JP2003257448A

JP2003257448A - 直接燃料供給型燃料電池

Info

Publication number: JP2003257448A
Application number: JP2002051091A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamada; 浩次山田
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2003-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電極上において、直接供給される燃料か
ら効率良くプロトンを生じさせ、電解質層中において、
生成したプロトンを効率良く移動させて、効率の良い発
電を実現することのできる、直接燃料供給型燃料電池を
提供すること。【解決手段】直接燃料供給型燃料電池１の単位セル２
において、燃料側電極４と固体高分子膜３との間に水分
保持層３１を設け、セパレータ６の第１凹部３２に水分
保持層３１を接触状に受け入れて、セパレータ６の通水
溝３４と水分保持層３１との間で水分保持層３１に水を
供給するための通水流路３５を形成する。そして、気化
させた燃料を燃料側流路８から燃料側電極４に供給すれ
ば、燃料側電極４上で効率良くプロトンが生成され、そ
のプロトンが、水分保持層３１の電解質中を移動した
後、水分保持層３１によって加湿されている固体高分子
膜３中を、効率良く酸素側電極５に移動して効率の良い
発電を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直接燃料供給型燃
料電池、詳しくは、メタノールなどの燃料を燃料側電極
に直接供給する直接燃料供給型燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、メタノールなどの燃料を燃料側電
極に直接供給する直接燃料供給型燃料電池の開発が進め
られつつある。

【０００３】このような直接燃料供給型燃料電池は、た
とえば、固体高分子膜の両側に、燃料側電極および酸素
側電極が対向配置される単位セルが、セパレータによっ
て画成されながら積層されるスタック構造とされてお
り、セパレータには、燃料側電極と接触する側に、メタ
ノール水溶液などの燃料水溶液を直接供給するための燃
料側流路溝が形成されるとともに、酸素側電極と接触す
る側に、酸素（空気）を供給するための酸素側流路溝が
形成されている。

【０００４】そして、燃料側流路溝から、燃料側電極
に、たとえば、メタノール水溶液を直接供給して、燃料
側電極において、触媒の作用により、下記式（１）の反
応を促し、ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ （１）また、酸素側流路溝から、酸素側電極に空気を供給し
て、上記式（１）により生成し、固体高分子膜を通過し
たプロトンＨ^＋および外部回路を通過した電子ｅ ⁻を、
酸素側電極において、下記式（２）に示すように酸素と
反応させて水を生成させ、その電気化学的反応によって
電気エネルギーを得るようにしている。

【０００５】３／２Ｏ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻→３Ｈ_２Ｏ（２）

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような直
接燃料供給型燃料電池では、上記したように、燃料を水
溶液に調製して、燃料水溶液として直接供給するように
しているが、燃料濃度を高くすると、燃料が電気化学反
応を起こさないまま固体高分子膜を通過してしまうクロ
スリークを生じて、効率のよい発電ができないという不
具合がある。

【０００６】そのため、通常、比較的低濃度（〜５重量
％水溶液程度）の燃料水溶液として供給しているが、こ
の場合には、燃料側電極上において、多量の水が燃料の
反応を阻害して、やはり、プロトンの生成を十分に促進
することができないという不具合を生じる。

【０００７】一方、燃料水溶液を気化して供給すれば、
燃料側電極上において効率良く拡散して、燃料の反応を
促進することができる。

【０００８】しかし、たとえば、メタノールなどの燃料
を気化して、これに水蒸気を含ませようとしても、再分
配などを生じて、両者の気化状態を安定して保持するこ
とができず、また、十分に気化するために高温に加熱す
ると、固体高分子膜の乾燥による機能低下や熱劣化など
を生じるという不具合を生じる。

【０００９】なお、燃料のみを気化させて供給しても、
メタノールの反応に同モルの水が必要であることや、反
応により生成したプロトンＨ^＋は、通常、固体高分子膜
中において水分子を伴なって移動するので、燃料ととも
に水を供給することは不回避である。

