JP2004095208A - Fuel cell - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell which can achieve high power-generating efficiency. <P>SOLUTION: The fuel cell X1 comprises a fuel cell body 10 equipped with a first electrode 11 for oxidizing a fuel, a second electrode 12 for reducing oxygen, and an electrolyte layer 13 held between the first electrode 11 and the second electrode 12; and an opening and closing device 20 which can select an opened state for permitting feed of the fuel and a closed state for stopping the feed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００８】
空気極では、下記の式（２）に示すように、空気から得られる酸素（Ｏ_２）と、燃料極から電解質膜を経て到来したプロトン（Ｈ^＋）と、燃料極から外部回路を経て到来した電子（ｅ⁻）とが反応して水（Ｈ_２Ｏ）が生成する。
【０００９】
【化２】

【００１０】
ダイレクトメタノール方式の固体高分子型燃料電池においては、燃料極での式（１）の反応および空気極での式（２）の反応が同時的に進行することによって、直流電流を取り出すことができる。また、メタノール水溶液および酸素を供給し続けることにより、連続発電する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ダイレクトメタノール方式を採用する従来の固体高分子型燃料電池では、燃料極に供給される液体燃料に含まれるメタノールは、電解質膜に含浸している水中を拡散して空気極に達する場合がある。メタノールが燃料極にて酸化分解されずに電解質膜を透過して空気極に到達してしまうという現象、即ちメタノールのクロスオーバが起こると、空気極に到達したメタノールは発電に寄与しないので、燃料電池における正味の発電効率は低下してしまう。また、有意な量のメタノールが空気極に存在すると、上掲の式（２）の反応が阻害されるので、燃料電池の起電力が低下してしまう。
【００１２】
一方、ダイレクトメタノール方式を採用する従来の固体高分子型燃料電池には、酸素を強制的に流通させて空気極に供給するための装置ないしシステムが併設される場合が多い。しかしながら、強制供給システムを伴う燃料電池は、特に携帯電話用途やＰＤＡ用途の電源としては、過大なサイズとなるため実用的でない。また、空気極にて発生する水を加熱や送風などにより除去するための装置ないしシステムが併設される場合もあるが、水除去システムを伴う燃料電池も、特に携帯電話用途やＰＤＡ用途の電源としては、過大なサイズとなるため実用的でない。
【００１３】
そこで、強制供給システムや水除去システムを利用せずに、小型軽量化が図られた燃料電池が提案されている。そのような燃料電池においては、例えば、液体燃料を収容する燃料貯蔵部から燃料極に連通する経路が設けられ、液体燃料が当該経路を流通して燃料極に接触するように構成されている。これとともに、電池筐体に開口部が設けられて当該開口部を介して空気極は電池外部に露出され、空気極に対して電池外部の空気が流通接触できるように構成されている。このような構成により、空気に含まれる酸素が空気極に接触可能となり、且つ、空気極にて生成する水が空気中に自然蒸散可能となっている。
【００１４】
しかしながら、携帯電子機器の小型電源として適用するために空気極を電池外部に露出させる構成を採用する従来の燃料電池においては、上述のメタノールのクロスオーバは促進されてしまう。空気極が電池外部に露出していると、クロスオーバにより空気極に到達したメタノールは空気極から空気中へと蒸散しやすい。この蒸散により空気極において低下するメタノール濃度を補うべく、拡散によりメタノールが燃料極から空気極へと電解質膜を透過する現象すなわちクロスオーバは、促進されるのである。燃料電池が作動していない時においても、メタノールのクロスオーバは促進され、空気極からメタノールは蒸散され続ける。このようにしてクロスオーバが促進されてメタノールが蒸散し続けると、燃料極の反応に寄与しないメタノールの損失量は極めて大きくなり、正味の発電効率は著しく低下してしまう。このように、空気極を電池外部に露出させる構成を採用する従来の燃料電池においては、メタノールのクロスオーバに起因する発電効率の低下は特に顕著となるのである。
【００１５】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、上述の従来の問題を解消ないし軽減することを課題とし、高い発電効率を達成することのできる燃料電池を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面により提供される燃料電池は、燃料を酸化するための第１電極、酸素を還元するための第２電極、並びに、第１電極および第２電極に挟まれた電解質層を備える燃料電池本体と、第１電極への燃料経路に設けられ、第１電極への燃料の供給を許容するための開状態および停止するための閉状態を選択可能な開閉装置と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
このような構成の燃料電池は、高い発電効率を達成することができる。本発明の第１の側面に係る燃料電池は、燃料電池本体の第１電極すなわち燃料極への燃料の供給を許容するための開状態と、燃料供給を停止するための閉状態との２つの状態を、適宜選択することのできる開閉装置を備える。本燃料電池が作動すべき時に、この開閉装置を開状態とすると、燃料は、別途設けられた例えば燃料貯蔵部から当該開閉装置を通過して燃料極へ至る。空気極に酸素を供給したうえで、このようにして燃料電池に燃料を適切に供給することにより、燃料電池を良好に作動させることができる。一方、本燃料電池の未使用時などの非作動時には、開閉装置を閉状態とすると、例えば燃料貯蔵部から燃料極への燃料の供給は、当該開閉装置により停止される。燃料電池の非作動時において燃料極への燃料供給を停止することにより、当該非作動時におけるメタノールのクロスオーバひいては空気極からのメタノール蒸散量を低減することができる。
【００１８】
このように、本発明の第１の側面に係る燃料電池によると、燃料電池の非作動時には開閉装置を閉状態とすることができるので、空気極からのメタノール蒸散量を低減することが可能であり、その結果、電池作動時において、燃料極にて燃料を適切に消費することが可能となる。したがって、本発明の第１の側面に係る燃料電池は、電池の使用過程において高い発電効率を達成することができるのである。
【００１９】
本発明の第１の側面において、好ましくは、開閉装置は第１電極と面接触し且つ導電接続しており、本燃料電池は、更に、第１電極とは反対の側にて開閉装置と面接触して当該開閉装置を介して第１電極と導電接続している集電体を備える。或は、好ましくは、本燃料電池は、更に、第１電極と面接触し且つ導電接続している集電体を備え、開閉装置は、第１電極とは反対の側にて集電体と面接触している。或は、好ましくは、開閉装置は、第１電極と面接触し且つ導電接続している集電体である。これらのような構成によると、第１電極すなわち燃料極に対する集電体と、開閉装置とを、燃料電池本体に対して共に適切に設けることができる。
【００２０】
好ましくは、開閉装置は、燃料を通過させるための貫通孔を有する固定部と、貫通孔を開放する位置および遮蔽する位置との間で固定部に対して摺動可能な可動部とを有する。このような構成の開閉装置においては、固定部の貫通孔を開放する位置に可動部を摺動させることにより、当該開閉装置の開状態を達成することができる。また、固定部の貫通孔を遮蔽する位置に可動部を摺動させることにより、当該開閉装置の閉状態を達成することができる。
【００２１】
