CN1572036B - 液体燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液体燃料电池。本发明提供的液体燃料电池，具有多个包含还原氧的正极(8)、氧化液体燃料的负极(9)和设置于正极(8)和负极(9)之间的电解质层(10)的燃料电池单元电池，同时具有贮藏液体燃料(4)的液体燃料贮藏部(3)的液体燃料电池，通过将多个燃料电池单元电池设置在大致同一平面上，可作到小型且可稳定地发电。并且，燃料电池单元电池的各电解质层最好是构成相互连续的一体的电解质层。

Description

液体燃料电池
技术领域
本发明涉及液体燃料电池。
背景技术
近年来，随着个人计算机、移动电话等无绳机器的普及，作为其电源的充电电池希望能够更加小型和高容量。目前，作为能量密度高、小型轻质的充电电池的锂离子充电电池已被广泛使用，这无疑增大了作为轻便电源的需要。可是，根据所使用的无绳机器的种类，使用这种锂离子充电电池还未达到保证足够的连续使用时间的程度。
在这状况下，作为可适应上述需要的电池一例，考虑到空气电池、燃料电池等。空气电池是利用空气中的氧作为正极的活性物质的电池，由于电池内容积的大半可用于负极的填充，因而可认为是为增加能量密度较适用的电池。可是，该空气电池中，因作为电解液使用的碱性溶液与空气中的二氧化碳反应会劣化，存在着自放电较大的问题。
而燃料电池没有上述问题，其中，将液体燃料用于直接电池的反应的燃料电池例如直接甲醇型燃料电池可小型化，有望视作将来的轻便电源(例如，参照日本特开2000-268836号公报)。
该直接甲醇型燃料电池的电极中，正极和负极都包含有将贵金属粒子高度分散在碳粉上的触媒、质子交换树脂和聚四氟乙烯(PTFE)。通过将该PTFE作为粘接剂使用可形成具有一定强度的电极的同时，能够使电极具有疏水性(例如，参照Kordesch等三人著，“ECS Proceedings”(美国)，1982年，第82-2卷，第265号P427-428)。
在此，上述燃料电池是，向负极供给燃料以进行反应，而在正极进行氧反应。因此，只要进行燃料和氧的供给，就能连续地使用。可是，在以往的燃料电池中，由于是将多个燃料电池的单元电池叠层而成，电池整体的体积较大。并且，必须使氧和燃料流通以供给各正极、负极，须有进行如此工作的辅助装置。因此，燃料电池远远大于锂离子充电电池等的小型充电电池。
另一方面，无强制性使氧和燃料流通的辅助装置尽管可使燃料电池小型化，但存在着输出会降低的问题，并且，考虑到放电反应生成的二氧化碳等气体会滞留在燃料室，会发生随着燃料的消耗、燃料不与负极接触的问题。
为了防止上述的放电生成物所致的问题，考虑到在燃料室设有配置PTFE制的多孔膜的排气孔，将发生的气体排出到外部，但根据燃料的组成使用例如高浓度的乙醇水溶液的场合等，会发生燃料通过上述多孔膜向外部漏出的问题。
此外，设有多个燃料电池单元电池并相互电连接以构成燃料电池时，在每个单元电池中必须要有防止燃料泄漏的密封部，因密封不充分时燃料容易泄漏，因而为提高可靠性，其密封部的构造就变得复杂，容易发生某种程度以上的难于实现小型化的问题。
另外，电池整体的构造已解决的同时，各燃料电池单元电池的结构也有改进的余地。例如，在上述燃料电池的正极中，因使作为气体的氧反应，由于必须除去妨碍该反应的水分而要求疏水性。另一方面，在负极，因使作为液体燃料的甲醇等反应，相反有疏水性时，电极的浸润性会变劣，存在着液体燃料的氧化反应难于进行的问题。可是，在以往的直接甲醇型燃料电池中，正极和负极都包含作为粘接剂的PTFE，因正极和负极均具有疏水性，作为负极不一定有最佳的结构。
发明内容
本发明的目的就在于解决上述以往的液体燃料电池所存在的问题，提供一种小型且能够稳定发电的液体燃料电池。
本发明提供了一种液体燃料电池，它具有多个包含还原氧的正极、氧化液体燃料的负极和设置于上述正极和负极之间的电解质层的燃料电池单元电池的同时，还具有贮藏液体燃料的液体燃料贮藏部，其中，多个上述燃料电池单元电池配置在大致同一平面上。
本发明的液体燃料电池为，具有多个包含还原氧的正极、氧化液体燃料的负极和设置于正极和负极之间的电解质层的燃料电池单元电池的同时，还具有贮藏液体燃料的液体燃料贮藏部的液体燃料电池，其中，多个燃料电池单元电池配置在大致同一平面上。通过将各燃料电池单元电池如此配置，可使电池的厚度较薄，进而由于多个燃料电池单元电池可从同一个液体燃料贮藏部接受所供给的液体燃料，因而可使电池小型化。
另外，本发明的液体燃料电池最好是，多个燃料电池单元电池的各电解质层构成相互连续的一体的电解质层。通过将多个燃料电池单元电池邻接于连续的一个电解质层形成，则各燃料电池单元电池间的间隙由电解质层覆盖，能够省略乃至简化以往的每个单元电池中均必要的防止燃料泄漏的密封部，不仅防止了液体燃料向外部的泄漏，而且简化了电池的组装，能够实现电池进一步的小型化。
