CN101558521A - 固体高分子型燃料电池 - Google Patents

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Abstract

一种固体高分子型燃料电池，包括：固体高分子电解质膜(1)；阳极(2)，与固体高分子电解质膜(1)的多个面中的一个面接触；阴极(3)，与固体高分子电解质膜(1)的另一个面接触；以及气液分离膜(4)，包围包括固体高分子电解质膜(1)、阳极(2)和阴极(3)的MEA(12)，并且透过气体但不透过液体。气液分离膜(4)的端面被密封，并且MEA(12)与气液分离膜(4)的外部隔离。阳极(2)和阴极(3)分别包括从其端部延伸的电极端子，并且所述电极端子通过气液分离膜(4)的端部而暴露到其外部。利用这样的结构，燃料以蒸气形式通过与阳极(2)相对的气液分离膜(4)而供应到阳极(2)，并且来自阳极(2)的反应产物通过位于阳极(2)的侧面上的气液分离膜(4)而排出，并且至少氧气通过与阴极(3)相对的气液分离膜(4)而供应到阴极(3)。

Description

固体高分子型燃料电池
技术领域
本发明涉及一种使用气化的液体燃料的固体高分子型燃料电池，并且涉及一种制造该固体高分子型燃料电池的方法。
背景技术
因为采用酒精燃料的固体高分子型燃料电池容易在尺寸上制作得更小、在重量上制作得更轻，所以正在积极促进这样的电池的开发，以用作包括移动电话的各种电子设备的电源。由于采用甲醇燃料的固体高分子型燃料电池能够获得较高的能量密度，所以开发主要集中在这样的电池上。
固体高分子型燃料电池包括膜和电极组件(下文中称为MEA)，其中，在阳极与阴极之间插入固体高分子电解质膜。直接将液体燃料供应到阳极的燃料电池被称为直接型燃料电池，其中，所供应的液体燃料在由阳极所携载的催化剂上被分解，使得生成正离子、电子和中间产物。在该类型的燃料电池中，这样生成的正离子进一步通过固体高分子电解质膜而迁移到阴极，同时所生成的电子通过外部负载而迁移到阴极，以与阴极上空气中的氧气进行反应，由此进行发电。在例如按原样采用甲醇水溶液作为液体燃料的直接型甲醇燃料电池(下文中称为DMFC)中，在阳极上发生由式(1)所表示的反应，在阴极上发生由式(2)所表示的反应。从这些式(1)和(2)显而易见的是，在理论上，1摩尔甲醇和1摩尔水在阳极上发生反应，以由此在DMFC上给出1摩尔反应产物(二氧化碳)，并且因为还同时生成氢离子和电子，所以用作燃料的甲醇水溶液中的甲醇的理论浓度在体积上为约70％(体积％)。
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-...(1)
6H++6e-+3/2O2→3H2O...(2)
然而，公知的是，在燃料浓度变得更高并且因而与水相比相对较大量的酒精燃料被供应到阳极的情况中，发生所公知的“穿透效应(cross-over effect)”，其中，在而不涉及由式(1)所表示的反应的情况下酒精燃料透过固体高分子电解质膜，以与阴极上的催化剂进行反应，这导致产生容量和产生效率下降。
抑制穿透效应的技术的示例包括：在MEA阳极的上游侧提供由多孔材料等构成的使液体燃料气化的燃料气化层，以由此供应所生成的气化的液体燃料(参照专利文献1)。专利文献1声称其优点是“这样供应气化燃料能够将燃料气化层中的气体燃料维持在基本饱和状态，并且液体燃料被气化成与燃料气化层中的用于电池反应的气体燃料的消耗量相对应的量，然后，与气化量相对应的量的液体燃料经由毛细效应而被引入到单电池中。因而，由于燃料供应量与燃料消耗量相关联，所以几乎没有未反应就被排出单电池的燃料，从而不需要像传统液体燃料电池一样在燃料排出口侧提供处理系统。”
