專利名稱：液體燃料電池用發(fā)電元件及其制造方法、以及使用它的液體燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液體燃料電池，尤其涉及用于該液體燃料電池的發(fā)電元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著個人電腦、手機等無線設(shè)備的普及，作為其電源的二次電池越來越被要求小型化、高容量化。目前，鋰離子二次電池作為能量密度高且實現(xiàn)了小型輕質(zhì)化的二次電池，已得到實用化，作為便攜式電源其需求在增大。但是，根據(jù)所使用無線設(shè)備的種類，該鋰二次電池尚未達到能夠保證充分的連續(xù)使用時間的程度。
在這種狀況下，作為符合上述要求的電池，有把液體燃料直接利用于電池反應(yīng)的直接甲醇型燃料電池(DMFC)、把氫利用于電池反應(yīng)的固體高分子型燃料電池(PEFC)。DMFC主要是被開發(fā)成便攜式電源，而PEFC則主要是作為汽車用電源和家庭用分散型電源而受人注目。
DMFC和PEFC都是由幾乎相同的材料構(gòu)成了其發(fā)電元件。具體講，正極的催化劑使用如負載有Pt的高比表面積的碳，固體電解質(zhì)使用如質(zhì)子傳導(dǎo)性固體高分子膜等，負極的催化劑使用如負載有PtRu合金的高比表面積的碳等。其中，作為PEFC的負極催化劑Pt是最優(yōu)異的，但為了抑制被少量含在氫燃料中的CO中毒，使用PtRu合金。這里，兩者最大的不同點是，相對于PEFC需要改質(zhì)器，用于從甲醇、汽油或天然氣制造作為燃料的氫，而DMFC不需要。因此，DMFC可以實現(xiàn)小型化，近年來作為便攜式電源而受人注目。
但現(xiàn)狀為與PEFC相比DMFC的輸出密度相當(dāng)?shù)?。其原因之一為，在負極氧化甲醇時所必要的催化劑的能力不夠充分。目前所使用的最優(yōu)異的負極催化劑為，PEFC也在使用的PtRu合金。DMFC與PEFC相比，通過更加大量地使用把該PtRu合金負載到碳上的催化劑，在一定程度上彌補了其低催化能力。具體的單位電極面積的催化劑量，相對于PEFC為0.01mg/cm2～0.3mg/cm2，DMFC為0.5mg/cm2～20mg/cm2。
進而，DMFC為，正極也同樣需要大量的催化劑。這是由于甲醇透過固體高分子膜達到正極而引起的。即，達到正極的甲醇在正極催化劑上與氧發(fā)生燃燒反應(yīng)，由此正極中能夠用于作為原本電池反應(yīng)的氧化還原反應(yīng)的催化劑減少。從而，正極也不得不使用比原本氧化還原反應(yīng)中所必須的催化劑量要多的催化劑。因此，DMFC與PEFC相比，正極需要更大量的催化劑。其中，雖然PEFC也產(chǎn)生氫透過現(xiàn)象，但其量微小，與DMFC相比影響甚小。
這樣，DMFC與PEFC相比，盡管使用更多的催化劑，但還是不能得到滿意的輸出密度。今后為了實現(xiàn)DMFC輸出密度的進一步提高，必須研究能夠提高催化劑利用率的電極結(jié)構(gòu)。具體講，需要最優(yōu)化供空氣(氧)和甲醇到達電極內(nèi)部各反應(yīng)場用的細孔結(jié)構(gòu)。
另一方面，作為PEFC的催化劑層內(nèi)細孔結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化技術(shù)，已經(jīng)提出了各種技術(shù)(參照下述專利文獻1、專利文獻2、專利文獻3、專利文獻4、專利文獻5、專利文獻6)。專利文獻1中，是對涂布后的催化劑層內(nèi)的固體高分子電解質(zhì)溶液進行濕式凝固，將催化劑層的細孔徑分布成0.05μm～5μm，來進行最優(yōu)化。另外，專利文獻2中，是添加0.5μm～50μm的粒子或10nm～100nm的溶膠粒子，使催化劑層的平均細孔徑為0.1μm～10μm、細孔容積為0.1cm3/g～1.5cm3/g，采用這種結(jié)構(gòu)來進行最優(yōu)化。此外，作為著眼于催化劑層細孔徑的電池制作方法的例子，專利文獻3中為0.04μm～1.0μm、專利文獻4中為10μm～30μm、專利文獻5中為小于等于0.5μm、專利文獻6中為0.06μm～1μm，如此作為各自細孔徑的最優(yōu)值。
專利文獻1特開2000-35352g號公報專利文獻2特開2001-202970號公報專利文獻3特開平8-88007號公報專利文獻4特開2002-110202號公報專利文獻5特開2002-134120號公報專利文獻6特開2003-151564號公報但是，DMFC如上所述使用比PEFC更大量的催化劑，與PEFC相比催化劑層更厚。因此，為了使空氣(氧)或甲醇到達催化劑層內(nèi)部，DMFC的催化劑層細孔必須要大于PEFC的催化劑層細孔。另一方面，催化劑層厚的DMFC中，如果催化劑層細孔過大，電子傳導(dǎo)性和離子傳導(dǎo)性就會顯著下降。因此，即使把前面所述作為PEFC的催化劑層內(nèi)細孔結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化技術(shù)而提出的專利文獻1～6的技術(shù)直接應(yīng)用于DMFC，也無法得到充分的輸出密度。
這樣，DMFC的催化劑層細孔結(jié)構(gòu)需要與PEFC不同的自己的最優(yōu)化技術(shù)，但現(xiàn)狀是尚未提出其最優(yōu)化技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的液體燃料電池用發(fā)電元件是具備能還原氧的正極、能氧化燃料的負極、和配置于所述正極與所述負極之間的固體電解質(zhì)的液體燃料電池用發(fā)電元件，其特征在于，所述正極和所述負極各自含有厚度大于等于20μm的催化劑層，所述各自催化劑層中的至少一方具有細孔徑為0.3μm～2.0μm的細孔，所述細孔的細孔容積占總細孔容積的4％或其以上。
另外，本發(fā)明的液體燃料電池的特征在于，具備上述液體燃料電池用發(fā)電元件和液體燃料。
還有，本發(fā)明液體燃料電池用發(fā)電元件的制造方法是上述液體燃料電池用發(fā)電元件的制造方法，其特征在于作為催化劑層的制造工序，包括使含有催化劑和質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)的材料分散到溶劑中的工序；去除所述溶劑，使所述材料凝集而形成復(fù)合粒子的工序；和粉碎所述復(fù)合粒子的工序。