另外，本发明的液体燃料电池最好是，多个燃料电池单元电池的各电解质层通过绝缘体层相互独立且与该绝缘体层一同构成一体的连续层。由此，除了获得使用上述相互连续的成一体的电解质层时的效果外，还能够在邻接的燃料电池单元电池的电极间防止进行放电反应。即，使用相互连续的成一体的电解质层时，为电池的小型化而使邻接的单元电池间的间隔非常小时，不仅在同一单元电池的正负极间进行放电反应，而且在邻接的单元电池的正极与负极间也发生放电反应，发生电池的实际容量降低的现象(短路)的可能性虽增高，但通过利用绝缘体层使各单元电池的电解质层相互独立，能够防止上述现象。
另外，本发明的液体燃料电池最好是，液体燃料贮藏部具有包含气液分离膜的气液分离孔。由此，在放电反应中生成的二氧化碳等不会滞留在电池内，由于二氧化碳等能够从电池内顺畅地放出，因而无需燃料供给用的辅助装置，能够使电池小型化。
另外，本发明的液体燃料电池最好是，上述气液分离膜为实施了疏油处理的多孔氟树脂膜、或多孔氟树脂膜与其他透气性材料的叠层复合体并实施疏油处理后的材料。这些材质的气液分离膜由于能够防止甲醇或乙醇等亲油性的液体燃料透过气液分离孔，因而即使在亲油性的液体燃料浓度较高的场合，也能够防止液体燃料的泄漏。
此外，本发明的液体燃料电池最好是，负极的触媒层包含有不具离子传导性且未含氟的粘接剂。由此，因负极和液体燃料的浸润性提高，改善了负极特性，因而可提高燃料电池单元电池的放电特性。另外，通过使粘接剂不具离子传导性，由于液体燃料所致的粘接剂的膨润、溶解很难发生，因而能够提高电极的稳定性和提高燃料电池的可靠性。
附图说明
图1为本发明的实施例1的液体燃料电池的剖视图，
图2为本发明的实施例2的液体燃料电池的剖视图，
图3为本发明的实施例3的液体燃料电池的剖视图，
图4为本发明的实施例4的液体燃料电池的剖视图，
图5为本发明的实施例5的液体燃料电池的剖视图，
图6为本发明的实施例6的液体燃料电池的剖视图，
图7为本发明的实施例6中使用的电解质和绝缘体连续膜的俯视图，
图8为图7的A-A’部的剖视图，
图9为本发明的实施例5的液体燃料电池的剖视图。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施例。
实施例1
图1表示本发明的实施例1的液体燃料电池的剖视图。正极8通过叠层例如由多孔性的碳材料构成的扩散层8a和含有担载触媒的碳粉、质子传导性物质和氟树脂粘接剂的触媒层8b而成。正极8具有还原氧的功能，其触媒使用例如铂微粒或铁、镍、钴、锡、钌或金等与铂的合金微粒等。另外，作为质子传导性物质，可使用例如聚全氟磺酸树脂、磺化聚醚型磺酸树脂、磺化聚酰亚胺树脂等具有磺酸基的树脂，但并不限于此。这种质子传导性物质的含量相对100质量分的触媒担载碳粉最好为2～200质量分。这是因为若在该范围内，则可获得充分的质子传导性，而电阻不会增大，电池性能不会降低。
作为氟树脂粘接剂，可使用例如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)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚三氟氯乙烯(PCTFE)等。该粘接剂的量相对100质量分的触媒担载碳粉最好为0.01～100质量分。虽然粘接剂可不使用，但通过含有0.01质量分以上的粘接剂，可产生足够的粘接性，便于触媒层的成形和保持。另外，粘接剂若在100质量分以下，由于能够抑制电阻的上升，因可防止电池性能的降低。
此外，为了提高疏水性，有时也在扩散层8a的触媒层侧涂布含有PTFE树脂粒子的碳粉的浆料。
电解质层10由不具有电子传导性的、可输送质子的材料构成。例如由聚全氟磺酸树脂膜，具体的为杜邦社制的“高氟化树脂”(“ナフイオン”)(商品名)、旭硝子社制的“氟列密翁”(“フレミオン”)(商品名)、旭化成工业社制的“阿西普列库斯”(“アシプレツクス”)(商品名)等构成电解质层10。此外，也可由磺化聚醚型磺酸树脂膜、磺化聚酰亚胺树脂膜、硫酸掺杂聚苯并咪唑膜等构成。
负极9具有由液体燃料生成质子的功能，即氧化液体燃料的功能，它通过将例如，由多孔性的碳材料构成的扩散层9a和包含担载触媒的碳粉、质子传导性物质和氟树脂粘接剂的触媒层9b叠层而成。
担载触媒的碳粉、质子传导性物质和粘接剂可使用与上述正极相同的物质。碳粉与触媒的质量比最好是触媒相对于100质量分的碳粉为5～400质量分。这是因为，若在该范围内，则可获得充分的触媒活性，并且，触媒的粒径不会过大，触媒的活性也不会降低。
质子传导性物质的含量最好是，相对100质量分的触媒担载碳粉为2～200质量分。这是因为，若在该范围内，则可获得充分的质子传导性，并且，电阻不会增大，电池性能也不会降低。
通过使用不具离子传导性且不含有氟的粘接剂(非氟系粘接剂)替代上述氟树脂粘接剂或者与氟树脂粘接剂一起使用，可提高负极与液体燃料的浸润性，电极特性会良好。
