を固定する方法が挙げられる。
【０１０７】
しかし、この形態では、エンドプレート８の外部にボルト１０を締めるためのスペースが必要となり、燃料電池が大型化し、体積と重量の増加の要因となっていた。
【０１０８】
図６に、本発明の燃料電池集合体の実施形態を示す。なお、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、下面図である。ここでは、３個の燃料電池１９が積層された積層体を形成しており、この積層体を挟持する２つのエンドプレート８、エンドプレート８を締め付ける締め付け部材２０から構成されている。
【０１０９】
図７に、図６の燃料電池を概略的に示す。燃料電池１９は、電解質体１、アノード部２、カソード部３、拡散層４、液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂが積層されて構成されている。また、液体燃料や生成物の漏洩を防止するシール部材９が設けられている。
【０１１０】
この燃料電池１９が積層されることにより、大容量の燃料電池集合体を構成することができるが、燃料電池１９に存在する液体燃料供給部５ａは、隣接する燃料電池１９の酸化剤供給部５ｂと表裏で共用して流体供給部を形成しても構わない。すなわち、流体供給部は、酸化剤供給部５ｂを液体燃料供給部５ａに対して鉛直方向の上側に有する構成である。この場合、２枚のエンドプレートに最も近い２つの流体供給部は、一方は、液体燃料供給部５ａのみ、他方は、酸化剤供給部５ｂのみを有していればよい。
【０１１１】
図６に示すように、締め付け部材２０がエンドプレート８の四隅に設けられている。すなわち、２つの締め付け部材２０は、燃料電池１９を介して対向する２つの位置にそれぞれ設けられている。これにより、均一な圧力を燃料電池１９に加えることができる。このような締め付け部材２０は、回転させることによって、２つのエンドプレート８を締め付ける構造になっている。
【０１１２】
締め付け部材２０は、２つのエンドプレート８にそれぞれ設けられた２つの支持棒１１と、２つの支持棒１１を連結する回転部２１とから構成されている。ここで、２つの支持棒１１は、第一の支持棒及び第二の支持棒である。２つの支持棒１１と回転部２１とは、支持棒１１が雄ねじ、回転部２１が雌ねじとして、接続されている。また、回転部２１には、その回転方向により、２つの支持棒１１が近付くか、離れるように、ねじ溝（図示せず）が切り込まれている。
【０１１３】
このような構成において、エンドプレート８が近付く方向に４つの回転部２１を回転させることで、燃料電池１９は、エンドプレート８により加圧されて締め付けられている。このとき、締め付け部材２０は、エンドプレート８の外面（燃料電池１９と反対側の面）に飛び出していないため、燃料電池集合体の小型化を実現することができ、さらに、簡単な構成で、燃料電池１９への十分な加圧を実現することができる。
【０１１４】
なお、本実施形態では、締め付け部材２０は、回転部２１により、エンドプレート８を近付けるように構成されているが、これに限るものではなく、例えば、ねじ、コイルスプリング等のバネを利用してエンドプレート８を近付けるように構成されていてもよい。
【０１１５】
図８に、このような締め付け部材を示す。ここでは、２つのエンドプレート（図示せず）に設けられる２つの支持棒２２ａ及び２２ｂと、それらの支持棒２２ａ及び２２ｂに装着された伸縮部材であるコイルスプリング２３とから構成されている。コイルスプリング２３の両端は、２つの支持棒２２ａ及び２２ｂのエンドプレート側の端部にそれぞれ固定されている。支持棒２２ａは、支持棒２２ｂより一回り小さく形成されており、支持棒２２ｂの内部に挿入することができる。すなわち、支持棒２２ａは、支持棒２２ｂの内部をスライド可能な機構になっている。また、支持棒２２ｂの長さを変更することが可能な機構になっている。ここで、支持棒２２ａが第一の支持棒であり、支持棒２２ｂが第二の支持棒である。なお、燃料電池を挟持する前の締め付け部材は、コイルスプリング２３、支持棒２２ａ及び２２ｂの長さは、最短状態になっている。この状態で、燃料電池がエンドプレート８の間に挿入されることにより、コイルスプリング２３は、エンドプレート８を近付ける方向に張力を発生させる。
【０１１６】
なお、本実施形態では、伸縮部材としてコイルスプリング２３を用いているが、これに限るものではなく、例えば、ゴム状の部材が用いられてもよい。
【０１１７】
図１の燃料電池では、液体燃料供給部５ａに流れ込んだ液体燃料及び酸化剤供給部５ｂに流れ込んだ酸化剤は、拡散層４を介して、それぞれアノード２部及びカソード部３に供給され、アノード反応及びカソード反応が行われる。なお、拡散層４としては、通常、多孔質体が用いられる。
【０１１８】
図９に、従来の液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の（ａ）平面図及び（ｂ）断面図を示す。従来のアノード（又はカソード）は、単純な形状（一般的には、四角形）で形成されている。これに対して、液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）は、流路２４が形成されている。この流路２４とアノード（又はカソード）を直接接触させると、液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の流路２４以外の面にアノード（又はカソード）が接してしまい、アノード反応（又はカソード反応）に寄与しない部分が生じる。このため、アノード（又はカソード）の全面を機能させるため、拡散層を設置し、液体燃料（又は酸化剤）がアノード（又はカソード）の全面に行き渡るように構成している。
【０１１９】
しかしながら、拡散層を設けることは、体積及び重量の面で不利であり、特に、電子機器用の燃料電池の場合、小型軽量であることが要求される。また、拡散層は、液体燃料（又は酸化剤）の拡散抵抗を高くする要因にもなっている。また、アノード反応及びカソード反応で生成する炭酸ガス、水等の生成物が拡散層の中に留まり、反応を阻害する要因にもなっている。
【０１２０】
液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）は、アノードで発生した電子を伝搬する役割も担っているため、通常、導電体で形成されている。また、酸化及び還元のいずれの雰囲気にも曝されることから、カーボンのような不活性な材料を使用しているのが現状である。しかしながら、カーボンは硬く、脆いため、加工性が悪く、製造コストがかかると共に、薄層化が困難である欠点を有している。
【０１２１】
図１０に、本発明の燃料電池の実施形態を示す。ここでは、拡散層を使用しないため、小型軽量化が可能であり、拡散層に起因する拡散抵抗は、存在しない。また、炭酸ガス、水等の生成物を電極から移動させることが容易になる。さらに、アノード部２と液体燃料供給部５ａとで挟まれた部分及びカソード部３と酸化剤供給部５ｂとで挟まれた部分に電子伝導体２５を設けて、アノードで発生した電子を伝搬するため、液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂを電子伝導体で作製する必要がない。すなわち、加工性が容易であり、安価であり、小型軽量薄型化が可能な高分子材料を、液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂの材料として、使用することが可能となる。
【０１２２】
図１１に、本発明の燃料電池の実施形態の別の態様を示す。ここでは、電解質体１の表面のアノード部２及びカソード部３が形成されていない部分に電子伝導体２５が形成されている。拡散層を使用しないため、小型軽量化が可能であり、拡散層に起因する拡散抵抗が存在しない。また、炭酸ガス、水等の生成物を電極から移動させることが容易になる。さらに、電解質体１の表面に形成した電子伝導体２５により、アノードで発生した電子を伝搬するため、液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂを電子伝導体で作製する必要がない。すなわち、加工性が容易であり、安価であり、小型軽量薄型化が可能な高分子材料を、液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂの材料として、使用することが可能となる。また、アノード及びカソードの表面積を反応が行われる面積と概ね同一にできることから、アノード及びカソードを構成する材料の使用量が低減できる。
【０１２３】
図１２に、本発明で使用する電極の形成例を示す。ここでは、アノード（又はカソード）は、図９に示す液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の流路の形状に基づいて形成されている。図９の流路２４に対応する部分にアノード（又はカソード）２６が形成されている。このようなアノード（又はカソード）２６を形成することにより、拡散層が不要になり、小型軽量化が可能となるとと共に、使用するアノード（又はカソード）２６の材料の使用量を削減することができる。また、拡散層が存在しないことにより、拡散抵抗を減少させることが可能であると共に、生成物の除去も容易となる。なお、液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）は、図９に限るものではなく、通路が２本以上であってもよく、図１３に示すような混合通路であってもよい。ただし、アノード（又はカソード）は、液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の流路に合わせて形成する必要がある。