本発明の第２の側面によると別の燃料電池が提供される。この燃料電池は、燃料を酸化するための第１電極、酸素を還元するための第２電極、並びに、第１電極および第２電極に挟まれた電解質層を備える燃料電池本体と、第２電極の少なくとも一部を外部に露出させるための開口部を有して燃料電池本体を収容する筐体と、燃料電池本体および開口部の間に設けられ、開口部を介して第２電極を露出させるための開状態および露出させないための閉状態を選択可能な開閉装置と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
このような構成の燃料電池は、高い発電効率を達成することができる。本発明の第２の側面に係る燃料電池は、筐体の開口部を介して燃料電池本体の第２電極を露出させるための開状態と、第２電極を露出させないための閉状態との２つの状態を、適宜選択することのできる開閉装置を備える。本燃料電池が作動すべき時に、この開閉装置を開状態とすると、空気中の酸素が空気極に流通接触する。燃料極に燃料を供給したうえで、このようにして空気極に酸素を適切に供給することにより、燃料電池を良好に作動させることができる。一方、本燃料電池の未使用時などの非作動時には、開閉装置を閉状態とすると、空気極は遮蔽されて電池外部から隔絶される。燃料電池の非作動時において空気極を電池外部から隔絶することにより、当該非作動時におけるメタノールのクロスオーバひいては空気極からのメタノール蒸散量を低減することができる。
【００２３】
このように、本発明の第２の側面に係る燃料電池によると、燃料電池の非作動時には開閉装置を閉状態とすることができるので、空気極からのメタノール蒸散量を低減することが可能であり、その結果、電池作動時において、燃料極にて燃料を適切に消費することが可能となる。したがって、本発明の第２の側面に係る燃料電池は、電池の使用過程において高い発電効率を達成することができるのである。
【００２４】
本発明の第２の側面において、好ましくは、開閉装置は第２電極と面接触し且つ導電接続しており、本燃料電池は、更に、第２電極とは反対の側にて開閉装置と面接触して当該開閉装置を介して第２電極と導電接続している集電体を備える。或は、好ましくは、本燃料電池は、更に、第２電極と面接触し且つ導電接続している集電体を備え、開閉装置は、第２電極とは反対の側にて集電体と面接触している。或は、好ましくは、開閉装置は、第２電極と面接触し且つ導電接続している集電体である。これらのような構成によると、第２電極すなわち空気極に対する集電体と、開閉装置とを、燃料電池本体に対して共に適切に設けることができる。
【００２５】
好ましくは、開閉装置は、第２電極を露出させるための貫通孔を有する固定部と、貫通孔を遮蔽する位置および開放する位置との間で固定部に対して摺動可能な可動部とを有する。このような構成の開閉装置においては、固定部の貫通孔を開放する位置に可動部を摺動させることにより、当該開閉装置の開状態を達成することができる。また、固定部の貫通孔を遮蔽する位置に可動部を摺動させることにより、当該開閉装置の閉状態を達成することができる。
【００２６】
本発明の第１および第２の側面において、好ましくは、第１可動部は、固定部の貫通孔に対して連通可能な貫通孔を有する。このような構成の開閉装置においては、固定部の貫通孔と可動部の貫通孔とが連通するような位置に、固定部に対して可動部を摺動させることにより、当該開閉装置を開状態とすることができる。また、固定部の貫通孔と可動部の貫通孔とが連通しないような位置に、固定部に対して可動部を摺動させることにより、当該開閉装置を閉状態とすることができる。
【００２７】
本発明の第１および第２の側面において、好ましくは、燃料はメタノール水溶液である。この場合、メタノール水溶液におけるメタノール濃度は１０ｖｏｌ％以上であるのが好ましい。このようなメタノール水溶液は、高い発電効率を達成するための液体燃料として好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池Ｘ１を表す。図１は、燃料電池Ｘ１の斜視図である。図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図であり、図３は、図２の分解図である。本実施形態においては、燃料電池Ｘ１について、ダイレクトメタノール方式の燃料電池として説明する。
【００２９】
燃料電池Ｘ１は、燃料電池本体１０と、開閉装置２０と、集電体３０Ａ，３０Ｂと、燃料貯蔵部４０と、これらを収容する電池筐体５０とを備える。
【００３０】
燃料電池本体１０は、図２および図３に示すように、燃料極１１と、空気極１２と、これらに挟まれている電解質層１３とからなる。燃料極１１は、触媒層１１ａおよび拡散層１１ｂによる積層構造を有し、触媒層１１ａの側で電解質層１３と接合している。空気極１２は、触媒層１２ａおよび拡散層１２ｂによる積層構造を有し、触媒層１２ａの側で電解質層１３と接合している。
【００３１】
燃料極１１の触媒層１１ａは、上掲の式（１）で表されるように、メタノールを酸化してプロトンと電子を取り出すためのものであり、導電粒子に触媒を担持させてなる触媒性粒子と、電解質層形成用の後述するプロトン伝導性高分子材料との混合物を含み、多孔質である。導電粒子としては、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、カーボンブラックなどの炭素粒子が挙げられる。触媒としては、白金（Ｐｔ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金を採用することができる。導電粒子の粒径は、例えば０．０１〜０．１μｍであり、触媒の粒径は、例えば２〜５ｎｍである。また、触媒層１１ａの厚さは、例えば２〜３０μｍである。
【００３２】
燃料極１１の拡散層１１ｂは、燃料極１１に供給された液体燃料であるメタノール水溶液（図示略）が触媒層１１ａに至る前に拡散する場を提供するためのものであり、カーボンペーパなどの多孔質導電膜よりなる。拡散層１１ｂにてメタノール水溶液が拡散することにより、メタノール水溶液は、触媒層１１ａへと効率良く行き渡ることとなる。拡散層１１ｂの厚さは例えば１００〜４００μｍである。
【００３３】
燃料極１１の作製においては、まず、触媒性粒子とプロトン伝導性高分子材料とを、水溶媒系、アルコール溶媒系、または、水−アルコール溶媒系にて混合し、これを脱泡して電極ペーストを調製する。次に、拡散層１１ｂの上に電極ペーストを塗布ないし充填した後、例えば１００℃にて加熱乾燥する。拡散層１１ｂである多孔質導電膜の上における電極ペーストのみに由来する材料厚さは、例えば５〜５０μｍである。このようにして、触媒層１１ａおよび拡散層１１ｂによる積層構造を有する多孔質性の燃料極１１が作製される。
【００３４】
空気極１２の触媒層１２ａは、上掲の式（２）で表されるように、空気中の酸素の還元反応を進行させるためのものであり、導電粒子に触媒を担持させてなる触媒性粒子と、電解質層形成用の後述するプロトン伝導性高分子材料との混合物を含み、多孔質である。触媒については、白金（Ｐｔ）を採用することができる。触媒の粒径は、例えば２〜５ｎｍである。導電粒子については、触媒層１１ａと同様のものを使用することができる。触媒層１２ａの厚さは、例えば２〜３０μｍである。
【００３５】
空気極１２の拡散層１２ｂは、空気極１２に流通接触する空気が触媒層１２ａに至る前に拡散する場を提供するためのものであり、カーボンペーパなどの多孔質導電膜よりなる。拡散層１２ｂにて空気が拡散することにより、当該空気ひいては酸素は、触媒層１２ａへと効率良く行き渡ることとなる。拡散層１２ｂの厚さは例えば１００〜４００μｍである。
【００３６】
触媒層１２ａおよび拡散層１２ｂによる積層構造を有する多孔質性の空気極１２の作製方法については、燃料極１１に関して上述したのと同様である。
【００３７】
電解質層１３は、燃料極１１におけるメタノール酸化反応で生成したプロトンを空気極１２に輸送するための媒体であり、電子伝導性を有さずにプロトン伝導性を有する高分子材料よりなる。そのような高分子材料としては、パーフロオロスルホン酸膜が挙げられる。パーフロオロスルホン酸膜としては、例えば、ナフィオン膜（デュポン製）、フレミオン膜（旭硝子製）、アシプレックス膜（旭化成工業製）、ダウ膜（ダウケミカル製）などが挙げられる。電解質層１３の厚さは、例えば５０〜２５０μｍである。
【００３８】
燃料電池本体１０の作製においては、例えば、まず、上述のようにして作製された燃料極１１および空気極１２により電解質層１３を挟む。このとき、電解質層１３に対して、燃料極１１は触媒層１１ａを介して貼り合わせるとともに、空気極１２は触媒層１２ａを介して貼り合わせる。次に、加熱下にて、当該貼合せ体を積層方向に加圧して接合する。このようにして、燃料電池本体１０を作製することができる。