另外，本發(fā)明液體燃料電池用發(fā)電元件的制造方法是上述液體燃料電池用發(fā)電元件的制造方法，其特征在于，作為催化劑層的制造工序，包括通過對含有催化劑和質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)的材料進行造粒而形成復(fù)合粒子的工序。
本發(fā)明通過將催化劑層內(nèi)的細孔結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，在不降低電子傳導(dǎo)性及離子傳導(dǎo)性的情況下，使空氣(氧)或液體燃料容易到達電極內(nèi)部的各反應(yīng)場，催化劑能力得以充分發(fā)揮，從而提供輸出密度高的液體燃料電池。


圖1是表示本發(fā)明液體燃料電池一例的截面圖。
圖2是表示本發(fā)明液體燃料電池用發(fā)電元件一例的截面圖。
具體實施例方式
首先，說明本發(fā)明液體燃料電池用發(fā)電元件的實施方式。本發(fā)明的液體燃料電池用發(fā)電元件的一例為，具備還原氧的正極、氧化燃料的負極、和配置于所述正極與所述負極之間的固體電解質(zhì)，其特征在于，所述正極和所述負極各自含有厚度大于等于20μm、優(yōu)選大于等于40μm的催化劑層，所述各自催化劑層的至少一方具有細孔徑為0.3μm～2.0μm的細孔，該細孔容積占總細孔容積的4％或其以上、優(yōu)選為8％或其以上。
另外，本發(fā)明中，所述總細孔容積是對細孔徑在10nm～100μm范圍的細孔求出的。
通過使催化劑層的細孔徑為0.3μm～2.0μm的細孔容積占總細孔容積的4％或其以上，在不降低電子傳導(dǎo)性及離子傳導(dǎo)性的情況下，使正極時為空氣(氧)、負極時為液體燃料，容易到達各自電極內(nèi)部的各反應(yīng)場，各自催化劑能力得以充分發(fā)揮，從而提供輸出密度高的液體燃料電池用發(fā)電元件。
關(guān)于上述細孔容積比例的上限值，優(yōu)選為40％或其以下。這是因為如果超過40％，催化劑層的制作將變得困難。
催化劑層的厚度大于等于20μm是出于為了解決所述DMFC特有的問題而保持大量催化劑量的目的。只要是使用現(xiàn)有的催化劑，如果催化劑層的厚度小于20μm，則無法得到充分的輸出密度。本實施方式的液體燃料電池用發(fā)電元件為，即使催化劑層如此地厚，也能夠提供如上所述輸出密度高的液體燃料電池用發(fā)電元件。
催化劑層中含有的催化劑量，為了更加容易地得到本發(fā)明效果，優(yōu)選單位面積量為大于等于0.5mg/cm2，更優(yōu)選大于等于1.5mg/cm2，進一步大于等于3mg/cm2。另一方面，本發(fā)明中由于催化劑的利用效率提高，所以即使是較少量的催化劑也能夠得到充分的反應(yīng)性，因此即使小于等于5mg/cm2也可以得到充分的輸出密度。
另外，本實施方式的液體燃料電池用發(fā)電元件，優(yōu)選正極、負極和固體電解質(zhì)形成電極·電解質(zhì)一體化物，多個電極·電解質(zhì)一體化物配置在同一平面上。這樣就可以使電池厚度變薄。
負極例如是層積由多孔性碳材料組成的擴散層、和由負載了催化劑的導(dǎo)電性物質(zhì)、質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)及氟樹脂粘合劑組成的催化劑層來構(gòu)成。
負極具有氧化甲醇等液體燃料的功能，其催化劑使用例如白金微粒子、或者鐵、鎳、鈷、錫、釕、金等與白金的合金微粒子，但并不限于此。
作為催化劑載體的導(dǎo)電性物質(zhì)，可以使用例如BET比表面積為10m2/g～2000m2/g、粒徑為20nm～100nm的碳黑等碳粉等。采用例如膠體法在該碳粉上負載上述催化劑。碳粉與催化劑的重量比優(yōu)選為，對于100重量份碳粉，催化劑為5重量份～400重量份。如果在該范圍內(nèi)，可以得到充分的催化劑活性，并且催化劑的粒徑也不會過大，催化劑活性不會降低。
作為質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)，可以使用例如聚全氟磺酸樹脂、磺化聚酯磺酸樹脂、磺化聚酰亞胺樹脂等具有磺酸基的樹脂，但并不限于此。這種質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)的含量，相對于100重量份催化劑負載碳粉，優(yōu)選為2重量份～200重量份。如果在該范圍內(nèi)，可以得到充分的質(zhì)子傳導(dǎo)性，并且電阻不會增大，電池性能不會降低。
另外，作為氟樹脂粘合劑，可以使用例如聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-乙烯共聚物(E/TFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)及聚氯三氟乙烯(PCTEE)等，但并不限于此。氟樹脂粘合劑的含量，相對于100重量份催化劑負載碳粉，優(yōu)選為0.01重量份～100重量份。如果在該范圍內(nèi)，可以得到充分的粘結(jié)性，并且電阻不會增大，電池性能不會降低。
正極是例如層積由多孔性碳材料組成的擴散層、和由負載了催化劑的碳粉、質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)及氟樹脂粘合劑組成的催化劑層而構(gòu)成。正極具有還原氧的功能，能夠與上述負極大致相同地構(gòu)成。
液體燃料電池中，有時液體燃料從負極側(cè)透過固體電解質(zhì)侵入到正極側(cè)，在正極的催化劑上與氧反應(yīng)而降低正極電位，所謂滲透(crossover)成為了問題。這種情況下，通過在固體電解質(zhì)與正極的催化劑層之間設(shè)置用來氧化液體燃料的氧化催化劑層，使液體燃料在達到正極催化劑層之前被氧化，從而能夠抑制滲透。
為了使在氧化催化劑層上的反應(yīng)不會影響到正極的電位，優(yōu)選在氧化催化劑層中含有絕緣性材料，以防止氧化催化劑層中的催化劑與正極的催化劑層之間的導(dǎo)通，例如，可以在氧化催化劑層中含有復(fù)合材料，該復(fù)合材料是將用來氧化液體燃料的催化劑負載到絕緣性材料而復(fù)合化得到的。
