JP2001283888A

JP2001283888A - 燃料電池

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Publication number: JP2001283888A
Application number: JP2000090985A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Akasaka; 坂芳浩赤; Hideyuki Ozu; 図秀行大; Morohiro Tomimatsu; 松師浩富; Yoshihiko Nakano; 野義彦中; Masahiro Takashita; 下雅弘高; Kazuhiro Yasuda; 田一浩安; Hiroyasu Sumino; 野裕康角; Maki Yonezu; 津麻紀米; Shuji Hayase; 瀬修二早; Hirohisa Miyamoto; 本浩久宮
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】小型電気機器の電源として有用であり、特に
液体燃料の漏洩を効果的に防止して、電池出力を長時間
にわたり安定的かつ効率的に取り出すことができる信頼
性の向上が図られた小型・薄型電池に特に好適な燃料電
池を提供すること。【解決手段】燃料極と、前記燃料極に対向して配置さ
れた酸化剤極と、前記燃料極および酸化剤極に挟持され
た電解質層と、液体燃料を保持し、かつ、前記燃料極に
前記液体燃料を継続的に供給することができる液体燃料
保持部とを有し、少なくとも前記燃料極の側面に、液体
燃料の漏洩を防止するための燃料漏洩防止膜が設けられ
てなることを特徴とする燃料電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池に関し、特
に小型化に好適な燃料電池に関するものである。

【従来の技術】燃料電池は、単独の発電装置としては効
率的に有利なことから近年注目されている。燃料電池
は、燃料としてガスを使用するリン酸型燃料電池、溶融
炭酸塩型燃料電池、固体電解質型燃料電池、アルカリ性
電解液型燃料電池等の燃料電池と、燃料として液体を使
用するメタノール燃料電池、ヒドラジン燃料電池等の燃
料電池とに大別される。これらの燃料電池はいずれも、
主に電力用発電機や大型機器を動かすための動力源を対
象にしているため、ガスや液体の燃料、あるいは酸化剤
ガスを電池内に導入するためのコンプレッサやポンプ等
が必要であり、システムとして複雑であるばかりでな
く、これらの導入のために電力を消費する。

【０００２】一方、これに対して、付加的な補器を削減
して小型化への対応を図った燃料電池として、液体燃料
の供給に毛管力を利用した液体燃料電池が、特開昭５９
−６６０６６号公報や特開平６−１８８００８号公報な
どに開示されている。これらの液体燃料電池は、燃料収
容容器から液体燃料を毛管力で燃料極に供給するため、
前記液体供給型燃料電池で必要であった液体燃料を圧送
するためのポンプを必要としない。

【０００３】ここで、小型化ないし薄型化された燃料電
池においては、その機械的強度を維持するために金属製
の缶などに封入して使用されることが多い。また、液体
燃料であるメタノールは燃料極側で充分に改質しきれな
い場合があり、このため液体燃料が液体状態のまま外部
に漏れ出したり浸出することにより起電部側面等を伝わ
って移動するという問題がある。このような燃料の漏洩
は電池の出力特性の安定化を阻害する要因となる。特
に、本発明者の知見によれば、燃料極の側面ないしその
界面部分を介して酸化剤極側へ浸出する液体状態の燃料
が出力特性の安定化を阻害する重要な要因となることが
判明している。

【０００４】従来、液体燃料の漏洩に対しては、締め付
け治具等の部材によって機械的に気密保持する方法が提
案されているが、金属部材等の締結による漏洩防止は構
造的に複雑化し、電池の大型化やコストの点で不利であ
る。さらに、締結手段による漏洩防止は必ずしも効果的
とはいえず再漏洩の問題があり、さらに分子レベルでの
液体燃料の浸出に対しては十分なものとはいえないのが
現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
の燃料電池における問題に鑑みてなされたものであり、
小型電気機器の電源として有用であり、特に液体燃料の
漏洩の問題を効果的に解消して、電池出力を長時間にわ
たり安定的かつ効率的に取り出すことができる信頼性の
向上が図られた小型・薄型電池に特に好適な燃料電池を
提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による燃料電池
は、燃料極と、前記燃料極に対向して配置された酸化剤
極と、前記燃料極および酸化剤極に挟持された電解質層
と、液体燃料を保持し、かつ、前記燃料極に前記液体燃
料を継続的に供給することができる液体燃料保持部とを
有し、少なくとも前記燃料極の側面に、液体燃料の漏洩
を防止するための燃料漏洩防止膜が設けられてなること
を特徴とするものである。