【００１０】そこで、本発明は、このような不具合に鑑
みなされたものであり、その目的とするところは、燃料
電極上において、直接供給される燃料から効率良くプロ
トンを生じさせ、電解質層中において、生成したプロト
ンを効率良く移動させて、効率の良い発電を実現するこ
とのできる、直接燃料供給型燃料電池を提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、直接燃料供給型燃料電池
であって、電解質層と、前記電解質層を挟んで対向配置
される燃料側電極および酸素側電極とを備える単位セル
と、前記燃料側電極に隣接配置され、気化された燃料を
前記燃料側電極に直接供給するための気化燃料通路を形
成するセパレータとを備え、前記単位セルには、前記燃
料側電極と前記電解質層との間に、電解質および水分吸
着物質を含む水分保持層が設けられるとともに、前記水
分保持層には、水が供給されるように構成されているこ
とを特徴としている。

【００１２】このような構成によると、単位セルにおい
て、燃料側電極と電解質層との間に設けられる水分保持
層によって、燃料側電極および電解質層の両方が加湿さ
れる。そして、気化燃料通路から気化された燃料のみが
燃料側電極に供給されると、燃料側電極上では、気化さ
れた燃料が効率良く拡散して、触媒の作用により、効率
良くプロトンが生成される。そして、生成されたプロト
ンは、その水分保持層の電解質中を、燃料側電極から、
水分吸着物質に吸着されている水を伴なって、電解質層
に向けて効率良く移動する。その後、電解質層に到達し
たプロトンは、水分保持層によって加湿されている電解
質層中を、効率良く酸素側電極に移動する。その結果、
効率の良いプロトンの生成および移動を実現することが
できるので、効率の良い発電を達成することができる。

【００１３】また、燃料側電極と電解質層との間に、水
分保持層を設けることで、燃料側電極および電解質層を
均一に加湿することができ、また、水分保持層中の水分
吸着物質が水を吸着しているので、常時、水を供給しな
くても、これら燃料側電極および電解質層を加湿するこ
とができ、さらには、水が過剰となっても、この水分吸
着物質によって吸着することができるので、たとえば、
過剰の水が燃料側電極を透過して気化燃料通路に達し、
気化燃料流通路を閉塞してしまうことを防止することが
できる。

【００１４】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、前記セパレータは、その一部が
前記水分保持層と接触するように設けられており、前記
気化燃料通路とは独立して、前記水分保持層に水を供給
するための給水通路を形成することを特徴としている。

【００１５】このような構成によると、給水通路から、
セパレータと水分保持層とが接触する部分を介して、直
接、水分保持層に水を供給することができる。このよう
にして水を供給すると、セパレータが、水分保持層に水
を供給するための部材を兼ねるので、別途、給水部材を
設ける必要がなく、簡易かつ確実に、水分保持層に水を
供給することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１ないし図６は、本発明の好適
な一実施形態としての直接燃料供給型燃料電池の構成の
概略を示す概略構成図である。

【００１７】図１ないし図６において、この直接燃料供
給型燃料電池１は、固体高分子型燃料電池の１つであっ
て、図１に示す単位セル２を複数積層したスタック構造
とされている。単位セル２は、図１に示すように、電解
質層として、プロトン伝導性の固体高分子膜３と、多孔
質電極として形成される燃料側電極４および酸素側電極
５とを備えている。

【００１８】プロトン伝導性の固体高分子膜３は、たと
えば、パーフルオロスルホン酸膜（Ｎａｆｉｏｎ、Ｄｕ
ｐｏｎｔ社）などのプロトン伝導性のイオン交換膜な
どが用いられ、図２にも示すように、略矩形平板状に形
成されている。このような固体高分子膜３は、その厚み
が、たとえば、１０〜５００μｍ程度であり、その温度
を、たとえば、８０℃近傍にコントロールしておくこと
によって、最も安全かつ効率良く発電することができ
る。また、後述する方法などによって加湿することによ
り、イオン透過性を保持することができる。

【００１９】また、燃料側電極４および酸素側電極５
は、固体高分子膜３を、その両側から挟むように対向配
置されており、たとえば、触媒が担持されるカーボンな
どからなる多孔質材料からなり、図２にも示すように、
固体高分子膜３よりも小さい略矩形平板状に形成されて
いる。触媒は、特に制限されないが、たとえば、白金族
元素（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ）、鉄族元
素（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）などの周期表第ＶＩＩＩ族元素
や、たとえば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの周期表第Ｉｂ族
元素など、さらにはこれらの組み合わせなどが用いられ
る。好ましくは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉが用いられる。ま
た、燃料の種類によってＣＯが副生する場合には、これ
らとともに、Ｒｕを用いれば、触媒の被毒を防止するこ
とができる。