【０１２４】
電解質体に形成されるアノード及びカソードは、電解質体の表裏に、概ね同一位置に形成されていることが好ましい。イオン伝導抵抗は、その距離に比例するため、位置が異なる程、イオンの移動距離が長くなり、燃料電池としても抵抗が大きくなる。
【０１２５】
図１４に、本発明で使用する電極の形成例を示す。電解質体1の液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の流路に対応する部分にアノード（又はカソード）２６を設け、アノード（又はカソード）２６を有さない領域に電子伝導体２５を設けた構成である。このような構成とすることにより、アノードで発生した電子を低抵抗で伝播することが可能となる。上記と同様な理由で、電解質体に形成されるアノード及びカソードは、電解質体の表裏の概ね同一位置に形成されていることが好ましい。また、図１１の態様で説明したように、液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の外部まで電子伝導体２５を広げることにより外部へ電子を取り出す端子部を形成することが可能である。
【０１２６】
図１５に、本発明で使用する電極の別の形成例を示す。アノード（又はカソード）２６を４箇所に形成し、各々のアノード（又はカソード）２６の周囲に電子伝導体２５を電解質体の表面に形成した例である。なお、裏面も同様に逆の電極が形成されている。４つの電子伝導体２５（裏面を合わせると８つ）は、独立しているため、４個の素電池がひとつの電解質体１に形成されていることになる。表面に存在する電子伝導体２５と、表面に存在する他の電子伝導体２５を電気的に接続することにより、素電池の並列接続が可能である。また、表面に存在する電子伝導体２５と、裏面に存在する電子伝導体（図示せず）とを電気的に接続することにより、素電池の直列接続が可能となる。直列接続の場合は、一つの素電池の起電力を０．７Ｖとすると、図の構成では２．８Ｖの電圧の電池を構成できる。このとき、電極の形成数を増やすことにより、さらに高電圧化も可能である。
【０１２７】
本発明に使用される液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）は、液体燃料（又は酸化剤）に対して安定である必要がある。また、酸化及び還元の雰囲気に対しても安定であることが好ましい。このような材料としては、炭素材料が使用できる。しかしながら、軽量化及び成形性の面から、プラスチック材料で形成されていることが好ましい。また、電気抵抗の低下の観点から、アノード（又はカソード）と接することなく、電子伝導体と接し、さらに電子伝導体と接する部分が導電化されていることが好ましい。すなわち、非導電性部材で形成された液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の表面を導電化して使用することができる。導電化する方法としては、金属の蒸着、スパッタ、メッキ等の従来公知の方法が挙げられる。
【０１２８】
また、液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）の導電化を表面だけではなく、立体とすることも可能である。これは、液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）を、導電性部材及びプラスチック部材のように複数の部材の組み合わせにより形成することを意味している。この場合、導電部は表面だけではないため、電気抵抗の低減の面で有利である。また、流路の表面から流路以外の領域の表面まで連続して導電性部材で形成することにより、同一の燃料電池の積層体の形成（接続）等に有利な構成とすることが可能である。
【０１２９】
図１６に、本発明の電極の形成方法の実施形態を示す。本明細書及び特許請求の範囲において、電極とは、アノード部及びカソード部、すなわち、アノード、カソード及び電子伝導体を意味する。静電気を担持する静電気担持体である基板３１を用意して、基板３１を帯電（図中、負帯電）させる（図１６（ａ））。次に、帯電した基板３１を、基板３１と反対の電荷で帯電（図中、正帯電）した電極材料からなる粒子３２を含む分散液３３に浸し、粒子３２を基板３１に付着させる（図１６（ｂ））。さらに、粒子３２が付着した基板３１を取り出し、粒子３２を含まない液に浸す。そして、基板３１に対向させて基板３４を浸し、それらの間に電解質体（又は多孔質体）３５を浸す。なお、粒子３２が付着した基板３１と基板３４とは、電源３６を介して接続されている。基板３４が粒子３２と反対の電荷で帯電（図中、負帯電）するように直流電界を印加し、基板３１に付着していた粒子３２を電解質体（又は多孔質体）３５上に電気泳動させて付着させる（図１６（ｃ））。このような方法により、電解質体（又は多孔質体）３５と粒子３２との積層体が作製される（図１６（ｄ））。なお、得られた積層体は、除電される。このとき、基板３１と電解質体（又は多孔質体）３５と基板３４とを接近させることにより、液を介さずに電解質体（又は多孔質体）３５に粒子３２を直接転写させることも可能である。
【０１３０】
ここで、基板３１としては、静電気を担持できるもの、具体的には、表面が絶縁性又は半導性のものであれば、使用可能である。基板３１を帯電させる方法としては、物理的に２種以上のものを接触摩擦させることによる帯電（摩擦帯電）、空気等に高い電界を印加することにより発生する電荷を利用する帯電（コロナ放電）、電子銃等による帯電（電荷注入）等の様々な方法を使用することができる。
【０１３１】
静電気担持体は、光半導体を有することが好ましい。光半導体とは、光照射により正電荷又は負電荷を発生させることができる物質である。このような材料を本発明の実施形態の静電気担持体に使用した場合、前述したような様々な方法で表面全体を帯電させた静電気担持体に光を照射することにより、電荷を消失させることが可能となる。すなわち、光を照射する部位を制御することにより、任意の形状で静電気を表面に残すことが可能となる。
【０１３２】
図１７に、光照射を用いた本発明の電極の形成方法の実施形態を示す。ここでは、光半導体層を有する基板（光半導体基板３７）を用いた。帯電器３８により、光半導体基板３７の帯電処理（図中、正帯電）を行う（図１７（ａ））。その後、帯電した光半導体基板３７に対して、任意形状の開口部３９ａを有するマスク３９を介して光照射を行い、光が照射された部分のみ電荷を消失させる（図１７（ｂ））。すなわち、帯電した光半導体基板３７の所定領域だけを除電する。これにより、光半導体基板３７上に帯電部４０が形成される。次に、光半導体基板３７と反対の電荷で帯電（図中、負帯電）した粒子４１が分散している分散液４２を帯電ローラ４３（負帯電ローラ）上に付着させ、同時に直流電界を印加し、粒子４１を帯電部４０に電気泳動させる（図１７（ｃ））。次に、粒子４１と反対の電荷で帯電した帯電ローラ４４（正帯電ローラ）により、粒子４１を電解質体（又は多孔質体）４５に転写する（図１７（ｄ））。これにより、電解質体（又は多孔質体）４５と粒子４１との積層体が作製される（図１７（ｅ））。なお、光半導体基板３７をクリーニングして再利用する。
【０１３３】
このように図１６や図１７に示すような電極の形成方法によれば、任意形状で粒子を電解質体又は光半導体に転写させることが可能になるため、任意形状の電極を簡便に形成することができる。さらに、光半導体を再使用することも可能である。また、図１７に示すような光照射による電極の形成方法によれば、電極を短時間で大量に製造することができる。なお、一般的に、光照射は、通常の塗布法と比較して、解像度を高くすることができるという利点を有している。
【０１３４】
ここで、任意形状を形成するための光照射法としては、ハロゲンランプ等の光のフォトマスク（マスク）による一括照射、半導体レーザー光をミラー等で走査する描画照射、ＬＥＤアレイによる線状照射等の方法が用いられる。特に、レーザー光による描画やＬＥＤアレイによる描画は、解像度が高い点、複雑形状も可能な点、版（マスク）が不要で形状変化への対応性が高いことから好ましい。
【０１３５】
また、光半導体の構成としては、導電性基板上に、少なくとも光半導体層を設けた形状が好ましい。このような形態とすることにより、光照射により発生した電荷を速やかに正負電荷に分離することが可能となり、解像度が向上する。特に、導電性基板を表面帯電とは逆の極性（又は接地）とすることが電荷分離の点から好ましい。
【０１３６】
