JP2003323902A - 燃料電池発電装置及びこれを用いた携帯機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、二次電池のように一定容量の電力を
消費する度に充電することなく、燃料を補給することに
よって容易に発電が継続できる燃料電池発電装置を提案
し、体積エネルギー密度を損なわずに複数の単セルを直
列接続した信頼性の高い前記燃料電池発電装置とこれを
用いた携帯機器を実現することにある。 【解決手段】複数の単セルを備えた発電部と、これらの
単セルを直列接続するアダプター部に分けて構成するこ
とにより、体積エネルギー密度を損なうことがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアノード，電解質
膜，カソード，拡散層から構成され、アノードで燃料が
酸化され、カソードで酸素が還元される燃料電池発電装
置に係わり、特に燃料としてメタノール等の液体燃料を
用いた小型の燃料電池発電装置とこれを用いた携帯用電
子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の電子技術の進歩によって、電話
器，ブックタイプパーソナルコンピュータ，オーディオ
・ビジュアル機器、或いはモバイル用情報端末機器など
の小型化が進み、携帯用電子機器として急速な普及が進
んでいる。これらの携帯用電子機器は二次電池を具備す
るシステムであり、シール鉛バッテリーからＮｉ／Ｃｄ
電池，Ｎｉ／水素電池、更にはＬｉイオン電池へと新型
二次電池の出現に伴なって、機器の小型化／軽量化が発
展してきた。

【０００３】しかしながら、二次電池の使用においては
充電が不可欠であり、充電装置と充電に要する時間が必
要等、携帯用電子機器の利便性や長時間連続使用の面で
改善すべき課題が残されている。携帯用電子機器は増加
する情報量とその高速化に対応するため、より高出力密
度で高エネルギー密度の電源、即ち、連続使用時間の長
い電源を可能とし、充電を必要としない小型発電機（マ
イクロ発電機）の必要性が高まっている。

【０００４】こうした要請に対応するものとして燃料電
池電源が考えられる。燃料電池は燃料の持つ化学エネル
ギーを電気化学的に直接電気エネルギーに変換するもの
で、通常のエンジン発電機などの内燃機関を用いた発電
機のような動力部を必要としないため、小型発電デバイ
スとしての実現性は高い。又、燃料電池は燃料を補給す
る限り発電を継続するために、二次電池の場合に見られ
るような充電のために一時携帯用電子機器の動作を停止
するということが不要となる。このような要請の中でパ
ーフロロカーボンスルフォン酸系樹脂の電解質膜を用い
てアノードで水素ガスを酸化し、カソードで酸素を還元
して発電する固体高分子形燃料電池(ＰＥＦＣ：Polymer
Electrolyte Fuel Cell）は出力密度が高い電池として
知られている。この燃料電池をより小型化するために例
えば特開平９−２２３５０７号公報に示されるように、
中空糸形の電解質の内面と外面にアノード及びカソード
電極を付設した円筒状電池の集合体とし、円筒内部と外
部にそれぞれ水素ガスと空気を供給する小型ＰＥＦＣ発
電装置が提案されている。しかしながら携帯用電子機器
の電源に適用する場合には、燃料が水素ガスであるため
に燃料の体積エネルギー密度が低く、燃料タンクの体積
を大きくする必要がある。又、このシステムでは燃料ガ
スや酸化剤ガス（空気など）を発電装置に送り込む装置
や、電池性能を維持のために電解質膜を加湿する装置な
どの補機が必要であり、発電システムが複雑な構成で電
源を小型化するには十分とは言えない。

