JP3413111B2 - 燃料電池 - Google Patents

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、特に小
型化に適した燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、単独の発電装置としては効
率がいいことから最近注目されている。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とに大別される。これ
らの燃料電池は、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。

【０００３】一方、社会的な動向として、ＯＡ機器、オ
ーディオ機器、無線機器等の各種機器は、半導体技術の
発達と共に小型化され、さらにポータブル性が要求され
ている。このような要求を満足するための発電源として
は、手軽な一次電池や二次電池等が使用されている。し
かし、一次電池や二次電池は、機能上使用時間に制限が
あり、このような電池を用いたＯＡ機器等では当然使用
時間が限定される。これらの電池を使用した場合、電池
の放電が終った後に、電池を交換してＯＡ機器等を動か
すことはできるものの、一次電池ではその重量に対して
使用時間が短く、ポータブルな機器には不向きである。
また、二次電池では放電が終ると充電できる半面、充電
のために電源が必要で使用場所が制限されるのみなら
ず、充電に時間がかかるという欠点がある。特に、二次
電池を組み込んだＯＡ機器等では、電池の放電か終って
も電池を交換することが困難なため、機器の使用時間の
制限は免れない。このように、各種小型機器を長時間作
動させるには、従来の一次電池や二次電池の延長では対
応か難しく、より長時間の作動に向いた電池が要求され
ている。

【０００４】このような問題の一つの解決策として、上
述したような燃料電池がある。燃料電池は、燃料と酸化
剤を供給するだけで発電することができるという利点を
有するだけでなく、燃料を交換すれば連続して発電でき
るという利点を有しているため、小型化が出来れば消費
電力が小さいＯＡ機器等の小型機器の作動に極めて有利
なシステムといえる。

【０００５】燃料電池は、酸化剤として空気が使用でき
るため、酸化剤の観点からは使用場所や使用時間等に制
限を受けることはないが、燃料としてガスを使用する場
合は、ＯＡ機器等の消費電力が小さいとはいえ、ガスの
密度を考えると発電に要するガス量は大きく、電池の小
型化には不向きである。これに対して、液体燃料はガス
に比べると密度が高く、小型機器用燃料電池の燃料とし
ては圧倒的に有利である。従って、液体燃料を用いた燃
料電池が小型化できれば、従来にない長時間作動が可能
な小型装置用の電源が実現できる。このような小型装置
用電源を実現する上での障害は、前述したように、従来
の液体燃料を用いたシステムでは、液体燃料を電池本体
に送り込むためにポンプやブロワ等が必要であるため、
システムとしては複雑で、このままの構造では小型化す
ることが困難なことにある。

【０００６】液体燃料としてメタノールを用いたメタノ
ール燃料電池を例として説明する。メタノール燃料電池
は電池本体への燃料供給方法によって、液体燃料をその
まま電池本体に供給する液体供給型と、液体燃料を気化
させてから電池本体に供給する気化供給型とに大別され
る。液体供給型のシステムでは、液体燃料をメタノール
タンクと電池本体の間でポンプで圧送して循環させる。
このため、電池本体の他に必ずポンプが必要となる。気
化供給型の場合は、液体燃料をメタノールタンクからポ
ンプで燃料気化器に送り、気化された燃料をブロワで電
池本体に供給、更に燃料極側出口から出てくる残存燃料
ガスを凝縮器に導入して液化した後メタノールタンクに
戻すという更に非常に複雑なシステムになり、小型化に
向かない。また、燃料電池は通常複数の単電池を積層し
たスタックの形で実用されるが、ポンプやブロワで燃料
を圧送すると積層方向で燃料の配流に不均一が生じ、ス
タックを構成する単電池の性能がばらつく問題がある。

【０００７】上述したような点に対処し、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、燃料タンクから液体燃料
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。