さらに、粒子としては、使用する分散媒中で安定であれば、特に制限はないが、電極に与える機能により、適宜選択される。また、本実施形態で使用する粒子は、分散媒中で帯電している。この帯電を利用して粒子を光半導体に付着させ、さらに電解質体（又は多孔質体）に転写させている。これは、基本的に電気泳動現象を利用しているものである。電気泳動とは、粒子の表面に存在する電荷に働く静電引力により移動させるもので、正に荷電している粒子は負電場に、負に荷電している粒子は正電場に泳動する。粒子の電荷は、分散媒が水等のイオン解離性を有する溶媒である場合には、粒子の表面に親和性の高いイオンが特異吸着し、吸着したイオンの電荷を粒子が帯びることになる。また、吸着したイオンと逆の電荷を持つイオンは、粒子の周囲に対イオン層を形成する。分散媒が有機溶媒等のイオン解離性を有さない溶媒である場合には、電解質等の電荷制御物質を添加することにより、前述したような特異吸着がおこり、粒子は、電荷を帯びる。イオン解離性を有する溶媒中にも電荷制御物質を加えることで、電荷を制御することができる。
【０１３７】
本実施形態で使用する分散媒として、イオン解離性の溶媒を使用する場合、その基本的構成は、分散媒及び粒子のみで構成することが可能である。しかしながら、この場合には、電荷を決定する成分及び電荷量は、粒子の材質と分散媒の組み合わせで一義的に決定され、制御することが困難である。このため、電荷量や符号を自由に制御するためには、電荷制御物質を添加することが好ましい。ここで使用される電荷制御物質は、無機塩、有機塩等、特に制限はないが、粒子の表面の性質及び荷電させたい符号により、適宜選択することが好ましく、少ない添加量で、より大きい表面電荷を有するものが好ましい。また、粒子とイオン解離性を有する溶媒のみで構成される系、又は、さらに電荷制御物質を添加した系では、粒子径を小さくしないと、分散液の安定性が低下し、凝集が起こることがあるため、分散液の安定性を高める目的で界面活性剤を添加することもできる。この場合には、イオン性の界面活性剤を用いる場合は、それ自体が粒子に電荷をあたえる役割を担うことにもなる。ここで使用される界面活性剤としては、非イオン性（ポリエチレングリコール型、多価アルコール型）、カチオン性（アミン塩型、アンモニウム塩型）、アニオン性（カルボン酸塩型、スルホン酸塩型、硫酸エステル塩型、リン酸エステル塩型）、両性（アミノ酸型、ベタイン型）が挙げられる。特に、少ない添加量で粒子に電荷を付与するためには、カチオン性又はアニオン性の界面活性剤を使用することが好ましい。なお、イオン解離性を有さない溶媒を使用する場合には、電荷制御物質が必須となる。界面活性を有さない電荷制御物質を用いる場合は、電荷を制御することができるが、分散液の安定性が悪いため、界面活性剤を使用することが好ましい。
【０１３８】
分散液は、分散媒に不溶な粒子及び、必要に応じて、結着性樹脂、導電剤、電荷制御剤等を加えたものを各種の分散方法により、微細化及び混合することにより、作製される。分散方法としては、回転刃による粒子の微細化及び混合を行うホモジナイザー、回転する３本のロールが有するギャップにより粒子の微細化及び混合を行う三本ロールミル、ビーズを混合し攪拌することにより粒子の微細化及び混合を行うサンドミル、超音波振動により粒子を微細化及び混合する超音波分散等の分散方法が用いられる。
【０１３９】
本実施形態で使用される結着樹脂は、分散媒中で安定であって、電解質体や粒子を結着させる特性を有する樹脂である。具体的には、ポリフルオロエチレン、ポリエチレン、ニトリルゴム、ポリブタジエン、ブチルゴム、ポリスチレン、スチレンブタジエンゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロプレン、ポリビニルピリジン等が挙げられる。これらは、単独で用いられたり、混合、共重合等により、化学的安定性を強化して用いられたりする。
【０１４０】
本実施形態で使用される電解質体は、自己保持性を有しているものである。その材質は、有機材料、無機材料、単一材料、複合材料等であり、少なくとも分散媒に対して化学的に安定であり、膜厚方向にイオン伝導性を有するものでなくてはならない。このような電解質体としては、分子内にイオン解離基を有する高分子化合物が好ましい。イオン解離基としては、イオン化可能な官能基（水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等）又は電解質塩等のイオン解離性物質を解離することが可能な基（アルキレンオキシド基、アルキレンイミン基等）が挙げられる。より具体的には、ポリアクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、これらの誘導体及び架橋体等が挙げられる。単独で自己保持性膜を形成できない場合には、例えば、多孔質体に保持して使用することもできる。
【０１４１】
本実施形態で使用される多孔質体とは、分散媒に対して安定であれば使用可能であるが、イオン伝導性物質を保持できるものでなくてはならない。多孔質体を使用する場合、イオン伝導性物質は、液体状、ゲル状、固体状等の形態のイオン伝導性物質の使用が可能となる。イオン伝導性物質の多孔質体への保持は、本実施形態で使用する粒子を積層した後に行われてもよいし、予め、多孔質体にイオン伝導性物質を保持させた後、粒子を積層しても良い。より具体的には、ガラス繊維、ポリエステル、テフロン（登録商標）、ポリフロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の高分子繊維からなる多孔質体、ガラス繊維、高分子繊維を混用した繊維、高分子の発泡体等を使用することができる。
【０１４２】
本実施形態の積層体を電気化学素子として応用する場合、結着樹脂としては、イオン伝導性高分子を使用することが好ましい。これは、結着性とイオン伝導性の両立が可能となるためである。このような結着樹脂としては、上記と同様に、分子内にイオン解離基を有する高分子化合物が使用でき、ポリアクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、これらの誘導体等を使用することができる。また、このような高分子化合物は、電荷制御物質として用いることもできる。また、材料の酸化還元に対する安定性（電気化学的安定性）及び熱安定性等の化学的安定性の観点から、結着樹脂は、フッ素系高分子であることが好ましい。具体的には、ポリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等を使用することができる。
【０１４３】
本実施形態で使用する分散媒中に含まれる高分子材料の最も好ましい形態としては、電荷制御物質としての機能、イオン伝導体としての機能、結着樹脂としての機能及び（電気）化学的安定性を併せ持つ材料が、小型、軽量、安価及び積層体の電気化学的性能向上の面で好ましい。具体的には、フルオロカーボン構造を主鎖や側鎖に有し、イオン解離基を分子鎖中に含む高分子材料が好ましい。具体的には、パーフルオロエチレン構造を有し、イオン解離基を含む構造が好ましい。イオン解離基としては、伝導させるイオン種で適宜設定させるものであるが、プロトンであれば、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等のブレンステッド酸基である。
【０１４４】
本実施形態で使用する導電剤は、分散媒中で安定であって、電極中の粒子近傍で発生する電子の伝播を補助する機能を担うものである。導電剤を使用する場合については、分散媒中で安定、電極の動作環境下において安定である電子伝導性物質であれば構わない。特に、酸化還元に対する安定性、軽量である点、分散媒中での分散性が良好である点、イオン伝導性高分子を電荷制御物質として吸着できる点から、炭素系の材料が好ましい。このような材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛等が挙げられる。
【０１４５】
本実施形態で使用される粒子としては、少なくとも触媒を使用することにより、本実施形態の電極において、電気化学的な触媒反応を実施することが可能となる。粒子の形態としては、触媒は、担体上に担持されている状態になっていることが触媒活性、耐久性及び利用効率の面から好ましい。また、本実施形態の電極の形成方法では、粒子は、帯電していることが必要であるが、帯電は、前述したように電荷制御物質により調整することができる。このとき、触媒上に電荷制御物質を被覆又は吸着させると、触媒活性が低下するため、好ましくない。このため、電荷制御物質を被覆又は吸着させた担体上に触媒を担持することにより、触媒作用を低下させることなく、本実施形態の電極の形成方法を実施することができる。
【０１４６】
触媒としては、特に制限はないが、本発明の実施形態が電解質体上への触媒の積層であることから、触媒反応にイオンが関与することが好ましい。具体的には、触媒として、白金等の貴金属単体又は貴金属と貴金属を含む第２元素、第３元素等の合金や複合物が使用できる。また、担体としては、使用される触媒作用を有する物質及び電極が機能する条件で適宜選択されるものであるが、カーボン、炭化ケイ素等が使用できる。触媒としては、水素や有機物の酸化のため、白金を主体とする触媒が好ましい。特に、アルコール、中でもメタノールの酸化には、白金−ルテニウム触媒又は白金−イリジウム触媒が好ましく、エタノールの酸化には、白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒が好ましい。