【００３９】
開閉装置２０は、燃料極１１への燃料の供給を許容または停止するためのものであり、図４によく表れているように、固定部２１および可動部２２を有する。可動部２２には把持部２３が設けられている。図の簡潔化の観点より、図２および図３においては固定部２１および可動部２２の断面構造を省略する。図５（ａ）は、燃料供給を許容するための開状態にある開閉装置２０を表し、図５（ｂ）は、開閉装置２０が開状態をとる燃料電池Ｘ１を表す。図６（ａ）は、燃料供給を停止するための閉状態にある開閉装置２０を表し、図６（ｂ）は、開閉装置２０が閉状態をとる燃料電池Ｘ１を表す。
【００４０】
図２に示すように、本実施形態では、固定部２１は、燃料電池本体１０の燃料極１１に面接触するように固定されており、可動部２２は、固定部２１および集電体３０Ａに対して面接触しつつ摺動するように配設されている。本発明では、このような構成に代えて、固定部２１を、集電体３０Ａに面接触するように固定するとともに、可動部２２を、固定部２１および燃料極１１に面接触しつつ摺動するように配設してもよい。固定部２１および可動部２２は、導電性を有する部材より形成されたものであり、例えばＳＵＳ製の金属板から加工されたものである。したがって、固定部２１およびこれに摺接する可動部２２は、燃料極１１に対して電気的に接続している。
【００４１】
固定部２１には、複数の通過孔２１ａが形成されている。可動部２２にも、複数の通過孔２２ａが形成されている。通過孔２２ａは、図５に示す開状態において、固定部２１の通過孔２１ａの各々に連通するような箇所に設けられている。図６に示す閉状態においては、固定部２１の通過孔２１ａは、可動部２２における通過孔非形成箇所によって遮蔽される。このような開状態および閉状態を達成する位置の間で、可動部２２は固定部２１に対してスライド変位可能とされている。
【００４２】
本発明の燃料電池Ｘ１は、上述のような構成の開閉装置２０に代えて、図７に示すような開閉装置２０’を備えてもよい。図８（ａ）は、燃料供給を許容するための開状態にある開閉装置２０’を表し、図８（ｂ）は、開閉装置２０’が開状態をとる燃料電池Ｘ１を表す。図９（ａ）は、燃料供給を停止するための閉状態にある開閉装置２０’を表し、図９（ｂ）は、開閉装置２０’が閉状態をとる燃料電池Ｘ１を表す。
【００４３】
開閉装置２０’は、固定部２１’および可動部２２’を有する。可動部２２’には把持部２３’が設けられている。固定部２１’は、燃料電池本体１０の燃料極１１に面接触するように固定されており、可動部２２’は、固定部２１’および集電体３０Ａに対して面接触しつつ摺動するように配設されている。本発明では、このような構成に代えて、固定部２１’を、集電体３０Ａに面接触するように固定するとともに、可動部２２’を、固定部２１’および燃料極１１に面接触しつつ摺動するように配設してもよい。固定部２１’および可動部２２’は、導電性を有する部材より形成されたものであり、例えばＳＵＳ製の金属板から加工されたものである。したがって、固定部２１’およびこれに摺接する可動部２２’は、燃料極１１に対して電気的に接続している。
【００４４】
固定部２１’には、複数の通過孔２１’ａが形成されている。図８に示す開状態においては、固定部２１’の通過孔２１’ａの各々は、可動部２２’に遮蔽されずに開放されている。図９に示す閉状態においては、固定部２１’の通過孔２１’ａの各々は、可動部２２’により遮蔽される。このような開状態および閉状態を達成する位置の間で、可動部２２’は固定部２１’に対してスライド変位可能とされている。
【００４５】
集電体３０Ａは、燃料極１１におけるメタノール酸化反応で発生する電子を取り出すためのものであり、例えばＳＵＳ製やＮｉ製の金属メッシュである。本実施形態では、集電体３０Ａは、燃料極１１と電気的に接続している開閉装置２０の可動部２２と摺接している。したがって、集電体３０Ａは、開閉装置２０を介して燃料極１１と電気的に接続している。集電体３０Ａとしては、液体燃料であるメタノール水溶液が容易に通過可能なメッシュ開口径ないしメッシュ開口率を有するものを採用する。集電体３０Ａは、電池筐体５０表面に設けられた外部接続用端子（図示略）と電気的に接続している。集電体３０Ａと電気的に接続する端子は、燃料電池Ｘ１の負極である。
【００４６】
集電体３０Ｂは、触媒層１２ａに対して効率的に電子を供給するためのものであり、例えばＳＵＳ製やＮｉ製の金属メッシュである。集電体３０Ｂは、燃料電池本体１０の空気極１２と接合ないし面接触するとともに電気的に接続している。集電体３０Ｂとしては、空気極１２に対して空気ないし酸素が自然拡散により充分に接触可能であるとともに、空気極１２における酸素還元反応で生成する水を適切に蒸散排出可能なメッシュ開口径ないしメッシュ開口率を有するものを採用する。集電体３０Ｂは、電池筐体５０の表面に設けられた更なる外部接続用端子（図示略）と電気的に接続している。集電体３０Ｂと電気的に接続する端子は、燃料電池Ｘ１の正極である。
【００４７】
燃料電池本体１０と、開閉装置２０と、集電体３０Ａ，３０Ｂとによる積層構造は、図２に示すように、スペーサ６１およびパッキング材６２，６３とともに電池筐体５０に収容されている。収容状態において、電池筐体５０の内部には燃料貯蔵部４０が規定される。スペーサ６１には、所定の開口部６１ａが設けられている。開口部６１ａは、円形であってもよいし、スリット状であってもよい。この開口部６１ａを介して、集電体３０Ａは燃料貯蔵部４０に露出している。パッキング材６２は、燃料電池本体１０、開閉装置２０、および集電体３０Ａ，３０Ｂによる積層構造における周縁部の略全体と電池筐体５０との間の隙間を封止するためのものである。また、パッキング材６３は、燃料貯蔵部４０を規定しつつ、燃料貯蔵部４０からの燃料漏れを防止するためのものである。
【００４８】
燃料貯蔵部４０は、メタノール水溶液（図示略）が直接的に貯留される小型タンクとして構成されており、メタノール水溶液またはメタノールを適宜補充するための注入口（図示略）を有する。
【００４９】
電池筐体５０は、開口部５０ａを有する。この開口部５０ａを介して、集電体３０Ｂは電池外部に露出している。また、電池筐体５０において燃料貯蔵部４０を規定する所定の箇所には、燃料貯蔵部４０と電池外部との間の隔壁として、二酸化炭素透過膜（図示略）が配設されている。二酸化炭素透過膜は、液体燃料を実質的に透過させずに二酸化炭素を選択的に透過させる膜であり、この膜を介して、燃料極１１における電池反応で生成する二酸化炭素は排出される。二酸化炭素透過膜を構成する材料としては、例えば、シリコンゴムやフッ素ポリイミドなどが挙げられる。
【００５０】
燃料電池Ｘ１において、図５に示すように開閉装置２０が開状態である場合、燃料貯蔵部４０に充分量の液体燃料すなわちメタノール水溶液が貯留されていると、当該メタノール水溶液は、燃料貯蔵部４０から、スペーサ６１の開口部６１ａ、メッシュ状の集電体３０Ａ、および、開閉装置２０を経て、燃料極１１に至る。そして、燃料極１１では、メタノール水溶液は、多孔質の拡散層１１ｂを通過して触媒層１１ａに至る。これとともに、電池外部の空気に含まれる酸素は、電池筐体５０の開口部５０ａ、および、メッシュ状の集電体３０Ｂを経て、常時的に空気極１２に接触する。空気極１２では、酸素は、多孔質の拡散層１２ｂを通過して触媒層１２ａに至る。燃料極１１に対してメタノール水溶液が供給されるとともに空気極１２に対して酸素が供給されると、燃料極１１の触媒層１１ａでは、触媒の作用により、上掲の式（１）で表されるメタノール酸化反応が起こり、二酸化炭素、プロトン、および電子が発生する。また、空気極１２の触媒層１２ａでは、触媒の作用により、上掲の式（２）で表される酸素還元反応が起こり、水が生成する。この水は、開口部５０ａを介して自然蒸散する。両極においてこのような電気化学反応が進行することにより、燃料電池本体１０は発電する。
【００５１】
燃料電池Ｘ１の未使用時などの非作動時においては、図６に示すように開閉装置２０を閉状態とすると、燃料貯蔵部４０から燃料極１１への燃料の供給は停止される。燃料供給が停止されると、当該非作動時におけるメタノールのクロスオーバは抑制され、ひいては、空気極１２からのメタノール蒸散量は著しく低減される。
【００５２】
このように、本発明に係る燃料電池Ｘ１によると、非作動時には開閉装置２０を閉状態とすることによってメタノール蒸散量を低減し、燃料貯蔵部４０に貯留されるメタノール水溶液を、電池作動時に燃料極１１にて適切に消費することができる。その結果、本発明に係る燃料電池Ｘ１においては、電池の使用過程において高い発電効率を達成することが可能となる。