此外，本发明人发现了专利文献1所易于存在的缺点，即，在阳极上生成的CO2气体停留在阳极与气液分离膜之间，由此阻碍了稳定的发电，并且作为其解决方案，提出了一种燃料电池以及包括这样的燃料电池的系统，所述燃料电池在阳极的侧面上的密封材料上包括排出口，该排出口便于有效地排出所生成的CO2气体(参照专利文献2)。
出现了另一缺点，即，在燃料中的甲醇浓度增加的情况中，在阳极上，对甲醇的水供应变得不足，从而不能提高输出。因此，本发明人开发了一种燃料电池以及使用这样的燃料电池的系统，所述燃料电池将如式(2)所示在阴极上生成的水返回到阳极来利用。例如，本发明人因而提出了一种燃料电池以及具有MEA结构的燃料电池系统，所述MEA结构在阴极上包括疏水性多孔材料，以由此抑制了阴极上所生成的水的蒸发。这样的结构允许将阴极上所生成的一部分水返回到阳极，使得阳极上的水不足得以解决，并由此提高输出。
因而，使用气化的液体燃料并抑制在阴极上的生成水的蒸发的技术，使得尽管使用高浓度甲醇燃料也能够获得高发电特性。
[专利文献1]JP-A No.2000-106201
[专利文件2]JP-A No.2006-318708
发明内容
[本发明要解决的问题]
然而，对执行各自的功能的燃料电池的前述3个构成要素进行简单组合使MEA结构复杂化，这会导致诸如生产率下降且成本上升的不利情况。除此之外，单独提供那些构成要素并且因此将MEA的某一部分暴露到外部，这便于将内部生成的水和产物泄漏到外部，由此导致长期发电特性和维持特性出现大幅度下降。
本发明的第一目的是提供一种简易结构的气化供给型燃料电池，其能够提高生产率并且减小尺寸和重量。
本发明的第二目的是提供一种燃料电池，其抑制内部生成的产物向外泄漏，以由此大幅度改善了产生特性的长期稳定性和维持特性。
[解决问题的方法]
在本发明的第一观点中，提供一种固体高分子型燃料电池，包括：固体高分子电解质膜；阳极，设置成与固体高分子电解质膜的一个面接触；阴极，设置成与固体高分子电解质膜的另一个面接触；以及气液分离膜，在其中包围包括固体高分子电解质膜、阳极和阴极的组件，并且该气液分离膜透过气体但不透过液体。
在本发明的第二观点中，固体高分子型燃料电池包括下述单元，所述单元包括串联连接或并联连接的组件，并且被包围在气液分离膜内。
在根据本发明的固体高分子型燃料电池中，可优选地，气液分离膜的端面被密封，并且组件与气液分离膜的外部隔离。
在根据本发明的固体高分子型燃料电池中，可优选地，所述组件被包围在单片并且被折叠的气液分离膜中，并且所述气液分离膜的开口端被密封。
在根据本发明的固体高分子型燃料电池中，可优选地，阳极和阴极分别包括从其端部延伸的电极端子，以及电极端子通过气液分离膜的端部而暴露到气液分离膜的外部。
可优选地，根据本发明的固体高分子型燃料电池进一步包括：微多孔板，位于与阳极和阴极相对的气液分离膜上。
在根据本发明的固体高分子型燃料电池中，可优选地，以蒸气形式通过与阳极相对的气液分离膜将燃料供应到阳极。
在根据本发明的固体高分子型燃料电池中，可优选地，来自阳极的反应产物通过位于阳极的侧面的气液分离膜而排出。
可优选地，根据本发明的固体高分子型燃料电池进一步包括：隔片，在固体高分子电解质膜的各个面未覆盖有阳极和阴极的区域上具有与阳极和阴极中的每一个相对应的厚度。
在根据本发明的固体高分子型燃料电池中，可优选地，在阳极侧上提供的隔片具有下述开口，来自阳极的反应产物通过所述开口排出。
在根据本发明的固体高分子型燃料电池中，可优选地，至少氧气通过与阴极相对的气液分离膜而被供应到该阴极。
可优选地，根据本发明的固体高分子型燃料电池进一步包括：保湿层，其位于彼此相对的阴极与气液分离膜之间。
可优选地，根据本发明的固体高分子型燃料电池进一步包括：疏水性材料或亲水性多孔材料，其位于彼此相对的阳极与气液分离膜之间。