【０１４７】
本実施形態の電極の形成方法は、図７を例に説明すると、電解質体１の両側にアノード部２及びカソード部３が設けられた構成に適用されるものである。燃料電池においては、電解質体１の両側にアノード部２及びカソード部３を積層することが必要である。これは、本実施形態の電極の形成方法を電解質体１の表裏で最低２回繰り返すことにより作製することが可能である。この場合には、アノード部２側及びカソード部３側に異なる粒子を積層させることも可能である。また、アノード部２側及びカソード部３側で同一の粒子が存在する場合には、光半導体上にフォトマスク、レーザー描画等の方法で２箇所の部位に光照射することにより、電解質体１の片面の２個所にアノード部２及びカソード部３を積層することができるため、電解質体１を内側、アノード部２及びカソード部３を外側にして、折り畳むことによっても燃料電池の機能部材として使用することが可能である。
【０１４８】
また、本実施形態の電極の形成方法、特に光半導体を用いる方法においては、前述したように、電解質体（又は多孔質体）の同一平面内に、一段階で複数の領域にアノード及びカソードを形成すること、すなわち、複数の燃料電池の要素を形成することが可能であることから、生産性が高い方法である。また、このような手法で電解質体の表裏複数の領域にアノード及びカソードを形成した部分を燃料電池の要素として、並列及び／又は直列接続することにより、高電圧／高出力の薄型の燃料電池を作製することができる。したがって、本実施形態の電極の形成方法は、薄型の燃料電池用の電極の形成方法に適しているものである。また、レーザー光による描画、ＬＥＤアレイによる描画等は、解像度が高い点、複雑形状も可能な点、版（マスク）が不要で形状変化への対応性が高いことから、特に効果を発揮する。
【０１４９】
本発明の燃料電池は、触媒の種類により適正があるが、液体燃料の種類は、特に限定されない。しかしながら、液体燃料は、体積及び重量エネルギー密度に優れるものを使用することが好ましい。液体燃料は、通常、容器等の有限な空間に収められているため、体積及び重量エネルギー密度に優れた液体燃料を使用することが好ましい。特に、体積エネルギー密度に優れた液体燃料が好ましい。具体的には、ガソリン、液体状炭化水素、液体状アルコール等の液体燃料が使用できるが、燃料電池の小型化が可能な点、体積エネルギー密度に優れる点より、アルコール燃料を使用することが好ましい。アルコール燃料を使用することにより、駆動時間を向上させた小型の燃料電池を形成することができる。中でも、炭素数４以下のアルコールを使用することが好ましく、特に、安全性が高く、生合成が可能である点から、エタノールを使用することが好ましい。このような形態の燃料電池は、体積エネルギー密度、重量エネルギー密度に優れることから、比較的小型の機器に使用する場合に、特に好ましいものである。
【０１５０】
本実施形態によれば、メタノールの酸化には、白金−ルテニウム触媒又は白金−イリジウム触媒が好ましく、エタノールの酸化には、白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒を使用することが好ましい。これらの触媒が好適な理由は、メタノール、エタノールの複雑な反応素過程の進行促進に寄与しているためである。また、エタノールは、人体に無害な点、生物由来の原料より生合成が可能な点から炭酸ガス負荷を低減できる液体燃料として、好ましい。
【０１５１】
本発明の実施形態を図１８、図１９、図２０及び図２１に基づいて説明する。本実施形態では、燃料電池を有する電子機器について説明する。なお、本実施形態の電子機器の一例として、携帯可能なパーソナルコンピュータ等の情報処理装置について説明する。
【０１５２】
図１８は、パーソナルコンピュータへの電源部５１の搭載イメージを示したものである。図１９は、本実施形態の情報処理装置の構成を概略的に示すブロック図である。図２０は、電源システムの概要図、図２１は、ブロック概要図である。
【０１５３】
図１９に示すように、情報処理装置は、各種演算を行って各部を集中的に制御するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５２、ＢＩＯＳ等を記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５３及びＣＰＵ５２の作業エリアとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５４がバス５５により接続されて構成されている。バス５５には、大容量記憶装置であるＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）５６、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の表示装置５７、キーボード、マウス等の入力装置５８、ＣＤ、ＤＶＤ等の記憶媒体５９からデータを読み取る光ディスク装置等のデータ読取装置６０及び電力を供給する電源部５１等が各種のコントローラ（図示せず）等を介して接続されている。
【０１５４】
記憶媒体５９には、各種のプログラムが記憶されている。これらのプログラムは、データ読取装置６０で読み取られ、ＨＤＤ５６にインストールされる。なお、記憶媒体５９としては、ＣＤ、ＤＶＤ等の光ディスク、光磁気ディスク、フレキシブルディスク等の各種方式のメディアを用いることができる。データ読取装置６０も記憶媒体５９の方式に応じて、光ディスク装置、光磁気ディスク装置、ＦＤＤ等が用いられる。また、各種のプログラムは、記憶媒体５９から読み取るのではなく、ネットワーク（図示せず）からダウンロードしてＨＤＤ５６にインストールされるものであっても良い。
【０１５５】
図２１は、電源部５１の構成を概略的に示すブロック図である。なお、図１９では、矢印は燃料等の流れを示す。
【０１５６】
図２１に示すように、電源部５１は、燃料電池６１、液体燃料を収容する液体燃料カートリッジ７１、液体燃料カートリッジ７１に接続された混合器７２、液体燃料カートリッジ７１と混合器７２との間に設けられたバルブ７３、液体燃料を燃料電池６１に供給するための液体燃料ポンプ７４、液体燃料の濃度を検知する濃度センサー７５、発電後の燃料を気体と液体とに分離する気液分離器７６、温度センサー７７と冷却素子７８とを有する熱交換器７９、空気を燃料電池６１に供給するための空気ポンプ８０、温度センサー８１と冷却素子８２とを有する水分凝縮器８３、水分凝縮器８３からの水分を収容する水タンク８４、水タンク８４と混合器７２との間に設けられたバルブ８５、これらの各部を制御するための制御回路８６及び燃料電池６１の正負極が接続されたＤＣＤＣコンバーター８７等から構成されている。なお、液体燃料等が通過する各部は、チューブ等の流路により接続されている。
【０１５７】
このような電源部５１では、混合器７２を通過した燃料は、液体燃料ポンプ７４を経て、濃度センサー７５に導かれる。濃度センサー７５により検知された液体燃料の濃度が所定の濃度より低い場合には、制御回路８６は、液体燃料カートリッジ７１のバルブ７３を開ける。液体燃料は、燃料電池６１に導かれる。発電後の液体燃料は、気液分離器７６により気体成分（炭酸ガス）と液体成分とに分けられ、液体成分は熱交換器７９に導かれる。温度センサー７７により検知された液体温度が所定の温度より低い場合には、制御回路８６は、冷却素子７８により液体を冷却せず、液体温度が所定の温度より高い場合には、制御回路８６は、冷却素子７８により液体を冷却する。熱交換器７９を通過した液体燃料は、再び混合器７２に戻される。このような流れが燃料ラインとして機能する。
【０１５８】
空気ポンプ８０からの空気は、燃料電池６１に導かれる。燃料電池６１を通過した気液混合ガスは水分凝縮器８３に導かれる。温度センサー８１により検知されたガス温度が所定の温度より低い場合には、制御回路８６は、冷却素子８２により気液混合ガスを冷却せず、ガス温度が所定の温度より高い場合には、制御回路８６は、冷却素子８２により気液混合ガスを冷却する。なお、排ガスは、電源部５１の外部に排出される。ここで、排ガスを排出するための排出口（図示せず）は、情報処理装置に対する電源部５１の装着位置により異なるが、情報処理装置の外部に面した位置に設けることが好ましい。水分凝縮器８３により凝縮された水分は、水タンク８４を介して混合器７２に戻される。このような流れが酸化剤ライン（空気ライン）として機能する。
【０１５９】
このようにして、液体燃料及び空気が燃料電池６１に供給されることで、燃料電池６１は、発電し、所定の電力（起電力）をＤＣＤＣコンバーター８７に付与する。なお、本実施形態においては、蓄電素子を用いていないが、これに限るものではなく、例えば、蓄電素子を電源部６１の内部や外部等に設けて用いても良い。
【実施例】
【０１６０】
（実施例１）
１００ｍｍ×１５０ｍｍのＡｌ基板上にアモルファスセレン層を真空蒸着することにより、光半導体基板３７を作製した。Ａｌを接地し、セレン上に帯電器３８（スコロトロン）により、帯電電位約１ｋＶで正に帯電させた（図１７（ａ））。