作为不具离子传导性的非氟系粘接剂可使用各种物质，但最好是热塑性物质。因为这使电极的制作变得容易。作为该热塑性的粘接剂最好包含从由以下的物质组成的组中选择至少一种：聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚酯、离聚物、丁基橡胶、乙烯·醋酸乙烯酯共聚物、乙烯·丙烯酸乙酯共聚物和乙烯·丙烯酸共聚物。
但是，作为不具离子传导性的非氟系粘接剂也可使用热固性树脂。例如，环氧树脂、二甲苯树脂、邻苯二甲酸二烯丙基酯树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等。
在此，不具离子传导性的非氟系粘接剂的粒径最好为0.01～100μm。这是因为，若在该范围内，则可获得充分的粘接性能，并且粘接剂自身体积不大，能够均匀地分散于触媒中。
粘接剂的含量相对100质量分的触媒担载碳粉最好为0.01～100质量分。这是因为，若在该范围内，则可获得充分的粘接性能，并且，电阻不会增大，电池性能也不会降低。
下面，对使用上述材料的正极和负极的制造方法进行说明。首先，将担载上述触媒的碳粉、质子传导性物质、粘接剂和水与有机溶剂均匀分散成浆料。该浆料的固体成分量最好相对100质量分的浆料的总质量为1～70质量分。这是因为，若小于1质量分时，不能获得充分的粘性，作业性差，而超过70质量分时，粘性过高，作业性变差。这些材料的分散虽可使用例如球磨机、均化器、超声波分散机等进行，但并不限于此。另外，作为上述有机溶剂，可使用例如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等。
之后，将上述获得的浆料涂布到由多孔性的碳材料构成的扩散层上并加以干燥。接着，通过进行热压，使粘接剂熔融和粘接以形成电极。热压的温度根据粘接剂的种类不同，但最好设定为所使用的粘接剂的玻璃转移点以上，在超过玻璃转移点20℃的温度以下。压制的压力最好为3Mpa～50Mpa。这是因为，若小于3Mpa，电极不能充分成形，若超过50Mpa时，电极内的气孔会消失，电池性能会降低。
由上述正极8和负极9夹持电解质层10，通过热压压接，可制作成燃料电池单元电池。热压的温度最好设定为100～180℃。机制的压力最好为3～50Mpa。这是因为，若小于100℃或3Mpa时，电极不能充分成形，若超过180℃或50Mpa时，电极内的气孔消失，电池性能会降低。将要装配的多个单元电池配置于大致同一平面上，相互电连接以装配成液体燃料电池。
贮藏液体燃料4的燃料箱3设置成与负极9的与电解质层10相反一侧邻接。燃料箱3向多个燃料电池单元电池供给液体燃料4。即，多个燃料电池单元电池共用同一燃料箱。
作为液体燃料4，可使用例如甲醇水溶液、乙醇水溶液、二甲醚、氢化硼钠水溶液、氢化硼钾水溶液、氢化硼锂水溶液等。
燃料箱3由例如PTFE、硬质聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等塑料、或不锈钢等耐腐蚀性金属构成。但是，燃料箱3由金属构成时，必须加装绝缘体以使配置在大致同一平面上的各负极相互不会发生电短路。
燃料箱3的与负极9接触的部分设有燃料供给孔3a，液体燃料4从该部分向负极9供给。并且，作为浸渍并保持着液体燃料4并向负极9供给液体燃料4的液体燃料浸渍部的燃料吸附材料5设置于包含与负极9接触的场所的燃料箱3的内部。由此，即使液体燃料4消耗，也能维持液体燃料4与负极9的接触，因而能够使液体燃料4使用到最后。作为燃料吸附材料5可使用玻璃纤维，但只要是通过燃料的浸渍尺寸没有太大的变化并且化学稳定好的其他材料也可以使用。
在正极8的与电解质层10相反一侧设有盖板2，盖板2的与正极8接触的部分设有空气孔1。由此，大气中的氧可通过空气孔1与正极8接触。盖板2的端部设置具有贯通盖板2和燃料箱3的构造的气液分离孔6b。在该气液分离孔6b的与燃料箱3相反一侧设有可装拆的气液分离膜6a。该气液分离膜6a由带有细孔的PTFE制薄膜构成，通过放电反应生成的二氧化碳等能够不使液体燃料4泄漏地从燃料箱3中放出。并且，通过将气液分离膜6a做成可装拆，该气液分离孔6b也可作为补充液体燃料4时的填充口。气液分离孔6b、盖板2和空气孔1可由例如与燃料箱3相同的材料构成。
在此，气液分离膜6a可以由实施疏油处理的多孔质氟树脂膜或多孔质氟树脂膜与其他透气性材料的叠层复合体并实施疏油处理的材料构成，以代替上述带有细孔的PTFE制薄膜，能够防止亲油性的液体燃料透过气液分离孔，即使在使用高浓度的亲油性液体燃料时，也能够防止液体燃料4从燃料箱3漏到外部。
作为可用作上述多孔质氟树脂膜的氟树脂，可列举PTFE、PFA、FEP、E/TFE、PVDF、PCTFE、三氟氯乙烯-乙烯共聚物(E/CTFE)、全氟环状聚合物、聚氟乙烯(PVF)等。
