特許 7466121 燃料電池セル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-04

(45)【発行日】2024-04-12

(54)【発明の名称】燃料電池セル

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/02 20160101AFI20240405BHJP

   H01M 8/0271 20160101ALI20240405BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20240405BHJP

   H01M 8/06 20160101ALI20240405BHJP

   H01M 8/10 20160101ALI20240405BHJP

   H01M 8/1004 20160101ALI20240405BHJP

   H01M 8/102 20160101ALI20240405BHJP

【ＦＩ】

H01M8/02

H01M8/0271

H01M8/04 J

H01M8/06

H01M8/10 101

H01M8/1004

H01M8/102

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019226431

(22)【出願日】2019-12-16

(65)【公開番号】P2021096923

(43)【公開日】2021-06-24

【審査請求日】2022-11-17

(73)【特許権者】

【識別番号】304023994

【氏名又は名称】国立大学法人山梨大学

(73)【特許権者】

【識別番号】899000068

【氏名又は名称】学校法人早稲田大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】宮武 健治

(72)【発明者】

【氏名】小柳津 研一

【審査官】山本 雄一

(56)【参考文献】

【文献】特許第６４０２１０２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１１－１０３２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－００６６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５１４１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１６３３５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－ ８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アノード触媒層、電解質膜、及びカソード触媒層をこの順に備える燃料電池セルであって、
前記燃料電池セル内に水素貯蔵部材が配置されており、
前記水素貯蔵部材は、ヒドロキシ基を含む有機ポリマーであり、
前記水素貯蔵部材が配置されている空間は、発電時には前記燃料電池セルの外部に対して気密になっている、燃料電池セル。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池セルであって、
前記水素貯蔵部材は、前記アノード触媒層に隣接した位置に配置されている、燃料電池セル。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の燃料電池セルであって、
前記水素貯蔵部材は、ゲル又は固体である、燃料電池セル。

【請求項4】

請求項１～請求項３の何れか１つに記載の燃料電池セルであって、
前記水素貯蔵部材は、シート状である、燃料電池セル。

【請求項5】

請求項１～請求項４の何れか１つに記載の燃料電池セルであって、
前記電解質膜は、芳香族骨格からなる構造を有する、燃料電池セル。

【請求項6】

請求項１～請求項５の何れか１つに記載の燃料電池セルであって、
前記電解質膜は、単位膜厚当たりの酸素透過係数が３．３５×１０^－１５（ｍｏｌ・ｍ）／（ｍ^２・ｓ・Ｐａ）以下である、燃料電池セル。

【請求項7】

請求項１～請求項６の何れか１つに記載の燃料電池セルの運転方法であって、
第１温度で前記水素貯蔵部材に水素を貯蔵する工程と、
前記水素貯蔵部材を前記第１温度よりも高い第２温度にして水素を放出させる工程と、を含み、
前記第２温度が、４０～１５０℃である、運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、携帯性に優れた燃料電池セルに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池セルは、アノードに水素、カソードに空気（酸素）を供給し、電気化学反応によって発電することができる。特許文献１では、燃料電池セルの外部に設けた水素供給源から燃料電池セルに水素を供給することによって発電することが想定されている。なお、本明細書では、特に明記しない限り、水素及び酸素は、それぞれ、水素ガス及び酸素ガスを意味する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１６９４２号公報

【文献】特開２０１７－１７９３４５号公報

【文献】特許第６４０２１０２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１の構成では、燃料電池セルを動作させるには、外部の水素供給源を燃料電池セルと一緒に持ち運ぶ必要があるので、携帯性が悪い。

【0005】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、携帯性に優れた燃料電池セルを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば、アノード触媒層、電解質膜、及びカソード触媒層をこの順に備える燃料電池セルであって、前記燃料電池セル内に水素貯蔵部材が配置されている、燃料電池セルが提供される。

【0007】

本発明では、燃料電池セル内に水素貯蔵部材が配置されており、水素貯蔵部材から放出される水素を用いて燃料電池セルを動作させることができる。このため、外部の水素供給源からの水素の供給を受けることなく、燃料電池セルを動作させることができるので、携帯性に優れている。