【０００７】本発明の好ましい態様においては、燃料漏
洩防止膜が、燃料極の表面側、および（または）液体燃
料保持部の表面側および（または）側面側、および（ま
たは）燃料極と電解質層との間の界面部分の少なくとも
一部に、これらの構成部材を被覆するように設けられて
いる。

【０００８】さらに、本発明の好ましい態様において
は、燃料漏洩防止膜が、被覆部分の界面に前記液体燃料
が浸出しない程度の融着状態に保持されてなる。

【０００９】本発明においては、燃料電池に用いる燃料
漏洩防止膜が、金属層を有機物層によって挟設した積層
構造を有するものからなることができる。

【００１０】さらに、上記燃料漏洩防止膜は、好ましく
は、電気的絶縁性、耐薬品性、防湿性および熱の放出特
性ならびに塑性変形性を有する材料からなる。

【００１１】また、本発明の別の態様においては、燃料
電池の燃料極側に燃料を供給するための燃料供給孔が１
または２以上設けられ、燃料供給後において前記燃料供
給孔が密封可能に形成されていてもよい。

【００１２】さらに、本発明においては、燃料電池の燃
料極に設けられている燃料漏洩防止膜上に発生ガス放出
口が設けられていてもよい。

【００１３】本発明の燃料電池においては、燃料電池の
カソード側に酸化剤である空気および／または酸素を供
給するための酸化剤供給孔が１または２以上設けられて
いてもよい。

【００１４】また、本発明においては、燃料電池のカソ
ード側に、生成水放出用液体・ガス分離膜が設けられて
いてもよい。

【００１５】さらに、本発明の燃料電池の別の態様にお
いては、液体燃料を貯蔵するための燃料タンクをさらに
具備し、該燃料タンクが電池本体内部に内包されてなる
構成ならびに液体燃料を貯蔵するための燃料タンクをさ
らに具備し、該燃料タンクが電池本体の外部に外付けさ
れてなる構成を包含する。

【００１６】さらに、好ましい態様においては、液体燃
料を貯蔵するための燃料タンクをさらに具備し、該燃料
タンクが金属材料により被覆されていてもより。

【００１７】また、本発明においては、燃料電池が、分
割された複数の単位電池によって構成され、各単位電池
は燃料漏洩防止膜を融着することにより液、ガスシール
され各電池は外部リードにより電気的に接続されていて
もよい。

【００１８】さらに、本発明の別の態様においては、燃
料タンクが、一対の単位電池によって挟設されてなる構
成、あるいは、電池の外周に燃料タンクが設けられてな
る構成を含む。

【００１９】また、本発明の燃料電池においては、燃料
タンクが、発電を必要とする装置本体に内蔵されていて
もよい。

【００２０】さらに、本発明の燃料電池においては、燃
料タンクを折り曲げることにより燃料流路が開放され、
これにより電池に燃料が供給されるようになっていても
よい。

【００２１】さらに、本発明においては、電池収納カー
トリッジの蓋を閉鎖することにより電池本体に内蔵され
ている燃料タンクと電池とが電気的に連結されて発電す
る用になっていてもよい。

【００２２】さらにまた、本発明の別の態様において
は、燃料電池の電圧端子が、燃料漏洩防止膜によって被
覆されてなる構成を含む。

【００２３】本発明は、上記のような燃料電池と２次電
池とが組み合わせて一体化されてなるハイブリッドタイ
プ燃料電池を包含する。

【００２４】さらに、本発明の好ましい態様において
は、燃料電池の起電部の外周に保温材がさらに設けられ
てなる。このような保温材としては、その熱伝導率が、
５×１０^−３Ｗ／ｍＫ〜１０Ｗ／ｍＫの範囲が好まし
く、さらに保温材の気孔率は１０％〜９５％の範囲であ
ることが好ましい。

【００２５】本発明においては、上記のような燃料漏洩
防止膜が設けられていることにより効果的かつ簡易に液
体燃料の漏洩ないし浸出を防止することができる。ま
た、締め付け用治具等によって機械的に燃料漏洩防止の
ための気密保持を行う必要がないことから構造的に簡易
であり、小型化および薄型化を図る上でも極めて有利で
ある。また、構造上の制約がないため、起電部の有効面
積を１００％有効に利用することができ、起電力効率の
点においても有利である。