作为制作实施上述疏油处理的多孔质氟树脂膜的方法，例如可以列举在多孔质氟树脂膜的表面形成由具有带2个以上的氟原子的氟代烷基的聚合物构成的被覆膜的方法。作为上述的氟代烷基最好具有4个以上的碳原子，最希望的是所有的氢原子被氟置换的全氟烷基。通过使用可溶解或分散具有这样的氟代烷基的聚合物的有机溶剂，例如全氟苯、全氟三丁基胺、全氟己烷等氟系溶剂，制作上述聚合物的涂布液，并将其作为疏油处理剂涂布到多孔质氟树脂膜上，或者将多孔质氟树脂膜浸渍到上述疏油处理剂中等的方法，在多孔质氟树脂膜的表面形成由具有上述氟代烷基的聚合物构成的被覆膜。作为这样的疏油处理剂的市售品，可使用例如“大金”(ダイキン)社制的疏水·疏油加工剂“优尼达因”(“ユニダイン”)(商品名)等。另外，形成上述被覆膜的处理后，通过在50～200℃左右的温度下对多孔质氟树脂膜进行热处理，可提高其疏油性能。
此外，除了可单独使用上述多孔质氟树脂膜外，还可使用多孔质氟树脂膜与其他透气性材料例如织物、无纺布、网、毡等的叠层复合体。在采用这样的叠层复合体的场合，也可不对多孔质氟树脂膜实施疏油处理，而是对与之叠层的透气性材料实施疏油处理。不用说，可在多孔质氟树脂膜的一侧实施疏油处理，也可对两者均实施疏油处理。
作为具有至少实施了上述的疏油处理的多孔质氟树脂膜的叠层复合体的市售商品，例如可使用日东电工社制的过滤器(フイルタ一)“NTF2131A-PS06”(商品名)、“NTF2133A-S06”(商品名)等。
另外，用于本实施例的液体燃料电池中的实施疏油处理的多孔质氟树脂膜，除了对液体燃料为甲醇、乙醇、二甲醚等外、只要是亲油性的溶液都具有防止液体泄漏的效果。
各燃料电池单元电池的电连接如下进行。从与正极8接触的场所开始跨到与邻接的燃料电池单元电池的负极9接触的场所设置集电体7，正极8与邻接的燃料电池单元电池的负极9电连接。集电体7具有将邻接的燃料电池单元电池以串联方式电连接的作用，通过集电体7将并排设置在大致同一平面上的所有的燃料电池单元电池串联式电连接。由此，可使电池小型化且提高电池的输出。集电体7可使用例如铂、金等贵金属或者不锈钢等耐腐蚀性金属或碳等。
另外，上述并排于大致同一平面上的燃料电池单元电池不只是单层，也可以做成多层重合的叠层型。
实施例2
图2表示本发明的实施例2的液体燃料电池的剖视图。本实施例除了将燃料箱3的上部与下部做成大致对称外，其他构造与实施例1相同。
实施例3
图3表示本发明的实施例3的液体燃料电池的剖视图。在本实施例中，通过内部含有燃料吸附材料5的燃料供给通路14，将燃料箱3与外部的燃料箱13连接。在燃料箱13中填充与燃料箱3同样的液体燃料4，通过燃料供给通路14，具有连续地供给液体燃料4的功能。燃料箱13可由例如与燃料箱3同样的材料构成。燃料供给通路14可由例如与燃料箱3同样的材料或天然橡胶等柔软性的橡胶等构成。在燃料箱13中设有燃料填充口12，具有添加和填充液体燃料的功能。另外，11为气液分离孔。本实施例的其他结构与实施例1大致相同。
实施例4
图4表示出本发明的实施例4的液体燃料电池的剖视图。本实施例除了将燃料箱3的上部与下部做成大致对称外，其他构造与实施例3相同。
实施例5
图5表示本发明的实施例5的液体燃料电池的剖视图。本实施例是将实施例1中的燃料电池单元电池的各电解质层构成相互连接成一体的电解质层10，除了电解质层10的构造外，其它构造与实施例1大致相同。在此，各燃料电池单元电池的间隔为了防止邻接的单元电池的电极间的电流泄漏(液体短路)，最好是正极8与负极9的距离(电解质层10的厚度)的10～500倍，更好是10～100倍。
在本实施例中，各燃料电池单元电池间的间隙由于由电解质层10覆盖，因而不必对每个单元电池设防止液体燃料4泄漏的密封部，与实施例1～4相比，能以简单的构造防止燃料泄漏。
实施例6
图6表示本发明的实施例6的液体燃料电池的剖视图。另外，图7为本实施例中使用的电解质和绝缘体连续层的俯视图，图8为图7的A-A’部的剖视图。本实施例中，燃料电池单元电池的各电解质层10a通过绝缘体层10b相互独立，并且与该绝缘体层10b一同构成做成一体的电解质·绝缘体连续层10’。即，在实施例5的电解质层中，除了存在于单元电池间的电解质层的部分置换为绝缘体层，做成一体的电解质·绝缘体连续层10’外，其它构造与实施例5相同。
作为上述绝缘体层10b的材质，可列举聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、丙烯酸树脂、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚碳酸酯、尼龙、硅、环氧、聚二甲基硅氧烷、纤维素、聚对苯二甲酸乙酯、聚氨基甲酸乙酯、聚乙二醇酸、聚对苯二甲酸丁酯、聚砜、聚醚砜、对聚苯硫、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酰亚胺等。