【０１６１】
セレン／アルミ基板を一定速度で走査しながら解像度６００ｄｏｔ／ｉｎｃｈのＬＥＤアレイを用いて、セレン上に光照射し、照射部の帯電電位を減衰させた。なお、電位残留部は、５０ｍｍ×５０ｍｍとなるように光照射した。（図１７（ｂ））
アイソパーとイソプロピルアルコールの混合溶媒に、白金−ルテニウム触媒（アノード用触媒）を４０重量％担持したカーボンを５．４５重量％、５重量％のＮａｆｉｏｎ（商標）液をＮａｆｉｏｎ（商標）（デュポン社製）の固形分率で２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１６２】
この液を、負に帯電した帯電ローラ４３（導電性ゴムローラー）を介して、先の光照射した光半導体上に塗布した（図１７（ｃ））。この後、正に帯電した帯電ローラ４４（導電性ゴムローラー）で、Ｎａｆｉｏｎ（商標）からなる電解質体４５（９０ｍｍ×１３０ｍｍ）をセレン上に接触させながら、ほぼ同時に電解質体４５をセレン上から剥離させることにより、白金−ルテニウム触媒を担持したカーボンを主体とする粒子を電解質体４５に転写した（図１７（ｄ））。光半導体基板３７をクリーングした後、同一の光半導体基板３７を用いて、この操作を数回繰り返し、アノードを形成した。
【０１６３】
別に、アイソパーとイソプロピルアルコールの混合溶媒に、白金触媒（カソード用触媒）を５０重量％担持したカーボンを５．４５重量％、５重量％のＮａｆｉｏｎ（商標）液をＮａｆｉｏｎ（商標）の固形分率で２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１６４】
この液を用いて、上記と同様の操作をすることにより、電解質体４５のアノードが形成されていない面に、白金を担持したカーボンを主体とする粒子を転写し、カソードを形成した。
【０１６５】
表裏にアノード及びカソードを形成した電解質体を蒸留水中で保存した。
【０１６６】
アノード及びカソードの形状は、５０ｍｍ×５０ｍｍであり、白金換算で０．９２ｍｇ／ｃｍ２の白金−ルテニウム触媒及び白金換算で０．９９ｍｇ／ｃｍ２の白金触媒を積層した電解質体を得た。
【０１６７】
この積層体を用いて、図２２のような燃料電池を構成した。この燃料電池は、テフロン（登録商標）製のシール部材９、（厚さ２００μｍ、外寸８０ｍｍ×８０ｍｍ、内径５４ｍｍ×５４ｍｍ）、カーボンペーパーからなる拡散層４（厚さ２００μｍ、５３ｍｍ×５３ｍｍ）、樹脂含浸高密度人造黒鉛からなる液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂ（厚さ１０ｍｍ、８０ｍｍ×８０ｍｍ、流路形状：サーペンタイン、流路外寸５０ｍｍ×５０ｍｍ）、銅に金メッキを施した集電板６、絶縁板７（厚さ５００μｍ、８０ｍｍ×８０ｍｍ）、エンドプレート８（ＳＵＳ３０４、厚さ１２ｍｍ、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ）を有する。
【０１６８】
２枚のエンドプレート８を固定して締め付ける機構としては、図６の機構を用いた。１辺に対して３個所（全体で１２箇所）固定した。液体燃料供給口１２及び酸化剤供給口１４は、エンドプレートの側面に設けると共に、絶縁板７、液体燃料供給部５ａ及び酸化剤供給部５ｂは、液体燃料及び酸化剤を導くための穴を設けてあると共に、集電板６面にはＯリングを設けて（図示せず）、漏れを防止した。
【０１６９】
アノード部をカソード部に対して鉛直方向の上側に設置し、０．９３ｍｏｌ／ｌのメタノール水溶液（液体燃料）の流束を１５００μｌ／ｍｍ２・分、空気（酸化剤）の流速を１ｌ／ｍｍ２・分として、燃料電池に供給し、８０℃で発電した電流電圧曲線を図２３（ａ）に示す。
【０１７０】
アノード部及びカソード部を鉛直方向に対して垂直な方向に設置して発電した燃料電池及びアノード部をカソード部に対して鉛直方向の下側に設置した燃料電池の電流電圧曲線を、それぞれ図２３（ｂ）及び（ｃ）に示す。これより、アノード部をカソード部に対して鉛直方向の上側に設置した時に優れた電気化学特性を示すことがわかる。
（実施例２）
７０℃で発電したこと以外は、実施例１と同様に発電した電流電圧曲線を図２４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示した。これより、アノード部をカソード部に対して鉛直方向の上側に設置した時に優れた電気化学特性を示すことがわかる。
（実施例３）
０．９３ｍｏｌ／ｌのメタノール水溶液の流束を１３００μｌ／ｍｍ２・分にしたこと以外は、実施例２と同様に発電した電流電圧曲線を図２５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す。これより、アノード部をカソード部に対して鉛直方向の上側に設置した時に優れた電気化学特性を示すことがわかる。
（実施例４）
６０℃で発電したこと以外は、実施例１と同様に発電した電流電圧曲線を図２６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示した。これより、アノード部をカソード部に対して鉛直方向の上側に設置した時に優れた電気化学特性を示すことがわかる。
（実施例５）
０．９３ｍｏｌ／ｌのメタノール水溶液の流束を３０００μｌ／ｍｍ２・分、空気の流速を１２０ｍｌ／ｍｍ２・分にしたこと以外は、実施例２と同様に発電した電流電圧曲線を図２７（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す。これより、アノード部をカソード部に対して鉛直方向の上側に設置した時に優れた電気化学特性を示すことがわかる。
（実施例６）
０．９３ｍｏｌ／ｌのメタノール水溶液の流束を３０００μｌ／ｍｍ２・分、空気の流速を１００ｍｌ／ｍｍ２・分にしたこと以外は、実施例２と同様に発電した電流電圧曲線を図２８（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す。これより、アノード部をカソード部に対して鉛直方向の上側に設置した時に優れた電気化学特性を示すことがわかる。
（実施例７）
１００ｍｍ×１５０ｍｍのＡｌ基板上にアモルファスセレン層を真空蒸着することにより、光半導体基板３７を作製した。Ａｌを接地し、セレン上に帯電器３８（スコロトロン）により、帯電電位約１ｋＶで正に帯電させた（図１７（ａ））。図２９（ａ）のガラス性フォトマスク（点線は、液体燃料供給部との接触境界を示す）を介して、セレン上にハロゲンランプ光を照射し、照射部の帯電電位を減衰させた。（図１７（ｂ））
アイソパーとイソプロピルアルコールの混合溶媒に、白金−ルテニウム触媒（アノード用触媒）を４０重量％担持したカーボンを５．４５重量％、５重量％のＮａｆｉｏｎ（商標）液をＮａｆｉｏｎ（商標）の固形分率で２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１７１】
この液を、負に帯電した帯電ローラ４３（導電性ゴムローラー）を介して、先の光照射した光半導体上に塗布した（図１７（ｃ））。この後、正に帯電した帯電ローラ４４（導電性ゴムローラー）で、ポリプロピレン製多孔質膜にＮａｆｉｏｎ（商標）を充填した電解質体４５をセレン上に接触させながら、ほぼ同時に電解質体４５をセレン上から剥離させることにより、白金−ルテニウム触媒を担持したカーボンを主体とする粒子を電解質体４５に転写した（図１７（ｄ））。光半導体基板３７をクリーングした後、同一の光半導体基板３７を用いて、この操作を数回繰り返し、アノードを形成した。
【０１７２】
光半導体基板３７のＡｌを接地し、セレン上に帯電器３８（スコロトロン）により、帯電電位約１ｋＶで正に帯電させた。図２９（ｂ）のガラス性フォトマスク（点線は、酸化剤供給部との接触境界を示す）を介して、セレン上にハロゲンランプ光を照射し、照射部の帯電電位を減衰させた。
【０１７３】
アイソパーとイソプロピルアルコールの混合溶媒に、白金触媒（カソード用触媒）を５０重量％担持したカーボンを５．４５重量％、５重量％のＮａｆｉｏｎ（商標）液をＮａｆｉｏｎ（商標）の固形分率で２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１７４】
この液を用いて、上記と同様な操作をすることにより、電解質体４５のアノードが形成されていない面に、白金触媒を担持したカーボンを主体とする粒子を転写し、カソードを形成した。
【０１７５】
光半導体基板３７のＡｌを接地し、セレン上に帯電器３８（スコロトロン）により、帯電電位約１ｋＶで正に帯電させた。図３０（ａ）のガラス製フォトマスクを介して、セレン上にハロゲンランプ光を照射することにより、照射部の帯電電位を減衰させた。
【０１７６】
アイソパーにカーボンを２０重量％、電荷制御剤を微量、フッ素系結着樹脂を２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１７７】