[发明的有利效果]
本发明允许制造简易结构的气化供应型燃料电池，其中，气液分离膜包围组件，从而提高生产率并且减少组件数目，因而使得燃料电池的尺寸和重量减小。此外，单个组件用以执行下述3种功能：将气化供给型燃料电池中所必需的要被供应到阳极的燃料气化、排出来自阳极的CO2气体以及抑制生成水的蒸发。
其中内含的单片气液分离膜密封组件的结构有助于使内部生成的液体产物泄漏到外部的可能性最小化，从而稳定燃料供应平衡。因此，尽管使用非常简易的结构，也能够长期确保高发电特性和维持特性。
此外，从安全性和可靠性方面看，抑制液体产物的泄漏的结构在其被应用于包括移动电话和膝上型计算机的电子设备中时提供显著的益处。
此外，生成水从阴极到阳极的逆向扩散得到进一步促进，这有助于获得长期稳定的发电特性和维持特性。
附图说明
通过下面的优选实施例和附图，上述及其他目的、特征和优点将变得更加明显。
图1(a)和图1(b)是顺序示出根据本发明实施例的固体高分子型燃料电池的单电池的平面图，图1(c)和图1(d)是分别与图1(a)和图1(b)相对应的横截面图；
图2是示出根据本发明的实施例的固体高分子型燃料电池的单电池构造的示意性分解立体图；
图3是示出根据本发明的实施例的固体高分子型燃料电池的单电池的组装状态的横截面图；
图4是示出其中根据本发明的实施例的固体高分子型燃料电池的单电池串联连接的串联单元结构的示意性平面图(气液分离膜未被折叠)；
图5是示出其中根据本发明的实施例的固体高分子型燃料电池的单电池串联连接的串联单元结构的示意性横截面图(组装状态)；
图6(a)和图6(b)是顺序示出根据本发明的第一实施例的固体高分子型燃料电池(单个单电池型)的结构的示意性平面图；
图7(a)和图7(b)是顺序示出根据本发明的第二实施例的固体高分子型燃料电池(串联单元型)的结构的示意性平面图；
图8(a)和图8(b)是顺序示出根据本发明的第三实施例的固体高分子型燃料电池(单个单电池型)的结构的示意性平面图；
图9(a)和图9(b)是顺序示出根据本发明的第四实施例的固体高分子型燃料电池(串联单元型)的结构的示意性平面图；以及
图10是示出基于用根据第一和第三示例以及比较示例制成的燃料电池的单电池所进行的恒定电流测试的长期发电实验结果的曲线图；
具体实施方式
下面，将参照附图来说明根据本发明的实施方式的固体高分子型燃料电池。图1(a)至图1(d)是顺序示出根据本发明的实施例的固体高分子型燃料电池的单电池的平面图和横截面图。
图2是示出根据本发明的实施例的固体高分子型燃料电池的单电池构造的示意性分解立体图。图3是示出根据本发明的实施例的固体高分子型燃料电池的单电池的组装状态的横截面图。应当理解的是，本发明并不限于这些图，并且不限于下述的实施方式。
这里，固体高分子型燃料电池表示包括MEA 12的单电池结构的基本构思，所述MEA 12包括在阳极2和阴极3之间插入的固体高分子电解质膜1，其中，如图1(a)和图1(c)所示，所述MEA 12被包围在气液分离膜4中，并且如图1(b)和图1(d)所示，气液分离膜4的端部(外周部分)被密封。
虽然固体高分子型燃料电池1的材料没有特别限定，但是可以使用诸如Nafion这样的可商用产品，其也被用于随后将要说明的实施例中。如图2和图3所示，通过将包含携载催化剂的碳颗粒的催化剂膏(催化剂层2b、3b)涂布到由诸如金属网或者碳布这样的多孔材料构成的多孔基体2a、3a上，形成阳极2和阴极3。因而，所形成的阳极2和阴极3被定向成使得具有催化剂层2b、3b的面面对固体高分子电解质膜1，并且阳极2、阴极3以及在它们之间夹持的固体高分子电解质膜1被热压接合，使得得到MEA 12。