【００５３】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池Ｘ２を表す。図１０は、第１の実施形態についての図２の一部に相当する部分断面図である。燃料電池Ｘ２は、燃料電池本体１０に対する開閉装置２０および集電体３０Ａの配設態様について燃料電池Ｘ１と異なる。燃料電池Ｘ２においては、集電体３０Ａは、燃料電池本体１０の燃料極１１と直接的に接合ないし面接触している。燃料電池Ｘ２においては、開閉装置２０は、集電体３０Ａとスペーサ６１の間に配設されている。図の簡潔化の観点より、図１０においては開閉装置２０の固定部２１および可動部２２の断面構造を省略する。集電体３０Ａが燃料極１１に対して直接に電気的に接続しているので、開閉装置２０は導電性の材料により構成されていなくともよい。
【００５４】
開閉装置２０の固定部２１は、集電体３０Ａに面接触するように固定されていてもよいし、スペーサ６１に面接触するように固定されていてもよい。固定部２１が集電体３０Ａに面接触するように固定される場合、可動部２２は、固定部２１およびスペーサ６１の間において、これらに対して摺動するように配設される。固定部２１がスペーサ６１に面接触するように固定される場合、可動部２２は、固定部２１および集電体３０Ａの間において、これらに対して面接触しつつ摺動するように配設される。燃料電池Ｘ２においては、固定部２１がスペーサ６１に面接触するように固定される構成に代えて、スペーサ６１を具備せずにスペーサ６１の機能を併有する固定部２１を設けてもよい。この場合にも、可動部２２は、固定部２１および集電体３０Ａの間において、これらに対して面接触しつつ摺動するように配設される。
【００５５】
開閉装置２０および集電体３０Ａに関する他の構成、並びに、燃料電池本体１０、集電体３０Ｂ、燃料貯蔵部４０、および電池筐体５０に関する構成については、燃料電池Ｘ１に関して上述したのと同様である。
【００５６】
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池Ｘ３を表す。図１１は、第１の実施形態についての図２の一部に相当する部分断面図である。燃料電池Ｘ３は、集電体３０Ａを具備せずに開閉装置２０が集電体の機能を併有する点において、燃料電池Ｘ１と異なる。燃料電池Ｘ３においては、開閉装置２０は、燃料電池本体１０の燃料極１１とスペーサ６１の間に配設されており、電池筐体５０表面に設けられた外部接続用端子（図示略）と電気的に接続している。本実施形態において、開閉装置２０と電気的に接続する端子は、燃料電池Ｘ３の負極である。図の簡潔化の観点より、図１１においては開閉装置２０の固定部２１および可動部２２の断面構造を省略する。
【００５７】
開閉装置２０の固定部２１は、燃料極１１に面接触するように固定されていてもよいし、スペーサ６１に面接触するように固定されていてもよい。固定部２１が燃料極１１に面接触するように固定される場合、可動部２２は、固定部２１およびスペーサ６１の間において、これらに対して摺動するように配設される。固定部２１がスペーサ６１に面接触するように固定される場合、可動部２２は、固定部２１および燃料極１１の間において、これらに対して面接触しつつ摺動するように配設される。燃料電池Ｘ３においては、固定部２１がスペーサ６１に固定される構成に代えて、スペーサ６１を具備せずにスペーサ６１の機能を併有する固定部２１を設けてもよい。この場合にも、可動部２２は、固定部２１および燃料極１１の間において、これらに対して面接触しつつ摺動するように配設される。
【００５８】
開閉装置２０に関する他の構成、並びに、燃料電池本体１０、集電体３０Ｂ、燃料貯蔵部４０、および電池筐体５０に関する構成については、燃料電池Ｘ１に関して上述したのと同様である。
【００５９】
燃料電池Ｘ２および燃料電池Ｘ３において、開閉装置２０が開状態である場合、燃料貯蔵部４０に充分量の液体燃料すなわちメタノール水溶液が貯留されていると、当該メタノール水溶液は、燃料貯蔵部４０から燃料極１１に供給される。そして、燃料極１１では、メタノール水溶液は、多孔質の拡散層１１ｂを通過して触媒層１１ａに至る。これとともに、電池外部の空気に含まれる酸素は、常時的に空気極１２に接触する。空気極１２では、酸素は、多孔質の拡散層１２ｂを通過して触媒層１２ａに至る。燃料極１１に対してメタノール水溶液が供給されるとともに空気極１２に対して酸素が供給されると、両極において電気化学反応が進行し、燃料電池本体１０は発電する。
【００６０】
燃料電池Ｘ２および燃料電池Ｘ３の非作動時においては、開閉装置２０を閉状態とすると、燃料貯蔵部４０から燃料極１１への燃料の供給は停止される。燃料供給が停止されると、当該非作動時におけるメタノールのクロスオーバは抑制され、ひいては、空気極１２からのメタノール蒸散量は著しく低減される。このように、燃料電池Ｘ２および燃料電池Ｘ３によると、非作動時には開閉装置２０を閉状態とすることによってメタノール蒸散量を低減し、燃料貯蔵部４０に貯留されるメタノール水溶液を、電池作動時に燃料極１１にて適切に消費することができる。したがって、燃料電池Ｘ２および燃料電池Ｘ３においても、燃料電池Ｘ１と同様に、電池の使用過程において高い発電効率を達成することが可能である。
【００６１】
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池Ｘ４を表す。図１２は、第１の実施形態についての図２の一部に相当する部分断面図である。燃料電池Ｘ４は、燃料電池本体１０に対する開閉装置２０および集電体３０Ａ，３０Ｂの配設態様について燃料電池Ｘ１と異なる。燃料電池Ｘ４においては、集電体３０Ａは、燃料電池本体１０の燃料極１１と直接的に接合している。燃料電池Ｘ４においては、開閉装置２０は、燃料電池本体１０の空気極１２と集電体３０Ｂとの間に配設されており、集電体３０Ｂは、開閉装置２０を介して空気極１２と電気的に接続している。図の簡潔化の観点より、図１２においては開閉装置２０の固定部２１および可動部２２の断面構造を省略する。
【００６２】
開閉装置２０の固定部２１は、空気極１２に面接触するように固定されていてもよいし、集電体３０Ｂに面接触するように固定されていてもよい。固定部２１が空気極１２に面接触するように固定される場合、可動部２２は、固定部２１および集電体３０Ｂの間において、これらに対して面接触しつつ摺動するように配設される。固定部２１が集電体３０Ｂに面接触するように固定される場合、可動部２２は、固定部２１および空気極１２の間において、これらに対して面接触しつつ摺動するように配設される。
【００６３】
開閉装置２０および集電体３０Ａ，３０Ｂに関する他の構成、並びに、燃料電池本体１０、燃料貯蔵部４０、および電池筐体５０に関する構成については、燃料電池Ｘ１に関して上述したのと同様である。
【００６４】
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池Ｘ５を表す。図１３は、第１の実施形態についての図２の一部に相当する部分断面図である。燃料電池Ｘ５は、燃料電池本体１０に対する開閉装置２０および集電体３０Ａの配設態様について燃料電池Ｘ１と異なる。燃料電池Ｘ５においては、集電体３０Ａは、燃料電池本体１０の燃料極１１と直接的に接合している。燃料電池Ｘ５においては、開閉装置２０は、集電体３０Ｂと電池筐体５０の間に配設されている。図の簡潔化の観点より、図１３においては開閉装置２０の固定部２１および可動部２２の断面構造を省略する。
【００６５】
開閉装置２０の固定部２１は、集電体３０Ｂに面接触するように固定されていてもよいし、電池筐体５０に面接触するように固定されていてもよい。固定部２１が集電体３０Ｂに面接触するように固定される場合、可動部２２は、固定部２１および電池筐体５０の間において、これらに対して摺動するように配設される。固定部２１が電池筐体５０に面接触するように固定される場合、可動部２２は、固定部２１および集電体３０Ｂの間において、これらに対して面接触しつつ摺動するように配設される。
【００６６】
開閉装置２０および集電体３０Ａに関する他の構成、並びに、燃料電池本体１０、集電体３０Ｂ、燃料貯蔵部４０、および電池筐体５０に関する構成については、燃料電池Ｘ１に関して上述したのと同様である。
【００６７】
