JP2003317789A

JP2003317789A - 液体燃料電池

Info

Publication number: JP2003317789A
Application number: JP2002122326A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kayano; 博志柏野; Tatsu Nagai; 龍長井; Susumu Ishi; 軍石; Yasuo Arishima; 康夫有島; Shinsuke Shibata; 進介柴田
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-11-07

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で且つ安定的に発電することのできる液
体燃料電池を提供する。【解決手段】酸素を還元する正極と、燃料を酸化する
負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質
層とからなる電極・電解質一体化物および液体燃料を備
え、前記電極・電解質一体化物の形状が円筒形であり、
前記電極・電解質一体化物を複数個備えている液体燃料
電池であって、前記液体燃料を含浸して保持し且つ前記
負極に前記液体燃料を供給する液体燃料含浸部と、前記
液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵部とを備え、前記液体
燃料貯蔵部が気液分離膜を有する気液分離孔を備えるこ
ととする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料として液体を
用いた液体燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パソコン、携帯電話などのコード
レス機器の普及に伴い、その電源である二次電池はます
ます小型化、高容量化が要望されている。現在、エネル
ギー密度が高く、小型軽量化が図れる二次電池としてリ
チウムイオン二次電池が実用化されており、ポータブル
電源として需要が増大している。しかし、使用されるコ
ードレス機器の種類によっては、このリチウム二次電池
では未だ十分な連続使用時間を保証する程度までには至
っていない。

【０００３】このような状況の中で、上記要望に応え得
る電池の一例として、空気電池、燃料電池などが考えら
れる。空気電池は、空気中の酸素を正極の活物質として
利用する電池であり、電池内容積の大半を負極の充填に
費やすことが可能であることから、エネルギー密度を増
加させるためには好適な電池であると考えられる。しか
し、この空気電池には、電解液として使用するアルカリ
溶液が空気中の二酸化炭素と反応して劣化してしまうた
めに自己放電が大きいという問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一方、燃料電池は、負
極に燃料が供給されて反応し、正極では酸素が反応す
る。したがって、燃料および酸素の供給さえ行えば連続
的に使用することができる。しかし、従来の燃料電池で
は、複数の単電池を積層して構成されているため、電池
全体が嵩高くなってしまう。また、酸素および燃料をそ
れぞれの正極および負極へ流通させて供給しなければな
らず、そのための補器を必要とする。このため、従来の
燃料電池はリチウムイオン電池などの小型二次電池に比
べてはるかに大きくなってしまい、小型ポータブル電源
として用いるには問題があった。

【０００５】ここで、酸素および燃料を強制的に流通さ
せる補器を除去することで出力は低下するものの、燃料
電池の小型化を図ることができる。しかし、この場合、
酸素は外気を利用するとしても、燃料が自動的に流通し
ないために、単電池のそれぞれの負極へ燃料が供給でき
る構造が必要である。また、放電反応で生成した二酸化
炭素などが燃料室に滞留したり、燃料の消費と共に燃料
が負極と接触しなくなるという問題が起こることが考え
られる。

【０００６】また、特開平２−３１２１６４号公報で
は、乾電池との互換性を有する円筒形状の燃料電池が提
案されている。この燃料電池では、ある程度の小型化を
図ることができるが、その分逆に電極面積が小さくな
り、電池の出力が低下するという問がある。

【０００７】本発明は前記従来の問題を解決するために
なされたものであり、小型で且つ安定的に発電すること
のできる液体燃料電池を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の液体燃料電池は、酸素を還元する正極と、
燃料を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に設
けられた電解質層とからなる電極・電解質一体化物およ
び液体燃料を備えた液体燃料電池であって、前記電極・
電解質一体化物の形状が円筒形であり、前記電極・電解
質一体化物を複数個備えていることを特徴とする。

【０００９】本発明の液体燃料電池は、電極・電解質一
体化物の形状が円筒形であり、その電極・電解質一体化
物を複数個備えているため、電池を小型化して電池スペ
ースを減少させても電極面積を大きくすることが可能と
なり、電池の出力を向上させることができる。

【００１０】また、本発明の液体燃料電池は、前記液体
燃料を含浸して保持し且つ前記負極に前記液体燃料を供
給する液体燃料含浸部と、前記液体燃料を貯蔵する液体
燃料貯蔵部とを備え、前記液体燃料貯蔵部が気液分離膜
を有する気液分離孔を備えていることが好ましい。

【００１１】液体燃料貯蔵部が気液分離膜を有する気液
分離孔を備えることで、放電反応で生成した二酸化炭素
などが燃料室に滞留することがなく、燃料を漏液させる
ことなく二酸化炭素などを液体燃料貯蔵部から放出させ
ることができる。

【００１２】また、本発明の液体燃料電池は、前記液体
燃料含浸部が前記負極と接する部分に配置されているこ
とが好ましい。これにより、燃料が消費されても、燃料
と負極との接触が維持されるため、燃料を最後まで使い
切ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。

【００１４】（実施形態１）図１に本発明の実施形態１
の液体燃料電池の斜視図を示す。また、図１の点線Ａの
部分の断面図を図２に示し、点線Ｂの部分の断面図を図
３に示す。

【００１５】正極６は、例えば、多孔性の炭素材料から
なる拡散層と、触媒を担持した炭素粉末からなる触媒層
とを積層して円筒形に構成される。正極６は酸素を還元
する機能を有しており、その触媒には、例えば、白金微
粒子や、鉄、ニッケル、コバルト、錫、ルテニウムまた
は金などと白金との合金微粒子などが用いられる。ま
た、触媒層には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）樹脂粒子やプロトン交換樹脂粒子が含まれる場合が
ある。プロトン交換樹脂粒子としては、例えば、ポリパ
ーフルオロスルホン酸樹脂やスルホン化ポリエーテルス
ルホン酸樹脂、スルホン化ポリイミド樹脂などを用いる
ことができる。拡散層の触媒層側には撥水性向上のた
め、ＰＴＦＥ樹脂粒子を含む炭素粉末のペーストが塗布
されている場合もある。