用来构成阳极2和阴极3的多孔基体2a、3a分别提供有从其端部向外延伸的电极端子，以用以从阳极2或阴极3引入或提取电力。可优选的是，阳极2和阴极3的电极端子不重合。可优选地，阳极2和阴极3可以如图2和图3所示的被形成为由多孔基体2a、3a和催化剂层2b、3b构成的一体化构件，以进一步确保使结构简易化。这里，阳极2和阴极3的电极端子上没有提供催化剂层2b、3b。
还可优选的是，将固体高分子电解质膜1制作成比阳极2和阴极3稍大，以便防止阳极2与阴极3之间短路。
在固体高分子电解质膜1的两个表面的未覆盖有阳极2和阴极3的区域上，提供分别具有与阳极2和阴极3的厚度相同的厚度的隔片5、6。隔片5、6分别沿着阳极2和阴极3的外周设置，并且在存在阳极2和阴极3的电极端子的区域上，隔片5、6被迂回设置在阳极2和阴极3的电极端子的面对气液分离膜4的面上。这样的构造能够防止阳极2和阴极3之间的短路，并且能够充分地抑制燃料通过阳极2和阴极3渗透。如稍后所述，隔片5、6用作阳极2的气体排出口5a，并且在与气液分离膜4的接合工艺中是必需的。
虽然隔片5、6的材料没有特别限定而只要该材料具有特定绝缘性和密封性即可，但是可优选使用例如硅橡胶、诸如PPS的树脂或高分子多孔材料。
在阳极2侧提供的隔片5包括排出口5a，反应过程中在阳极2上所生成的CO2气体通过排出口5a排出。排出口5a可以通过切除隔片5的一部分或在其上形成微小贯通孔来形成。根据发电量(预测的CO2气体排放)来适当地确定排出口5a的开口。排出口5a可以形成在全部4个面上，然而，为了确保气液分离膜4的一体化以及密封工艺之后的密封效果，可优选只在未密封的1个面上形成排出口5a。
在其中隔片5、6由诸如阻燃材料的不易变形的材料构成的情况下，隔片可以包括开口或切除部分，阳极2和阴极3的电极端子通过所述开口或切除部分引出到气液分离膜4的外部。这样的开口或切除部分可以通过根据阳极2和阴极3的形状在隔片5、6上形成沟槽而制得。
本实施例中所使用的MEA的形状没有特别限定，并且包括多级串联电连接的多个前述的MEA 12的串联单元结构以及包括并联连接的多个MEA 12的并联单元结构可以同等地使用。
例如，图4和图5是示出其中根据本发明的实施方式的固体高分子型燃料电池的单电池串联连接的串联单元结构的示意性平面图，图4示出其中气液分离膜4未折叠的状态，图5示出组装之后的状态。在这些图中，MEA 14a的阳极2和相邻的MEA 14b的阴极3经由阳极-阴极连接器13电连接。MEA 14b的阳极2与相邻的MEA 14c的阴极3也经由阳极-阴极连接器13电连接。在该情况中，用于集电的电极端子必须提供在终端端子(MEA 14a的阴极3的电极端子和MEA 14c的阳极2的电极端子)处。电极端子通过气液分离膜4的端部暴露到气液分离膜的外部。此外，固体高分子电解质膜1被制作成比阳极2和阴极3稍大，并且隔片5、6位于固体高分子电解质膜1的各个表面的未覆盖有阳极2和阴极3的区域上。这里，必须定位相邻的阳极2和相邻的阴极3，以便避免短路。此外，阳极2侧的隔片5在与MEA 14a、14b和14c中的每个相对应的位置处形成有用于CO2气体的排出口5a。
这样构造的MEA 12(包括隔片5、6)被包围在单片且被折叠进去的气液分离膜4中，并且气液分离膜4的沿着MEA 12的3个开放边被密封(参照图1(a)和图1(d))。
在本实施例中，气液分离膜4的适合的材料包括化学性质稳定的诸如聚四氟乙烯(PTFE)的含氟树脂，然而，该材料没有特别限定而只要它一般是绝缘的并且保证能够确保充足的燃料供应量即可。
在本实施例中，如果需要，在用气液分离膜4包围发电单元(MEA12和隔片5、6的组件)之前，在与气液分离膜4相对的阴极3的面上，可以提供由亲水性材料等构成的保湿材料(保湿层)，以便抑制所生成的水的蒸发。结果，这样的布置便于用简易结构来控制保湿。保湿材料的示例包括纤维毡、亲水性纤维素纤维、玻璃纤维等。