この液を、負に帯電した帯電ローラ４３（導電性ゴムローラー）を介して、上記の光照射した光半導体上に塗布した。この後、正に帯電した帯電ローラ４４（導電性ゴムローラー）で、電解質体４５のアノード側をセレン上に接触させながら、ほぼ同時に電解質体４５をセレン上から剥離させることにより、カーボンを主体とする粒子を電解質体４５に転写した。光半導体基板３７をクリーングした後、同一の光半導体基板３７を用いて、この操作を数回繰り返し、電子伝導体を形成した。
【０１７８】
図３０（ｂ）のガラス製フォトマスクを用いたこと以外は、上記と同様な操作をすることにより、電解質体４５のカソード側に、カーボンを主体とする粒子を転写し、電子伝導体を形成した。
【０１７９】
表裏にアノード、カソード及び電子伝導体を形成した電解質体を蒸留水中で保存した。
【０１８０】
図３１及び図３２の樹脂製の厚さ５ｍｍの液体燃料供給部及び酸化剤供給部を用いて、電極が流路９２と重なるように、上記の電解質体を挟み、集電板、絶縁板を用いずに、実施例１で使用したエンドプレート間に設置し、１２個所で締め付けた。
【０１８１】
これを鉛直方向に対してアノード部が上側、カソード部が下側となるように配置した後、液体燃料供給部に０．９３ｍｏｌ／ｌのエタノール水溶液を流束３０００μｌ／ｍｍ２・分で、酸化剤供給部に空気を流束１０００ｍｌ／ｍｍ２・分で送ったところ、電解質体の表裏に形成した炭素層間に０．６２Ｖの起電力が得られた。
【０１８２】
エタノールにおいても電気化学デバイスとして機能することを確認すると共に、軽量で、加工性の良い樹脂製の液体燃料供給部及び酸化剤供給部を使用して、より軽く薄い形態とした本デバイスが電気化学デバイスとして機能することを確認した。また、空気を流した場合の圧力損失も拡散層がある場合より小さかった。
（実施例８）
アノード及びカソードの形成を実施例１の方法に変更した以外は、実施例７と同様に燃料電池を作製した。起電力は０．６１Ｖであった。
（実施例９）
アノード用触媒として、白金−ルテニウム−タングステンの３元触媒を用い、アノード燃料として、０．９３ｍｏｌ／ｌのエタノール水溶液を用いた以外は、実施例１と同様に燃料電池を作製した。起電力は、０．６５Ｖであった。
（実施例１０）
アノード用触媒として、白金−ルテニウム−モリブデンの３元触媒を用い、アノード燃料として、０．９３ｍｏｌ／ｌのエタノール水溶液を用いた以外は、実施例１と同様に燃料電池を作製した。起電力は、０．６５Ｖであった。
（実施例１１）
アノード用触媒として、白金−ルテニウム−タングステン−スズの４元触媒を用い、アノード燃料として、０．９３ｍｏｌ／ｌのエタノール水溶液を用いた以外は、実施例１と同様に燃料電池を作製した。起電力は、０．６６Ｖであった。
（実施例１２）
１００ｍｍ×１５０ｍｍのＡｌ基板上にアモルファスセレン層を真空蒸着することにより、光半導体基板３７を作製した。Ａｌを接地し、セレン上に帯電器３８（スコロトロン）により、帯電電位約１ｋＶで正に帯電させた（図１７（ａ））。図３３のガラス性フォトマスク（点線は、液体燃料供給部又は酸化剤供給部との接触境界を示す）を介して、セレン上にハロゲンランプ光を照射し、照射部の帯電電位を減衰させた。（図１７（ｂ））
アイソパーとイソプロピルアルコールの混合溶媒に、白金−ルテニウム触媒（アノード用触媒）を４０重量％担持したカーボンを５．４５重量％、５重量％のＮａｆｉｏｎ（商標）液をＮａｆｉｏｎ（商標）の固形分率で２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１８３】
この液を、負に帯電した帯電ローラ４３（導電性ゴムローラー）を介して、先の光照射した光半導体上に塗布した（図１７（ｃ））。この後、正に帯電した帯電ローラ４４（導電性ゴムローラー）で、ポリプロピレン製多孔質膜にＮａｆｉｏｎ（商標）を充填した電解質体４５をセレン上に接触させながら、ほぼ同時に電解質体４５をセレン上から剥離させることにより、白金−ルテニウム触媒を担持したカーボンを主体とする粒子を電解質体に転写した（図１７（ｄ））。光半導体基板３７をクリーングした後、同一の光半導体基板３７を用いて、この操作を数回繰り返し、アノードを形成した。
【０１８４】
アイソパーとイソプロピルアルコールの混合溶媒に、白金触媒（カソード用触媒）を５０重量％担持したカーボンを５．４５重量％、５重量％のＮａｆｉｏｎ（商標）液をＮａｆｉｏｎ（商標）の固形分率で２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１８５】
この液を用いて、上記と同様な操作をすることにより、電解質体４５のアノードが形成されていない面に、白金触媒を担持したカーボンを主体とする粒子を転写し、カソードを形成した。
【０１８６】
光半導体基板３７のＡｌを接地し、セレン上に帯電器３８（スコロトロン）により、帯電電位約１ｋＶで正に帯電させた。図３４のガラス製フォトマスク（点線は、液体燃料供給部又は酸化剤供給部との接触境界を示す）を介して、セレン上にハロゲンランプ光を照射することにより、照射部の帯電電位を減衰させた。
【０１８７】
アイソパーにカーボンを２０重量％、電荷制御剤を微量、フッ素系結着樹脂を２重量％となるように添加し、分散処理を行った。
【０１８８】
この液を、負に帯電した帯電ローラ４３（導電性ゴムローラー）を介して、上記の光照射した光半導体上に塗布した。この後、正に帯電した帯電ローラ４４（導電性ゴムローラー）で、電解質体４５のアノード側をセレン上に接触させながら、ほぼ同時に電解質体４５をセレン上から剥離させることにより、カーボンを主体とする粒子を電解質体４５に転写した。光半導体基板３７をクリーングした後、同一の光半導体基板３７を用いて、この操作を数回繰り返し、電子伝導体を形成した。
【０１８９】
上記と同様な操作をすることにより、電解質体４５のカソード側に、カーボンを主体とする粒子を転写し、電子伝導体を形成した。
【０１９０】
表裏にアノード、カソード及び電子伝導体を形成した電解質体を蒸留水中で保存した。
【０１９１】
電解質体上に形成した表裏８箇所の電極に、カーボンペーパーからなる拡散層（厚さ２００μｍ、２８ｍｍ×２８ｍｍ）を設置し、電解質体の表裏をテフロン（登録商標）製のシール部材（厚さ２００μｍ、外寸８０ｍｍ×８０ｍｍ、内径４箇所２９ｍｍ×２９ｍｍ）で挟み、図３１及び図３２の樹脂製の厚さ５ｍｍの液体燃料供給部及び酸化剤供給部で挟み、集電板、絶縁板を用いずに、実施例１で使用したエンドプレート間に設置し、１２個所で締め付けた。電解質体の表裏に存在する８箇所の電子伝導体（カーボン層）を直列に接続した。
【０１９２】
これを鉛直方向に対して、アノード部が上側、カソード部が下側となるように配置した後、液体燃料供給部に０．９３ｍｏｌ／ｌのメタノール水溶液を流束３０００μｌ／ｍｍ２・分で、酸化剤供給部に空気を流束１０００ｍｌ／ｍｍ２・分で送ったところ、直列接続した端子間に２．６９Ｖの起電力が得られ、高電圧化が可能であることを確認した。また、軽量で、加工性の良い樹脂製の液体燃料供給部及び酸化剤供給部を使用して、軽く薄い形態とした本デバイスが電気化学デバイスとして機能することを確認した。
【図面の簡単な説明】
【０１９３】
【図１】一般的な固体高分子型燃料電池を示す図である。
【図２】本発明の燃料電池を示す図である。
【図３】本発明の比較例の燃料電池を示す図である。
【図４】本発明の比較例の燃料電池を示す図である。
【図５】発電要素を狭持する従来の方法を示す図であり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、下面図である。
【図６】本発明の燃料電池集合体体の実施形態を示す図であり、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、下面図である。
【図７】図６の燃料電池を概略的に示す図である。
【図８】本発明の締め付け部材の実施形態を示す図である。
【図９】液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）を示す図であり、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、断面図である。
【図１０】本発明の燃料電池の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の燃料電池の実施形態を示す図である。
【図１２】本発明で使用する電極の形成例を示す図である。
【図１３】液体燃料供給部（又は酸化剤供給部）を示す図であり、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、断面図である。
【図１４】本発明で使用する電極の形成例を示す図である。
【図１５】本発明で使用する電極の形成例を示す図である。
【図１６】本発明の電極の形成方法の実施形態を示す図であり、（ａ）は、帯電した基板、（ｂ）は、基板に粒子を付着させる工程、（ｃ）は、粒子を電気泳動させる工程、（ｄ）は、粒子が付着したイオン伝導膜を示す図である。
【図１７】本発明の電極の形成方法の実施形態を示す図であり、（ａ）は、光半導体基板を帯電させる工程、（ｂ）は、光半導体基板に光を照射する工程、（ｃ）は、粒子を電気泳動させる工程、（ｄ）は、粒子をイオン伝導膜に転写する工程、（ｅ）は、粒子が付着したイオン伝導膜を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態のパーソナルコンピュータを示す図である。