【００１６】電解質層７は、電子伝導性を持たず、プロ
トンを輸送することが可能な材料により円筒形に構成さ
れる。例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂膜、具
体的には、デュポン社製の“ナフィオン膜”、旭硝子社
製の“フレミオン膜”、旭化成工業社製の“アシプレッ
クス膜”などにより電解質層７は構成されている。その
他では、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂膜、ス
ルホン化ポリイミド樹脂膜、硫酸ドープポリベンズイミ
ダゾール膜などからも構成することができる。

【００１７】負極８は、拡散層と触媒層とからなり、燃
料からプロトンを生成する機能、即ち燃料を酸化する機
能を有しており、例えば、正極と同様に構成することが
できる。

【００１８】上記正極６、上記負極８および上記電解質
層７は、円筒形に積層されて電極・電解質一体化物を構
成している。即ち、電極・電解質一体化物は、正極６
と、負極８と、正極６と負極８との間に設けられた電解
質層７とから円筒形に構成されている。また、前記電極
・電解質一体化物は、同一電池容器内に複数配置されて
いる。

【００１９】負極８の電解質層７と反対側には燃料３を
貯蔵する燃料タンク１が設けられている。燃料３として
は、例えば、メタノール水溶液、エタノール水溶液、ジ
メチルエーテル、水素化ホウ素ナトリウム水溶液、水素
化ホウ素カリウム水溶液、水素化ホウ素リチウム水溶液
などが用いられる。燃料タンク１は、例えば、ＰＴＦ
Ｅ、硬質ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレ
ンなどのプラスチックや、ステンレス鋼などの耐食性金
属から構成されている。また、液体燃料を含浸して保持
し且つ負極８に液体燃料を供給する燃料吸い上げ材４
が、燃料タンク１の内部に設けられている。これによ
り、燃料３が消費されても、燃料３と負極８との接触が
維持されるため、燃料３を最後まで使い切ることができ
る。燃料吸い上げ材４としては、例えばガラス繊維を用
いることができるが、燃料の含浸によって寸法が余り変
化せず、化学的にも安定なものであれば他の材料を用い
てもよい。

【００２０】また、燃料タンク１には、上下を貫通する
空気孔２が設けられている。空気孔２を通して大気中の
酸素が正極６と接することになる。また、燃料タンク１
には気液分離孔５が設けられている。この気液分離孔５
には気液分離膜が設けられている。この気液分離膜は、
例えば細孔を持つＰＴＦＥ製シートからなり、放電反応
で生成した二酸化炭素などを、燃料を漏液させることな
く燃料タンク１から放出させることができる。また、気
液分離膜を脱着可能とすることで、燃料を補充する時の
充填口ともなる。

【００２１】なお、図１〜図３には図示していなが、通
常前記電極・電解質一体化物は互いに電気的に直列又は
並列に接続して使用される。

【００２２】（実施形態２）図４に本発明の実施形態２
の液体燃料電池の斜視図を示す。また、図４の点線Ｃの
部分の断面図を図５に示す。本実施形態は、実施形態１
の正極と負極の位置を反対にし、電極・電解質一体化物
を燃料タンクの外部に配置したこと以外は、実施形態１
とほぼ同様の構造である。

【００２３】なお、図４、図５には図示していなが、通
常前記電極・電解質一体化物は互いに電気的に直列又は
並列に接続して使用される。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液体燃料
電池は、酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極
と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と
からなる電極・電解質一体化物および液体燃料を備えた
液体燃料電池であって、前記電極・電解質一体化物の形
状が円筒形であり、前記電極・電解質一体化物を複数個
備えているため、従来の平面形状に比べて、限定された
体積中で電極面積を大きくすることが可能となり、小型
で且つ安定的に発電することのできる液体燃料電池を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の液体燃料電池の外観図で
ある。

【図２】図１の点線Ａの部分の断面図である。

【図３】図１の点線Ｂの部分の断面図である。

【図４】本発明の実施形態２の液体燃料電池の外観図で
ある。

【図５】図４の点線Ｃの部分の断面図である。

【符号の説明】

１燃料タンク２空気孔３燃料４燃料吸上げ材５気液分離孔６正極７電解質層８負極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石軍大阪府茨木市丑寅１丁目１番88号日立マクセル株式会社内 (72)発明者有島康夫大阪府茨木市丑寅１丁目１番88号日立マクセル株式会社内 (72)発明者柴田進介大阪府茨木市丑寅１丁目１番88号日立マクセル株式会社内Ｆターム(参考） 5H026 AA08 CV02 CV06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素を還元する正極と、燃料を酸化する
負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質
層とからなる電極・電解質一体化物および液体燃料を備
えた液体燃料電池であって、前記電極・電解質一体化物
の形状が円筒形であり、前記電極・電解質一体化物を複
数個備えていることを特徴とする液体燃料電池。
【請求項２】前記液体燃料を含浸して保持し且つ前記
負極に前記液体燃料を供給する液体燃料含浸部と、前記
液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵部とを備え、前記液体
燃料貯蔵部が気液分離膜を有する気液分離孔を備えてい
る請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項３】前記液体燃料含浸部が、前記負極と接す
る部分に配置されている請求項２に記載の液体燃料電
池。