类似地，在本实施例中，燃料被气化并且通过与阳极2接触的气液分离膜4而被供应到阳极2。这就是如何开始发电。因此，如果需要，在与气液分离膜4相对的阳极2的面上，可以提供疏水性或亲水性多孔材料，以由此抑制燃料的渗透性能(调整燃料供应量或燃料浓度)。疏水性多孔材料可以例如为PTFE多孔材料。亲水性材料可以例如为包含亲水基团(砜基团)的苯乙烯二乙烯基苯基膜和Nafion膜。这样的构造还使得能够单独控制与用于CO2气体的每个排出口5a相对应的气液分离膜4的气体渗透性。
图6(a)和图6(b)示出气液分离膜4将MEA 12包围在其中的前述结构的示例。在图6中，将气液分离膜4(图6(a))对折，以便如图6(b)所示的包围MEA 12(包括隔片5、6)，之后，将粘合剂等涂布到沿着气液分离膜4的沿着MEA 12的3个开放端的外周的粘合边缘4a上，并且进行热压接合，使得得到发电单元。在该情况中，可优选地，在气液分离膜4的折叠线上，在与用于CO2的排出口5a相对应的位置处，形成排出口。
这里，虽然发电单元可以如图3所示的直接附着到燃料箱10用于进行发电，但是进行发电时反应产物的出现会引起MEA 12中的内压增加，从而使气液分离膜4膨胀。因此，可以将微多孔板8、9提供成与气液分离膜4的与阳极2和阴极3相对的部分接触。这样的结构可以解决上述问题。
虽然可以适当地确定微多孔板8、9的孔隙率以便确保规定发电所必需的燃料供应，可优选该孔隙率为50％以下，从而用作抑制板。此外，阳极2上的板的孔隙率和阴极3的板上的孔隙率可以不同。可优选使用能够使阳极2与阴极3之间绝缘的材料或覆盖有绝缘性材料的材料本身来形成微多孔板8、9。
微多孔板8、9可以用粘合剂等接合到气液分离膜4、或者可以与包围在气液分离膜4中的MEA 12和燃料箱10热压接合在一起，来制造燃料电池的单电池。这就是如何能够得到包含单个MEA 12的燃料电池(参照图3)。
在图4和图5所示的示例中，使用如图7(a)所形成的气液分离膜4，使得将气液分离膜4(图7(a))对折，以便如图7(b)所示包围MEA 14(包括隔片5、6)，之后，将粘合剂等涂布到沿着气液分离膜4的沿着MEA 14的3个开放端的外周的粘合部分，并且进行热压接合，使得得到发电单元。然后，将微多孔板8、9提供成与气液分离膜4的与阳极2和阴极3相对的部分接触，并且将燃料箱10附着在微多孔板8侧上。这就是如何能够得到包括串联单元结构MEA 14的燃料电池(参照图5)。
[示例]
[示例1]
下面，将参照具体示例来说明根据本发明的示例1的固体高分子型燃料电池。通过下列步骤来制作图2和图3所示的单个单电池型固体高分子型燃料电池(参照图6(a)和图6(b))。
为了形成阴极3，首先，准备在碳颗粒中包含直径为3至5nm、55重量％的Pt微粒的催化剂-携载碳微粒(Lion公司的Ketjen BlackEC600JD)，并且将适量的5重量％的Nafion溶液(商品名：DE521，“Nafion”是E.I.du Pont de Nemours & Company(Inc.)的注册商标)添加到1g催化剂-携载碳微粒并且进行搅拌，从而得到用于阴极的催化剂膏(对应于阴极催化剂层3b)。以1至8mg/cm2的比率将该催化剂膏涂布到金属多孔基体3a上并且对其进行干燥，因而制成阴极3。对于多孔基体3a，使用根据SUS316L的不锈钢制成的金属网(0.5mm厚、孔隙率50％)。金属网是4×4cm2的正方形，在其端部附着10mm长、5mm宽的电极端子，并且将催化剂膏涂布到除了该电极端子以外的金属网上。