【００２６】さらに、本発明の好ましい態様において
は、起電部の外周に保温材を設けることによって電池反
応の反応熱を外部に放散させることなく内部に閉じこめ
ることによって室温近傍でも効率よく発電でき、起電部
（燃料極、酸化剤極およびこれらに挟持された電解質）
の外周に最適な熱伝導率と気孔率とを有する保温材を設
けることによって、長時間安定した出力を取り出すこと
が可能となる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を好ましい実施の形
態に即してさらに詳細に説明する。

【００２８】図１の断面図に示すように、本発明による
燃料電池は、燃料極１と、この燃料極１に対向して配置
された酸化剤極２と、燃料極１および酸化剤極２に挟持
された電解質層３と、液体燃料を保持し、かつ、前記燃
料極１に前記液体燃料を継続的に供給することができる
液体燃料保持部４とを有し、燃料極１、液体燃料保持部
４、および燃料極１と電解質層３との間の界面部分にお
ける液体燃料の漏洩を防止するための燃料漏洩防止膜５
が設けられてなる。図１中の符号７は燃料タンクであ
る。

【００２９】本発明のような燃料電池の場合、各電極を
構成する多孔性の基体としては、正・負とも、カーボン
ペーパー、カーボンの成形体、カーボンの焼結体、焼結
金属、発泡金属などの多孔性基体を撥水処理して使用す
ることができ、この場合の撥水剤としてはポリテトラフ
ルオロエチレン等を使用することができる。

【００３０】燃料極１の材質としては、その貴金属触媒
として、白金、白金合金、金、金合金、パラジウム、パ
ラジウム合金などの貴金属の微粉末あるいは貴金属を担
持したカーボン粉末を使用することができる。好ましく
は、白金とルテニウムの混合物が使用できる。

【００３１】また、酸化剤極２は、その貴金属触媒とし
て、白金、白金合金、金、金合金、パラジウム、パラジ
ウム合金などの貴金属の微粉末あるいは貴金属を担持し
たカーボン粉末を使用することができる。

【００３２】これら多孔性電極は、撥水処理をした多孔
性基体の表面に、触媒分散溶液を塗布して作製すること
ができる。この場合の触媒分散溶液は、白金ブラックな
どの触媒の微粒子と、アルコールなどに溶解した固体高
分子電解質を適当な溶媒中で均一に混合することによっ
て調製することができる。

【００３３】電解質層３としては、通常、パーフルオロ
スルホン酸膜、ポリベンズイミダゾール膜などが好まし
く用いられる。

【００３４】触媒層を形成した多孔性電極と固体高分子
電解質膜は、ホットプレスなどの方法によって接合し一
体化することができる。

【００３５】さらに、液体燃料保持部４としては、ポリ
エステル、ポリオレフィンなどの多孔質有機物、カーボ
ンやアルミナなどの多孔質無機物、網状の金属多孔体な
どの多孔質材料を適宜用いることができる。

【００３６】本発明の好ましい態様においては、燃料漏
洩防止膜５が、燃料極１の表面および側面、液体燃料保
持部４の表面ならびに燃料極１と電解質層３との間の界
面部分の少なくとも一部を覆うように延在し、これらの
構成部材を被覆するように設けられ、これら構成部材と
前記燃料漏洩防止膜５とが、これら両者の界面に前記液
体燃料が浸出しない程度の融着状態に保持されてなる。
図９は、燃料電池を側面から見た断面図であり、外部リ
ード２０が配設された部分に融着部６が形成された態様
の例である。

【００３７】図１の断面図に示すように、燃料漏洩防止
膜５の内側には、融着部６が形成されている。このよう
に被覆される構成部材との間の界面に融着部が形成され
ることによって、分子レベルでの液体燃料の浸出を効果
的に防止することができる。このような融着部は加熱融
着によって形成することが可能である。

【００３８】本発明において使用される燃料漏洩防止膜
５は、たとえばシート状を呈し、シート電池の外装を形
成するものである。外装部材は、単一の材料で形成され
ていてもよいし、複数の材料によって形成されていても
よい。また、単一層構造を有していてもよいし、多層構
造を有するものであってもよい。

【００３９】具体的には、燃料漏洩防止膜としては、電
気的絶縁性、耐薬品性、防湿性および熱の放出特性なら
びに塑性変形性を有する材料が好ましく用いられ得る。
燃料漏洩防止膜用材料の好ましい例としては、エポキシ
樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹
脂、ポリイミド樹脂、ポリベンズイミダゾール樹脂、オ
レフィン樹脂、フラン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げ
られる。