【０００５】燃料の体積エネルギー密度をあげるには液
体燃料を用いること、燃料や酸化剤などを電池に供給す
る補機を無くする単純構成とすることは有効であり、幾
つかの提案がなされている。最近の例としては特開２０
００−２６８８３５，特開２０００−２６８８３６に示
されているようなメタノールと水を燃料とする直接形メ
タノール燃料電池(ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Ce
ll）が提案されている。この発電装置は、液体燃料収納
容器の外壁側に毛管力によって液体燃料を供給する材料
を介して、これに接するようにアノードを配し、更に固
体高分子電解質膜，カソードを順次接合して構成され
る。酸素は外気に接触するカソード外表面への酸素の拡
散によって供給されるので、この方式の発電装置は燃料
及び酸化剤ガスを供給する補機を必要としない簡単な構
成となっており、複数の電池を直列に組み合わせる時に
は電気的結合のみでセパレータという単位電池（単セ
ル）の結合部品を必要としないことが特徴である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらＤＭＦＣ
は負荷時の出力電圧が単位電池あたり０.３〜０.４Ｖで
あるため、携帯用電子機器などが必要とする電圧に対応
するために燃料電池付設の燃料タンクを複数用いて各電
池を直列に接続する必要がある。そこで、体積エネルギ
ー密度を損なわずに、如何に複数の単セルを直列接続す
るかが重大な課題となっている。また、複数の単セルを
直列接続することによって電池構造が複雑になるため、
燃料が漏液するなどの信頼性の面での課題がある。

【０００７】本発明は、電力の使用に伴って二次電池の
ように一定容量の電力を消費する度に充電することな
く、燃料を補給することによって容易に発電が継続でき
る燃料電池発電装置であって、体積エネルギー密度を損
なわずに複数の単セルを直列接続した信頼性の高い前記
燃料電池発電装置を提案することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は以下によって達
成することができる。

【０００９】燃料を酸化するアノードと酸素を還元する
カソードが電解質膜を介して配置され、液体を燃料とす
る燃料電池発電装置において、前記燃料電池発電装置
が、燃料収納容器の壁面に少なくとも電解質膜，アノー
ド及びカソードから構成される単セルを複数備えた発電
部、及び前記発電部に装着し前記単セルを電気的に直列
接続するアダプター部を備えたことを特徴とする。

【００１０】前記発電部において単一の電解質膜を用
い、前記電解質膜にアノード及びカソードから構成され
た単セルを複数備えたことを特徴とする。

【００１１】前記発電部及びアダプター部が可逆的に装
脱着可能なことを特徴とする。

【００１２】また、燃料電池発電装置を具備した携帯機
器である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明による実施形態について図
面を用いて詳しく述べる。

【００１４】本発明の１実施形態を構成する燃料電池発
電装置を図１に示す。本発明の燃料電池発電装置は、燃
料タンク及び複数の単セル１０７を具備した発電部１０
１、及び発電部１０１の単セル１０７を電気的に直列接
続するアダプター部１０２からなる。発電部１０１にア
ダプター部１０２を装着することにより、単セルのアノ
ード極１０３及びカソード極１０４が、アダプター部１
０２のアノード端子１０６及びカソード端子１０５にそ
れぞれ接触して電気的に接続される。アダプター部１０
２内部ではカソード端子１０５からアノード端子１０６
へ接続されており、さらに、その末端では外部端子１０
８へ接続されている。そこで、発電部１０１の単セル１
０７は、アダプター部１０２を装着することによって直
列接続され、外部端子から電気を取り出せる構造となっ
ている。

【００１５】本発明の燃料電池発電装置の発電部１０１
に関してさらに説明する。図２(ｂ)は、図２（ａ）に示
す発電部１０１のＡ−Ｂの断面図である。図中２０５は
アノード電極層、２０６はカソード電極層、２０４は電
解質膜、及び２０７は拡散層であり、発電部１０１の心
臓部といえる。予め固体の電解質膜２０４の両面にアノ
ード電極層２０５及びカソード電極層２０６を一体化接
合して、電解質膜／電極接合体（ＭＥＡ；Membrane Ele
ctrode Assembly)を形成しておく。アノード電極層２０
５の集電板となるアノード極１０３，前記ＭＥＡ，拡散
層２０７、及びカソード電極層２０６の集電板となるカ
ソード極１０４のそれぞれを、ガスケット２０８を介在
して積層し、燃料タンク２０３と上蓋板２０２によって
締め付ける。上蓋板２０２には空気が拡散できる開孔２
１１が設けられている。さらに、カソード極１０４にも
上蓋板２０２と同様に、カソード電極層２０６に空気が
拡散できる開口が設けられている。燃料タンク２０３に
は、燃料２１０がアノード電極層２０５に浸透するため
のウィック２０９が取り付けられている。また、アノー
ド極１０３には燃料２１０がアノード電極層２０５へ拡
散するための開口が設けられている。