为了形成阳极2，除了替代Pt微粒而使用直径为3至5nm的铂(Pt)-钌(Ru)合金微粒以外，通过与用于制备用于阴极3的催化剂膏的步骤相同的步骤来制备催化剂膏。因此，除了使用前述的催化剂膏以外，通过与用于阴极3的步骤相同的步骤来制作阳极2。
然后，将由DuPont的Nafion 117构成的、大小为4.5cm×4.5cm且厚度为180μm的膜用作固体高分子电解质膜1。将阴极3放置在固体高分子电解质膜1的在厚度方向上的面中的一个面上，使得多孔基体3a被暴露，并且将阳极2放置在固体高分子电解质膜1的另一面上，使得多孔基体2a被暴露，并且对这样的组件进行热压。将阴极3和阳极2接合到固体高分子电解质膜1，从而得到MEA 12。
然后，将由硅橡胶构成的隔片5、6(外部尺寸为45mm、厚0.5mm、宽5mm的矩形框形状)附着到MEA 12中的固体高分子电解质膜1的未覆盖有阴极3和阳极2的各个面上的区域。此外，通过在3个位置处切除2mm宽度、5mm长度，在围绕阳极2的隔片5的多个面中的一个面上形成用于CO2气体的排出口5a。
然后，如图6(a)所示，将附着隔片5、6的MEA 12包围在大小为50cm×95cm的气液分离膜4(厚度为100μm、孔直径为1μm、孔隙率为60％的PTEE多孔膜)中。这样，在提供排出口5a的部分处，使气液分离膜4关于隔片5对折(图6(b))。
然后，将聚酰亚胺基粘合剂涂布到包围MEA 12(包括隔片5、6)的气液分离膜4的具有宽度为2.5mm的3个开放边，并且通过热压接合来密封这些部分。
将微多孔板8、9(SUS316L、外部尺寸为5cm×5cm、厚度为0.5mm、孔隙率为30％、孔直径为1mm)分别放置在这样制作的发电单元的阳极2和阴极3的表面上，并且将燃料箱10安装在阳极2侧上的微多孔板8上并用螺钉固定，从而得到最终的燃料电池。这里，通过在微多孔板8与燃料箱10之间提供的由硅橡胶制成的密封材料，并且通过微多孔板8和与该微多孔板8相对的气液分离膜4，来紧密包围液体燃料11，以便使其不泄漏到外部。螺钉应该被提供成使其不刺穿气液分离膜4。
根据示例1，与比较示例(其中，对于MEA的阳极2、阴极3和CO2气体排出口5a中的每一个独立提供气液分离膜4，并且用螺钉将组件与燃料箱10组合，并且将气液分离膜4覆盖在CO2气体排出口5a上，这样来形成燃料电池)相比，能够减少工作步骤，因为气液分离膜4对于每个部件都单独形成并且被附着到其上。
[示例2]
下面，将参照具体示例来说明根据本发明的示例2的固体高分子型燃料电池。通过下列程序来制作图4和图5所示的串联单元结构的固体高分子型燃料电池(参照图7(a)和图7(b))。
首先，对于根据实施例1的阳极2和阴极3中的每一个都准备3个。然后，来自DuPont的Nafion 117膜被准备成大小为15cm×5cm且厚度为180μm的膜，作为固体高分子电解质膜。关于固体高分子电解质膜1、阳极2和阴极3，将3个阳极2放置在固体高分子电解质膜1的在厚度方向上的多个面中的一个面上，使得各个多孔基体2a如图5所示被暴露，并且对这样的组件进行热压。这样，在固体高分子电解质膜1上使用定位框，以便防止相邻的阳极2电连接。然后，在阳极2和固体高分子电解质膜1的组件上，在固体高分子电解质膜1上与各个阳极2的电极端子相对应的位置处，从与阳极2相对的表面，形成直径为2mm的孔。然后，将3个阴极3放置在固体高分子电解质膜1的与阳极2相反的表面上，使得相邻的阴极3保持不被电连接，并且再次对这样的组件进行热压。
为了在这样制成的组件中电连接MEA，通过点焊接来连接第一MEA的阳极2的电极端子与相邻MEA的阴极3的电极端子。这时，对在固体高分子电解质膜1上形成为与每一个电极端子相对应的直径为2mm的孔进行焊接。在此阶段，得到包括3个MEA的串联单元结构型MEA 14。