作為氧化催化劑層中含有的絕緣性材料，沒有特別限制，可以使用如硅石、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯等無機物質(zhì)，或者PTFE、聚乙烯、聚丙烯、尼龍、聚酯、離聚物、丁基橡膠、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物及乙烯-丙烯酸共聚物等樹脂。絕緣性材料的BET比表面積優(yōu)選為10m2/g～2000m2/g、平均粒徑優(yōu)選為20nm～100nm。關(guān)于上述催化劑向絕緣性材料的負載，例如可以采用膠體法等進行。
另外，氧化催化劑層使用的催化劑，可以使用與正極或負極的催化劑層相同的催化劑。
絕緣性材料與催化劑的重量比優(yōu)選為，對于100重量份絕緣性材料，催化劑為5重量份～400重量份。這是因為如果在該范圍內(nèi)，可以得到充分的催化劑活性。另外，例如采用在絕緣性材料上由膠體法等析出催化劑的方法制作復(fù)合材料時，如果絕緣性材料與催化劑的重量比在上述范圍內(nèi)，則催化劑的直徑不會過大，可以得到充分的催化劑活性。
另一方面，為了確保固體電解質(zhì)與正極催化劑層之間的質(zhì)子傳導(dǎo)性，氧化催化劑層中優(yōu)選含有質(zhì)子傳導(dǎo)性材料。進而，通過把氧化催化劑層制成多孔結(jié)構(gòu)，使氧容易供給到氧化催化劑層中的催化劑上，能夠在氧化催化劑層中有效地氧化液體燃料。
作為氧化催化劑層中含有的質(zhì)子傳導(dǎo)性材料，沒有特別限制，例如，可以使用與正極和負極的催化劑層中含有的質(zhì)子傳導(dǎo)性材料相同的物質(zhì)。氧化催化劑層中含有的質(zhì)子傳導(dǎo)性材料的含量，相對于100重量份負載了催化劑的復(fù)合材料，優(yōu)選為5重量份～900重量份。這是因為如果在該范圍內(nèi)，可以得到充分的質(zhì)子傳導(dǎo)性，并且空氣的擴散性也好，可以充分地進行液體燃料的氧化。
氧化催化劑層中可以根據(jù)需要而含有粘合劑。對于粘合劑的種類沒有特別限制，可以使用氟樹脂等與用于上述正極或負極的催化劑層中的粘合劑相同的物質(zhì)。另外，氧化催化劑層中的粘合劑的含量，相對于100重量份負載了催化劑的復(fù)合材料，優(yōu)選為0.01重量份～100重量份。如果在該范圍內(nèi)，對于氧化催化劑層可以得到充分的粘結(jié)性，在不會顯著損傷質(zhì)子傳導(dǎo)性的情況下，可以充分地進行液體燃料的氧化。
固體電解質(zhì)由不具有電子傳導(dǎo)性的能夠輸送質(zhì)子的材料構(gòu)成。例如，可以由聚全氟磺酸樹脂膜，具體講，由杜邦公司制造的“Nafion”(商品名)、旭硝子公司制造的“Flemion”(商品名)、旭化成工業(yè)公司制造的“Aciplex”(商品名)等構(gòu)成固體電解質(zhì)。此外，也可以由磺化聚醚磺酸樹脂膜、磺化聚酰亞胺樹脂膜、硫酸摻雜聚苯并咪唑膜等構(gòu)成。
接著，說明本發(fā)明液體燃料電池用發(fā)電元件的制造方法的實施方式。本發(fā)明液體燃料電池用發(fā)電元件的制造方法的一例的特征在于，作為催化劑層的制造工序，包括把含有催化劑和質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)的材料分散到溶劑中的工序；去除所述溶劑，使所述材料凝集而形成復(fù)合粒子的工序；和粉碎所述復(fù)合粒子的工序。
另外，本發(fā)明液體燃料電池用發(fā)電元件的制造方法的另一例的特征在于，作為催化劑層的制造工序，包括通過混合含有催化劑和質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)的材料進行造粒而形成復(fù)合粒子的工序。
通過形成所述復(fù)合粒子，控制催化劑層中含有的材料粒子的粒徑變得容易，容易使催化劑層的細孔徑為0.3μm～2.0μm的細孔容積占總細孔容積的4％或其以上。
作為復(fù)合粒子的具體形成方法，可以適宜地采用把負載了貴金屬催化劑的碳粉和質(zhì)子傳導(dǎo)性樹脂分散到低級飽和一元醇水溶液(溶劑)中，去除該分散液的溶劑使其凝集，然后進行粉碎而形成復(fù)合粒子的方法，或者對負載了貴金屬催化劑的碳粉和質(zhì)子傳導(dǎo)性樹脂進行混合并造粒而形成復(fù)合粒子的方法等。作為該造粒方法，可以采用轉(zhuǎn)動造粒法、振動造粒法、混合造粒法、解碎造粒法、轉(zhuǎn)動流動造粒法、噴霧干燥法等造粒方法等。
此外，作為使催化劑層的細孔徑為0.3μm～2.0μm的細孔容積占總細孔容積的4％或其以上的方法(控制孔分布的方法)，也有添加比負載了催化劑的碳粉相對要大的無機粒子和/或纖維狀物質(zhì)的方法。例如，通過添加石墨、氧化鋁、硅石、氧化鈦等無機粒子，尼龍、聚酯、聚酰亞胺、聚丙烯等有機纖維等，可以限制孔分布。
接著，具體地說明使用所述材料制作燃料電池用發(fā)電元件的方法。首先，把負載了上述催化劑的碳粉、質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)、及氟樹脂粘合劑均勻地分散在由水和低級飽和一元醇組成的溶劑中。此時，固態(tài)組分量，相對于分散液的總重量，優(yōu)選為1重量％～70重量％。這是因為如果不足1重量％，則無法得到充分的粘性，操作性差；如果超過70重量％，則粘性容易過高，操作性變差。分散可以使用如球磨機、噴射式磨機、超聲波分散機等，但并不限于此。
接著，減壓干燥分散獲得的漿液以去除溶劑組分。由此，固態(tài)組分凝集而形成復(fù)合粒子。然后，粉碎該復(fù)合粒子，以制成規(guī)定的粒子尺寸。粒子尺寸優(yōu)選為0.1μm～3000μm。如果不足0.1μm，則電極制作后的孔尺寸變小，空氣(氧)、或液體燃料的擴散性下降。如果超過3000μm，則孔尺寸變得過大，導(dǎo)致電極的電子傳導(dǎo)性和離子傳導(dǎo)性下降。粉碎方法可以使用如輥輾機、錘軋機、球磨機、角軋機等進行，但并不限于此。接著，把粉碎后的復(fù)合粒子均勻地分散在水與低級飽和一元醇的混合液中，作為漿液。此時，固態(tài)組分量，相對于分散液的總重量，優(yōu)選為1重量％～70重量％。這是因為如果不足1重量％，則無法得到充分的粘性，操作性變差，如果超過70重量％，則粘性過高，操作性變差。此時，分散是以不至于使凝集的復(fù)合粒子再次崩潰的程度進行。分散可以使用如球磨機、噴射式磨機、超聲波分散機等進行，但并不限于此。