【００１６】上記の単セル１０７は発電部１０１に複数
備わっているが、図２（ａ）に示されるように、単セル
１０７は互いに電気的に接続されていない。

【００１７】続いて、本発明の燃料電池発電装置のアダ
プター部１０２に関してさらに説明する。アダプター部
１０２を図３に示す。アダプター部１０２には発電部の
アノード極およびカソード極に電気的に接続するアノー
ド端子１０６及びカソード端子１０５が設けられてい
る。カソード端子１０５から隣の単セルのアノード端子
１０６へ配線３０１によって接続されている。配線３０
１は金属板あるいは金属線などを用いることができ、配
線３０１はアダプター内部に樹脂などによって埋め込ま
れていることが望ましい。配線３０１に金属板あるいは
金属線を用いる以外に、例えばプリント基板の銅メッキ
等の手段によって配線することができる。末端の単セル
のアノード端子とカソード端子はそれぞれ外部端子１０
８へ配線３０２を介して接続する。

【００１８】次に、各部材の詳細について説明する。ア
ノード電極層２０５には、カーボンブラックなどの炭素
系粉末に、主として白金とルテニウム或いは白金／ルテ
ニウム合金の微粒子を分散担持したアノード触媒を用い
る。一方、カソード電極層２０６には、カーボンブラッ
クなどの炭素系粉末に、主として白金微粒子を分散担持
したカソード触媒を用いる。但し、本発明では、特に前
記に制限されるものではなく、電極触媒の安定化や長寿
命化のために上記した貴金属成分に鉄，錫や希土類元素
等から選ばれた第３の成分を添加した触媒を用いること
は好ましい。

【００１９】電解質膜２０４には水素イオン導電性を示
す高分子膜を用い、例えばパーフロロカーボン系スルフ
ォン酸樹脂やポリパーフロロスチレン系スルフォン酸樹
脂に代表されるスルフォン酸化あるいはアルキレンスル
フォン酸化したフッ素系ポリマーやポリスチレン類が挙
げられる。その他にポリスルフォン類，ポリエーテルス
ルフォン類，ポリエーテルエーテルスルフォン類，ポリ
エーテルエーテルケトン類，炭化水素系ポリマーをスル
フォン化した材料が挙げられる。これらの電解質膜で燃
料の透過性の小さい材料が、燃料のクロスオーバーによ
る電池電圧の低下もなく好ましい。

【００２０】本発明の燃料電池発電装置を９０℃以上の
高温で作動させる場合は、タングステン酸化物水和物，
ジルコニウム酸化物水和物，スズ酸化物水和物，ケイタ
ングステン酸，ケイモリブデン酸，タングストリン酸，
モリブドリン酸などの水素イオン導電性無機物を耐熱性
樹脂にミクロ分散した複合電解質膜等を用いることが望
ましい。

【００２１】燃料２１０はメタノール水溶液を用いるこ
とが望ましい。メタノール水溶液を燃料とする燃料電池
では以下に示す電気化学反応によって、化学エネルギー
が直接電気エネルギーに変換される形で発電される。ア
ノード電極側では供給されたメタノール水溶液が（１）
式に従って反応して炭酸ガスと水素イオンと電子に解離
する。

【００２２】 ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^- …（１） 生成された水素イオンは電解質膜中をアノード電極層か
らカソード電極層に移動し、カソード電極で空気中から
拡散してきた酸素ガスと電極上の電子と（２）式に従っ
て反応して水を生成する。

【００２３】 ６Ｈ⁺＋３／２Ｏ₂＋６ｅ^- → ３Ｈ₂Ｏ …（２） 従って発電に伴う全化学反応は（３）式に示すようにメ
タノールが酸素によって酸化されて炭酸ガスと水を生成
し、化学反応式は形式上メタノールの燃焼と同じにな
る。