然后，放置由聚丙烯多孔材料(孔隙率为50％)制成的隔片5、6，以便覆盖固体高分子电解质膜1的暴露部分。
在如图7所示在阳极2侧的隔片5与粘合边缘(图7(a))对准的方向上，将MEA 14(包括隔片5、6)放置在气液分离膜4上，并且由气液分离膜4包围MEA 14(图7(b))。这样，在提供排出口5a的部分处，使气液分离膜4关于隔片5对折。
然后，将微多孔板8(参照图5)放置在燃料箱10(参照图5)上，并且将聚酰亚胺基粘合剂涂布到微多孔板8、9(参照图5)上的与隔片5、6相对应的区域，并且其中堆叠燃料箱10(参照图5)、微多孔板8、9(参照图5)和发电单元的这样的组件通过热压接合而一体化，从而得到发电部的完成形式。
[示例3]
下面，将参照具体示例来说明根据本发明的示例2的固体高分子型燃料电池。通过下列程序来制作图3所示的单个单电池型固体高分子型燃料电池。
首先，通过与示例1相似的程序来制作MEA 12(包括隔片5、6)。这里，在示例2中，将聚丙烯多孔材料(外部尺寸为45mm、厚0.5mm、宽5mm的矩形框形状，并且孔隙率为50％)用作隔片5、6。
然后，将附着有隔片5、6的MEA 12包围在气液分离膜4中，并且如图8所示沿着3个边形成折叠部分以便用作粘合边缘4a(图8(a))，并且将粘合边缘4a朝向阳极2侧上的隔片5折叠，以及将聚酰亚胺基粘合剂涂布到粘合边缘4a，并通过热压接合对组件进行密封(图8(b))。
然后，将微多孔板8(参照图3)放置在燃料箱10(参照图3)上，并且将聚酰亚胺基粘合剂涂布到微多孔板8、9(参照图3)上的与隔片5、6相对应的区域上，并且其中堆叠燃料箱10(参照图3)、微多孔板8、9(参照图3)和发电单元的这样的组件通过热压接合而一体化，从而得到发电单电池的完成形式。
要注意的是，图4和图5所示的串联单元结构的固体高分子型燃料电池也可以被包围在气液分离膜4中，并且如图9所示沿着3个边形成折叠部分以便用作粘合边缘4a(图9(a))，然后，将粘合边缘4a朝向阳极2侧上的隔片5折叠，并且将聚酰亚胺基粘合剂涂布到粘合边缘4a，随后通过热压接合进行密封(图9(b))，这样来制作固体高分子型燃料电池。
[示例4]
下面，将对关于根据示例1、3和比较示例的燃料电池的单电池所进行的恒定电流测试做出说明。
图10是示出基于用根据第一和第三示例以及比较示例制成的燃料电池的单电池所进行的恒定电流测试的长期发电实验的结果的曲线图。作为燃料，通过隔膜泵使1升30体积％甲醇水溶液以10ml/min的流率循环。此外，在测试过程中每50小时暂时停止该泵，用于随时进行燃料更换。
结果，已经证实，虽然示例1、3呈现出稳定的发电性能，比较示例(其中，对于MEA的阳极2、阴极3和CO2气体排出口5a中的每一个独立提供气液分离膜4，并且用螺钉将组件与燃料箱10组合，以及将气液分离膜4覆盖在CO2气体排出口5a上，这样来形成燃料电池)表现出不稳定的发电性能，使得在100小时之后输出大幅度波动并且输出也显著下降。推测起来，这是因为用作隔片5、6(密封材料)的硅橡胶在发电过程中劣化，从而使螺钉松动并且引起燃料轻微泄漏，使得燃料通过螺钉孔直接流到MEA的阳极2和阴极3，这导致了不稳定的发电性能。
另一方面，使用螺钉来进行固定的示例1也会像在比较示例中一样发生螺钉松动，但是电压得以维持。推测起来，这是因为示例1的MEA 12被包围在气液分离膜4中，这防止了泄漏的少量燃料直接流到MEA。此外，与燃料箱10完全一体化的示例2已被证实不存在上述问题。
因而，已经证实，与由传统技术的组合而构成的比较示例相比，按照本发明的示例1和3制作的气化供给型燃料电池能够实现更加稳定的发电特性。此外，因为在本发明的燃料电池中燃料泄漏得到抑制，所以维持特性也能够得到大幅度提高。
[示例5]
下面，将说明对关于根据示例2的燃料电池的单电池进行的恒定电流测试。