図１４は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池Ｘ６を表す。図１４は、第１の実施形態についての図２の一部に相当する部分断面図である。燃料電池Ｘ６は、燃料電池本体１０に対する集電体３０Ａの配設態様、および、集電体３０Ｂを具備せずに開閉装置２０が集電体３０Ｂの機能を併有する点において、燃料電池Ｘ１と異なる。燃料電池Ｘ６においては、集電体３０Ａは、燃料電池本体１０の燃料極１１と直接的に接合している。燃料電池Ｘ６においては、開閉装置２０は、燃料電池本体１０の空気極１２と電池筐体５０の間に配設されており、電池筐体５０表面に設けられた外部接続用端子（図示略）と電気的に接続している。本実施形態において、開閉装置２０と電気的に接続する端子は、燃料電池Ｘ６の正極である。図の簡潔化の観点より、図１４においては開閉装置２０の固定部２１および可動部２２の断面構造を省略する。
【００６８】
開閉装置２０の固定部２１は、空気極１２に面接触するように固定されていてもよいし、電池筐体５０に面接触するように固定されていてもよい。固定部２１が空気極１２に面接触するように固定される場合、可動部２２は、固定部２１および電池筐体５０の間において、これらに対して摺動するように配設される。固定部２１が電池筐体５０に面接触するように固定される場合、可動部２２は、固定部２１および空気極１２の間において、これらに対して面接触しつつ摺動するように配設される。
【００６９】
開閉装置２０および集電体３０Ａに関する他の構成、並びに、燃料電池本体１０、燃料貯蔵部４０、および電池筐体５０に関する構成については、燃料電池Ｘ１に関して上述したのと同様である。
【００７０】
燃料電池Ｘ４〜Ｘ６において、開閉装置２０が開状態である場合、電池外部の空気に含まれる酸素は、常時的に空気極１２に接触する。空気極１２では、酸素は、多孔質の拡散層１２ｂを通過して触媒層１２ａに至る。また、燃料貯蔵部４０に充分量の液体燃料すなわちメタノール水溶液が貯留されていると、当該メタノール水溶液は燃料極１１に供給される。空気極１２に対して適切に酸素が供給されるとともに燃料極１１に対してメタノール水溶液が供給されると、両極において電気化学反応が進行し、燃料電池本体１０は発電する。
【００７１】
燃料電池Ｘ４〜Ｘ６の未使用時などの非作動時には、開閉装置２０を閉状態とすると、空気極１２は遮蔽されて電池外部から隔絶される。燃料電池Ｘ４〜Ｘ６の非作動時において空気極１２を電池外部から隔絶することにより、当該非作動時におけるメタノールのクロスオーバは抑制され、ひいては、空気極１２からのメタノール蒸散量は著しく低減される。このように、燃料電池Ｘ４〜Ｘ６によると、非作動時には開閉装置２０を閉状態とすることによってメタノール蒸散量を低減し、燃料貯蔵部４０に貯留されるメタノール水溶液を、電池作動時に燃料極１１にて適切に消費することができる。その結果、燃料電池Ｘ４〜Ｘ６においても、燃料電池Ｘ１と同様に、電池の使用過程において高い発電効率を達成することが可能となる。
【００７２】
上述の第１から第６の実施形態においては、液体燃料としてメタノールの水溶液を使用するダイレクトメタノール方式の燃料電池について説明したが、本発明は、他の液体燃料を使用する燃料電池においても適用することができる。その場合、燃料電池本体１０については、必要に応じて、上述の構成に代えて、使用する液体燃料に対応する構成とする。例えば、燃料極１１および空気極１２にて適切な触媒を採用する。他の液体燃料としては、エチレングリコールや、例えばＫＢＨ_４などのボロハイドライド系燃料などを使用することができる。また、燃料貯蔵部４０については、液体燃料を直接的に貯留する上述の構成に代えて、液体燃料が注入された燃料カートリッジを収容する構成としてもよい。その場合、カートリッジ装着時において、カートリッジ内部から燃料極１１へと燃料が移動可能な構成とする。
【００７３】
【実施例】
次に、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
【００７４】
【実施例１】
＜燃料電池の作製＞
燃料電池の作製においては、まず、燃料極および空気極を作製した。燃料極の作製においては、まず、触媒としての白金−ルテニウム合金を担持する触媒性カーボン粒子（商品名：ＴＥＣ６１Ｅ５４Ｅ、田中貴金属製）５０重量部と、プロトン伝導性のパーフロオロスルホン酸（商品名：Ｎａｆｉｏｎ　２００４２、デュポン製）５０重量部とを、水および２−プロパノールの混合溶媒系にて混合し、これを脱泡して電極ペーストを調製した。この触媒性カーボン粒子における白金およびルテニウムの含有率は、各々、３０ｗｔ％および２０ｗｔ％である。次に、拡散層としてのカーボンペーパ（商品名：ＴＧＰ−Ｈ−０９０、東レ製）の上に当該電極ペーストを塗布ないし充填した後、１００℃にて加熱乾燥した。カーボンペーパ上における電極ペーストのみに由来する材料厚さ、すなわち触媒層厚さは、３０μｍとした。このようにして、燃料極の触媒層を作製した。一方、白金−ルテニウム合金を担持する触媒性カーボン粒子に代えて、触媒としての白金を担持する触媒性カーボン粒子（商品名：ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ、田中貴金属製）を使用した以外は、燃料極と同様にして、空気極を作製した。この触媒性カーボン粒子における白金の含有率は、５０ｗｔ％である。
【００７５】
燃料電池の作製においては、次に、上述のようにして作製した両電極により、電解質層を構成するための膜厚１２５μｍのパーフロオロスルホン酸膜（商品名：Ｎａｆｉｏｎ　ＮＦ−１１５、デュポン製）を挟持した。このとき、各電極は、触媒層を介して電解質層に貼り合わせた。次に、加熱下にて、当該貼合せ体を積層方向に加圧して接合した。このようにして、燃料電池本体を作製した。
【００７６】
次に、直径２ｍｍの貫通孔が複数形成された固定部と、当該固定部に対して摺動可能な可動部とを備える図７に示すような開閉装置を、固定部側を燃料極に対して面接触するように固定することによって、燃料電池本体に配設した。次に、開閉装置に対して、可動部が摺接可能な集電体としてのＳＵＳ製の金属メッシュ（厚さ：０．１ｍｍ、開口部形：菱形［対角線３ｍｍ×１．５ｍｍ］、開口率：７０％、商品名：エキスパンドメタル、サンク株式会社製）を積層した。これとともに、空気極におけるカーボンペーパ露出面側に対して、集電体としてのＳＵＳ製の金属メッシュ（厚さ：０．１ｍｍ、開口部形：菱形［対角線３ｍｍ×１．５ｍｍ］、開口率：７０％、商品名：エキスパンドメタル、サンク株式会社製）を積層した。
【００７７】
次に、燃料電池本体を含んで上述のようにして作製された積層構造体を、例えば図２に示すように、空気極側に開口部を有する電池筐体に収容した。電池筐体の内部に規定される燃料貯蔵部には、液体燃料として、メタノール濃度が１０ｖｏｌ％のメタノール水溶液を２．５ｃｍ^３注入した。このようにして、本実施例の燃料電池を作製した。
【００７８】
＜放電容量の測定＞
本実施例の燃料電池について、放電容量を測定した。具体的には、１分間の３００ｍＡでの定電流放電と、５時間の非放電のインターバルとを繰り返し行い、放電された総電気量を測定した。定電流放電時には、燃料電池の開閉装置は開状態とし、インターバル時には、開閉装置は閉状態とした。第１回目の定電流放電における端子電圧すなわち初期電圧は約３００ｍＶであった。定電流放電の際に端子電圧が１０ｍＶ以下となった時点て放電終了とし、各定電流放電における放電電気量の和を放電容量として算出した。その結果、本実施例の燃料電池の放電容量は、２５０ｍＡｈであった。この結果は表１に掲げる。
【００７９】
【比較例１】
＜燃料電池の作製＞
開閉装置を設けず、且つ、燃料極におけるカーボンペーパ露出面側に対して集電体としてのＳＵＳ製の金属メッシュ（厚さ：０．１ｍｍ、開口部形：菱形［対角線３ｍｍ×１．５ｍｍ］、開口率：７０％、商品名：エキスパンドメタル、サンク株式会社製）を直接に積層した以外は、実施例１と同様にして本比較例の燃料電池を作製した。
【００８０】
＜放電容量の測定＞
本比較例の燃料電池について、１分間の３００ｍＡでの定電流放電と、５時間の非放電のインターバルとを繰り返し行い、放電された総電気容量を測定した。初期電圧は約３００ｍＶであった。定電流放電の際に端子電圧が１０ｍＶ以下となった時点て放電終了とし、各定電流放電における放電電気量の和を放電容量として算出した。その結果、本比較例の燃料電池の放電容量は、１４５ｍＡｈであった。この結果は表１に掲げる。
【００８１】
【表１】

【００８２】
【評価】