【００２４】 ＣＨ₃ＯＨ＋３／２Ｏ₂ → ＣＯ₂＋３Ｈ₂Ｏ …（３） （３）式で生じる炭酸ガスは、液不透過性の気液分離機
能を持った図２（ａ）中の通気孔２０１より排出され
る。

【００２５】（１）から（３）式による開路電圧は概ね
室温近傍で１.２Ｖ であるが、燃料のクロスオーバーの
影響で０.８５〜１.０Ｖの範囲に低下し、実用負荷運転
の下での電圧は０.３〜０.６Ｖ程度となる。そこで、実
際に電源として用いる場合は、負荷機器の用途に応じて
所定の電圧が得られるように複数の単位電池を直列接続
しなけれならない。本発明では、発電部１０１とアダプ
ター部１０２によって容易に単セルを直列接続すること
ができる。さらに、発電部１０１に単セル電極間の配線
を省略することによって構造を簡略化しているため、燃
料の漏液が起こり難く信頼性の高い燃料電池発電装置が
実現できる。

【００２６】以下実施例により本発明をさらに詳しく説
明するが、本発明の趣旨とするところはここに開示した
実施例のみに限定されるものではない。

【００２７】（比較例１）比較例として従来の構造に基
づくセパレータ構造の一方の面内構造と縦断面を図７
（ａ）に示し、他方の面内構造と横断面を図７（ｂ）に
示し、電池積層構成を図８に示し、セルホルダーの構成
を図９に示し、単電池６直列で積層し、燃料収納容器を
付設して構成された電源システム構造を図１０（ａ）
に、積層端の燃料電池と燃料収納容器との接続を示す断
面構造を図１０（ｂ）に示して説明する。

【００２８】セパレータは１６mm幅×３３mm長さで厚さ
２.５mm の黒鉛化炭素板を用いた。セパレータ８１の底
部には１０mm幅×４mm長さの内部マニフォルド８２が設
けられ、図７（ａ）とセパレータ横断面図８４に示すよ
うに１mm幅×０.８mm 深さ×２３mm長さの溝を１mm間隔
で構成しリブ部を形成してマニフォルド８２とセパレー
タ８１の上面を繋ぐ燃料供給溝を設けた。一方、図７
（ｂ）とセパレータ縦断面図８３に示すように、セパレ
ータの他方の面にはこれと直交する方向に１mm幅×１.
４mm 深さ×１６mm長さの溝を１mm間隔で構成したリブ
部を形成してセパレータ８１の側面を繋ぐ酸化剤供給溝
を設けた。

【００２９】アノード電極層は炭素担体上に白金とルテ
ニウムの原子比が１／１の白金／ルテニウム合金微粒子
を５０ｗｔ％分散担持した触媒粉末と３０ｗｔ％パーフ
ロロカーボンスルフォン酸(商品名：Nafion117，DuPont
社製）電解質をバインダーとして水／アルコール混合溶
媒（水，イソプロパノール，ノルマルプロパノールが重
量比で２０：４０：４０の混合溶媒）のスラリーを調整
してスクリーン印刷法でポリイミドフィルム上に厚さ約
２０μｍの多孔質膜に形成した。

【００３０】カソード電極層は炭素担体上に３０ｗｔ％
の白金微粒子を担持した触媒粉末と電解質をバインダー
として水／アルコール混合溶媒のスラリーを調整してス
クリーン印刷法でポリイミドフィルム上に厚さ約２５μ
ｍの多孔質膜に形成した。こうして調整したアノード多
孔質膜及びカソード多孔質膜をそれぞれ１０mm幅×２０
mm長さに切り出してアノード層及びカソード層とした。
次に、図８を用いて説明する。電解質膜として１６mm幅
×３３mm長さのナフィオン１１７にマニフォルド開孔部
８６を設けた。アノード層表面に５重量％のナフィオン
アルコール水溶液（水，イソプロパノール，ノルマルプ
ロパノールが重量比で２０：４０：４０の混合溶媒：Fl
uka Chemika社製）を約０.５ｍｌ浸透させた後に上記し
た電解質膜の発電部に接合し約１kgの荷重をかけて８０
℃で３時間乾燥する。