在本实施例中，由于各燃料电池单元电池的电解质层10a被绝缘体层10b分离，即使在各燃料电池单元电池的间隔较窄的情况下，也不会发生液体短路，与上述实施例5相比，电池可进一步小型化。
下面，根据实例具体地说明本发明的液体燃料电池。但是，本发明并不限于以下的实例。
实例1
按照下述，制作与图1构造相同的液体燃料电池。
正极按如下方式制作。首先，准备50质量分的“来翁阿库佐”(ライオンアクゾ)社制的“克琴布拉库EC”(“ケツチエンブラツクEC”)(商品名)、10质量分的担载50质量分的平均粒径3nm的铂微粒的担载铂的碳、75质量分的电子化学(Electrochem)社制的质子传导性物质“高氟化树脂”(“ナフイオン(Nafion)”)(商品名、固体成分浓度为5质量％)、10质量分的作为氟树脂粘接剂的“大金”(ダイキン)社制的PTFE乳胶溶液“D1”(商品名、乳胶浓度为60质量％)，和5质量分的水。将这些物质用均化器混合和分散，在作为扩散层的碳布上涂布8mg/cm2的铂量并加以干燥。接着，在120℃、10Mpa的条件下，进行2分钟的热压，成形为电极以获得正极。
负极按如下方式制作。首先，准备50质量分的上述“克琴布拉库EC”(“ケツチエンブラツクEC”)、10质量分的担载50质量分的平均粒径3nm的铂钌合金微粒(合金质量比为1∶1)的担载铂的碳、75质量分的上述“高氟化树脂”(“ナフイオン”)、5质量分的作为非氟系粘接剂的平均分子量为15000、平均粒径为1μm的聚乙烯粉末和10质量分的水。将这些物质用均化器均匀混合和分散，在作为扩散层的碳布上涂布8mg/cm2的铂量并加以干燥。接着，在120℃、10Mpa的条件下，进行2分钟的热压，成形为电极以获得负极。
电解质层使用杜邦社制的“高氟化树脂117”(“ナフイオン117”)(商品名)，用正极和负极夹持该电解质层，在120℃、10Mpa的条件下进行3分钟的热压，以制作燃料电池单元电池。另外，电极面积包括正极和负极均为10cm2。
盖板和燃料箱通过在不锈钢(SUS316)上涂布作为绝缘性涂膜的日本“涂料”(ペイント)社制的酚醛树脂系涂料“麦卡斯A”(“マイカスA”)(商品名)而成。正极集电体由厚度为10μm的金制的薄膜构成，使用环氧树脂与正极粘接。作为液体燃料使用5质量％的甲醇水溶液。负极集电体由与正极集电体同样的材质构成。气液分离孔由具有细孔的PTFE制的膜构成。
实例2
除了作为负极的触媒层的非氟系粘接剂，使用5质量分的平均粒径为1μm的乙烯·丙烯酸乙脂共聚物粉末来代替上述5质量分的聚乙烯粉末，并且压制时的加热温度为160℃以外，其它与实例1同样地制作液体燃料电池。
实例3
除了使用10质量分的作为氟树脂粘接剂的上述PTFE乳胶溶液“D1”和5质量分的水以替代作为负极的触媒层的粘接剂的5质量分的上述聚乙烯粉末和10质量分的水，并且压制时的加热温度为160℃以外，其它与实例1同样地制作液体燃料电池。
对按上述制作的实例1～3的液体燃料电池，测定在室温(20℃)下施加500mA时的动作电压。其结果示于表1。
表1
由表1可知，实例1和实例2的动作电压比实例3高。这可以认为是，由于在实例1和实例2中，使用非氟系粘接剂为负极的触媒层，因而负极相对甲醇水溶液的浸润性增大，促进了甲醇的氧化反应，提高了负极的性能。
实例4
首先，如图7、图8所示，准备厚度为50μm的由聚醚砜构成的绝缘体薄膜，在叠层正极和负极的部分开有可配置电解质层的贯通孔后，将电子化学社制的上述“高氟化树脂”(“ナフイオン”)溶液流入该贯通孔，之后使其干燥和固化，形成电解质和绝缘体连续膜。
接着，如图6所示，正极8由多孔度为78％、厚度为280μm的碳纸构成的扩散层8a，和将粒径为2～5nm的铂粒子担载于粒径为30μm的碳粒子上所形成的厚度为50μm的触媒层8b构成。
在此，正极8按如下方式制作。首先，将担载了市售的上述铂的碳与离子交换水混合和搅拌后，调整粘度以做成触媒用的墨水。将该墨水涂布到上述碳纸上，干燥后，通过热压与上述绝缘体薄膜上形成的电解质层的部分接合。
负极9除了使用粒径为5～10nm的铂钌合金粒子(合金质量比为1∶1)替代担载上述铂的碳外，其它采用与上述正极8同样的方法制作。
除了使用这样制作的燃料电池单元电池和作为液体燃料使用3质量％的甲醇水溶液外，其它与实例1同样制作图6所示的液体燃料电池。
实例5
除了使用图9所示的构造外，其它与实例4同样地制作液体燃料电池。
实例6
如图1所示，除了在多个燃料电池单元电池的各电解质层之间不配置绝缘体层，分别使燃料电池单元电池分离形成外，其它与实例4同样地制作液体燃料电池。
接着，使用实例4～6的液体燃料电池，测定各燃料电池单元电池的输出。输出的测定是，用100mA的恒定的电流进行放电，通过测定从放电开始20分钟后的各单元电池的电压，求出输出，并且求出各单元电池的输出的平均值。其结果示表2。
表2