表１を参照するとよく解かるように、非放電時すなわち非作動時において開閉装置が閉状態であるために燃料極への燃料供給が停止された実施例１の燃料電池は、非作動時にも燃料供給が許容された比較例１の燃料電池に対して、１．７倍以上の放電容量を示した。実施例１の燃料電池におけるこのような放電容量の向上は、開閉装置の閉状態により、非作動時におけるメタノールのクロスオーバが抑制され、ひいては、非作動時において空気極でのメタノールの蒸散が低減されたためであると考えられる。
【００８３】
以上のまとめとして、本発明の構成およびそのバリエーションを以下に付記として列挙する。
【００８４】
（付記１）燃料を酸化するための第１電極、酸素を還元するための第２電極、並びに、前記第１電極および前記第２電極に挟まれた電解質層を備える燃料電池本体と、
前記第１電極への燃料経路に設けられ、前記第１電極への燃料の供給を許容するための開状態および停止するための閉状態を選択可能な開閉装置と、を備えることを特徴とする、燃料電池。
（付記２）前記開閉装置は前記第１電極と面接触し且つ導電接続しており、前記第１電極とは反対の側にて前記開閉装置と面接触して当該開閉装置を介して前記第１電極と導電接続している集電体を更に備える、付記１に記載の燃料電池。
（付記３）前記第１電極と面接触し且つ導電接続している集電体を更に備え、前記開閉装置は、前記第１電極とは反対の側にて前記集電体と面接触している、付記１に記載の燃料電池。
（付記４）前記開閉装置は、前記第１電極と面接触し且つ導電接続している集電体である、付記１に記載の燃料電池。
（付記５）前記開閉装置は、前記燃料を通過させるための貫通孔を有する固定部と、前記貫通孔を開放する位置および遮蔽する位置との間で前記固定部に対して摺動可能な可動部とを有する、付記１から４のいずれか１つに記載の燃料電池。
（付記６）燃料を酸化するための第１電極、酸素を還元するための第２電極、並びに、前記第１電極および前記第２電極に挟まれた電解質層を備える燃料電池本体と、
前記第２電極の少なくとも一部を外部に露出させるための開口部を有して前記燃料電池本体を収容する筐体と、
前記燃料電池本体および前記開口部の間に設けられ、前記開口部を介して前記第２電極を露出させるための開状態および露出させないための閉状態を選択可能な開閉装置と、を備えることを特徴とする、燃料電池。
（付記７）前記開閉装置は前記第２電極と面接触し且つ導電接続しており、前記第２電極とは反対の側にて前記開閉装置と面接触して当該開閉装置を介して前記第２電極と導電接続している集電体を更に備える、付記６に記載の燃料電池。
（付記８）前記第２電極と面接触し且つ導電接続している集電体を更に備え、前記開閉装置は、前記第２電極とは反対の側にて前記集電体と面接触している、付記６に記載の燃料電池。
（付記９）前記開閉装置は、前記第２電極と面接触し且つ導電接続している集電体である、付記６に記載の燃料電池。
（付記１０）前記開閉装置は、前記第２電極を露出させるための貫通孔を有する固定部と、前記貫通孔を開放する位置および遮蔽する位置との間で前記固定部に対して摺動可能な可動部とを有する、付記６から９のいずれか１つに記載の燃料電池。
（付記１１）前記可動部は、前記貫通孔に対して連通可能な貫通孔を有する、付記５または１０に記載の燃料電池。
（付記１２）前記燃料はメタノール水溶液である、付記１から１１のいずれか１つに記載の燃料電池。
（付記１３）前記メタノール水溶液におけるメタノール濃度は１０ｖｏｌ％以上である、付記１２に記載の燃料電池。
【００８５】
【発明の効果】
本発明の燃料電池は、高い発電効率を達成することができる。例えば、小型電池として構成すべく空気極を電池外部に露出させる場合であっても、本発明によると、メタノールの蒸散を適切に抑制することが可能であり、従って、充分に高い発電効率を達成することができる。本発明の燃料電池は、携帯電話などの電子機器に搭載可能な燃料電池や、電子機器用の電池式充電器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池の斜視図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った分解断面図である。
【図４】開閉装置の分解斜視図である。
【図５】開閉装置の開状態を表す。
【図６】開閉装置の閉状態を表す。
【図７】他の開閉装置の分解斜視図である。
【図８】図７に示す開閉装置の開状態を表す。
【図９】図７に示す開閉装置の閉状態を表す。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池の部分断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池の部分断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池の部分断面図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る燃料電池の部分断面図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態に係る燃料電池の部分断面図である。
【符号の説明】
Ｘ１〜Ｘ６　　　燃料電池
１０　　　燃料電池本体
１１　　　燃料極
１２　　　空気極
１１ａ，１２ａ　　　触媒層
１１ｂ，１２ｂ　　　拡散層
１３　　　電解質層
２０　　　開閉装置
２１　　　固定部
２２　　　可動部
２１ａ，２２ａ　　　通過孔
３０Ａ，３０Ｂ　　　集電体
４０　　　燃料貯蔵部
５０　　　電池筐体
５０ａ　　　開口部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell. Specifically, the present invention relates to a fuel cell that can be mounted on an electronic device such as a mobile phone, and a fuel cell that can be applied to a battery charger for the electronic device.
[0002]
[Prior art]
For portable electronic devices such as mobile phones, PDAs, and notebook computers, conventional nickel-cadmium batteries and nickel-metal hydride batteries are used as drive power supplies and memory retention power supplies in order to reduce the size and weight of the entire device and extend the drivable time. In many cases, a lithium ion secondary battery is used instead of the above. Lithium-ion secondary batteries are characterized by being lighter in weight and capable of obtaining a higher driving voltage and higher battery capacity than nickel-cadmium batteries and nickel-metal hydride batteries. On the other hand, with the spread of the advanced information communication network in recent years, the information communication function of the portable electronic device has been strengthened, and the operation time of the device tends to increase. For this reason, there is an increasing demand for batteries for portable electronic devices to have higher capacities. The performance of lithium-ion secondary batteries has been improved with the progress of portable electronic devices.However, from the viewpoint of materials and structure, the performance has almost reached the limit, and in recent years, the performance has been further increased. It is becoming impossible to meet the demand for higher capacity.