【0008】

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記記載の燃料電池セルであって、前記水素貯蔵部材は、前記アノード触媒層に隣接した位置に配置されている、燃料電池セルである。
好ましくは、前記記載の燃料電池セルであって、前記水素貯蔵部材は、ゲル又は固体である、燃料電池セルである。
好ましくは、前記記載の燃料電池セルであって、前記水素貯蔵部材は、シート状である、燃料電池セルである。
好ましくは、前記記載の燃料電池セルであって、前記水素貯蔵部材は、ヒドロキシ基を含む有機ポリマーである、燃料電池セルである。
好ましくは、前記記載の燃料電池セルであって、前記水素貯蔵部材が配置されている空間は、発電時には前記燃料電池セルの外部に対して気密になっている、燃料電池セルである。
好ましくは、前記記載の燃料電池セルであって、前記電解質膜は、芳香族骨格からなる構造を有する、燃料電池セルである。
好ましくは、前記記載の燃料電池セルであって、前記電解質膜は、単位膜厚当たりの酸素透過係数が３．３５×１０ ^－１５ （ｍｏｌ・ｍ）／（ｍ ^２ ・ｓ・Ｐａ）以下である、燃料電池セルである。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態の燃料電池セル１の斜視図である。

【図2】図２Ａは、図１中の触媒塗布膜２及び支持フレーム３の断面図であり、図２Ｂは、図２Ａ中の領域Ｂの拡大図である。

【図3】図１中のアノードユニット１０を図１とは異なる方向から見た斜視図である。

【図4】図１中のカソードユニット２０を図１とは異なる方向から見た斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。

【0011】

１．燃料電池セル１の構成
図１～図４に示すように、本発明の一実施形態の燃料電池セル１は、触媒塗布膜２と、支持フレーム３と、アノードユニット１０と、カソードユニット２０を備える。

【0012】

１－１．触媒塗布膜２と支持フレーム３
図２に示すように、触媒塗布膜２は、電解質膜２ａの一方の面にアノード触媒層２ｂが塗布され、電解質膜２ａの他方の面にカソード触媒層２ｃが塗布されて構成される。触媒塗布膜２の周縁部２ｄが支持フレーム３によって支持されている。電解質膜２ａは、イオン伝導性を有する高分子膜であり、電解質膜２ａを通じてアノード触媒層２ｂ側からカソード触媒層２ｃ側に向かってプロトンの移動が可能になっている。

【0013】

電解質膜２aとしては、一例では、芳香族骨格からなる構造を有する高分子電解質膜である。このような電解質膜としては、特許文献２に開示されているものが挙げられ、具体的には例えば、スルホン酸基が導入されていない、主鎖が主に複数の芳香環（例：ベンゼン環）からなる疎水性セグメント、及び、スルホン酸基が導入され、主鎖が主に芳香環からなる親水性セグメントから構成される共重合体を含む高分子電解質であって、前記疎水性セグメントを構成する複数の芳香環は、前記疎水性セグメントを構成する芳香環の炭素－炭素直接結合で連結され、前記親水性セグメントのスルホン酸基は芳香環に直接結合し、かつ、前記疎水性セグメントと前記親水性セグメントの芳香環は、前記疎水性セグメントと前記親水性セグメントを構成する芳香環の炭素－炭素直接結合で連結されているものである。

【0014】

電解質膜２aは、ガス透過性が低いことが好ましく、単位膜厚当たりの酸素透過係数が３．３５×１０ ^－１５ （ｍｏｌ・ｍ）／（ｍ ^２ ・ｓ・Ｐａ）以下であることがさらに好ましい。単位膜厚当たりの酸素透過係数は、等圧法によって決定することができる。

【0015】

１－２．アノードユニット１０
図３に示すように、アノードユニット１０は、水素貯蔵部材１１と、アノード拡散部材１２と、アノードガスケット１３と、アノードセパレータ１４と、アノード集電板１５と、アノード筐体１６を備える。

【0016】

水素貯蔵部材１１は、アノード触媒層２ｂに隣接した位置に配置されている。水素貯蔵部材１１は、水素の貯蔵と放出が切り替え可能な部材であり、有機物と無機物のどちらで構成されていてよく、軽量性や取り扱い性の観点から有機ポリマーで構成されることが好ましい。水素貯蔵部材１１は、水素の貯蔵と放出を可逆的に切り替え可能な部材であることが好ましい。水素貯蔵部材１１は単一の材料であってもよく、複数の材料を組み合わせたものであってもよい。水素の貯蔵と放出の切り替えは、水素貯蔵部材１１の種類や性質により、温度又は圧力の変化によって行うことが好ましい。