Figure G038013398D00131
由表2可知，实例4和实例5的液体燃料电池的输出大于实例6的液体燃料电池的输出，因而适于小型化的构造。
另外，实例5比实例4输出更高，这可以认为是由于实例5利用外部的燃料箱内的液体燃料的液压，使液体燃料朝负极附近的移动能顺畅地进行。
如上所述，本发明可提供一种小型且可稳定发电的液体燃料电池。

Claims (17)

1.一种液体燃料电池，具有多个包含还原氧的正极、氧化液体燃料的负极和设置于上述正极和上述负极之间的电解质层的燃料电池单元电池，同时具有贮藏液体燃料的液体燃料贮藏部，其特征在于，多个上述燃料电池单元电池设置在同一平面上；上述液体燃料贮藏部具有包含气液分离膜的气液分离孔，上述气液分离膜为实施疏油处理的多孔质氟树脂膜、或由多孔质氟树脂膜与其他透气性材料的叠层复合体并实施疏油处理后的材料构成。
2.一种液体燃料电池，具有多个包含还原氧的正极、氧化液体燃料的负极和设置于上述正极和上述负极之间的电解质层的燃料电池单元电池，同时具有贮藏液体燃料的液体燃料贮藏部，其特征在于，多个上述燃料电池单元电池设置在同一平面上，且串联式电连接，多个上述液体燃料电池单元电池的各电解质层通过绝缘体层相互独立且与上述绝缘体层一同构成一体的连续层，还具有浸渍并保持着液体燃料且向负极供给液体燃料的液体燃料浸渍部。
3.一种液体燃料电池，具有多个包含还原氧的正极、氧化液体燃料的负极和设置于上述正极和上述负极之间的电解质层的燃料电池单元电池，同时具有贮藏液体燃料的液体燃料贮藏部，其特征在于，多个上述燃料电池单元电池设置在同一平面上；上述负极具有含有不具离子传导性且不含氟的粘接剂的触媒层。
4.按照权利要求3所述的液体燃料电池，其特征在于，上述粘接剂为热塑性粘接剂。
5.按照权利要求3所述的液体燃料电池，其特征在于，上述粘接剂含有从由以下物质组成的组中选择的至少一种：聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚酯、离聚物、丁基橡胶、乙烯·醋酸乙烯酯共聚物、乙烯·丙烯酸乙酯共聚物和乙烯·丙烯酸共聚物。
6.按照权利要求3所述的液体燃料电池，其特征在于，上述粘接剂的粒径为0.01-100μm。
7.按照权利要求1-3中任一项所述的液体燃料电池，其特征在于，多个上述燃料电池单元电池从同一上述的液体燃料贮藏部接受所供给的液体燃料。
8.按照权利要求1或3中任一项所述的液体燃料电池，其特征在于，多个上述燃料电池单元电池的各电解质层构成相互连续的成一体的电解质层。
9.按照权利要求1或3中任一项所述的液体燃料电池，其特征在于，多个上述燃料电池单元电池的各电解质层通过绝缘体层相互独立且与上述绝缘体层一同构成成为一体的连续层。
10.按照权利要求1或3中任一项所述的液体燃料电池，其特征在于，多个上述燃料电池单元电池串联式电连接。
11.按照权利要求1或3中任一项所述的液体燃料电池，其特征在于，上述液体燃料贮藏部通过连接部与另外的液体燃料贮藏部连接。
12.按照权利要求11所述的液体燃料电池，其特征在于，上述连接部的内部还具有液体燃料浸渍部。
13.按照权利要求1或3中任一项所述的液体燃料电池，其特征在于，多个上述燃料电池单元电池通过上述液体燃料贮藏部对置设置。
14.按照权利要求13所述的液体燃料电池，其特征在于，通过上述液体燃料贮藏部对置设置的多个上述燃料电池单元电池从同一的上述液体燃料贮藏部接受所供给的液体燃料。
15.按照权利要求13所述的液体燃料电池，其特征在于，通过上述液体燃料贮藏部对置设置的多个上述燃料电池单元电池串联式电连接。
16.按照权利要求13所述的液体燃料电池，其特征在于，上述液体燃料贮藏部通过连接部还与另外的液体燃料贮藏部连接。
17.按照权利要求16所述的液体燃料电池，其特征在于，上述连接部的内部还具有液体燃料浸渍部。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100477352C (zh) * 2003-11-06 2009-04-08 日本电气株式会社 燃料电池及其制造方法
US20120040257A1 (en) * 2004-03-10 2012-02-16 Hideaki Sasaki Fuel Container For Fuel Cell, Fuel Cell Using The Same, And Operation Method Of Fuel Cell
DE102004013173B4 (de) * 2004-03-17 2006-04-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Oleophobe anorganische Membranen und Verfahren zu deren Herstellung