在与对于示例4所设定的条件相同的条件下，用按照示例2制作的串联单元结构的燃料电池来进行恒定电流发电测试。结果，证实发电功率是按照示例3制作的单个MEA单电池的大约2.8倍，并且表现出稳定的发电特性。输出没有达到单个MEA单电池的3倍的原因可推测为由于连接部分处的电阻而导致的电压下降。因而，证实了根据本发明的串联单元结构的燃料电池尽管结构简易但是也能够实现高发电特性。

Claims (13)

1.一种固体高分子型燃料电池，包括：
固体高分子电解质膜；
阳极，设置成与所述固体高分子电解质膜的一个面接触；
阴极，设置成与所述固体高分子电解质膜的另一个面接触；以及
气液分离膜，在其中包围包括所述固体高分子电解质膜、所述阳极和所述阴极的组件，并且所述气液分离膜透过气体但不透过液体。
2.根据权利要求1所述的固体高分子型燃料电池，
其中，包括串联或并联连接的多个所述组件的单元被包围在所述气液分离膜内。
3.根据权利要求1或2所述的固体高分子型燃料电池，
其中，所述气液分离膜的端面被密封；以及
所述组件与所述气液分离膜的外部隔离。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的固体高分子型燃料电池，
其中，所述组件被包围在单片且被折叠的所述气液分离膜中；以及
所述气液分离膜的开口端被密封。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的固体高分子型燃料电池，
其中，所述阳极和所述阴极分别包括从其端部延伸的电极端子，以及
所述电极端子通过所述气液分离膜的端部而暴露到所述气液分离膜的外部。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的固体高分子型燃料电池，
进一步包括：微多孔板，位于与所述阳极和所述阴极相对的所述气液分离膜的每一面上。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的固体高分子型燃料电池，
其中，燃料以蒸气形式通过与所述阳极相对的所述气液分离膜而供应到所述阳极。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的固体高分子型燃料电池，
其中，来自所述阳极的反应产物通过位于所述阳极的侧面上的所述气液分离膜而排出。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的固体高分子型燃料电池，
进一步包括：隔片，具有与所述阳极和所述阴极中的每一个相对应的厚度，在所述固体高分子电解质膜的各个面中未覆盖有所述阳极和所述阴极的区域上。
10.根据权利要求9所述的固体高分子型燃料电池，
其中，在所述阳极侧上提供的所述隔片具有下述开口，来自所述阳极的所述反应产物通过所述开口排出。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的固体高分子型燃料电池，
其中，至少氧气通过与所述阴极相对的所述气液分离膜而供应到所述阴极。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的固体高分子型燃料电池，
进一步包括：保湿层，位于彼此相对的所述阴极与所述气液分离膜之间。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的固体高分子型燃料电池，
进一步包括：疏水性材料或亲水性多孔材料，位于彼此相对的所述阳极与所述气液分离膜之间。
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