【0017】

一例では、第１温度で水素貯蔵部材１１に水素を接触させることによって水素貯蔵部材１１に水素を貯蔵し、水素貯蔵部材１１を第１温度よりも高い第２温度にすることによって水素貯蔵部材１１から水素を放出させる。第１温度と第２温度の温度差は、例えば、２０～１２０℃であり、好ましくは２０～８０℃であり、具体的には例えば、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０℃であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。第２温度は、例えば、４０～１５０℃であり、好ましくは６０～１００℃であり、具体的には例えば、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０℃であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

【0018】

別の例では、第１圧力で水素貯蔵部材１１に水素を接触させることによって水素貯蔵部材１１に水素を貯蔵し、水素貯蔵部材１１を第１圧力よりも水素分圧が低い第２圧力にすることによって水素貯蔵部材１１から水素を放出させる。

【0019】

水素貯蔵部材１１は、好ましくはゲル又は固体であり、好ましくはシート上である。このような形態であれば取り扱いが容易であるからである。水素貯蔵部材１１は、一例では、ヒドロキシ基を含む（好ましくはヒドロキノイド構造を含む）有機ポリマーである。このようなポリマーとしては、特許文献３に開示されているものが挙げられる。ヒドロキシ基の水素原子が酸素原子から離脱することによって水素が放出され、水素原子が酸素原子に結合することによって水素が貯蔵される。ヒドロキシ基は、好ましくは炭素原子に結合しており、炭素原子に結合したヒドロキシ基がカルボニル基になることによって水素が放出され、カルボニル基の酸素原子に水素原子が結合してヒドロキシ基になることによって水素が貯蔵される。

【0020】

一例では、水素貯蔵部材１１を構成する有機ポリマーは、ヒドロキノイド構造を含み、かつ（ｉ）ポリビニルアルコール又は変性ポリビニルアルコールの誘導体であるか、又は、（ｉｉ）エチレン、スチレン、ノルボルネン、アリルアミン、メタクリル酸およびアクリル酸のうち少なくとも１種の化合物に由来する官能基と、フェニレンメチレン、フェニレンエーテルおよびフェニレンエステルのうち少なくとも１種の官能基とからなる群から選択される、少なくとも１種の官能基を繰り返し単位に含む。ヒドロキノイド構造は、ベンゾキノール、ナフトキノールおよびアントラキノールからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物から誘導されることが好ましい。水素貯蔵反応および発生反応を促進するために、イリジウム錯体などの触媒を混合してもよい。

【0021】

水素貯蔵部材１１の厚さは、例えば１～２０ｍｍであり、３～１０ｍｍが好ましい。水素貯蔵部材１１が薄すぎると水素貯蔵量が不十分である場合があり、厚すぎると燃料電池セル全体が過度に厚くなってしまう場合がある。水素貯蔵部材１１の厚さが薄い場合には、複数の水素貯蔵部材を積層して用いてもよい。

【0022】

アノード拡散部材１２は、アノード触媒層２ｂに隣接した位置において、水素貯蔵部材１１を取り囲むように配置される。別の表現では、アノード拡散部材１２に設けた開口部１２ａ内に水素貯蔵部材１１が配置される。開口部１２ａの大きさは水素貯蔵部材１１が配置できるようであれば、特に制限されない。アノード拡散部材１２は、水素を含むアノードガスを拡散させる部材であり、例えば多孔質材料で構成される。アノード拡散部材１２を設けることによって、アノードガスの効率的な拡散が可能になる。

【0023】

アノードガスケット１３は、支持フレーム３に隣接した位置において、アノード拡散部材１２を取り囲むように配置される。別の表現では、アノードガスケット１３に設けた開口部１３ａ内に水素貯蔵部材１１及びアノード拡散部材１２が配置される。アノードガスケット１３は、例えばゴムシートで構成されており、アノードガス（水素）のリークを防ぐ機能を有する。