然后，把如上所述得到的漿液涂布在由多孔性碳材料組成的擴散層并干燥。接著，進行熱壓，使粘合劑熔融粘結(jié)，形成電極。熱壓溫度因粘合劑的種類而異，但優(yōu)選設(shè)定為大于等于所使用粘合劑的玻璃轉(zhuǎn)化溫度、且小于等于比玻璃轉(zhuǎn)化溫度高20℃的溫度。加壓的壓力優(yōu)選為3MPa～50MPa。如果不足3MPa，電極的成形將會不充分；如果超過50MPa，則電極內(nèi)的微孔會崩潰，導(dǎo)致電池性能降低。
接著，用電極夾住固體電解質(zhì)，使該電極的催化劑層接觸到固體電解質(zhì)，并由熱壓進行壓粘，制作電極·電解質(zhì)一體化物。熱壓溫度優(yōu)選設(shè)定為100℃～180℃。熱壓壓力優(yōu)選為3MPa～50MPa。如果不足100℃、不足3MPa，則電極的形成不夠充分；如果超過180℃及50MPa，則電極內(nèi)的微孔會崩潰，導(dǎo)致電池性能降低。
在固體電解質(zhì)與正極的催化劑層之間設(shè)置能夠氧化液體燃料的氧化催化劑層時，可以事先在正極的催化劑層或者固體電解質(zhì)上形成氧化催化劑層后，進行正極與固體電解質(zhì)的一體化。
氧化催化劑層可以如下所述制作。把在絕緣性材料上負載白金等催化劑而成的復(fù)合材料、質(zhì)子傳導(dǎo)性材料、氟樹脂粘合劑均勻地分散在含有水和低級飽和一元醇的混合溶劑中，得到漿液。此時，固態(tài)組分量優(yōu)選占漿液總重量的1重量％～70重量％。這是因為如果不足1重量％，則無法得到充分的粘性，操作性變差；如果超過70重量％，則粘性過高，操作性變差。
對于上述固態(tài)組分的分散方法沒有特別限制，可以使用與形成正極的催化劑層時的相同的方法進行。即，把得到的漿液涂布在正極的催化劑層側(cè)并干燥。接著，對其進行熱壓，使?jié){液中的粘合劑熔融粘結(jié)，形成氧化催化劑層。熱壓的溫度和壓力因粘合劑的種類而異，但可以與形成正極的催化劑層時相同。如果壓力過低，氧化催化劑層的成形性不好，如果壓力過高，氧化催化劑層內(nèi)的微孔會崩潰，導(dǎo)致電池性能降低。
氧化催化劑層的厚度，在制作電極·電解質(zhì)一體化物后，把該電極·電解質(zhì)一體化物作為燃料電池的部件安裝之前，優(yōu)選為1μm～200μm。如果過薄，用于進行液體燃料的氧化或氧的還原的催化劑量將會不充分，如果過厚，則質(zhì)子傳導(dǎo)性會下降，而會導(dǎo)致電池性能下降。此外，上述電極·電解質(zhì)一體化物作為燃料電池的部件安裝的狀態(tài)下，氧化催化劑層的厚度與安裝之前沒有太多變化，優(yōu)選約為1μm～200μm。
接著，基于

本發(fā)明液體燃料電池的實施方式。圖1是表示本發(fā)明液體燃料電池的一例的截面圖。然而，圖1中為了容易理解附圖而適當(dāng)變更了各部件的尺寸比例。
正極8是例如層積由多孔性碳材料組成的擴散層8a和含有負載了催化劑的碳粉的催化劑層8b而構(gòu)成。
固體電解質(zhì)10是由不具有電子傳導(dǎo)性的可輸送質(zhì)子的材料構(gòu)成。
負極9是由擴散層9a和催化劑層9b組成，具有由燃料生成質(zhì)子的功能，即氧化燃料的功能，例如可以與上述正極同樣地構(gòu)成。
正極8、負極9及固體電解質(zhì)10層積而構(gòu)成了電極·電解質(zhì)一體化物。即，電極·電解質(zhì)一體化物由正極8、負極9、設(shè)置在正極8與負極9之間的固體電解質(zhì)10構(gòu)成。并且，在同一電池容器內(nèi)的同一平面上配置有多個上述電極·電解質(zhì)一體化物。
負極9的與固體電解質(zhì)10相反側(cè)相鄰設(shè)置了用來儲藏液體燃料4的燃料槽3。作為液體燃料4可以使用例如甲醇水溶液、乙醇水溶液、二甲醚、硼氫化鈉水溶液、硼氫化鉀水溶液、硼氫化鋰水溶液等。燃料槽3由如PTFE、硬質(zhì)聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等樹脂，或者不銹鋼等耐腐蝕性金屬構(gòu)成。然而，由金屬構(gòu)成燃料槽3時，為了使配置于同一電池容器內(nèi)的各負極之間不會短路，需要引入絕緣體。燃料槽3的與負極9接觸的部分設(shè)置有燃料供給孔3a，液體燃料4就是從該部分供給到負極9。另外，浸透和保持液體燃料4并且向負極9供給液體燃料4的燃料吸取材料5是設(shè)置在燃料槽3的內(nèi)部的包括與負極9接觸的各處的部位。由此，即使液體燃料4被消耗，也可以維持液體燃料4與負極9之間的接觸，可以將液體燃料4用盡到最后。作為燃料吸取材料5可以使用玻璃纖維，但只要是不會因液體燃料4的浸透而尺寸變化太大的、化學(xué)性穩(wěn)定的物質(zhì)，就可以使用其他物質(zhì)。
正極8的與固體電解質(zhì)10相反側(cè)設(shè)置有蓋板2，蓋板2與正極8接觸的部分設(shè)置有空氣孔1。由此，大氣中的氧可以通過空氣孔1而與正極8接觸。蓋板2的端部設(shè)置了具有貫通蓋板2與燃料槽3的結(jié)構(gòu)的氣液分離孔兼燃料填充口6b。該氣液分離孔兼燃料填充口6b的與燃料槽3相反側(cè)設(shè)置了可以脫接的氣液分離膜6a。該氣液分離膜6a由具有細孔的PTFE制薄板組成，可以把放電反應(yīng)中生成的二氧化碳等在不使液體燃料4漏液的條件下從燃料槽3排出。另外，通過使氣液分離膜6a可以脫接，還能夠成為補充液體燃料4時的填充口。氣液分離孔兼燃料填充口6b、蓋板2及空氣孔1由如與燃料槽3相同的材料構(gòu)成。
正極8與相鄰的電極·電解質(zhì)一體化物的負極9之間由集電體7電連接。集電體7具有電串聯(lián)連接相鄰的電極·電解質(zhì)一體化物的作用，排列在同一電池容器內(nèi)的全部電極·電解質(zhì)一體化物由集電體7電串聯(lián)。集電體7由例如白金、金等貴金屬、或者不銹鋼等耐腐蝕性金屬、或碳等構(gòu)成。