[0003]
Under such circumstances, as a new battery replacing the lithium ion secondary battery, a fuel cell expected to have a capacity several times higher than that of the lithium ion secondary battery is attracting attention. 2. Description of the Related Art A fuel cell has a structure including a fuel electrode (negative electrode) and an air electrode (positive electrode) containing a catalyst, and an electrolyte that allows predetermined ions to move between them. In a fuel cell, when fuel or hydrogen is supplied to the fuel electrode and air or oxygen is supplied to the air electrode, an electrochemical reaction occurs at each electrode by the action of a catalyst included in the electrode, and the fuel is supplied to the supply source. DC current by the generated electrons can be extracted. In a fuel cell that generates power by such a mechanism, continuous power generation is possible by continuously supplying fuel and oxygen. Therefore, the fuel cell can be applied to a power source for portable electronic devices by replenishing fuel and oxygen, like a secondary battery repeatedly used by a charging operation.
[0004]
Fuel cells are classified into phosphoric acid type, polymer electrolyte type, molten carbonate type, solid oxide type, and the like, based on the type of the electrolyte. As a power source for portable electronic devices, it is possible to operate at a low temperature around room temperature, to be compact, to have a solid electrolyte that is resistant to vibration and easy to mass-produce. Fuel cells are suitable.
[0005]
In a polymer electrolyte fuel cell, as a fuel supply method, a method of storing hydrogen gas and bringing the hydrogen gas into contact with a fuel electrode, and a method of storing hydrogen gas generated by reforming the organic fuel by storing an organic fuel. There are known a method of contacting the fuel electrode, a method of storing a liquid fuel capable of supplying hydrogen, and directly supplying the liquid fuel to the fuel electrode. A fuel cell system that employs a method of storing hydrogen gas and bringing the hydrogen gas into contact with a fuel electrode is described in, for example, JP-A-11-111318. The method using hydrogen gas is not suitable as a small power source for portable electronic devices because it is difficult to handle hydrogen gas and a device for reforming fuel is required. Therefore, from the viewpoint of configuring a small power supply of a portable electronic device, a fuel cell adopting a method of directly supplying a liquid fuel to a fuel electrode has attracted attention. In particular, a direct methanol fuel cell that supplies an aqueous methanol solution as a liquid fuel directly to a fuel electrode has attracted attention.
[0006]
According to the direct methanol method, at the fuel electrode supplied with the aqueous methanol solution, as shown in the following equation (1), methanol and water react to form carbon dioxide (CO 2). ₂ ), Proton (H ⁺ ) And electrons (e ⁻ ) Occurs. That is, methanol is oxidatively decomposed in the fuel cell. Protons generated at the fuel electrode pass through the polymer electrolyte membrane to the air electrode, and electrons flow to an external circuit connected to the fuel electrode. The electrons that have completed their work in the external circuit go to the cathode. Also, carbon dioxide is discharged out of the system.