【００３１】次にカソード層表面に５重量％のナフィオ
ンアルコール水溶液（水，イソプロパノール，ノルマル
プロパノールが重量比で２０：４０：４０の混合溶媒：
Fluka Chemika社製）を約０.５ｍｌ浸透させた後に電解
質膜に先に接合したアノード層と重なるように接合して
約１kgの荷重をかけて８０℃で３時間乾燥することによ
ってＭＥＡ９を調整した。ついでセパレータ８１と同じ
サイズで、マニフォルド開孔部８６と発電開孔部８５を
設けた厚み２５０μｍのポリエチレンテレフタレート製
ライナー９２と厚み４００μｍのネオプレン製ガスケッ
ト１０を作製した。

【００３２】次に炭素粉末に焼成後の重量で４０ｗｔ％
となるように撥水剤ポリテトラフロロエチレン微粒子の
水性分散液（四フッ化エチレンディスパージョンＤ−
１：ダイキン工業製）を添加して混練しペースト状にな
ったものを厚さ約３５０μｍ，空隙率８７％の炭素繊維
織布上の片面に厚さ約２０μｍとなるように塗布し、室
温で乾燥した後２７０℃で３時間焼成して炭素シートを
形成した。

【００３３】得られたシートを上記したＭＥＡの電極サ
イズと同じ形状に切り出して拡散層１１を調整した。次
に、セパレータ８１の燃料極側溝埋込部８８とマニフォ
ルド埋込部８７で構成されるパルプ紙製の燃料吸い上げ
材を作製した。これらの部品を図８に示すようにセパレ
ータ８１，吸い上げ材，ライナー９２，ガスケット１
０，ＭＥＡ９，拡散層１１，ライナー９２，セパレータ
８１の順序を単位に１４層積み上げて、約５kg／cm²で
プレス加圧し積層電池とした。尚、８２はマニフォルド
である。

【００３４】積層電池を図９に示す構造の表面をエポキ
シ系樹脂（フレップ；東レ・チオコール社製）で絶縁化
したＳＵＳ３１６製のホルダーを介してフッ素系ゴム
（バイトン；DuPont社製）の締め付けバンド１７で図１
０（ａ）に示すように締め付けて固定した。

【００３５】燃料収納容器１は積層電池装着部を持った
ポリプロピレン製の外形３３mm高さ×８５mm長さ×６５
mm幅のサイズで側壁厚さ２mmのものを作製した。

【００３６】図１０（ｂ）に示すように、燃料収納容器
１の中央部には図４（ａ）に示した構造と同様な多孔質
ポリテトラフルオロエチレン膜を気液分離膜として装着
したガス選択透過機能を持ったネジ蓋付きの通気管を通
気孔１５として備え、燃料収納容器内部には燃料として
メタノール水溶液１２が充填されている。作製された２
つの積層電池は図１０（ｂ）示すような構造で積層電池
結合部９３と結合した図１０（ａ）に示すような構造の
電源を作製した。尚、図１０中符号２３はカソード層、
９４はセルホルダー、１７は締め付けバンド、８１はセ
パレータ、１０はガスケット、８２はマニフォルドであ
る。

【００３７】得られた電源は概ね３３mm高さ×４０mm長
さ×３３mm幅のサイズで発電部面積が約２cm² ，容量約
１５ｍｌの燃料収納容器を備えている。運転温度５０℃
で負荷電流０.２Ａの時０.９５Ｖの電圧を示し、セパレ
ータの空気極側溝で構成される電源の側壁の開孔部全面
にファンで送風しながら発電した時の電圧は１.９６Ｖ
であった。

【００３８】これは電源負荷時には、セパレータの空気
極側溝構造では十分な空気の拡散による酸素の供給が不
足するためと考えられる。この電源の体積出力密度は通
気ファンを用いないと約４.４Ｗ／ｌで、通気ファンを
用いた場合には約９.０Ｗ／ｌであった。

【００３９】燃料収納容器に１０ｗｔ％メタノール水溶
液を１５ｍｌ充填し、送風ファンを無しで運転温度５０
℃，負荷電流０.２Ａで運転したところ出力電圧０.９５
Ｖで約２.７ 時間継続した後電圧が急速に低下した。