【０００８】しかしながら、このような構成の燃料電池
でも以下に示されるような問題がある。

【０００９】液体燃料電池の１つであるメタノール燃料
電池には、先述のように液体燃料の供給方法の違いで液
体供給型と気化供給型の２つのタイプがある。このうち
気化供給型は、電極反応が気体燃料との間で行われるた
め高活性で高い性能が得られる反面、先述のようにシス
テムが極めて複雑になり小型化が困難である。一方の液
体供給型の場合、気化供給型に比べシステムは比較的簡
単であるが、電極反応が液体燃料との間で行われるため
低活性で性能が低い問題がある。毛管力を利用した前記
液体燃料電池も燃料極には液体状態で燃料が供給される
液体供給型であるので、ポンプ等を必要とせず小型化に
適してはいるものの電極反応は低活性で性能が低い。更
に、パーフルオロスルホン酸（商品名：Ｎａｆｉｏｎ
Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製）などのプロトン導電性固体高分子
膜等を電解質として用いた場合、メタノール等の液体有
機燃料が電解質膜を酸化剤極側に透過してしまうクロス
オーバーの問題もある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、液体
燃料電池において、従来の燃料気化供給型の燃料電池は
性能は高いものの、システムが複雑で、そのままの構成
では小型化が困難であるという問題を有している。一
方、毛管力を利用した従来の液体燃料電池は、構成上は
小型化に適するものの、燃料極に燃料が液体状態で供給
されるため電極反応が低活性で性能が低く、更にメタノ
ールクロスオーバーが生ずる等の問題があった。

【００１１】本発明は上記の従来の燃料電池における上
記課題を解決し、小型機器の電源として有用な小型燃料
電池を提供するために行われたもので、液体燃料の供給
システムを簡易化すると共に、簡素な構造で気化された
燃料を燃料極に供給することによって、高性能を維持し
た上で小型化することを可能にした燃料電池を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の目的を達
成するために行われたもので、本発明による第１の燃料
電池は、電解質板を挟んで燃料極及び酸化剤極が設けら
れ、起電を行う起電部を有する単電池を具備し、燃料と
して液体燃料を用いる燃料電池において、前記燃料極
の、前記電解質板の設けられた側と反対の側に積層さ
れ、気化された燃料を供給する燃料気化層と、前記燃料
気化層に積層され、供給された液体燃料を前記燃料気化
層に供給する燃料浸透層とを備えて成ることを特徴とし
ている。また、本発明による第２の燃料電池は、電解質
板を挟んで燃料極及び酸化剤極が設けられ、起電を行う
起電部を有する単電池を具備し、燃料として液体燃料を
用いる燃料電池において、前記燃料極の、前記電解質板
の設けられた側と反対の側に積層され、液体燃料が気化
した気体が拡散する空間を有ししかも電子伝導性があ
り、気化された燃料を供給する燃料気化層と、前記燃料
気化層に積層され、供給された液体燃料を前記燃料気化
層に供給する燃料浸透層とを備えて成ることを特徴とし
ている。

【００１３】本発明の燃料電池においては、液体燃料を
毛管力でセル内に導入するため、燃料供給のためのポン
プ等の駆動部を必要としない。また、電池内に導入され
た液体燃料は燃料気化層にて電池反応の反応熱を利用し
て気化されるため、燃料気化器等の補器を必要としな
い。また、燃料気化層内の気体燃料はほぼ飽和状態に保
たれるので、電池反応による燃料気化層中の気体燃料の
消費分だけ燃料浸透層から液体燃料が気化し、さらに気
化分だけ液体燃料が毛管力によってセル内に導入され
る。このように、燃料供給量は燃料消費量に連動してい
るため、未反応で電池の外に排出される燃料は殆ど無
く、従来の液体燃料電池のように、燃料出口側の処理系
を必要としない。これらにより、ポンプやブロワ、燃料
気化器、凝縮器等の補器を特に用いることなく液体燃料
を円滑に供給することができ、よって小型化を図ること
が可能となる。