圖1中表示了使用在固體電解質(zhì)10與正極8的催化劑層8b之間沒有配置氧化催化劑層的液體燃料電池用發(fā)電元件的例子，但也可以如圖2所示配置氧化催化劑層。圖2是表示本發(fā)明液體燃料電池用發(fā)電元件的一例的截面圖，表示了在固體電解質(zhì)10與正極8的催化劑層8b之間配置用來氧化液體燃料的氧化催化劑層11的例子。其中，圖2中對于與圖1共有的部分使用相同的符號，省略了其說明。
下面，基于實施例具體說明本發(fā)明。但本發(fā)明并不局限于以下實施例。
實施例1如下所述制作與圖1結(jié)構(gòu)相同的液體燃料電池。
正極的催化劑層是如下制作的。首先，分別準(zhǔn)備LION AKZO公司制造的“Ketjen Black EC”(商品名)50重量份、負載了平均粒徑3nm的白金微粒子50重量％的平均粒徑5μm的白金負載碳7重量份、電池工程(Electrochem)公司制造的質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)“Nafion”(商品名，固態(tài)組分濃度為5重量％)86重量份、及水7重量份，把它們用超聲波分散機均勻地混合分散，減壓干燥得到的漿液，去除溶劑組分。把干燥凝集的復(fù)合粒子用星式球磨機以200rpm轉(zhuǎn)速處理1小時而粉碎。其結(jié)果是，得到了平均粒徑10μm的復(fù)合粒子。
接著，把得到的復(fù)合粒子10重量份，加入到水89重量份和1-丙醇1重量份中，使用攪拌機以100rpm的轉(zhuǎn)速攪拌1分鐘，得到分散有復(fù)合粒子的漿液。把得到的漿液涂布在固體電解質(zhì)即杜邦公司制造的“Nafion 117”(商品名，厚度180μm)的一面，使白金量為3.0mg/cm2，并干燥，從而在固體電解質(zhì)的一面形成正極的催化劑層。
負極的催化劑層是如下制作的。首先，分別準(zhǔn)備上述“Ketjen Black EC”50重量份、負載了平均粒徑3nm的白金釕合金(合金重量比為1∶1)微粒子50重量％的平均粒徑3μm的白金負載碳7重量份、上述“Nafion”86重量份、及水7重量份，把它們用超聲波分散機均勻地混合分散，將得到的漿液減壓干燥，去除溶劑組分。把干燥凝集的復(fù)合粒子用星式球磨機以200rpm轉(zhuǎn)速處理1小時而粉碎。其結(jié)果是，得到了平均粒徑9μm的復(fù)合粒子。接著，除了使用該復(fù)合粒子，在上述固體電解質(zhì)的形成有正極催化劑層的面的相反側(cè)的一面涂布成白金釕量為3.0mg/cm2以外，與上述正極同樣地進行，從而形成負極的催化劑層。
接著，對如上所述形成的正極的催化劑層、固體電解質(zhì)、及負極的催化劑層的層積體，在120℃、10MPa條件下熱壓3分鐘，制作電極·電解質(zhì)一體化物。其中，正極和負極的電極面積均為10cm2。
利用電子顯微鏡觀察所得電極·電解質(zhì)一體化物的截面的結(jié)果，正極的催化劑層的厚度為52μm，負極的催化劑層的厚度為50μm。利用Micrometrics公司制造的水銀測孔儀“PoreSizer 9310”(商品名)測定所得電極·電解質(zhì)一體化物的各催化劑層的細孔分布的結(jié)果，任一催化劑層都是細孔徑為0.3μm～2.0μm的細孔容積占總細孔容積的10％。
其中，使用厚度為400μm的碳布作為擴散層。另外，設(shè)置在正極的與固體電解質(zhì)相反側(cè)的蓋板及燃料槽是，由在不銹鋼(SUS316)上作為絕緣性涂膜而涂布了日本油漆公司制造的酚醛樹脂類涂料“麥卡斯(マイカス)A”(商品名)的物質(zhì)構(gòu)成。正極集電體由厚度10μm的金制薄板組成，使用環(huán)氧樹脂與正極接觸。液體燃料使用5重量％的甲醇水溶液。負極集電體是由與正極集電體相同的材質(zhì)構(gòu)成。氣液分離膜是由具有細孔的PTFE制的膜構(gòu)成。
實施例2正極的催化劑層是如下制作的。首先，分別準(zhǔn)備LION AKZO公司制造的“Ketjen Black EC”(商品名)50重量份、負載了平均粒徑3nm的白金微粒子50重量％的平均粒徑5μm的白金負載碳7重量份、電池工程(Electrochem)公司制造的質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)“Nafion”(商品名，固態(tài)組分濃度為5重量％)86重量份、及水7重量份，把它們用超聲波分散機均勻地混合分散，將得到的漿液減壓干燥，去除溶劑組分。把干燥凝集的復(fù)合粒子用星式球磨機以50rpm轉(zhuǎn)速處理10分鐘而粉碎。其結(jié)果是，得到了平均粒徑120μm的復(fù)合粒子。對得到的復(fù)合粒子進行稱量和配置，使白金量為3.0mg/cm2，以16MPa的壓力進行加壓成形而形成正極的催化劑層。
負極的催化劑層是如下制作的。首先，分別準(zhǔn)備上述“Ketjen Black EC”50重量份、負載了平均粒徑3nm的白金釕合金(合金重量比為1∶1)微粒子50重量％的平均粒徑3μm的白金負載碳7重量份、上述“Nafion”86重量份、及水7重量份，把它們用超聲波分散機均勻地混合分散，將得到的漿液減壓干燥，去除溶劑組分。把干燥凝集的復(fù)合粒子用星式球磨機以50rpm轉(zhuǎn)速處理10分鐘而粉碎。其結(jié)果是，得到了平均粒徑110μm的復(fù)合粒子。對得到的復(fù)合粒子進行稱量和配置，使白金釕量為3.0mg/cm2，以16MPa的壓力進行加壓成形而形成負極的催化劑層。其中，正極和負極的電極面積均為10cm2。
接著，用如上所述形成的正極的催化劑層及負極的催化劑層，夾住作為固體電解質(zhì)的杜邦公司制造的“Nafion 117”(商品名，厚度180μm)，在120℃、10MPa條件下熱壓3分鐘，制作電極·電解質(zhì)一體化物。其中，正極和負極的電極面積為10cm2。
利用電子顯微鏡觀察所得電極·電解質(zhì)一體化物的截面的結(jié)果，正極的催化劑層的厚度為70μm，負極的催化劑層的厚度為75μm。利用Micrometrics公司制造的水銀測孔儀“PoreSizer 9310”(商品名)測定所得電極·電解質(zhì)一體化物的各催化劑層的細孔分布的結(jié)果，任一催化劑層都是細孔徑0.3μm～2.0μm的細孔容積占總細孔容積的15％。