TWI244232B (en) * 2004-04-16 2005-11-21 Antig Tech Co Ltd Fuel cell containing a gas-liquid separation structure
CN100361341C (zh) * 2004-12-10 2008-01-09 台达电子工业股份有限公司 堆叠型燃料电池组
EP1858097A4 (en) * 2005-02-28 2009-03-18 Toagosei Co Ltd MEMBRANE ELECTRODE JOINT PRODUCT, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND DIRECT METHANOL TYPE FUEL CELL
KR100709257B1 (ko) * 2005-08-30 2007-04-19 삼성에스디아이 주식회사 연료 공급장치 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템
JP2007087655A (ja) * 2005-09-20 2007-04-05 Toshiba Corp 燃料電池
WO2008026245A1 (fr) * 2006-08-29 2008-03-06 Fujitsu Limited Pile à combustible
CN100442581C (zh) * 2006-09-12 2008-12-10 崔骥 液体阴极燃料电池
JP2008235243A (ja) * 2006-12-28 2008-10-02 Toshiba Corp 燃料電池
KR100853015B1 (ko) * 2007-04-10 2008-08-19 삼성전기주식회사 연료전지 및 그 제조방법
KR100964294B1 (ko) * 2008-09-26 2010-06-16 한국과학기술연구원 평면 밴드 구조의 고체 산화물 연료전지
KR20100069494A (ko) * 2008-12-16 2010-06-24 삼성전자주식회사 연료전지용 프로톤 전도체, 이를 포함하는 연료전지용 전극및 이를 이용한 연료전지
US20110200914A1 (en) * 2010-02-16 2011-08-18 Chao-Yang Wang High power direct oxidation fuel cell
JP2013033691A (ja) 2011-08-03 2013-02-14 Sharp Corp 燃料電池

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0654837A1 (en) * 1993-11-23 1995-05-24 Johnson Matthey Public Limited Company Manufacture of electrodes

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58129769A (ja) 1982-01-29 1983-08-02 Hitachi Ltd 酸性電解液型メタノ−ル空気燃料電池用電極の構造
JPS6062064A (ja) * 1983-09-14 1985-04-10 Hitachi Ltd 液体燃料電池
JPS6376264A (ja) 1986-09-18 1988-04-06 Hitachi Maxell Ltd 常温型酸性メタノ−ル燃料電池
JP2580344B2 (ja) * 1989-10-25 1997-02-12 日本精工株式会社 磁性流体組成物とその製造方法及び磁性流体シ―ル装置
US5154866A (en) * 1991-04-04 1992-10-13 Daikin Industries, Ltd. Molding process for preparing porous polytetrafluoroethylene articles
JP3153817B2 (ja) 1991-06-04 2001-04-09 三菱重工業株式会社 固体高分子電解質膜燃料電池
US5783324A (en) * 1994-10-06 1998-07-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Fuel cell including a single sheet of a polymer electrolyte membrane (PEM), the PEM being divided into regions of varying electrical and ionic conductivity