【0024】

アノードセパレータ１４は、水素貯蔵部材１１、アノード拡散部材１２及びアノードガスケット１３に隣接した位置に配置され、これらの部材とアノード集電板１５の間に配置され、アノードガスが流れる空間とその外側の空間を分離する。本実施形態では、燃料電池セル１は、単セル構成であるが、複数のセルが積層された積層セル構成であってもよい。この場合、アノードセパレータ１４は、アノードガスが流れる空間と、酸素を含むカソードガス又は冷却水が流れる空間を分離する。アノードセパレータ１４は、金属などの導電材料で形成されることが好ましい。アノードセパレータ１４は、アノードガス入口１４ａ及びアノードガス出口１４ｂと、これらをつなぐ流路１４ｃを備える。流路１４ｃは不要であれば省略可能である。

【0025】

アノード集電板１５は、アノードセパレータ１４に隣接した位置に配置される。アノード集電板１５は、金属など）の導電材料で形成される。アノード集電板１５には、アノードガス入口１４ａとアノードガス出口１４ｂに連通するアノードガス入口１５ａ及びアノードガス出口１５ｂが設けられている。アノード集電板１５は、開口１５ｃを有する突出部１５ｄを有し、この部位に外部端子を接続して、燃料電池セル１が発生した電力を取り出し可能になっている。

【0026】

アノード筐体１６は、アノード集電板１５に隣接した位置に配置される。アノード筐体１６は、アノードガス入口１５ａ及びアノードガス出口１５ｂに連通するアノードガス入口１６ａ及びアノードガス出口１６ｂを有する。

【0027】

水素貯蔵部材１１から水素を取り出して発電している間はアノードガス入口１６ａとアノードガス出口１６ｂは閉塞されていることが好ましい。これによって、水素貯蔵部材１１が配置されている空間が燃料電池セル１の外部に対して気密になり、水素貯蔵部材１１から発生した水素が外部に漏れることが抑制され効果的に発電することができる。一方、水素貯蔵部材１１に水素を貯蔵する際には、水素を含むアノードガスがアノードガス入口１６ａ，１５ａ，１４ａから供給され、アノードガス中の水素の少なくとも一部が水素貯蔵部材１１に吸収された後のアノードガスがアノードガス出口１４ｂ，１５ｂ，１６ｂから排出される。これによって、水素貯蔵部材１１に水素を貯蔵することができる。

【0028】

１－３．カソードユニット２０
図４に示すように、カソードユニット２０は、カソード拡散部材２２と、カソードガスケット２３と、カソードセパレータ２４と、カソード集電板２５と、カソード筐体２６を備える。

【0029】

カソード拡散部材２２は、カソード触媒層２ｃに隣接した位置に配置される。カソード拡散部材２２は、酸素を含むカソードガスを拡散させる部材であり、例えば多孔質材料で構成される。カソード拡散部材２２を設けることによって、カソードガスの効率的な拡散が可能になる。

【0030】

カソードガスケット２３は、支持フレーム３に隣接した位置において、カソード拡散部材２２を取り囲むように配置される。別の表現では、カソードガスケット２３に設けた開口部２３ａ内にカソード拡散部材２２が配置される。カソードガスケット２３は、例えばゴムシートで構成されており、カソードガス（酸素）のリークを防ぐ機能を有する。

【0031】

カソードセパレータ２４は、カソード拡散部材２２及びカソードガスケット２３に隣接した位置に配置され、これらの部材とカソード集電板２５の間に配置され、カソードガスが流れる空間とその外側の空間を分離する。本実施形態では、燃料電池セル１は、単セル構成であるが、複数のセルが積層された積層セル（スタック）構成であってもよい。この場合、カソードセパレータ２４は、カソードガスが流れる空間と、アノードガス又は冷却水が流れる空間を分離する。カソードセパレータ２４は、金属などの導電材料で形成されることが好ましい。カソードセパレータ２４は、カソードガス入口２４ａ及びカソードガス出口２４ｂと、これらをつなぐ流路２４ｃを備える。流路２４ｃは不要であれば省略可能である。

【0032】

カソード集電板２５は、カソードセパレータ２４に隣接した位置に配置される。カソード集電板２５は、金属など)の導電材料で形成される。カソード集電板２５には、カソードガス入口２４ａとカソードガス出口２４ｂに連通するカソードガス入口２５ａ及びカソードガス出口２５ｂが設けられている。カソード集電板２５は、開口２５ｃを有する突出部２５ｄを有し、この部位に外部端子を接続して、燃料電池セル１が発生した電流を取り出し可能になっている。