【００１４】また、複数の単電池を積層したスタックに
おいて、本発明の燃料電池では個々の単電池の内部で燃
料を気化させるため、従来の気化供給型燃料電池に見ら
れるようなガス配流の不均一によるスタック積層方向の
電池性能のバラツキが少ない。さらに、燃料は気体の形
で燃料極に供給されるため、前記燃料気化供給型燃料電
池と同様、電極反応の活性が高く高性能であり、かつ、
パーフルオロスルホン酸（商品名：Ｎａｆｉｏｎ Ｄｕ
Ｐｏｎｔ社製）などのプロトン導電性固体高分子膜等
を電解質として用い、かつ燃料としてメタノール等の液
体有機燃料を用いた場合に問題となるメタノールクロス
オーバーも抑制できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施例の燃料電池の要
部構成を示す断面図である。同図において、１は燃料極
（アノード）２と酸化剤極（カソード）３とにより挟持
された電解質板であり、これら電解質板１、燃料極２お
よび酸化剤極３によって起電部４が構成されている。こ
こで、燃料極２および酸化剤極３は、燃料や酸化剤ガス
を流通させると共に電子を通すように、導電性の多孔質
体で形成されている。

【００１７】本発明の燃料電池に於いては、液体燃料を
毛管力で電池内に導入するための燃料浸透層６と、燃料
極２と燃料浸透層６との間に配置され、電池内に導入さ
れた液体燃料を気化させて燃料を気体の形で燃料極に供
給するための燃料気化層７が積層される。燃料浸透層
６、燃料気化層７、起電部４をセパレ一タ５を介して複
数積層することにより、電池本体となるスタック９が構
成されている。セパレータ５の酸化剤極３と接する面に
は、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス供給溝８を連続
溝として設けている。

【００１８】燃料タンクから燃料浸透層６に液体燃料を
供給する手段としては、例えばスタック９の少なくとも
１つの側面に、この面に沿って液体燃料導入路１０を形
成する。上記液体燃料導入路１０内に導入された液体燃
料は、スタック９の側面から毛管力で燃料浸透層６に供
給され、さらに燃料気化層７で気化されて燃料極２に供
給される。したがって、毛管力で液体燃料を燃料浸透層
６に供給するために、液体燃料導入路１０内に導入され
た液体燃料が、上記燃料浸透層端面に直接接触するよう
な構成とされている。

【００１９】なお、上記セパレータ５、燃料浸透層６、
燃料気化層７は、発生した電子を伝導する集電板の機能
も果たすため、導電性材料により形成される。さらに必
要に応じて、燃料極２や酸化剤極３と電解質板１との間
に、層状、島状、あるいは粒状等の触媒層を形成するこ
ともあるが、本発明はこのような触媒層の有無に制約を
受けるものではない。また、燃料極２や酸化剤極３自体
を触媒電極としてもよい。前記触媒電極は、触媒層単独
でもよいが、導電性のペーパーやクロス等の支持体の上
に触媒層を形成したような多層構造を持つものでもよ
い。

【００２０】上述したように、この実施例におけるセパ
レータ５は、酸化剤ガスを流すチャンネルとしての機能
を併せ持つものである。このように、セパレータとチャ
ンネルの両方の機能を有する部品５（以下、チャンネル
兼用セパレータと記す）を用いることにより、より部品
点数を削減することができ、小型化をより一層図ること
が可能となる。なお、上記セパレータ５に代えて通常の
チャンネルを用いることも可能である。

【００２１】上述した液体燃料導入路１０の形状は、基
本的には図示を省略した燃料貯蔵タンクから液体燃料が
導入され、この導入された液体燃料が燃料浸透層６に毛
管力で供給されるものであればよい。燃料貯蔵タンクか
ら液体燃料導入路１０に液体燃料を供給する方法の一つ
に、燃料貯蔵タンクの液体燃料を自然落下させて、液体
燃料導入路１０に導入する方法がある。この方法は、ス
タック９の上面より高い位置に燃料貯蔵タンクを設けな
ければならないという構造上の制約を除けば、液体燃料
導入路１０に確実に液体燃料を導入することができる。
他の方法としては、液体燃料導入路１０の毛管力で、燃
料貯蔵タンクから液体燃料を引き込む方法が挙げられ
る。この方法によれば、燃料貯蔵タンクと液体燃料導入
路１０との接続点、つまり液体燃料導入路１０に設けら
れた燃料入口の位置を、スタック９の上面より高くする
必要がなくなり、例えば上記自然落下法と組み合せる
と、燃料タンクの設置場所を自在に設定することができ
るという利点がある。