【００４０】従って１０ｗｔ％メタノール水溶液の燃料
５充填での体積エネルギー密度は通気ファンを用いた時
に１２Ｗｈ／ｌであった。この燃料電池発電装置は積層
電池下部のマニホールドから液体燃料を吸い上げ、積層
電池上部から燃料の酸化によって発生する炭酸ガスが排
出される構造をとっている。そのために運転時には上下
転置や横転すると発電が継続しないという問題点を持っ
ている。

【００４１】さらに、発電４時間の時点でメタノールの
においがしたことからメタノールが漏液したと考えら
れ、比較例１の電池は構造が極めて複雑であり、直列接
続構造の点で問題があった。

【００４２】（実施例１）本発明の一実施例によるＭＥ
Ａ４０１の構造を図４(ａ)に示す。ＭＥＡ４０１はアノ
ード電極層４０２とカソード電極層が電解質膜４０３の
両面に重なるように電解質樹脂をバインダーとして接合
して形成される。

【００４３】アノード電極層は炭素担体上に白金とルテ
ニウムの原子比が１／１の白金／ルテニウム合金微粒子
を５０ｗｔ％分散担持した触媒粉末と３０ｗｔ％パーフ
ロロカーボンスルフォン酸(商品名：Nafion117，DuPont
社製）電解質をバインダーとして水／アルコール混合溶
媒（水，イソプロパノール，ノルマルプロパノールが重
量比で２０：４０：４０の混合溶媒）のスラリーを調整
してスクリーン印刷法で厚さ約２０μｍの多孔質膜に形
成した。

【００４４】カソード電極層は炭素担体上に３０ｗｔ％
の白金微粒子を担持した触媒粉末と電解質をバインダー
として水／アルコール混合溶媒のスラリーを調整してス
クリーン印刷法で厚さ約２５μｍの多孔質膜に形成し
た。こうして調整したアノード多孔質膜及びカソード多
孔質膜をそれぞれ２０mm幅×１０mm長さに切り出してア
ノード電極層及びカソード電極層とした。

【００４５】Nafion117電解質膜(DuPont社製）２６mm幅
×１６mm長さを切り出し、アノード電極層表面に５重量
％のナフィオンアルコール水溶液（水，イソプロパノー
ル，ノルマルプロパノールが重量比で２０：４０：４０
の混合溶媒：Fluka Chemika社製）を約０.５ｍｌ浸透さ
せた後に電解質膜中央部に接合し約１kgの荷重をかけて
８０℃で３時間乾燥する。

【００４６】次にカソード層電極表面に５重量％のナフ
ィオンアルコール水溶液（水，イソプロパノール，ノル
マルプロパノールが重量比で２０：４０：４０の混合溶
媒：Fluka Chemika社製）を約０.５ｍｌ浸透させた後に
電解質膜中央部に先に接合したアノード電極層に重なる
ように接合して約１kgの荷重をかけて８０℃で３時間乾
燥することによってＭＥＡを調整した。

【００４７】次に炭素粉末に焼成後の重量で４０ｗｔ％
となるように撥水剤ポリテトラフロロエチレン微粒子の
水性分散液（四フッ化エチレンディスパージョンＤ−
１：ダイキン工業製）を添加して混練しペースト状にな
ったものを厚さ約３５０μｍ，空隙率８７％の炭素繊維
織布上の片面に厚さ約２０μｍとなるように塗布し、室
温で乾燥した後２７０℃で３時間焼成して炭素シートを
形成した。得られたシートを上記したＭＥＡの電極サイ
ズと同じ形状に切り出して拡散層を調整した。

【００４８】次に、本発明の燃料電池発電装置の組み立
て方法を示す図４（ｂ）を用いて説明する。外形６５mm
幅×６５mm長さ×４.５mm 高さの燃料タンク４０４の上
面には、燃焼吸い上げのための１mm幅×２０mm長さのス
リット状の開孔４０８が設けられている。この開孔部に
は空隙率８５％のガラス繊維マットを燃料吸い上げ材と
して充填した。