【００４０】さらに、燃料漏洩防止膜の好ましい例とし
ては、樹脂材料を含む保護層と、金属材料を含む金属層
と、必要に応じて接着剤を含む接着剤層とを積層してな
る多層構造を有するものが挙げられる。このように外装
部材を多層構造で構成することによって、外傷に対する
抵抗性を向上させることができ、さらに防湿性を向上さ
せることができる。特に、多層構造中に金属層を含むこ
とによって防湿効果は著しく向上する。

【００４１】上記の好ましい構成において、保護層を形
成する好ましい材料としては、ポリエステル、ナイロ
ン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、液晶ポリエ
ステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポ
リエーテルエーテルケトン等のフィルムが挙げられる。
また、金属層を形成する材料としては、アルミニウム、
銅、ステンレス等の金属箔が挙げられる。バリヤ性およ
び可塑性の点から特にアルミニウム箔が好ましい。

【００４２】接着剤層を形成する材料としては、エチレ
ン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレンアクリル酸
共重合体（ＥＡＡ）、エチレンアクリル酸エチル共重合
体（ＥＥＡ）、変性ポリプロピレン樹脂等のオレフィン
系ホットメルト系接着剤が好ましい例として挙げられ
る。

【００４３】燃料漏洩防止膜の厚みは、その構造に拘わ
らず、６０μｍ〜３００μｍ程度に設定すればよい。ま
た、外装部材の厚みは、一方のものと他方のものとで異
なっていてもよい。燃料漏洩防止膜が上記の保護層と金
属層と接着剤層とからなる積層体である場合において
は、保護層は１０μｍ〜１００μｍ程度、金属層は１５
μｍ〜１００μｍ程度、接着剤層は３０μｍ〜１００μ
ｍ程度とすることが好ましい。

【００４４】以下、本発明の様々な態様について説明す
る。

【００４５】図２の平面図に示す燃料電池においては、
電池本体に端子２０が接続されており、電池本体の外周
を被覆するように燃料漏洩防止膜２１が積層されてい
る。この態様においては、燃料電池の燃料極側に燃料を
供給するための燃料供給孔２２が設けられ、燃料供給後
において前記燃料供給孔が密封可能に形成されている。
また、この例においては、復生ガスとして生成する発生
ガスを放出するための発生ガス放出口２３も形成されて
いる。

【００４６】図３の態様においては、燃料漏洩防止膜２
１が設けられるとともに、燃料電池のカソード側に酸化
剤である空気および／または酸素を供給するための酸化
剤供給孔２４を設けられている。さらに、図３の態様に
おいては、燃料電池のカソード側に、生成水放出用液体
・ガス分離膜２５（破線で囲まれた領域）を設けること
もできる。

【００４７】図４に示す態様は、電池本体の内部に、起
電部４１とともに、液体燃料を貯蔵するための燃料タン
ク４０が設けられてなる。

【００４８】図５に示す態様は、電池本体Ａの外部に燃
料タンク４０が外付けされてなる。、請求項１に記載の
燃料電池。なお、この場合の燃料タンク４０は、機械的
強度を保持するために該燃料タンクが金属材料により被
覆されていてもよい。

【００４９】また、本発明の燃料電池においては、燃料
電池が、分割された複数の単位電池によって構成され、
各単位電池は燃料漏洩防止膜を融着することにより液、
ガスシールされ各電池は外部リードにより電気的に接続
されていてもよい。

【００５０】また、本発明においては、燃料タンクが、
一対の単位電池によって挟設された構成や、電池の外周
に燃料タンクが設けられている構成、あるいは、燃料タ
ンクが、発電を必要とする装置本体に内蔵されている構
成をも包含する。

【００５１】さらに他の態様においては、燃料電池に付
属する燃料タンクを折り曲げることにより燃料流路が開
放され、これにより電池に燃料が供給されるようになっ
ていてもよい。また、別の好ましい態様においては、電
池収納カートリッジの蓋を閉鎖することにより電池本体
に内蔵されている燃料タンクと電池とが電気的に連結さ
れて発電することが可能となるように構成されていても
よい。

【００５２】さらにまた、燃料電池の電圧端子の少なく
とも一部が、前述した燃料漏洩防止膜によって被覆され
ていてもよい。

【００５３】本発明の燃料電池はそれ単独で電池として
の使用が可能であるが、本発明の別の態様においては、
本発明による燃料電池と他の２次電池とを組み合わせて
ハイブリッドタイプ燃料電池として適用することも可能
である。