【００２２】ただし、毛管力で液体燃料導入路１０に導
入された液体燃料を、引き続き円滑に毛管力で燃料浸透
層６に供給するためには、液体燃料導入路１０の毛管力
より燃料浸透層６への毛管力のほうが大きくなるように
設定することが重要である。なお、液体燃料導入路１０
の数は、スタック９の側面に沿って１つに限定されるも
のではなく、他方のスタック側面にも液体燃料導入路１
０を形成することも可能である。

【００２３】また、上述したような燃料貯蔵タンクは、
電池本体から着脱可能とすることかできる。これによ
り、燃料貯蔵タンクを交換することで、電池の作動を継
続して長時間行うことが可能となる。また、燃料貯蔵タ
ンクから液体燃料導入路１０への液体燃料の供給は、上
述したような自然落下や、タンク内の内圧等で液体燃料
を押し出すような構成としてもよいし、また液体燃料導
入路１０の毛管力で燃料を引き出すような構成とするこ
ともできる。

【００２４】上述したような方法によって、液体燃料導
入路１０内に導入された液体燃料は、毛管力により燃料
浸透層６に供給される。燃料浸透層６の形態は、液体燃
料を毛管力で浸透しうるものであれば特に限定されるも
のではなく、粒子やフィラーからなる多孔質体や、抄紙
法等で製造した不織布、繊維を織った織布等を用いるこ
とができる。

【００２５】以下に、燃料浸透層６として多孔質体を用
いた場合について説明する。液体燃料を燃料浸透層６側
に引き込むための毛管力としては、まず燃料浸透層６と
なる多孔質体自体の毛管力が挙げられる。このような毛
管力を利用する場合、多孔質体である燃料浸透層６の孔
を連結させた、いわゆる連続孔とし、その孔径を制御す
ると共に、液体燃料導入路１０側の燃料浸透層６側面か
ら少なくとも他の一面まで連続した連通孔とすることに
より、液体燃料を横方向でも円滑に毛管力で供給するこ
とが可能となる。

【００２６】燃料浸透層６となる多孔質体の孔径等は、
液体燃料導入路１０内の液体燃料を引き込み得るもので
あればよく、特に限定されるものではないが、液体燃料
導入路１０の毛管力を考慮した上で、０．０１〜１５０
μｍ程度とすることが好ましい。また、多孔質体におけ
る孔の連続性の指標となる孔の体積は、２０〜９０％程
度とすることが好ましい。孔径を０．０１μｍより小さ
くすると、燃料浸透層６の製造が困難となり、また１５
０μｍを超えると毛管力が低下してしまう。また、孔の
体積が２０％未満となると連続孔の量が減り、閉鎖され
た孔が増えるため、毛管力を十分に得ることができなく
なる。逆に、孔の体積が９０％を超えると、連続孔の量
は増加するものの、強度的に弱くなると共に製造が困難
となる。実用的には、孔径は０．５〜１００μｍの範
囲、また孔の体積は３０〜７５％の範囲とすることが望
ましい。

【００２７】液体燃料を燃料浸透層６側に引き込むため
の毛管力としては、上述した燃料浸透層６となる多孔質
体自体の毛管力に限らず、例えば図２に示すように、チ
ャンネル兼用セパレータ５の燃料浸透層６と接する面
に、液体燃料供給溝１１を設け、この液体燃料供給溝１
１の毛管力を利用して液体燃料を燃料浸透層６側に引き
込むよう構成することも可能である。この場合、液体燃
料導入路１０は、少なくとも液体燃料供給溝１１の開放
端部と液体燃料が直接接するように設けるものとする。
また、液体燃料供給溝１１の毛管力と燃料浸透層６とな
る多孔質体自体の毛管力とを併用することも可能であ
る。