【００２０】そして、この単位セル２には、図２にも示
すように、固体高分子膜３と燃料側電極４との間に、水
分保持層３１が設けられている。

【００２１】この水分保持層３１は、電解質および水分
吸着物質から形成され、固体高分子膜３よりも小さく、
燃料側電極４よりも大きい略矩形平板状に形成されてい
る。

【００２２】電解質としては、たとえば、固体高分子膜
３と同一の材料（パーフルオロスルホン酸）や、セラミ
ックス、ガラスなどが用いられ、水分吸着物質として
は、たとえば、ゼオライト、シリカゲルなどの水分吸着
性能を有する無機化合物などが用いられる。そして、水
分保持層３１は、これら電解質および水分吸着物質の均
一混合物が、公知の方法によって固体高分子膜３上に塗
布されることにより、形成されている。なお、水分保持
層３１の厚みは、サブミクロン〜数ミクロン程度であ
る。

【００２３】そして、図２に示すように、固体高分子膜
３の一方側の表面上には、このような水分保持層３１が
固体高分子膜３の周囲が露出するように直接積層され、
さらに、水分保持層３１上に、燃料側電極４が水分保持
層３１の周囲が露出するように直接積層されている。

【００２４】なお、固体高分子膜３の他方側の表面上に
は、図４に示すように、燃料側電極４と同一形状の酸素
側電極５が、固体高分子膜３の周囲が露出するように直
接積層されている。

【００２５】そして、この直接燃料供給型燃料電池１
は、図１に示すように、このような単位セル２が、セパ
レータ６によって画成されながら積層されるスタック構
造とされている。

【００２６】セパレータ６は、ガス不透過の導電性部材
として形成され、各単位セル２の間に介装されている。
このセパレータ６には、燃料側電極４および水分保持層
３１と接触する一方側面７において、水分保持層３１と
対向する部分に、水分保持層３１を受け入れる略矩形状
の第１凹部３２と、その第１凹部３２内において、燃料
側電極４と対向する部分に、燃料側電極４を受け入れる
略矩形状の第２凹部３３が形成されている。

【００２７】第２凹部３３内には、燃料側電極４に向か
って開口される燃料側流路溝９が形成されており、この
燃料側流路溝９と燃料側電極４との間に、気化された燃
料（たとえば、メタノールガス、ジメチルエーテルガ
ス、ヒドラジンガス、アンモニアガスなど）のみからな
る燃料ガスを流すための気化燃料通路としての燃料側流
路８が形成されている。

【００２８】また、第２凹部３３の周囲の第１凹部３２
内には、水分保持層３１に向かって開口される通水溝３
４が形成されており、この通水溝３４と水分保持層３１
との間に、加湿のための加温された水を流すための給水
通路としての通水流路３５が形成されている。

【００２９】また、このセパレータ６の酸素側電極５と
接触する他方側面１０においては、酸素側電極５と対向
する部分に、酸素側電極５を受け入れる略矩形状の第３
凹部３６が形成されている。第３凹部３６内には、酸素
側電極５に向かって開口される酸素側流路溝１２が形成
されており、この酸素側流路溝１２と酸素側電極５との
間に、酸化ガス（たとえば、空気などの酸素を含むガス
など）を流すための酸素側流路１１が形成されている。

【００３０】なお、燃料側流路８には、図示しない燃料
給排部から、燃料（たとえば、メタノール、ジメチルエ
ーテル、ヒドラジン類、アンモニアなど）が気化器によ
って気化された状態で燃料ガスとして供給されるととも
に、通水流路３５には、図示しない水給排部から、水が
加温器によって加温され、加湿された状態で供給されて
いる。また、酸素側流路１１には、図示しない酸素給排
部から、酸化ガスが供給されている。