【００５４】図６は、本発明の燃料電池の別の態様を示
す断面図である。同図において、６１は燃料浸透層、６
２が保温材、６３は燃料気化部、６４は燃料極、６５は
電解質、６６は酸化剤極、６７は酸化剤ガスの流路、６
８は燃料および酸化剤ガスの外部への揮散を防止するた
めのシール部材であり、６９は起電部等を保護する目的
で燃料電池を収容する収納容器である。また、この態様
においても上述した所定の箇所に燃料漏洩防止膜（図示
せず）が形成されている。

【００５５】発電の機構を含めて、この態様について具
体的に説明する。まず、液体燃料が外部から燃料浸透層
６１へと供給される。液体燃料の供給方法は、図６に示
すように単に収容容器６９に１つあるいは複数の孔を設
けておき、そこから直接供給する方法、あるいは図７に
示すように電池本体の外部に液体燃料収容容器７２を準
備しておき、そこから燃料浸透層６１の毛管力を用いて
引き込むなどの方法も可能である。燃料浸透材６１はポ
リエステル、ポリオレフィンなどの多孔質有機物、カー
ボンやアルミナなどの多孔質無機物、網状の金属多孔体
などいずれの材料も許容される。燃料浸透層６１へと供
給された燃料は、燃料気化部３で蒸発し起電部（燃料極
６４、電解質６５、および酸化剤極６６）へと気体の形
で供給される。なお、気化部としては、物理的にある種
の材料（上記燃料浸透材と同様の多孔質材料）が存在す
ることも、あるいは燃料浸透材の単に穴のあいただけの
空間であっても利用可能である。燃料極６４へと供給さ
れた気化した液体燃料は、カーボン粒子で形成された燃
料極内部のカーボン粒子に担持された白金あるいはその
合金などに代表される燃料電池用触媒によって改質さ
れ、プロトンが取り出される。この燃料改質の際に電子
が取り出される。取り出されたプロトンは隣接して設け
られた電解質６５を通じて酸化剤極６側へと伝達され
る。一方、酸化剤極６６側では電解質６５を通じて選ば
れてきたプロトンが外部回路を通じて流れてきた電子、
および酸化剤ガス（酸素や空気など）と反応して水にな
る反応が酸化剤極内部の白金などに代表される触媒上で
進行する。以上のような反応が起こる過程で取り出され
る電子が外部回路を流れることで発電が起こり、外部負
荷を駆動することができる。

【００５６】この発電に際し、先述したように燃料極６
４へと供給された気化した液体燃料が触媒により改質さ
れる際に反応熱が生成する。この熱が燃料極６４の温度
を上昇させ、触媒の活性を高めより容易に高い出力を取
り出すことが可能となる。このことから、図６に示す小
型燃料電池においては、反応熱を有効利用するために燃
料浸透層６１の外側と酸化剤ガス流路６７の外側に保温
材６２が設置されている。この保温材６２が設置されて
いることにより反応熱の外部への揮散が防がれる効果を
もたらす。これにより継続的に安定した出力を取り出す
ことが可能となる。

【００５７】このような保温材の好ましい材質として
は、有機、無機、金属あるいはそれらの複合材のいずれ
の材料も使用可能である。さらに、燃料極側と酸化剤極
側が同じ材料でも、また異なる材料でも利用可能であ
る。内部に反応熱を閉じこめるために設ける部材である
ため、その熱伝導率は低いことが望ましく、１０Ｗ／ｍ
Ｋ、より好ましくは１Ｗ／ｍＫ以下であることが望まし
い。一方、熱伝導率が５×１０^−３Ｗ／ｍＫより低い材
料を用いると発電部の温度上昇が著しくなり制御が困難
で、安定した発電に不具合が生じる。より好ましくは１
×１０^−２Ｗ／ｍＫ以上である。

【００５８】なお、本発明の好ましい態様においては、
前記燃料極、液体浸透層、燃料気化層、および燃料極と
電解質層との間の界面部分における液体燃料の漏洩を防
止するための前述した燃料漏洩防止膜が設けられていて
もよい。このような燃料漏洩防止膜は、燃料極の表面な
いし側面、液体浸透層の表面ならびに燃料極と電解質層
との間の界面部分の少なくとも一部に、これらの構成部
材を被覆するように設けられ、これら構成部材と前記燃
料漏洩防止膜とが、これら両者の界面に前記液体燃料が
浸出しない程度の融着状態に保持されてなることが特に
好ましい。