DE4443945C1 (de) 1994-12-09 1996-05-23 Fraunhofer Ges Forschung PEM-Brennstoffzelle
JP3429585B2 (ja) * 1994-12-19 2003-07-22 三菱電機株式会社 固体高分子型燃料電池
US5783325A (en) 1996-08-27 1998-07-21 The Research Foundation Of State Of New York Gas diffusion electrodes based on poly(vinylidene fluoride) carbon blends
US5759712A (en) * 1997-01-06 1998-06-02 Hockaday; Robert G. Surface replica fuel cell for micro fuel cell electrical power pack
DE19721952A1 (de) 1997-05-26 1998-12-03 Volker Rosenmayer Gasdiffusionselektrode mit thermoplastischem Binder
US6030718A (en) * 1997-11-20 2000-02-29 Avista Corporation Proton exchange membrane fuel cell power system
US6753108B1 (en) 1998-02-24 2004-06-22 Superior Micropowders, Llc Energy devices and methods for the fabrication of energy devices
WO2000024072A1 (en) 1998-10-16 2000-04-27 Ballard Power Systems Inc. Ionomer impregnation of electrode substrates for improved fuel cell performance
JP4296625B2 (ja) 1999-03-15 2009-07-15 ソニー株式会社 発電デバイス
KR100446609B1 (ko) * 2000-03-17 2004-09-04 삼성전자주식회사 수소이온교환막 고체 고분자 연료전지 및 직접 메탄올연료전지용 단전극 셀팩
US6630266B2 (en) * 2000-03-30 2003-10-07 Manhattan Scientifics, Inc. Diffusion fuel ampoules for fuel cells
US6852436B2 (en) * 2000-05-18 2005-02-08 Corning Incorporated High performance solid electrolyte fuel cells
JP2002343378A (ja) * 2001-05-18 2002-11-29 Hitachi Ltd 燃料電池，燃料電池発電装置及びそれを用いた機器
DE10136753A1 (de) 2001-07-27 2003-02-20 Siemens Ag Portable Direkt-Methanol-Brennstoffzelle
JP4094265B2 (ja) * 2001-09-25 2008-06-04 株式会社日立製作所 燃料電池発電装置とそれを用いた装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0654837A1 (en) * 1993-11-23 1995-05-24 Johnson Matthey Public Limited Company Manufacture of electrodes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特表平10－510390A 1998.10.06

Also Published As

Publication number Publication date
US7998637B2 (en) 2011-08-16
CN1572036A (zh) 2005-01-26
AU2003211193A1 (en) 2003-09-04
DE10392147T5 (de) 2004-09-02
KR100623257B1 (ko) 2006-09-13
US20050100773A1 (en) 2005-05-12
KR20040074111A (ko) 2004-08-21
WO2003069709A1 (en) 2003-08-21

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