【００３１】そして、燃料給排部から、燃料ガスとし
て、たとえば、メタノールガスが燃料側流路８に供給さ
れると、燃料側電極４においては、水分保持層３１から
の加湿と触媒の作用により、下記式（１）の反応が促さ
れ、ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ （１）プロトンＨ^＋と電子ｅ⁻とを生成し、生成されたプロト
ンＨ^＋が固体高分子膜３を移動して酸素側電極５に向か
うとともに、電子ｅ⁻が図示しない外部回路に流出す
る。また、酸素側電極５においては、酸化ガス中の酸素
が、固体高分子膜３を移動してきたプロトンＨ^＋および
外部回路から流入する電子ｅ⁻と、次式（２）のように
反応して、３／２Ｏ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻→３Ｈ_２Ｏ（２）水を生成し、その結果、起電力が発生する。

【００３２】なお、セパレータ６は、次の説明におい
て、中央セパレータ６ａ、端部セパレータ６ｂおよび冷
却セパレータ６ｃに区別されている。すなわち、次の説
明（図４および図５参照）において、中央セパレータ６
ａは、スタック構造の１つのユニットの積層途中に配置
され、その一方側側面７に、燃料側流路溝９および通水
溝３４が形成されるとともに、他方側側面１０に酸素側
流路溝１２が形成されており、セパレータ６によって燃
料ガスと酸化ガスとの流れを分離している。また、端部
セパレータ６ｂは、スタック構造の１つのユニットの端
部に配置され、一方側面７に燃料側流路溝９および通水
溝３４のみが形成されるか、または、他方側面１０に酸
素側流路溝１２のみが形成されている。また、冷却セパ
レータ６ｃは、スタック構造の１つのユニットの端部に
配置され、一方側面７に燃料側流路溝９および通水溝３
４が形成されるとともに他方側側面１０に後述する冷却
水流路溝１７が形成されるか、または、他方側面１０に
酸素側流路溝１２が形成されるとともに一方側面７に後
述する冷却水流路溝１７が形成されている。

【００３３】そして、この直接燃料供給型燃料電池１の
スタック構造は、１つのユニットが、たとえば、図４お
よび図５に示すように、端部に冷却セパレータ６ｃが配
置され、その次に端部セパレータ６ｂが配置され、その
次に、単位セル２を介して、中央セパレータ６ａが配置
されている。

【００３４】冷却セパレータ６ｃ、端部セパレータ６
ｂ、中央セパレータ６ａおよび単位セル２の固体高分子
膜３には、その一方側端部における上下の角部に、断面
円形の２つの冷却水孔１４が形成されている。これら冷
却水孔１４は、積層状態において、積層方向に貫通する
冷却水の流路を形成している。

【００３５】また、これら冷却セパレータ６ｃ、端部セ
パレータ６ｂ、中央セパレータ６ａおよび単位セル２の
固体高分子膜３には、その一方側端部における冷却水孔
１４の上下方向内側に、断面円形の２つの酸素孔１５が
形成されている。これら酸素孔１５は、積層状態におい
て、積層方向に貫通する酸化ガスの流路を形成してい
る。

【００３６】また、これら冷却セパレータ６ｃ、端部セ
パレータ６ｂ、中央セパレータ６ａおよび単位セル２の
固体高分子膜３には、その他方側端部における酸素孔１
５の対向位置に、断面円形の２つの燃料孔１６が形成さ
れている。これら燃料孔１６は、積層状態において、積
層方向に貫通する燃料ガスの流路を形成している。

【００３７】また、これら冷却セパレータ６ｃ、端部セ
パレータ６ｂ、中央セパレータ６ａおよび単位セル２の
固体高分子膜３には、その幅方向中央部における上下
に、断面楕円形の２つの通水孔３７が形成されている。
これら通水孔３７は、積層状態において、積層方向に貫
通する加湿のための加温された水の流路を形成してい
る。

【００３８】冷却セパレータ６ｃは、その一方側面７
に、図３および図４に示すように、第２凹部３３内にお
いて、互いに上下対向する各燃料孔１６の間を連絡す
る、幅方向に延びる直線溝９ａと略コ字状の折返溝９ｂ
とが交互に連続する葛折状の燃料側流路溝９が形成され
ている。この燃料側流路溝９は、積層状態において、上
記したように、隣り合う単位セル２の燃料側電極４との
間において燃料側流路８を形成する。