【００５９】

【実施例】次に、本発明の燃料電池の具体例を製造例に
より詳細に説明する。なお、下記実施例は内容を理解す
ることを容易にするため示すものであり、本発明の範囲
を制限するものではない。

【００６０】（実施例１）以下の手順に従って、図１に
示す小型燃料電池を作製した。まず、外形１００mmｘ８
０mm、厚み１６μｍのポリエステル製のフィルムと、外
形が上記と同じで厚みが２０μｍのアルミニウム製の金
属箔とを、ウレタン系接着剤を用いてドライラミネート
法により貼り合わせ、さらに金属泊の上に、エチレン酢
酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）からなるホットメルト系接
着剤を厚みが０．０５０mmとなるように予めフィルム化
したものを接着剤により貼り合わせて燃料漏洩防止膜５
を作製した。

【００６１】収容する積層体は、燃料極と酸化剤極と電
解質層が接合されたＥＭＡと液体燃料保持部と燃料タン
クであり、全体の厚みが２mmとなるように作製した。

【００６２】このＥＭＡは以下の手順で作製した。ま
ず、カーボン粉末に液相法でＰｔ−Ｒｕ系の触媒を担持
させた。このカーボン粉末を回収後、アルゴンー水素気
流中で焼成して触媒の安定化を行った。次にこの触媒粉
末に溶剤とバインダーを添加してペースト状にし、カー
ボンクロス上に塗布して乾燥させて燃料極側の触媒層を
形成した。また、別にＰｔ系触媒を担持したカーボン粉
末を燃料極側と同様のプロセスで作製し、やはり溶媒と
バインダーを添加してペースト状にしてカーボンクロス
に塗布し、乾燥させた。このようにして作製した燃料極
と酸化剤極を４０ｍｍ×５０ｍｍにそれぞれ切断し、膜
厚が２００μｍの電解質膜（パーフルオロスルホン酸
膜）を挟持した。これらを、１３５℃で１５分間、１０
０ｋｇ／ｃｍ ^２の圧力でホットプレスして一体化する
ことによってＭＥＡが得られた。

【００６３】燃料極には、横断面の形状が長円形（幅３
mm、厚さ１００μｍ）、長さが１００mm、材料がアルミ
ニウムのリード端子を接続した。酸化剤極は、横断面の
形状が長円形（幅４mm、厚さ５０μｍ）、長さが１００
mm、材料がニッケルのリード端子を接続した。

【００６４】なお、この製造例においては、ヒートシー
ルは、外装部材の外周から内側に１０mmまでの部位で行
っている。

【００６５】このようにして得た小型燃料電池の封入容
器の燃料極側にあけた燃料供給孔から、液体燃料として
メタノールと水の１：１（重量比）混合液を燃料浸透層
に供給した。酸化剤ガスは酸化剤ガス側の収容容器に設
けた複数の空気取り入れ孔から自然拡散で供給した。こ
の電池の０．２Ａで電流を取り出した際の電圧特性を図
８に示す。およそ８時間経過した後も安定した電圧を維
持しており、小型燃料電池として信頼性の高いものが作
製できていることが確認できた。

【００６６】（実施例２）図６の断面図に示す構成を有
する小型燃料電池を、以下に示す方法にしたがって作製
した。

【００６７】まず、カーボン粉末に液相法でＰｔ−Ｒｕ
系の触媒を担持させた。このカーボン粉末を回収後、ア
ルゴンー水素気流中で焼成して触媒の安定化を行った。
次にこの触媒粉末に溶剤とバインダーを添加してペース
ト状にし、カーボンクロス上に塗布して乾燥させて燃料
極側の触媒層を形成した。また、別にＰｔ系触媒を担持
したカーボン粉末を燃料極側と同様のプロセスで作製
し、やはり溶媒とバインダーを添加してペースト状にし
てカーボンクロスに塗布し、乾燥させた。