【００２８】上記液体燃料供給溝１１の形状は、毛管力
が発揮できれば特に制約を受けるものではないが、少な
くとも溝１１による毛管力を燃料浸透層６の毛管力より
小さくする必要がある。もし溝１１の毛管力が燃料浸透
層６のそれより大きいと、液体燃料導入路１０中の液体
燃料は、液体燃料供給溝１１内には供給されるものの、
燃料浸透層６には供給することができなくなる。

【００２９】また、上記液体燃料供給溝１１は、液体燃
料導入路１０からその毛管力で液体燃料を引き込むもの
であるため、前述したように、燃料貯蔵タンクから液体
燃料導入路１０にその毛管力で液体燃料を導入する場合
には、液体燃料導入路１０の毛管力より液体燃料供給溝
１１の毛管力のほうが大きくなるように設定する。この
ように、液体燃料供給溝１１の形状は、燃料浸透層６と
なる多孔質体や液体燃料導入路１０の形状を考慮した上
で設定するものとする。

【００３０】このように、チャンネル兼用セパレータ５
に例えば水平方向に延びる液体燃料供給溝１１を設ける
ことによって、燃料極２の端部全面から液体燃料が燃料
浸透層６に供給されると共に、溝１１を通して燃料浸透
層６の横方向にも同時に燃料を供給できるため、液体燃
料導入路１０内の液体燃料を、より一層円滑に燃料浸透
層６に供給することが可能となる。

【００３１】なお、上記した実施例では、チャンネル兼
用セパレータ５に酸化剤ガス供給溝８と液体燃料供給溝
１１の両方を形成したものについて説明したが、燃料浸
透層６および酸化剤極３に対して個々にチャンネルを設
置してもよい。このような場合には、両チャンネル間に
ガスを透過させない導電性板を設置したり、少なくとも
一方のチャンネルの面の孔を塞ぐ等によって、液体燃料
と酸化剤ガスとの分離を図るようにする。ただし、部品
点数の削減、ひいてはより一層の小形化を可能とするた
めには、チャンネルを兼用することが好ましい。

【００３２】上記した各実施例においては、チャンネル
兼用セパレータ５を介して起電部４、燃料浸透層６、燃
料気化層７を積層したスタック９を有する燃料電池につ
いて説明したが、本発明の燃料電池においてセパレータ
やチャンネルは必ずしも必要なものではない。例えば、
図３に示すように、起電部４、燃料浸透層６、燃料気化
層７を、直接複数積層してスタック１２を構成すること
も可能である。この際、酸化剤ガス供給溝８は、例えば
図３に示したように、酸化剤極３の燃料浸透層６と接す
る面に連続溝として形成する。

【００３３】また、上記したように燃料極２と酸化剤極
３とか直接接するような構成とする場合には、燃料浸透
層６から酸化剤極３に液体燃料が引き込まれることを防
止する必要がある。酸化剤極３に液体燃料が引き込まれ
ると、酸化剤ガスが流れにくくなり、電池反応を阻害す
ることになるためである。上記した酸化剤極３への液体
燃料の侵入を防止する方法としては、基本的には酸化剤
極３となる多孔質体の孔径を、液体燃料を毛管現象で引
き込まないような大きさに制御すればよい。ただし、適
用する機器によっては、上記孔径を毛管現象で液体燃料
を引き込むような大きさにしなければならない場合があ
る。そのような場合には、燃料浸透層６となる多孔質体
の酸化剤極３側の面の孔を塞げばよい。ただし、酸化剤
極３に酸化剤ガス供給溝８を設ける場合、酸化剤極３の
溝８を除く燃料浸透層６側の面の孔を塞いでもよいが、
液体燃料が酸化剤ガス供給溝８の側面を通して酸化剤極
３に侵入するおそれがあり、この場合は酸化剤極３の燃
料浸透層６との接触面および酸化剤ガス供給溝８の側面
の孔を塞ぐことが好ましい。