【００３９】また、冷却セパレータ６ｃの一方側面７に
は、第１凹部３２内において、燃料側流路８の四方を囲
むように、互いに上下対向する各通水孔３７の間を連絡
する、四角枠状の通水溝３４が形成されている。この通
水溝３４は、積層状態において、上記したように、隣り
合う単位セル２の水分保持層３１との間において通水流
路３５を形成する。

【００４０】なお、これら燃料側流路溝９と通水溝３４
とは、ガスケットなどによって隔離されている。

【００４１】冷却セパレータ２８の他方側面１０には、
図５に示すように、互いに上下対向する各冷却水孔１４
の間を連絡する、幅方向に延びる直線溝１７ａと略コ字
状の折返溝１７ｂとが交互に連続する葛折状の冷却水流
路溝１７が形成されている。この冷却水流路溝１７は、
積層状態において、端部セパレータ６ｃと接触され、端
部セパレータ６ｃの溝のないフラットな面との間で冷却
水路を形成している。

【００４２】端部セパレータ６ｂは、その一方側面７
が、図４に示すように、溝のないフラットな面として形
成されている。端部セパレータ６ｂの他方側面１０は、
図５に示すように、第３凹部３６内において、互いに上
下対向する各酸素孔１５の間を連絡する、幅方向に延び
る直線溝１２ａと略コ字状の折返溝１２ｂとが交互に連
続する葛折状の酸素側流路溝１２が形成されている。こ
の燃料側流路溝１２は、積層状態において、上記したよ
うに、隣り合う単位セル２の酸素側電極５との間におい
て酸素側流路１１を形成する。

【００４３】中央セパレータ６ａは、その一方側面７に
は、図４に示すように、上記と同様に、第２凹部３３内
において直線溝９ａおよび折返溝９ｂが交互に連続する
葛折状の燃料側流路溝９が形成されるとともに、第１凹
部３２内において四角枠状の通水溝３４が形成されてい
る。燃料側流路溝９は、積層状態において、隣り合う単
位セル２の燃料側電極４との間において燃料側流路８を
形成し、また、通水溝３４は、積層状態において、隣り
合う単位セル２の水分保持層３１との間において通水流
路３５を形成する。

【００４４】また、中央セパレータ６ａの他方側面１０
には、図５に示すように、上記と同様に、第３凹部３６
内において直線溝１２ａおよび折返溝１２ｂが交互に連
続する葛折状の酸素側流路溝１２が形成されている。こ
の燃料側流路溝１２は、積層状態において、隣り合う単
位セル２（図示せず）の酸素側電極５との間において酸
素側流路１１を形成する。

【００４５】なお、図４および図５では、冷却セパレー
タ６ｃ、端部セパレータ６ｂおよび中央セパレータ６ａ
が各１枚ずつしか示されていないが、実際には、さら
に、中央セパレータ２７が、単位セル２を介して、所定
の枚数連続して積層された後、再び、冷却セパレータ６
ｃが配置されるユニットとして構成され、スタック構造
は、このようなユニットが繰り返して積層されることに
より構成されている。

【００４６】なお、冷却セパレータ６ｃ、端部セパレー
タ６ｂおよび中央セパレータ６ａの積層枚数は、直接燃
料供給型燃料電池１に要求される負荷の大きさなどから
予想される単位セル２の発熱量、直接燃料供給型燃料電
池１に供給される冷却水の温度、直接燃料供給型燃料電
池１に供給される冷却水の流量などの条件により適宜決
定される。

【００４７】たとえば、中央セパレータ６ａが単位セル
２を介して５枚連続する毎に、冷却セパレータ６ｃおよ
び端部セパレータ６ｂが積層され、これが１つのユニッ
トとして、順次積層されることによりスタック構造が構
成される。

【００４８】そして、このようにして構成されるスタッ
ク構造の端部には、図６に示すように、さらに、集電板
１８、絶縁板１９、エンドプレート２０が配置され、こ
れによって直接燃料供給型燃料電池１が構成される。