【００６８】以上のようにして作製した燃料極と酸化剤
極を４０ｍｍ×５０ｍｍにそれぞれ切断し、膜厚が２０
０μｍの電解質膜（パーフルオロスルホン酸膜）を挟持
した。これらを、１３５℃で１５分間、１００ｋｇ／ｃ
ｍ^２の圧力でホットプレスして一体化した。この起電
部と、燃料気化部３としての平均孔径１００μｍ、気孔
率７０％のカーボン多孔質板と、燃料浸透層１としての
平均孔径５μｍ、気孔率４０％のカーボン多孔質板と
を、深さ２ｍｍ、幅１ｍｍの酸化剤ガス流路７をもつ緻
密なカーボン板ではさみこんだ。燃料浸透層１と酸化剤
ガス流路７の外側に保温材２として気孔率３５％、熱伝
導率１７×１０^−２Ｗ／ｍＫの厚さ１ｍｍのポリエステ
ル板を設置して全体をアルミニウム缶容器に封入した。
電極にはＮｉ箔を使用し、燃料極、酸化剤極それぞれの
カーボンペーパーからシール部材の一部に設けた隙間か
ら取り出した。

【００６９】このようにして得た小型燃料電池の封入容
器の燃料極側にあけた燃料供給孔から、液体燃料として
メタノールと水の１：１（重量比）混合液を燃料浸透層
に供給した。酸化剤ガスは酸化剤ガス側の収容容器に設
けた複数の空気取り入れ孔から自然拡散で供給した。こ
の電池の０．２Ａで電流を取り出した際の電圧特性を図
８に示す。およそ１２時間経過した後も安定した電圧を
維持しており、小型燃料電池として信頼性の高いものが
作製できていることが確認できた。

【００７０】（比較例１）燃料漏洩防止膜を設けない以
外は実施例１と同じ手法で作製した小型燃料電池につい
て、実施例１と同様の方法で出力を取り出した際の電圧
変化を測定した。その結果を図８に示す。実施例１と比
較して約６時間後から電圧の低下が認められ、実施例１
と比較して安定性に劣っていることが判明した。

【００７１】（実施例３）図７に示した構成を有する小
型燃料電池を、以下に示す要領で作製した。

【００７２】まず、カーボン粉末に液相法でＰｔ−Ｒｕ
系の触媒を担持された。このカーボン粉末を回収後、ア
ルゴンー水素気流中で焼成して触媒の安定化を行った。
次にこの触媒粉末に溶剤とバインダーを添加してペース
ト状にし、カーボンクロス上に塗布して乾燥させて燃料
極側の触媒層を形成した。また、別にＰｔ系触媒を担持
したカーボン粉末を燃料極側と同様のプロセスで作製
し、やはり溶媒とバインダーを添加してペースト状にし
てカーボンクロスに塗布し、乾燥させた。以上のように
して作製した燃料極と酸化剤極を４０ｍｍ×５０ｍｍに
それぞれ切断し、膜厚が２００μｍの電解質膜（パーフ
ルオロスルホン酸膜）を挟持した。これらを、１３５℃
で１５分間、１００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力でホットプレ
スして一体化した。この起電部２つを、燃料極側を共通
になるよう向かい合わせて配置し、この燃料極２つに接
するように燃料気化部６３として直径８ｍｍの穴を多数
設けた燃料浸透層６１（ポリオレフィン板、厚さ２ｍ
ｍ）を配置した。酸化剤極側には直径５ｍｍの穴が多数
設けられたテフロン（登録商標）シートを設置し、さら
にそのその側に保温材６２として気孔率６５％、熱伝導
率４×１０^−２Ｗ／ｍＫの厚さ１ｍｍのポリエステル板
を設置して全体をアルミニウム缶容器に封入した。電極
にはＮｉ箔を使用し、燃料極、酸化剤極それぞれのカー
ボンペーパーからシール部材の一部に設けた隙間から取
り出した。

【００７３】このようにして得た小型燃料電池の外側に
設けた燃料収容容器から燃料浸透層の毛管力を利用して
メタノールと水の１：１（重量比）混合液を供給した。
酸化剤ガスは酸化剤ガス側の収容容器に設けた複数の空
気取り入れ孔から自然拡散で供給した。この電池の０．
２Ａで電流を取り出した結果、電圧０．６５Ｖでおよそ
２４時間経過した後も安定した電圧を維持しており、小
型燃料電池として信頼性の高いものが作製できているこ
とが確認できた。

【００７４】

【発明の効果】上記実施例・比較例の結果からも明らか
なように、本発明によれば、液体燃料の漏洩の問題を効
果的に解消して、電池出力を長時間にわたり安定的かつ
効率的に取り出すことができる信頼性の向上が図られた
小型・薄型電池に特に好適な燃料電池を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る燃料電池の断面図