【００４９】この開孔上面にガスケット４０５，アノー
ド極４０６，ガスケット４０５，ＭＥＡ４０１，拡散層
４１１，ガスケット４０５，カソード極４０７の順で積
層し単セルを構成した。この単セルを横２列，縦３列の
合計６セルを上記と同様に積層して、外形６５mm幅×６
５mm長さ×１.５mm 高さの上蓋板４０９によって締め付
けた。

【００５０】燃料タンク４０４および上蓋板４０９の上
下四隅には、発電によって生成した炭酸ガスを排出する
気液分離機能を備えた通気孔４１０を設けた。この通気
孔の一つから１０ｗｔ％のメタノール水溶液１２を燃料
として容器内に注入した。

【００５１】上記のようにして作製した本発明の燃料電
池発電装置の発電部の概略は、外形６５mm幅×６５mm長
さ×６mm高さの形状で、燃料収納容積は約１５ｍｌ、発
電装置は発電面積２cm²、６直列で構成されている。

【００５２】この燃料電池発電装置の発電部に、外形７
０mm幅×７０mm長さ×９mm高さの図３に示すアダプター
部を接続して、温度５０℃，負荷電流０.２Ａ の条件で
発電した。出力電圧は２.０３Ｖ であり、アダプター部
の外形寸法を基にこの燃料電池発電装置の出力密度を算
出すると約９.２Ｗ／ｌ となった。

【００５３】また、１０ｗｔ％のメタノール水溶液を約
１５ｍｌ充填して負荷電流０.２Ａで運転すると約２.８
時間発電を継続することができ、燃料５充填当たりの
体積エネルギー密度は約２６Ｗｈ／ｌであった。さら
に、この運転中に発電装置を天地逆転或いは横転した姿
勢で運転しても、特にメタノールの漏液によるにおいは
発生しなかった。

【００５４】上記のように、複数の単セルを備えた発電
部と、これらの単セルを直列接続するアダプター部に分
けて構成することにより、高エネルギー密度の燃料電池
発電装置が実現できる。同時に、単セル間の配線が省略
できるため発電部分の構造が単純なものとなるため信頼
性の向上が図れる。

【００５５】（実施例２）本発明の別の一実施例による
ＭＥＡ５０１の構造を図５（ａ）に示す。５２mm幅×５
２mm長さの電解質膜５０３の両面に、２０mm幅×１０mm
長さのアノード電極層５０２とカソード電極層を横２
列、縦３列の合計６組を実施例１と同様にして重ね合わ
せた。実施例２において作製したＭＥＡ５０１、及び実
施例１において用いた燃料タンク４０４，ガスケット４
０５，拡散層４１１を用い、図５(ｂ)に示すように、６
組の単セルを設けた発電部を作製した。

【００５６】この燃料電池発電装置の発電部に、外形７
０mm幅×７０mm長さ×９mm高さの図３に示すアダプター
部を接続して、温度５０℃，負荷電流０.２Ａ の条件で
発電した。出力電圧は２.０２ であり、アダプター部の
外形寸法を基にこの燃料電池発電装置の出力密度を算出
すると約９.２Ｗ／ｌ となった。また、１０wt％のメタ
ノール水溶液を約１５ｍｌ充填して負荷電流０.２Ａで
運転すると約２.８時間発電を継続することができ、燃
料５充填当たりの体積エネルギー密度は約２６Ｗｈ／ｌ
であった。さらに、この運転中に発電装置を天地逆転或
いは横転した姿勢で運転しても、特にメタノールの漏液
によるにおいは発生しなかった。

【００５７】上記のように、複数の単セルを備えた発電
部と、これらの単セルを直列接続するアダプター部に分
けて構成することにより、高エネルギー密度の燃料電池
発電装置が実現できる。実施例２では複数のＭＥＡを一
枚のＭＥＡとしており、発電部分の構造がさらに単純な
ものとなるため、より信頼性の向上が図れる。