【００４９】すなわち、図６に示すように、スタック構
造の両端部においては、集電板１８、絶縁板１９、エン
ドプレート２０が順次外側に向かって積層されている。
なお、一方側端部（図６における右側）に配置される集
電板１８には、図４および図５に示す端部セパレータ６
ｂが隣り合うように配置され、他方側端部（図６におけ
る左側）に配置される集電板１８には、図４および図５
に示す端部セパレータ６ｂとは逆、つまり、その一方側
面７に、第２凹部３３内において直線溝９ａおよび折返
溝９ｂが交互に連続する葛折状の燃料側流路溝９が形成
されるとともに、第１凹部３２内において四角枠状の通
水溝３４が形成され、その他方側面１０が溝のないフラ
ットな面として形成されている端部セパレータ６ｂが配
置される。

【００５０】一方側端部の集電板１８、絶縁板１９、エ
ンドプレート２０には、上側の冷却水孔１４、酸素孔１
５、燃料孔１６および通水孔３７に対応する位置に、そ
れぞれ、排冷却水孔２１、酸素側排出孔２２、燃料側排
出孔２３および排水孔３８が形成されており、また、他
方側端部の集電板１８、絶縁板１９、エンドプレート２
０には、下側の冷却水孔１４、酸素孔１５、燃料孔１６
および通水孔３７に対応する位置に、それぞれ、給冷却
水孔２４、酸素側供給孔２５、燃料側供給孔２６および
給水孔３９が形成されている。

【００５１】集電板１８は、銅などの導電性材料により
形成されており、その上部には、一体に形成される端子
２７を備えている。この端子２７によって、直接燃料供
給型燃料電池１からの起電力を外部に取り出すようにし
ている。また、絶縁板１９は、ゴムや樹脂などの絶縁性
材料により形成されており、単位セル２が積層されたス
タック構造と、このスタック構造を収容するケーシング
（図示せず）やエンドプレート２０との間を絶縁してい
る。また、エンドプレート２０は、鋼などの剛性の高い
材料により形成されている。

【００５２】そして、このようにして、単位セル１６が
積層されるスタック構造を有する直接燃料供給型燃料電
池１は、図示しないケーシングに納められ、各部材間に
おいてその積層方向に所定の押圧力が加えられた状態で
保持されており、燃料側供給孔２６には、図示しない燃
料給排部からの燃料ガスが供給されるとともに、酸素供
給孔２５には、図示しない酸素給排部からの酸素ガスが
供給され、また、給水孔３９には、図示しない水給排部
からの加湿のための加温された水が供給されている。

【００５３】そして、燃料ガスは、燃料供給孔２６か
ら、スタック構造とされた直接燃料供給型燃料電池１内
に供給され、各セパレータ６の燃料孔１６および燃料側
流路８を順次通過した後、燃料側排出孔２３から排出さ
れる。また、酸素ガスは、酸素供給孔２５から、スタッ
ク構造とされた直接燃料供給型燃料電池１内に供給さ
れ、各セパレータ６の酸素孔１５および酸素側流路１１
を順次通過した後、酸素側排出孔２２から排出される。
また、加湿のための加温された水は、給水孔３９からス
タック構造とされた直接燃料供給型燃料電池１内に供給
され、各セパレータ６の通水孔３７および通水流路３５
を順次通過した後、排水孔３８から排出される。

【００５４】なお、冷却水は、給冷却水２４から、スタ
ック構造とされた燃料電池１内に供給され、各セパレー
タ６の冷却水孔１４および冷却セパレータ６ｃの冷却水
路を順次通過した後、排冷却水孔２１から排出される。

【００５５】そして、このような直接燃料供給型燃料電
池１では、各単位セル２において、燃料側電極４と固体
高分子膜３との間に設けられる水分保持層３１によっ
て、燃料側電極４および固体高分子膜３の両方が加湿さ
れる。そして、燃料側流路８から気化された燃料のみが
燃料側電極４に供給されると、燃料側電極４上では、気
化された燃料が効率良く拡散して、触媒の作用により、
効率良くプロトンＨ^＋が生成される。そして、生成され
たプロトンＨ^＋は、その水分保持層３１の電解質中を、
燃料側電極４から、水分吸着物質に吸着されている水を
伴なって、固体高分子膜３に向けて効率良く移動する。
その後、固体高分子膜３に到達したプロトンＨ^＋は、水
分保持層３１によって加湿されている固体高分子膜３中
を、効率良く酸素側電極５に移動する。その結果、効率
の良いプロトンＨ^＋の生成および移動を実現することが
できるので、効率の良い発電を達成することができる。