除了使用上述電極·電解質(zhì)一體化物以外，與實施例1同樣地制作液體燃料電池。
實施例3正極的催化劑層是如下制作的。首先，分別準(zhǔn)備LION AKZO公司制造的“Ketjen Black EC”(商品名)50重量份、負載了平均粒徑3nm的白金微粒子50重量％的平均粒徑5μm的白金負載碳7重量份、電池工程(Electrochem)公司制造的質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)“Nafion”(商品名，固態(tài)組分濃度為5重量％)86重量份、及水7重量份，把它們用超聲波分散機均勻地混合分散，采用噴霧干燥法對所得漿液進行造粒。其結(jié)果是，得到了平均粒徑30μm的復(fù)合粒子。
接著，把得到的復(fù)合粒子10重量份，加入到水89重量份和1-丙醇1重量份中，使用攪拌機以100rpm的轉(zhuǎn)速攪拌1分鐘，得到分散有復(fù)合粒子的漿液。把得到的漿液涂布在固體電解質(zhì)即杜邦公司制造的“Nafion 117”(商品名，厚度180μm)的一面，使白金量為3.0mg/cm2，并干燥，從而在固體電解質(zhì)的一面形成正極的催化劑層。
負極的催化劑層是如下制作的。首先，分別準(zhǔn)備上述“Ketjen Black EC”50重量份、負載了平均粒徑3nm的白金釕合金(合金重量比為1∶1)微粒子50重量％的平均粒徑3μm的白金負載碳7重量份、上述“Nafion”86重量份、及水7重量份，把它們用超聲波分散機均勻地混合分散，采用噴霧干燥法對所得漿液進行造粒。其結(jié)果是，得到了平均粒徑28μm的復(fù)合粒子。接著，除了使用該復(fù)合粒子，在上述固體電解質(zhì)的形成有正極催化劑層的面的相反側(cè)的一面涂布成白金釕量為3.0mg/cm2以外，與上述正極同樣地進行，從而形成負極的催化劑層。
接著，對如上所述形成的正極的催化劑層、固體電解質(zhì)、及負極的催化劑層的層積體，在120℃、10MPa條件下熱壓3分鐘，制作電極·電解質(zhì)一體化物。其中，正極和負極的電極面積均為10cm2。
利用電子顯微鏡觀察所得電極·電解質(zhì)一體化物的截面的結(jié)果，正極的催化劑層的厚度為60μm，負極的催化劑層的厚度為62μm。利用Micrometrics公司制造的水銀測孔儀“PoreSizer 9310”(商品名)測定所得電極·電解質(zhì)一體化物的各催化劑層的細孔分布的結(jié)果，任一催化劑層都是細孔徑0.3μm～2.0μm的細孔容積占總細孔容積的13％。
除了使用上述電極·電解質(zhì)一體化物以外，與實施例1同樣地制作液體燃料電池。
實施例4如下所述在固體電解質(zhì)上形成氧化催化劑層。把平均粒徑20nm的白金負載硅石7重量％、及電池工程(Electrochem)公司制造的質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)“Nafion”(商品名，固態(tài)組分濃度為5重量％)93重量％，用超聲波分散機均勻地混合分散，把得到的漿液涂布在固體電解質(zhì)即杜邦公司制造的“Nafion117”(商品名，厚度180μm)的一面，使白金量為1.0mg/cm2，并干燥，從而在固體電解質(zhì)的一面形成氧化催化劑層。其中，白金負載硅石是由平均粒徑20nm的硅石和平均粒徑5nm的白金微粒子組成，硅石與白金微粒子的重量比為，相對于硅石100重量份，白金微粒子為100重量份。另外，氧化催化劑層中，相對于白金負載硅石100重量份，上述“Nafion”含有66重量份。
另外，正極的催化劑層是如下制作的。首先，分別準(zhǔn)備LION AKZO公司制造的“Ketjen Black EC”(商品名)50重量份、負載了平均粒徑3nm的白金微粒子50重量％的平均粒徑5μm的白金負載碳7重量份、電池工程(Electrochem)公司制造的質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)“Nafion”(商品名，固態(tài)組分濃度為5重量％)86重量份、及水7重量份，把它們用超聲波分散機均勻地混合分散，采用噴霧干燥法對所得漿液進行造粒。其結(jié)果是，得到了平均粒徑30μm的復(fù)合粒子。
接著，把得到的復(fù)合粒子10重量份，加入到水89重量份和1-丙醇1重量份中，使用攪拌機以100rpm的轉(zhuǎn)速攪拌1分鐘，得到分散有復(fù)合粒子的漿液。在涂布在固體電解質(zhì)上的氧化催化劑層上，涂布得到的漿液并干燥成白金量為3.0mg/cm2，從而形成正極的催化劑層。
負極的催化劑層是如下制作的。首先，分別準(zhǔn)備上述“Ketjen Black EC”50重量份、負載了平均粒徑3nm的白金釕合金(合金重量比為1∶1)微粒子50重量％的平均粒徑3μm的白金負載碳7重量份、上述“Nafion”86重量份、及水7重量份，把它們用超聲波分散機均勻地混合分散，采用噴霧干燥法對所得漿液進行造粒。其結(jié)果是，得到了平均粒徑28μm的復(fù)合粒子。接著，除了使用該復(fù)合粒子，在上述固體電解質(zhì)的形成有正極催化劑層的面的相反側(cè)的一面涂布成白金釕量為3.0mg/cm2以外，與上述正極同樣地進行，從而形成負極的催化劑層。
接著，對如上所述形成的正極的催化劑層、氧化催化劑層、固體電解質(zhì)、及負極的催化劑層的層積體，在120℃、10MPa條件下熱壓3分鐘，制作電極·電解質(zhì)一體化物。其中，正極和負極的電極面積均為10cm2。
利用電子顯微鏡觀察所得電極·電解質(zhì)一體化物的截面的結(jié)果，正極的催化劑層的厚度為60μm、氧化催化劑層的厚度為10μm、負極的催化劑層的厚度為62μm。利用Micrometrics公司制造的水銀測孔儀“PoreSizer 9310”(商品名)測定所得電極·電解質(zhì)一體化物的各催化劑層的細孔分布的結(jié)果，任一催化劑層都是細孔徑0.3μm～2.0μm的細孔容積占總細孔容積的13％。
除了使用上述電極·電解質(zhì)一體化物以外，與實施例1同樣地制作液體燃料電池。
比較例1