【００３４】このようにして電池内に導入された液体燃
料は、燃料気化層７で気化されて燃料極２に到達する。
このためには、燃料浸透層６の毛管力より燃料気化層７
の毛管力の方が小さくなるように設定することが重要で
ある。もし燃料気化層７の毛管力の方が燃料浸透層６の
それより大きいと、燃料浸透層６中の液体燃料は気化せ
ずに液体状態で燃料気化層７に浸透し、液体燃料が燃料
極２に供給されることになる。

【００３５】燃料気化層７に求められる条件は、燃料浸
透層６中の液体燃料が気化した気体が拡散する空間があ
り、かつ電子導電性があることであり、以上の条件が満
たされていればその形態は特に限定されない。例えば、
導電性多孔体や導電性のメッシュを燃料極２と燃料浸透
層６との間に積層したり、導電性のワイヤーや繊維、粒
子などを柱として燃料極２と燃料浸透層６との間に挟ん
で空間を形成したりすることが可能である。

【００３６】燃料気化層７を多孔質体で形成する場合、
先にも述べたようにその孔径等は、燃料浸透層６中の液
体燃料を引き込まず、気化した燃料が拡散し得るもので
あればよく、特に限定されるものではないが、燃料浸透
層６の毛管力を考慮した上で、５μｍ以上とすることが
好ましい。また、多孔質体の孔の体積は２０〜９０％程
度とすることが好ましい。

【００３７】図１の例では、燃料浸透層６と燃料気化層
７を独立した部材で構成しているが、液体燃料が毛管力
で各電池内に導入され、かつ電池の内部で気化されるも
のであればこの構成に限定されるものではない。例え
ば、平均孔径を厚さ方向に沿って変化させた多孔質傾斜
材を用いる方法もある。この場合、平均孔径が大きい方
の面が燃料極２に接するように配置する。即ち、孔径が
小さい側が燃料浸透層、孔径が大きい側が燃料気化層と
して機能する。他にも、多孔質板の厚み方向に対して一
方の側を液体燃料との濡れ性が良い材料で、他方の側を
濡れ性が悪い材料で成形し、濡れ性が良い方を燃料浸透
層、濡れ性が悪い方を燃料気化層として機能させる方法
もある。この場合、液体燃料との濡れ性が悪い面が燃料
極２に接するように配置する。

【００３８】次に、本発明の燃料電池の具体例およびそ
の評価結果について述べる。本発明の目的は簡素化かつ
小型化された燃料電池であるので、先にも述べたように
システムが極めて複雑で小型化が困難な従来型の燃料気
化供給型燃料電池は比較対象外とし、小型化の可能性が
ある液体供給型の液体燃料電池と比較する。

【００３９】（実施例１）図４に示した構成を有する液
体燃料電池（単電池）を、以下に示す要領で作製した。
まず、カーボンクロス上にＰｔ−Ｒｕ系触媒層を塗布し
た３２ｍｍ×３２ｍｍの燃料極２と、カーボンクロス上
にＰｔブラック触媒層を塗布した３２ｍｍ×３２ｍｍの
酸化剤極３とで、触媒層が電解質膜と接するようにして
パーフルオロスルホン酸膜からなる電解質膜１を挟持し
た。これらを、１２０℃で５分間、１００ｋｇ／ｃｍ²
の圧力でホットプレスして接合した。この起電部４と、
燃料気化層７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６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の酸化剤ガス供給溝８をもつ酸化剤極
側ホルダー１３と燃料極側ホルダー１４の内部に組み込
んで反応面積１０ｃｍ² の単電池を作製した。

【００４０】このようにして得た液体燃料電池に、液体
燃料としてメタノールと水の１：１（モル比）混合液を
燃料浸透層６の側面から毛管力で導入し、酸化剤ガスと
して１ａｔｍの空気を１００ｍｌ／ｍｉｎでガスチャン
ネル８に流して８０℃で発電を行った。この電池の電流
−電圧特性を図５に示す。