【0033】

カソード筐体２６は、カソード集電板２５に隣接した位置に配置される。カソード筐体２６は、カソードガス入口２５ａ及びカソードガス出口２５ｂに連通するカソードガス入口２６ａ及びカソードガス出口２６ｂを有する。

【0034】

燃料電池セル１において発電させる際には、酸素を含むカソードガスがカソードガス入口２６ａ，２５ａ，２４ａから供給され、カソードガス中の酸素の少なくとも一部が反応によって水になった後のカソードガスがカソードガス出口２４ｂ，２５ｂ，２６ｂから排出される。

【0035】

２．燃料電池セル１の動作方法
燃料電池セル１は、水素貯蔵ステップにおいて水素貯蔵部材１１に水素を貯蔵し、発電ステップにおいて水素貯蔵部材１１から取り出した水素を用いて発電することができる。

【0036】

水素貯蔵ステップでは、水素を含むアノードガスをアノードガス入口１６ａ，１５ａ，１４ａから供給し、アノードガスを水素貯蔵部材１１に接触させることによって、燃料電池セル１内に配置された水素貯蔵部材１１に水素を貯蔵することができる。この際、水素貯蔵部材１１が水素貯蔵に適した温度になるように温度調整を行うことが好ましい。温度調節は例えばヒーターと冷却水を制御することで行うことができる。

【0037】

なお、水素貯蔵ステップを設ける代わりに、燃料電池セル１外で予め水素を貯蔵させた状態の水素貯蔵部材１１を準備し、これを燃料電池セル１内の水素貯蔵部材１１と交換するステップを行ってもよい。この場合、水素貯蔵部材１１を交換するだけで、燃料電池セル１内に水素貯蔵済みの水素貯蔵部材１１を配置することができるので、燃料電池セル１の効率的な運用が可能になる。

【0038】

発電ステップでは、発電開始前に水素貯蔵部材１１から水素を取り出してもよく、発電しながら水素貯蔵部材１１から水素を取り出してもよい。水素貯蔵部材１１からの水素の取り出しは、水素貯蔵部材１１の種類や性質により、昇温や減圧などによって行うことができる。圧力調整は例えばポンプや減圧バルブを制御することで行うことができる。

【0039】

発電ステップでは、カソードガスとして空気を供給してもよく、酸素を供給してもよい。空気は、ファンなどの送風部材を用いて供給可能であるので、燃料電池セル１の携帯性を高めるのに適している。

【実施例】

【0040】

以下の方法によって、燃料電池セル１内に配置された水素貯蔵部材１１から取り出した水素を用いて発電実験を行った。

【0041】

１．実験用燃料電池セルの作製
図１～図４に示す構成の実施例１～２の燃料電池セル１を表１に示す条件で作製した。実施例１と２は、表１に示すように電解質膜が異なる。

【0042】

【表1】

【0043】

表１中の各種部材の詳細は、以下の通りである。
ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ：田中貴金属工業製、カーボン担持白金触媒
Ｎａｆｉｏｎ ＮＲＥ－２１２：シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製、ナフィオン膜（単位膜厚当たりの酸素透過係数が約６．７×１０ ^－１５ （ｍｏｌ・ｍ）／（ｍ ^２ ・ｓ・Ｐａ））
ＳＰＰ－ＱＰ：化学式（１）の構造を有する高分子電解質膜（単位膜厚当たりの酸素透過係数が約６．７×１０ ^－１６ （ｍｏｌ・ｍ）／（ｍ ^２ ・ｓ・Ｐａ））

【0044】

【化1】

【0045】

２９ＢＣ：ＳＧＬカーボン社製、黒鉛繊維不織布（厚さ約２００μｍ）

【0046】

水素貯蔵部材１１としては、化学式（２）の構造を有する、厚さ５ｍｍの有機ポリマー（イリジウム錯体触媒を含む）を用いた。アノード拡散部材１２は、水素貯蔵部材１１が収容される形状の開口を形成したものを２５枚重ねて用いた。