【図２】本発明の実施例に係る燃料電池の平面図。

【図３】本発明の実施例に係る燃料電池の平面図。

【図４】本発明の実施例に係る燃料電池の平面図。

【図５】本発明の実施例に係る燃料電池の平面図。

【図６】本発明の実施例に係る燃料電池の断面図

【図７】本発明の実施例に係る燃料電池の断面図。

【図８】本発明の実施例および比較例の電圧特性を示す
グラフ。

【図９】本発明の実施例に係る燃料電池の断面図。

【符号の説明】１燃料極２酸化剤極３電解質層４液体燃料保持部５燃料漏洩防止膜６融着部７燃料タンク２０端子（外部リード）２２燃料供給口２３発生ガス放出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者富松師浩神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者中野義彦神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者高下雅弘神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者安田一浩神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者角野裕康神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者米津麻紀神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者早瀬修二神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者宮本浩久神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 5H026 AA08 CX03 CX04 CX05 EE02 EE05 EE18 EE19 HH00 HH04 5H027 AA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料極と、前記燃料極に対向して配置された酸化剤極と、前記燃料極および酸化剤極に挟持された電解質層と、液体燃料を保持し、かつ、前記燃料極に前記液体燃料を
継続的に供給することができる液体燃料保持部とを有
し、少なくとも前記燃料極の側面に、液体燃料の漏洩を防止
するための燃料漏洩防止膜が設けられてなることを特徴
とする、燃料電池。
【請求項２】前記燃料漏洩防止膜が、前記燃料極の表面
側、および（または）液体燃料保持部の表面側および
（または）側面側、および（または）燃料極と電解質層
との間の界面部分の少なくとも一部を覆うように延在
し、これらの構成部材を被覆するように設けられてい
る、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】前記燃料漏洩防止膜が、被覆部分の界面に
前記液体燃料が浸出しない程度の融着状態に保持されて
なる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】前記燃料電池に用いる燃料漏洩防止膜が、
金属層を有機物層によって挟設した積層構造を有する、
請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】前記燃料漏洩防止膜が、電気的絶縁性、耐
薬品性、防湿性および熱の放出特性ならびに塑性変形性
を有する、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】前記燃料電池の燃料極側に燃料を供給する
ための燃料供給孔が１または２以上設けられ、燃料供給
後において前記燃料供給孔が密封可能に形成されてい
る、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】前記燃料電池の燃料極に設けられている燃
料漏洩防止膜上に発生ガス放出口が設けられてなる、請
求項１に記載の燃料電池。
【請求項８】前記燃料電池の酸化剤極側に酸化剤である
空気および（または）酸素を供給するための酸化剤供給
孔が１または２以上設けられている、請求項１に記載の
燃料電池。
【請求項９】前記燃料電池の酸化剤極側に、生成水放出
用液体・ガス分離膜が設けられてなる、請求項１に記載
の燃料電池。
【請求項１０】前記液体燃料を貯蔵するための燃料タン
クをさらに具備し、該燃料タンクが電池本体内部に内包
されてなる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１１】前記液体燃料を貯蔵するための燃料タン
クをさらに具備し、該燃料タンクが電池本体の外部に外
付けされてなる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１２】前記液体燃料を貯蔵するための燃料タン
クをさらに具備し、該燃料タンクが金属材料により被覆
されてなる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１３】前記燃料電池が、分割された複数の単位
電池によって構成され、各単位電池は燃料漏洩防止膜を
融着することにより液、ガスシールされ各電池は外部リ
ードにより電気的に接続されてなる、請求項１に記載の
燃料電池。
【請求項１４】燃料タンクが、一対の単位電池によって
挟設されてなる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１５】電池の外周に燃料タンクが設けられてな
る、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１６】燃料タンクが、発電を必要とする装置本
体に内蔵されてなる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１７】燃料タンクを折り曲げることにより燃料
流路が開放され、これにより電池に燃料が供給されるよ
うにしてなる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１８】電池収納カートリッジの蓋を閉鎖するこ
とにより電池本体に内蔵されている燃料タンクと電池と
が電気的に連結されて発電することが可能となる、請求
項１に記載の燃料電池。
【請求項１９】前記燃料電池の電圧端子が、燃料漏洩防
止膜によって被覆されてなる、請求項１に記載の燃料電
池。
【請求項２０】燃料電池の起電部の外周に保温材が設け
られてなる、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項２１】前記保温材の熱伝導率が、５×１０^−３
Ｗ／ｍＫ〜１０Ｗ／ｍＫの範囲である、請求項２０に記
載の燃料電池。
【請求項２２】前記保温材の気孔率が１０％〜９５％の
範囲である、請求項２０に記載の燃料電池。