【００５６】また、この直接燃料供給型燃料電池１で
は、燃料側電極４と固体高分子膜３との間に設けられる
水分保持層３１が、その両面の表面全面が燃料側電極４
および固体高分子膜３と接触するので、燃料側電極４お
よび固体高分子膜３を全体的に均一に加湿することがで
きる。また、水分保持層３１中の水分吸着物質が水を吸
着しているので、常時、通水流路３５から加湿のための
加温された水を供給しなくても、これら燃料側電極４お
よび固体高分子膜３を加湿することができ、さらには、
加湿のための加温された水が過剰となっても、この水分
吸着物質によって吸着することができるので、たとえ
ば、過剰の水が燃料側電極４を透過して燃料側流路８に
達し、燃料側流路８を閉塞してしまうことを防止するこ
とができる。

【００５７】さらに、この直接燃料供給型燃料電池１で
は、セパレータ６の一方側面７における第１凹部３２の
内周部分（第２凹部３３を除く部分）には、燃料側通路
９とは独立して、水分保持層３１に加湿のための加温さ
れた水を供給するための通水溝３４が形成されており、
その通水溝３４が形成されている第１凹部３２の内周部
分が、水分保持層３１と接触するように配置されている
ので、通水溝３４と水分保持層３１との間において形成
される通水流路３５から、直接、水分保持層３１に水を
供給することができる。このようにして水を供給する
と、セパレータ６が、水分保持層３１に水を供給するた
めの部材を兼ねることができるので、別途、給水部材を
設ける必要がなく、簡易かつ確実に、水分保持層３１に
水を供給することができる。

【００５８】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１に記載の発
明によれば、効率の良いプロトンの生成および移動を実
現して、効率の良い発電を達成することができる。ま
た、水分保持層によって燃料側電極および電解質層を均
一に加湿することができ、また、水分保持層中の水分吸
着物質が水を吸着するので、常時水を供給しなくてもよ
く、さらには、水が過剰となっても、気化燃料通路を閉
塞してしまうことを防止することができる。

【００５９】請求項２に記載の発明によれば、セパレー
タが、水分保持層に水を供給するための部材を兼ねるの
で、別途、給水部材を設ける必要がなく、簡易かつ確実
に、水分保持層に水を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直接燃料供給型燃料電池の一実施形態
の単位セルの概略を示す概略断面図である。

【図２】図１に示す単位セルの正面図（燃料側電極側）
である。

【図３】図１に示す単位セルの燃料側電極側に対向配置
されるセパレータの正面図である。

【図４】スタック構造の一部を示す、一方向の要部分解
斜視図である。

【図５】スタック構造の一部を示す、他方向の要部分解
斜視図である。

【図６】スタック構造の端部を示す分解斜視図である。

【符号の説明】１直接燃料供給型燃料電池２単位セル３固体高分子膜４燃料側電極５酸素側電極６セパレータ８燃料側流路３１水分保持層３５通水流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質層と、前記電解質層を挟んで対向
配置される燃料側電極および酸素側電極とを備える単位
セルと、前記燃料側電極に隣接配置され、気化された燃料を前記
燃料側電極に直接供給するための気化燃料通路を形成す
るセパレータとを備え、前記単位セルには、前記燃料側電極と前記電解質層との
間に、電解質および水分吸着物質を含む水分保持層が設
けられるとともに、前記水分保持層には、水が供給されるように構成されて
いることを特徴とする、直接燃料供給型燃料電池。
【請求項２】前記セパレータは、その一部が前記水分
保持層と接触するように設けられており、前記気化燃料
通路とは独立して、前記水分保持層に水を供給するため
の給水通路を形成することを特徴とする、請求項１に記
載の直接燃料供給型燃料電池。