【図１９】本発明の実施形態の情報処理装置を概略的に示すブロック図である。
【図２０】本発明の実施形態の電源システムを概略的に示す図である。
【図２１】本発明の実施形態の電源システムを概略的に示すブロック図である。
【図２２】本発明の燃料電池の実施例を示す図である。
【図２３】実施例１の電流電圧曲線を示す図である。
【図２４】実施例２の電流電圧曲線を示す図である。
【図２５】実施例３の電流電圧曲線を示す図である。
【図２６】実施例４の電流電圧曲線を示す図である。
【図２７】実施例５の電流電圧曲線を示す図である。
【図２８】実施例６の電流電圧曲線を示す図である。
【図２９】実施例７で用いたガラス製フォトマスクを示す図であり、（ａ）は、アノード、（ｂ）は、カソードを形成する際に用いたフォトマスクを示す図である。
【図３０】実施例７で用いたガラス製フォトマスクを示す図であり、（ａ）は、アノード側、（ｂ）は、カソード側の電子伝導体を形成する際に用いたフォトマスクを示す図である。
【図３１】実施例７で用いた液体燃料保持体を示す図であり、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、断面図である。
【図３２】実施例７で用いた酸化剤保持体を示す図であり、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、断面図である。
【図３３】実施例１１で用いたガラス製フォトマスクを示す図である。
【図３４】実施例１１で用いたガラス製フォトマスクを示す図である。
【図３５】一般的な燃料電池の構造を示す図である。
【符号の説明】
【０１９４】
１ 電解質体
２ アノード部
３ カソード部
４ 拡散層
５ａ 液体燃料供給部
５ｂ 酸化剤供給部
６ 集電板
７ 絶縁板
８ エンドプレート
９ シール部材
１０ ボルト
１１、２２ａ、２２ｂ 支持棒
１２ 液体燃料供給口
１３ 液体燃料排出口
１４ 酸化剤供給口
１５ 酸化剤排出口
１６ 炭酸ガス
１７ 水
１８ 発電要素
１９ 燃料電池
２０ 締め付け部材
２１ 回転部
２３ コイルスプリング
２４ 流路
２５ 電子伝導体
２６ アノード（又はカソード）
３１、３４ 基板
３２、４１ 粒子
３３、４２ 分散液
３５、４５ 電解質体（又は多孔質体）
３６ 電源
３７ 光半導体基板
３８ 帯電器
３９ マスク
３９ａ 開口部
４０ 帯電部
４３、４４ 帯電ローラ
５１ 電源部
５２ ＣＰＵ
５３ ＲＯＭ
５４ ＲＡＭ
５５ バス
５６ ＨＤＤ
５７ 表示装置
５８ 入力装置
５９ 記録媒体
６０ データ読取装置
７１ 液体燃料カートリッジ
７２ 混合器
７３、８５ バルブ
７４ 液体燃料ポンプ
７５ 濃度センサー
７６ 気液分離器
７７、８１ 温度センサー
７８、８２ 冷却素子
７９ 熱交換器
８０ 空気ポンプ
８３ 水分凝縮器
８４ 水タンク
８６ 制御回路
８７ ＤＣＤＣコンバーター
８８ 端子
９１ マスク面
９２ 流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードを有するアノード部及びカソードを有するカソード部で電解質からなる電解質体を挟持し、液体燃料及び酸化剤を用いて発電する燃料電池において、
前記アノード部は、前記カソード部に対して、鉛直方向の上側に設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記液体燃料の濃度は、０．９ｍｏｌ／ｌ以上であり、
前記液体燃料を供給する流路における前記液体燃料の流束は、１５００μｌ／ｍｍ２・分以下であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記酸化剤は、酸素を２０体積％以上含有する気体であり、
前記酸化剤を供給する流路における前記気体の流束は、１２０ｍｌ／ｍｍ２・分以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記アノード部は、前記液体燃料を供給する流路に接することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記アノードは、前記液体燃料を供給する流路の形状に基づいて形成されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記カソード部は、前記酸化剤を供給する流路に接することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記カソードは、前記酸化剤を供給する流路の形状に基づいて形成されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記アノード部の前記アノードを有さない領域に電子伝導体を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記カソード部の前記カソードを有さない領域に電子伝導体を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記アノードは、白金触媒、白金及びルテニウムからなる触媒、白金及びイリジウムからなる触媒並びに白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒のいずれかを含有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記液体燃料は、アルコールを含有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記アルコールは、エタノールであることを特徴とする請求項１1に記載の燃料電池。
【請求項１３】
複数の、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の燃料電池が電気的に接続されていることを特徴とする燃料電池集合体。
【請求項１４】
前記複数の燃料電池は、鉛直方向に直交する方向に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池集合体。
【請求項１５】
前記複数の燃料電池は、鉛直方向に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池集合体。
【請求項１６】
前記複数の燃料電池を挟持する第一のプレート及び第二のプレート
並びに前記第一のプレート及び第二のプレートの間に設けられ、前記第一のプレート及び第二のプレートで前記複数の燃料電池を締め付ける締め付け部材を有することを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池集合体。
【請求項１７】
前記締め付け部材は、
前記第一のプレートに設けられた第一の支持棒、
前記第二のプレートに設けられた第二の支持棒
並びに前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒と連結され、回転することにより、前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒の間隔を調整する回転部を有することを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池集合体。
【請求項１８】
前記締め付け部材は、
前記第一のプレートに設けられた第一の支持棒、
前記第二のプレートに設けられ、前記第一の支持棒が挿入される第二の支持棒
並びに前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒に装着され、伸縮することにより、前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒の間隔を調整する伸縮部を有することを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池集合体。
【請求項１９】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の燃料電池を有することを特徴とする電源。
【請求項２０】
請求項１９に記載の電源を有することを特徴とする電子機器。
【請求項２１】
電極材料を電解質からなる電解質体に形成させる電極の形成方法において、
絶縁性又は半導性の静電気担持体を帯電させる工程、
前記帯電した静電気担持体を、前記帯電した静電気担持体と反対の電荷に帯電した前記電極材料からなる粒子の分散液に接触させ、前記電極材料からなる粒子を付着させる工程
及び前記静電気担持体に付着した前記電極材料からなる粒子を前記電解質体に転写させる工程を有することを特徴とする電極の形成方法。
【請求項２２】
前記帯電した静電気担持体の一部を除電する工程をさらに有することを特徴とする請求項２１に記載の電極の形成方法。
【請求項２３】
前記静電気担持体は、光半導体を有し、