【0047】

【化2】

【0048】

２．発電実験
表２に示す条件で発電実験を行った。水素貯蔵部材１１の水素の貯蔵及び放出は、水分の存在によって促進されるので、発電実験は、相対湿度を１００％にして行った。期間１では、セル温度３０℃でアノードガスとして水素を供給して水素貯蔵部材１１に水素を貯蔵した。期間２では、アノードガスを窒素に変更し、水素貯蔵部材１１が配置されている空間に残留している水素を除去した。期間３では、水素貯蔵部材１１が配置されている空間を密閉した状態で静置した。期間４では、セル温度を８０℃に上昇させることによって、水素貯蔵部材１１から水素を放出させた。期間５では、カソードガスとして酸素を供給した。この期間では、集電板１５，２５間に抵抗を接続していないので、発電を行っていない。期間６では、集電板１５，２５間に抵抗を接続して発電を行った。

【0049】

【表2】

【0050】

３．実験結果
発電実験の結果を表３に示す。

【0051】

３－１．発電時間
実施例１と２のどちらも、発電開始直後のセル電圧は０．８Ｖであった。時間の経過と共にセル電圧が徐々に低下した。セル電圧が０Ｖになるまでの時間を表３に示す。発電実験は１０回行った。１回目、５回目、１０回目の結果を表３に示す。

【0052】

実施例１と２とでは、用いた水素貯蔵部材１１の質量が異なっているので、発電性能を対比しやすいように、発電時間を水素貯蔵部材１１の質量で規格化した値を算出し、１ｇ当たりの発電時間として表３に示す。表３に示すように、実施例２では、実施例１よりも、１ｇ当たりの発電時間が長かった。

【0053】

時間の経過と共にセル電圧が徐々に低下する原因を調べるために、アノード電位、カソード電位、オーム抵抗を測定したところ、カソード電位とオーム抵抗は、発電中にほとんど変化しなかったのに対して、アノード電位は、発電中に大きく上昇していることが分かった。この結果は、セル電圧の変化は、発電に利用可能な水素の減少に伴ってアノード電位が上昇することであることを示している。

【0054】

３－２．水素利用率
以下の式に従って、電流密度が１，５，１０ｍＡ ｃｍ^－２であるときの水素利用率を算出した。その結果を表３に示す。表３に示すように、実施例２では、実施例１よりも、水素利用率が高かった。また、電流密度が小さいほど、水素利用率が高かった。

【0055】

水素利用率（％）＝１００×（実際に発電できた電気量）／（水素貯蔵部材１１に貯蔵されている水素から理論的に発電可能な電気量）

【0056】

３－３．考察
上記の通り、実施例２では、実施例１よりも発電時間が長く、かつ水素利用率が高かった。この結果は、実施例２で用いた電解質膜のガス透過性が、実施例１で用いた電解質膜のガス透過性よりも低いために、水素貯蔵部材１１で発生した水素が効率的に発電に利用されたためであると考えられる。

【0057】

【表3】

【符号の説明】

【0058】

１ ：燃料電池セル
２ ：触媒塗布膜
２ａ ：電解質膜
２ｂ ：アノード触媒層
２ｃ ：カソード触媒層
２ｄ ：周縁部
３ ：支持フレーム
１０ ：アノードユニット
１１ ：水素貯蔵部材
１２ ：アノード拡散部材
１２ａ ：開口部
１３ ：アノードガスケット
１３ａ ：開口部
１４ ：アノードセパレータ
１４ａ ：アノードガス入口
１４ｂ ：アノードガス出口
１４ｃ ：流路
１５ ：アノード集電板
１５ａ ：アノードガス入口
１５ｂ ：アノードガス出口
１５ｃ ：開口
１５ｄ ：突出部
１６ ：アノード筐体
１６ａ ：アノードガス入口
１６ｂ ：アノードガス出口
２０ ：カソードユニット
２２ ：カソード拡散部材
２３ ：カソードガスケット
２３ａ ：開口部
２４ ：カソードセパレータ
２４ａ ：カソードガス入口
２４ｂ ：カソードガス出口
２４ｃ ：流路
２５ ：カソード集電板
２５ａ ：カソードガス入口
２５ｂ ：カソードガス出口
２５ｃ ：開口
２５ｄ ：突出部
２６ ：カソード筐体
２６ａ ：カソードガス入口
２６ｂ ：カソードガス出口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】