正極的催化劑層是如下制作的。首先，分別準(zhǔn)備LION AKZO公司制造的“Ketjen Black EC”(商品名)50重量份、負載了平均粒徑3nm的白金微粒子50重量％的平均粒徑5μm的白金負載碳7重量份、電池工程(Electrochem)公司制造的質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)“Nafion”(商品名，固態(tài)組分濃度為5重量％)86重量份、及水7重量份，把它們用超聲波分散機均勻地混合分散，把得到的漿液涂布在固體電解質(zhì)即杜邦公司制造的“Nafion 117”(商品名，厚度180μm)的一面，使白金量為3.0mg/cm2，并干燥，從而在固體電解質(zhì)的一面形成正極的催化劑層。
負極的催化劑層是如下制作的。首先，分別準(zhǔn)備上述“Ketjen Black EC”50重量份、負載了平均粒徑3nm的白金釕合金(合金重量比為1∶1)微粒子50重量％的平均粒徑3μm的白金負載碳7重量份、上述“Nafion”86重量％、及水7重量份，把它們用超聲波分散機均勻地混合分散，把得到的漿液在上述固體電解質(zhì)的形成有正極催化劑層的面的相反側(cè)的一面涂布成白金釕量為3.0mg/cm2，并干燥，從而在固體電解質(zhì)的一面形成負極的催化劑層。
接著，對如上所述形成的正極的催化劑層、固體電解質(zhì)、及負極的催化劑層的層積體，在120℃、10MPa條件下熱壓3分鐘，制作電極·電解質(zhì)一體化物。其中，正極和負極的電極面積均為10cm2。
利用電子顯微鏡觀察所得電極·電解質(zhì)一體化物的截面的結(jié)果，正極的催化劑層的厚度為80μm，負極的催化劑層的厚度為90μm。利用Micrometrics公司制造的水銀測孔儀“PoreSizer 9310”(商品名)測定所得電極·電解質(zhì)一體化物的各催化劑層的細孔分布的結(jié)果，任一催化劑層都是細孔徑0.3μm～2.0μm的細孔容積占總細孔容積的2.5％。
除了使用上述電極·電解質(zhì)一體化物以外，與實施例1同樣地制作液體燃料電池。
比較例2正極的催化劑層是如下制作的。首先，分別準(zhǔn)備LION AKZO公司制造的“Ketjen Black EC”(商品名)50重量份、負載了平均粒徑3nm的白金微粒子50重量％的平均粒徑5μm的白金負載碳7重量份、電池工程(Electrochem)公司制造的質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)“Nafion”(商品名，固態(tài)組分濃度為5重量％)86重量份、及水7重量份，把它們用超聲波分散機均勻地混合分散，減壓干燥得到的漿液，去除溶劑組分。把干燥凝集的復(fù)合粒子用星式球磨機以300rpm轉(zhuǎn)速處理6小時而粉碎。其結(jié)果是，得到了平均粒徑2.5μm的復(fù)合粒子。
接著，把得到的復(fù)合粒子10重量份，加入到水89重量份和1-丙醇1重量份中，使用攪拌機以100rpm的轉(zhuǎn)速攪拌1分鐘，得到分散有復(fù)合粒子的漿液。把得到的漿液涂布在固體電解質(zhì)即杜邦公司制造的“Nafion 117”(商品名，厚度180μm)的一面，使白金量為3.0mg/cm2，并干燥，從而在固體電解質(zhì)的一面形成正極的催化劑層。
負極的催化劑層是如下制作的。首先，分別準(zhǔn)備上述“Ketjen Black EC”50重量份、負載了平均粒徑3nm的白金釕合金(合金重量比為1∶1)微粒子50重量％的平均粒徑3μm的白金負載碳7重量份、上述“Nafion”86重量份、及水7重量份，把它們用超聲波分散機均勻地混合分散，將得到的漿液減壓干燥，去除溶劑組分。把干燥凝集的復(fù)合粒子用星式球磨機以300rpm轉(zhuǎn)速處理6小時而粉碎。其結(jié)果，得到了平均粒徑2.5μm的復(fù)合粒子。接著，除了使用該復(fù)合粒子，在上述固體電解質(zhì)的形成有正極催化劑層的面的相反側(cè)的一面涂布成白金釕量為3.0mg/cm2以外，與上述正極同樣地進行，從而形成負極的催化劑層。
接著，對如上所述形成的正極的催化劑層、固體電解質(zhì)、及負極的催化劑層的層積體，在120℃、10MPa條件下熱壓3分鐘，制作電極·電解質(zhì)一體化物。其中，正極和負極的電極面積均為10cm2。
利用電子顯微鏡觀察所得電極·電解質(zhì)一體化物的截面的結(jié)果，正極的催化劑層的厚度為36μm，負極的催化劑層的厚度為38μm。利用Micrometrics公司制造的水銀測孔儀“PoreSizer 9310”(商品名)測定所得電極·電解質(zhì)一體化物的各催化劑層的細孔分布的結(jié)果，任一催化劑層都是細孔徑0.3μm～2.0μm的細孔容積占總細孔容積的2.7％。
除了使用上述電極·電解質(zhì)一體化物以外，與實施例1同樣地制作液體燃料電池。
測定在室溫(25℃)下每電極單位面積施加20mA時，如上所述制作的液體燃料電池的輸出。將其結(jié)果與細孔徑0.3μm～2.0μm的細孔容積的比例一同示于表1。
表1

從表1可以知道，實施例1～實施例4與比較例1和比較例2相比，輸出要高。這被認(rèn)為是，實施例1～實施例4中催化劑層內(nèi)的細孔結(jié)構(gòu)被最優(yōu)化的緣故。尤其是在固體電解質(zhì)與正極的催化劑層之間設(shè)置了氧化催化劑層的實施例4，甲醇的滲透影響小，可以得到更高的輸出。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性如上所述，使用本發(fā)明的液體燃料電池用發(fā)電元件的液體燃料電池可以充分地發(fā)揮催化劑的性能，可以得到迄今沒有的高發(fā)電效率，能夠?qū)崿F(xiàn)液體燃料電池的小型化、高容量化。因此，通過把該液體燃料電池用于個人電腦、手機等無線設(shè)備的電源，可以實現(xiàn)無線設(shè)備的小型化、輕質(zhì)化。
權(quán)利要求