【００５８】（実施例３）図６に示すように、携帯情報
端末にアダプター部を取り付け、発電部をこのアダプタ
ー部に装着した。なお、発電部は燃料補給のためアダプ
ター部より取り外すことが可能となっている。本発明の
燃料電池発電装置によって発電し携帯情報端末を連続駆
動した。約１時間駆動した時点で燃料電池発電装置の電
圧が低下し携帯情報端末が停止したが、発電部を取り外
して１０ｗｔ％のメタノール水溶液燃料を交換したとこ
ろ、直ちに携帯情報端末が使用できた。以上のように、
本発明の燃料電池発電装置によって、二次電池で必須の
充電待ち時間が省略でき、携帯機器の利便性が向上し
た。尚、図６中符号６０１は携帯情報端末、６０２は液
晶パネル、６０３はキーボード、６０４はアダプター
部、６０５は発電部である。

【００５９】

【発明の効果】本発明は、二次電池のように一定容量の
電力を消費する度に充電することなく、燃料を補給する
ことによって容易に発電が継続できる燃料電池発電装置
を提案し、体積エネルギー密度を損なわずに複数の単セ
ルを直列接続した信頼性の高い燃料電池発電装置と前記
燃料電池発電装置を用いた携帯機器を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池発電装置の一実施例。

【図２】本発明の一実施例である燃料電池発電装置の発
電部。

【図３】本発明の一実施例である燃料電池発電装置のア
ダプター部。

【図４】（ａ）本発明の一実施例である燃料電池発電装
置のＭＥＡ発電部、（ｂ）本発明の一実施例である燃料
電池発電装置の発電部。

【図５】（ａ）本発明の一実施例である燃料電池発電装
置のＭＥＡ発電部、（ｂ）本発明の一実施例である燃料
電池発電装置の発電部。

【図６】本発明の携帯機器の一実施例。

【図７】比較例に関るセパレータの外観構造と断面構造
（ａ），（ｂ）図。

【図８】比較例に関るセルホルダーを示す図。

【図９】比較例に関る電池の積層構成を示す図。

【図１０】比較例に関わる電源外観構造（ａ）図と電源
／燃料タンク結合断面（ｂ）図。

【符号の説明】

１…燃料収納容器、５，２１０…燃料、９，４０１，５
０１…ＭＥＡ、１０，２０８，４０５…ガスケット、１
１，２０７…拡散層、１２…メタノール水溶液、１５，
４１０…通気孔、１７…締め付けバンド、２１，４０
３，５０３…電解質膜、２３…カソード層、８１…セパ
レータ、８２…マニフォルド、８３…セパレータ縦断面
図、８４…セパレータ横断面図、８５…発電開孔部、８
６…マニフォルド開孔部、８７…マニフォルド埋込部、
８８…溝埋込部、９２…ライナー、９３…燃料電池結合
部、９４…セルホルダー、１０１，６０５…発電部、１
０２，６０４…アダプター部、１０３，４０６…アノー
ド極、１０４，４０７…カソード極、１０５…カソード
端子、１０６…アノード端子、１０７…単セル、108…
外部端子、２０２，４０９…上蓋板、２０３，４０４…
燃料タンク、２０４…電解質膜、２０５，４０２，５０
２…アノード電極層、２０６…カソード電極層、２０９
…ウィック、２１１，４０８…開孔、３０１，３０２…
配線、６０１…携帯情報端末、６０２…液晶パネル、６
０３…キーボード。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料を酸化するアノードと酸素を還元する
   カソードとが電解質膜を介して配置され、液体を燃料と
   する燃料電池発電装置において、前記燃料電池発電装置
   が、燃料収納容器の壁面に少なくとも電解質膜，アノー
   ド及びカソードから構成される単セルを複数備えた発電
   部、及び前記発電部に装着し前記単セルを電気的に直列
   接続するアダプター部を備えたことを特徴とする燃料電
   池発電装置。
2. 【請求項２】前記発電部において単一の電解質膜を用
   い、前記電解質膜にアノード及びカソードから構成され
   た単セルを複数備えたことを特徴とする請求項第１項記
   載の燃料電池発電装置。
3. 【請求項３】前記発電部及びアダプター部が可逆的に装
   脱着可能な請求項第１項記載の燃料電池発電装置。
4. 【請求項４】請求項第１項記載の燃料電池発電装置を具
   備した携帯機器。