前記除電する工程は、光を照射することにより前記帯電した静電気担持体の一部を除電する工程であることを特徴とする請求項２２に記載の電極の形成方法。
【請求項２４】
前記分散液は、樹脂を含有することを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれか一項に記載の電極の形成方法。
【請求項２５】
前記樹脂は、イオン伝導性高分子であることを特徴とする請求項２４に記載の電極の形成方法。
【請求項２６】
前記樹脂は、フッ素系樹脂であることを特徴とする請求項２４に記載の電極の形成方法。
【請求項２７】
前記分散液は、導電剤を含有することを特徴とする請求項２１乃至２６のいずれか一項に記載の電極の形成方法。
【請求項２８】
前記導電剤は、炭素であることを特徴とする請求項２７に記載の電極の形成方法。
【請求項２９】
前記電極材料は、金属触媒を含有することを特徴とする請求項２１乃至２８のいずれか一項に記載の電極の形成方法。
【請求項３０】
前記金属触媒は、白金触媒、白金及びルテニウムからなる触媒、白金及びイリジウムからなる触媒並びに白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒のいずれかであることを特徴とする請求項２９に記載の電極の形成方法。
【請求項１】
アノードを有するアノード部及びカソードを有するカソード部で電解質からなる電解質体を挟持し、液体燃料及び酸化剤を用いて発電する燃料電池において、
前記アノード部は、前記カソード部に対して、鉛直方向の上側に設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記液体燃料の濃度は、０．９ｍｏｌ／ｌ以上であり、
前記液体燃料を供給する流路における前記液体燃料の流束は、１５００μｌ／ｍｍ２・分以下であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記酸化剤は、酸素を２０体積％以上含有する気体であり、
前記酸化剤を供給する流路における前記気体の流束は、１２０ｍｌ／ｍｍ２・分以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記アノード部は、前記液体燃料を供給する流路に接することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記アノードは、前記液体燃料を供給する流路の形状に基づいて形成されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記カソード部は、前記酸化剤を供給する流路に接することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記カソードは、前記酸化剤を供給する流路の形状に基づいて形成されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記アノード部の前記アノードを有さない領域に電子伝導体を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記カソード部の前記カソードを有さない領域に電子伝導体を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記アノードは、白金触媒、白金及びルテニウムからなる触媒、白金及びイリジウムからなる触媒並びに白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒のいずれかを含有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記液体燃料は、アルコールを含有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記アルコールは、エタノールであることを特徴とする請求項１1に記載の燃料電池。
【請求項１３】
複数の、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の燃料電池が電気的に接続されていることを特徴とする燃料電池集合体。
【請求項１４】
前記複数の燃料電池は、鉛直方向に直交する方向に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池集合体。
【請求項１５】
前記複数の燃料電池は、鉛直方向に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池集合体。
【請求項１６】
前記複数の燃料電池を挟持する第一のプレート及び第二のプレート
並びに前記第一のプレート及び第二のプレートの間に設けられ、前記第一のプレート及び第二のプレートで前記複数の燃料電池を締め付ける締め付け部材を有することを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池集合体。
【請求項１７】
前記締め付け部材は、
前記第一のプレートに設けられた第一の支持棒、
前記第二のプレートに設けられた第二の支持棒
並びに前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒と連結され、回転することにより、前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒の間隔を調整する回転部を有することを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池集合体。
【請求項１８】
前記締め付け部材は、
前記第一のプレートに設けられた第一の支持棒、
前記第二のプレートに設けられ、前記第一の支持棒が挿入される第二の支持棒
並びに前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒に装着され、伸縮することにより、前記第一の支持棒及び前記第二の支持棒の間隔を調整する伸縮部を有することを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池集合体。
【請求項１９】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の燃料電池を有することを特徴とする電源。
【請求項２０】
請求項１９に記載の電源を有することを特徴とする電子機器。
【請求項２１】
電極材料を電解質からなる電解質体に形成させる電極の形成方法において、
絶縁性又は半導性の静電気担持体を帯電させる工程、
前記帯電した静電気担持体を、前記帯電した静電気担持体と反対の電荷に帯電した前記電極材料からなる粒子の分散液に接触させ、前記電極材料からなる粒子を付着させる工程
及び前記静電気担持体に付着した前記電極材料からなる粒子を前記電解質体に転写させる工程を有することを特徴とする電極の形成方法。
【請求項２２】
前記帯電した静電気担持体の一部を除電する工程をさらに有することを特徴とする請求項２１に記載の電極の形成方法。
【請求項２３】
前記静電気担持体は、光半導体を有し、
前記除電する工程は、光を照射することにより前記帯電した静電気担持体の一部を除電する工程であることを特徴とする請求項２２に記載の電極の形成方法。
【請求項２４】
前記分散液は、樹脂を含有することを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれか一項に記載の電極の形成方法。
【請求項２５】
前記樹脂は、イオン伝導性高分子であることを特徴とする請求項２４に記載の電極の形成方法。
【請求項２６】
前記樹脂は、フッ素系樹脂であることを特徴とする請求項２４に記載の電極の形成方法。
【請求項２７】
前記分散液は、導電剤を含有することを特徴とする請求項２１乃至２６のいずれか一項に記載の電極の形成方法。
【請求項２８】
前記導電剤は、炭素であることを特徴とする請求項２７に記載の電極の形成方法。
【請求項２９】
前記電極材料は、金属触媒を含有することを特徴とする請求項２１乃至２８のいずれか一項に記載の電極の形成方法。
【請求項３０】
前記金属触媒は、白金触媒、白金及びルテニウムからなる触媒、白金及びイリジウムからなる触媒並びに白金及びルテニウムを含有すると共にイリジウム、タングステン、モリブデン及びスズの少なくとも一つをさらに含有する触媒のいずれかであることを特徴とする請求項２９に記載の電極の形成方法。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【公開番号】特開２００６−１３４７１７（Ｐ２００６−１３４７１７Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２２５９２（Ｐ２００４−３２２５９２）
【出願日】平成１６年１１月５日（２００４．１１．５）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月５日（２００４．１１．５）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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