1.一種液體燃料電池用發(fā)電元件，其是具備還原氧的正極、氧化燃料的負極、和配置于所述正極與所述負極之間的固體電解質(zhì)的液體燃料電池發(fā)電元件；其特征在于，所述正極和所述負極各自含有厚度大于等于20μm的催化劑層，所述各自的催化劑層的至少一方具有細孔徑0.3μm～2.0μm的細孔，且所述細孔的細孔容積占總細孔容積的4％或其以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體燃料電池用發(fā)電元件，其特征在于，所述催化劑層含有從白金、白金-鐵合金、白金-鎳合金、白金-鈷合金、白金-錫合金、白金-釕合金、及白金-金合金中選出的至少一種作為催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液體燃料電池用發(fā)電元件，其特征在于，所述催化劑是負載在導(dǎo)電性物質(zhì)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液體燃料電池用發(fā)電元件，其特征在于，所述導(dǎo)電性物質(zhì)是碳粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體燃料電池用發(fā)電元件，其特征在于，在所述固體電解質(zhì)與所述正極的催化劑層之間進一步配置了氧化液體燃料的氧化催化劑層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液體燃料電池用發(fā)電元件，其特征在于，所述氧化催化劑層含有絕緣性材料和質(zhì)子傳導(dǎo)性材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液體燃料電池用發(fā)電元件，其特征在于，所述氧化催化劑層含有在絕緣性材料上負載氧化液體燃料的催化劑而復(fù)合化得到的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液體燃料電池用發(fā)電元件，其特征在于，所述氧化催化劑層具有多孔結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液體燃料電池用發(fā)電元件，其特征在于，所述氧化催化劑層的厚度為1μm～200μm。
10.一種液體燃料電池，其特征在于，具備權(quán)利要求1～9中的任一項所述的液體燃料電池用發(fā)電元件和液體燃料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的液體燃料電池，其特征在于，所述液體燃料為甲醇水溶液。
12.一種液體燃料電池用發(fā)電元件的制造方法，所述的液體燃料電池用發(fā)電元件具備還原氧的正極、氧化燃料的負極、和配置于所述正極與所述負極之間的固體電解質(zhì)，并且所述正極和所述負極各自含有厚度大于等于20μm的催化劑層，所述各自的催化劑層中的至少一方具有細孔徑0.3μm～2.0μm的細孔，所述細孔的細孔容積占總細孔容積的4％或其以上；其特征在于，作為催化劑層的制造工序，包括把含有催化劑和質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)的材料分散到溶劑中的工序；去除所述溶劑，使所述材料凝集而形成復(fù)合粒子的工序；和粉碎所述復(fù)合粒子的工序。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的液體燃料電池用發(fā)電元件的制造方法，其特征在于，所述催化劑是從白金、白金-鐵合金、白金-鎳合金、白金-鈷合金、白金-錫合金、白金-釕合金、及白金-金合金中選出的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的液體燃料電池用發(fā)電元件的制造方法，其特征在于，所述催化劑是負載在導(dǎo)電性物質(zhì)上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的液體燃料電池用發(fā)電元件的制造方法，其特征在于，所述導(dǎo)電性物質(zhì)是碳粉。
16.一種液體燃料電池用發(fā)電元件的制造方法，所述的液體燃料電池用發(fā)電元件具備還原氧的正極、還原燃料的負極、和配置于所述正極與所述負極之間的固體電解質(zhì)，并且所述正極和所述負極各自含有厚度大于等于20μm的催化劑層，所述各自的催化劑層的至少一方具有細孔徑0.3μm～2.0μm的細孔，所述細孔的細孔容積占總細孔容積的4％或其以上；其特征在于，作為催化劑層的制造工序，包括通過對含有催化劑和質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)的材料進行造粒而形成復(fù)合粒子的工序。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的液體燃料電池用發(fā)電元件的制造方法，其特征在于，所述催化劑是從白金、白金-鐵合金、白金-鎳合金、白金-鈷合金、白金-錫合金、白金-釕合金、及白金-金合金中選出的至少一種。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的液體燃料電池用發(fā)電元件的制造方法，其特征在于，所述催化劑是負載在導(dǎo)電性物質(zhì)上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的液體燃料電池用發(fā)電元件的制造方法，其特征在于，所述導(dǎo)電性物質(zhì)是碳粉。
全文摘要
本發(fā)明提供一種液體燃料電池，其具備還原氧的正極(8)、還原燃料的負極(9)、配置于所述正極(8)與所述負極(9)之間的固體電解質(zhì)(10)、和液體燃料(4)，其中，正極(8)和負極(9)各自含有厚度大于等于20μm的催化劑層(8b)、(9b)，催化劑層(8b)、(9b)中的至少一方具有細孔徑0.3μm～2.0μm的細孔，其細孔容積占總細孔容積的4％或其以上。由此，提供催化劑層內(nèi)的細孔結(jié)構(gòu)得以最優(yōu)化而可以充分發(fā)揮催化劑能力、且輸出密度高的液體燃料電池。
文檔編號H01M4/90GK1745492SQ20048000320
公開日2006年3月8日 申請日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月26日
發(fā)明者柏野博志, 有島康夫, 中井敏浩, 中村新吾, 柴田進介, 西原昭二 申請人:日立麥克賽爾株式會社