【００４１】（比較例１）従来型の液体供給型燃料電池
（単電池）を、以下に示す要領で作製した。まず、実施
例１と同様にして起電部の接合体を作製した。この起電
部を、燃料極側を液体燃料流路板、酸化剤極側を実施例
１と同じガスチャンネルで挟んで反応面積１０ｃｍ² の
単電池を作製した。

【００４２】このようにして得た液体燃料電池に、液体
燃料としてメタノールと水の１：１（モル比）混合液を
１ａｔｍ、３ｍｌ／ｍｉｎでポンプで循環させ、酸化剤
ガスとして１気圧の空気を１００ｍｌ／ｍｉｎでガスチ
ャンネルに流して８０℃で発電を行った。この電池の電
流−電圧特性を図５に示す。

【００４３】図５から明らかなように、実施例１の液体
燃料電池に於いては５Ａぐらいまで安定して出力が取り
出せるが、比較例１の液体燃料電池に於いては電流の増
加と共に速やかに出力が低下し、２Ａも電流が取れな
い。比較例１の液体供給型燃料電池の性能が低い原因
は、液体燃料と燃料極との間の電極反応活性が低いこと
と、液体メタノールが電解質膜を酸化剤極側に透過して
しまうメタノール・クロスオーバーが生じたことによ
る。これに対し、実施例１の燃料電池は、燃料極には気
化した燃料が供給されるため、電極反応活性が高く、メ
タノール・クロスオーバーも生じにくい。このため、高
負荷でも安定してた高い性能が得られる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料電池
によれば、ポンプやブロア等を用いることなく、簡素な
構造で液体燃料を円滑に気化供給することができ、か
つ、安定して高い出力を得ることができる。これによ
り、高性能とシステムの簡素化か両立でき、よって従来
困難とされていた小型の燃料電池を提供することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による燃料電池の要部構成を
示す断面図。

【図２】本発明の燃料電池の他の実施例の要部構成を示
す斜視図。

【図３】本発明の一実施例によるセパレータを省いた燃
料電池の要部構成を示す断面図。

【図４】実施例１に係わる燃料電池の断面図。

【図５】本発明の実施例１及び比較例１に係わる燃料電
池の電流−電圧特性図。

【符号の説明】

１ 電解質板 ２ 燃料極 ３ 酸化剤極 ４ 起電部 ５ セパレータ ６ 燃料浸透層 ７ 燃料気化層 ８ 酸化剤ガス供給溝 ９ スタック １０ 液体燃料導入路 １１ 液体燃料供給溝 １２ セパレータを用いないスタック １３ 酸化剤極側ホルダー １４ 燃料極側ホルダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 一浩 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝 研究開発センター内 (56)参考文献 特開 昭59−66066（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−132678（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−34286（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質板を挟んで燃料極及び酸化剤極が
   設けられ、起電を行う起電部を有する単電池を具備し、
   燃料として液体燃料を用いる燃料電池において、前記燃料極の、前記電解質板の設けられた側と反対の側
   に積層され、気化された燃料を供給する燃料気化層と、 前記燃料気化層に積層され、供給された液体燃料を前記
   燃料気化層に供給する燃料浸透層とを備えて成る ことを
   特徴とする燃料電池。
2. 【請求項２】 電解質板を挟んで燃料極及び酸化剤極が
   設けられ、起電を行う起電部を有する単電池を具備し、
   燃料として液体燃料を用いる燃料電池において、前記燃料極の、前記電解質板の設けられた側と反対の側
   に積層され、液体燃料が気化した気体が拡散する空間を
   有ししかも電子伝導性があり、気化された燃料を供給す
   る燃料気化層と、 前記燃料気化層に積層され、供給された液体燃料を前記
   燃料気化層に供給する燃料浸透層とを備えて成る ことを
   特徴とする燃料電池。