[0007]
Embedded image

[0008]
At the air electrode, as shown in the following equation (2), oxygen (O ₂ ) And protons (H ⁺ ) And electrons (e) arriving from the fuel electrode via an external circuit. ⁻ ) Reacts with water (H ₂ O) is generated.
[0009]
Embedded image

[0010]
In the polymer electrolyte fuel cell of the direct methanol system, a direct current can be extracted by simultaneously proceeding the reaction of the formula (1) at the fuel electrode and the reaction of the formula (2) at the air electrode. . In addition, continuous power generation is performed by continuously supplying the aqueous methanol solution and oxygen.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In a conventional polymer electrolyte fuel cell employing a direct methanol method, methanol contained in liquid fuel supplied to a fuel electrode may diffuse into water impregnated in an electrolyte membrane and reach an air electrode. When methanol crosses the electrolyte membrane and reaches the air electrode without being oxidized and decomposed at the fuel electrode, that is, when methanol crossover occurs, the methanol that reaches the air electrode does not contribute to power generation. The net power generation efficiency of the battery decreases. Further, if a significant amount of methanol is present in the air electrode, the reaction of the above formula (2) is inhibited, so that the electromotive force of the fuel cell decreases.
[0012]
On the other hand, a conventional polymer electrolyte fuel cell employing a direct methanol system often includes a device or system for forcibly flowing oxygen and supplying it to an air electrode. However, a fuel cell with a forced supply system is impractical due to its excessively large size, especially as a power source for mobile phones and PDAs. In some cases, a device or system for removing water generated at the air electrode by heating or blowing air is provided, but a fuel cell with a water removal system is also used as a power source, especially for mobile phones and PDAs. Is not practical because of its excessive size.
[0013]
Therefore, a fuel cell that has been reduced in size and weight without using a forced supply system or a water removal system has been proposed. In such a fuel cell, for example, a path is provided from the fuel storage unit that stores the liquid fuel to the fuel electrode, and the liquid fuel flows through the path and contacts the fuel electrode. At the same time, an opening is provided in the battery housing, and the air electrode is exposed to the outside of the battery through the opening, so that air outside the battery can flow into contact with the air electrode. With such a configuration, oxygen contained in the air can come into contact with the air electrode, and water generated at the air electrode can naturally evaporate into the air.
[0014]
However, in a conventional fuel cell adopting a configuration in which an air electrode is exposed to the outside of the battery in order to be applied as a small power source of a portable electronic device, the above-described crossover of methanol is promoted. If the air electrode is exposed outside the battery, methanol that has reached the air electrode due to crossover is likely to evaporate from the air electrode into the air. In order to compensate for the decrease in methanol concentration at the air electrode due to the transpiration, the phenomenon that methanol permeates through the electrolyte membrane from the fuel electrode to the air electrode by diffusion, ie, crossover, is promoted. Even when the fuel cell is not operating, methanol crossover is promoted and methanol continues to evaporate from the cathode. If the crossover is promoted in this way and methanol continues to evaporate, the loss of methanol that does not contribute to the reaction of the fuel electrode becomes extremely large, and the net power generation efficiency is significantly reduced. As described above, in the conventional fuel cell employing the configuration in which the air electrode is exposed to the outside of the cell, the decrease in power generation efficiency due to the crossover of methanol is particularly remarkable.
[0015]
The present invention has been conceived under such circumstances, and has an object to solve or reduce the above-described conventional problems, and to provide a fuel cell capable of achieving high power generation efficiency. The purpose is to.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
A fuel cell provided according to a first aspect of the present invention includes a first electrode for oxidizing fuel, a second electrode for reducing oxygen, and an electrolyte layer sandwiched between the first electrode and the second electrode. And a switching device provided in a fuel path to the first electrode and capable of selecting an open state for allowing supply of fuel to the first electrode and a closed state for stopping the fuel cell. It is characterized by the following.
[0017]
The fuel cell having such a configuration can achieve high power generation efficiency. The fuel cell according to the first aspect of the present invention has two states: an open state for allowing the supply of fuel to the first electrode of the fuel cell body, that is, the fuel electrode, and a closed state for stopping the fuel supply. An opening / closing device that can appropriately select a state is provided. When the switching device is opened when the fuel cell is to be operated, the fuel passes from the separately provided, for example, a fuel storage unit to the fuel electrode through the switching device. By appropriately supplying fuel to the fuel cell after supplying oxygen to the air electrode, the fuel cell can be operated well. On the other hand, when the fuel cell is not operating, such as when it is not in use, if the switching device is closed, the supply of fuel from the fuel storage unit to the fuel electrode is stopped by the switching device. By stopping the fuel supply to the fuel electrode when the fuel cell is not operating, it is possible to reduce the amount of methanol crossover and the amount of methanol evaporated from the air electrode when the fuel cell is not operating.
[0018]
As described above, according to the fuel cell of the first aspect of the present invention, when the fuel cell is not operating, the switching device can be closed, so that the amount of methanol evaporated from the air electrode can be reduced. Yes, as a result, it is possible to appropriately consume fuel at the fuel electrode during battery operation. Therefore, the fuel cell according to the first aspect of the present invention can achieve high power generation efficiency in the process of using the cell.
[0019]
In the first aspect of the present invention, preferably, the switchgear is in surface contact with and conductively connected to the first electrode, and the fuel cell further includes a switchgear on the side opposite to the first electrode. A current collector in contact with and conductively connected to the first electrode via the switchgear. Alternatively, or preferably, the fuel cell further includes a current collector which is in surface contact with and conductively connected to the first electrode, and wherein the switchgear is connected to the current collector on a side opposite to the first electrode. Surface contact. Alternatively and preferably, the switching device is a current collector in surface contact with the first electrode and in conductive connection. According to such a configuration, the current collector for the first electrode, that is, the fuel electrode, and the switchgear can both be appropriately provided for the fuel cell body.
[0020]
Preferably, the opening / closing device has a fixed portion having a through hole for allowing fuel to pass therethrough, and a movable portion slidable with respect to the fixed portion between a position where the through hole is opened and a position where the through hole is shielded. In the opening / closing device having such a configuration, the open state of the switching device can be achieved by sliding the movable portion to a position where the through hole of the fixed portion is opened. In addition, by sliding the movable portion to a position where the through hole of the fixed portion is shielded, the closed state of the opening / closing device can be achieved.
[0021]
According to a second aspect of the present invention, another fuel cell is provided. The fuel cell includes a first electrode for oxidizing fuel, a second electrode for reducing oxygen, and a fuel cell body including an electrolyte layer sandwiched between the first electrode and the second electrode; A housing having an opening for exposing at least a part of the fuel cell to the outside and housing the fuel cell main body, and being provided between the fuel cell main body and the opening, and exposing the second electrode through the opening. And an opening / closing device capable of selecting between an open state for preventing the exposure and a closed state for preventing the exposure.
[0022]
The fuel cell having such a configuration can achieve high power generation efficiency. The fuel cell according to the second aspect of the present invention includes an open state for exposing the second electrode of the fuel cell main body through the opening of the housing and a closed state for not exposing the second electrode. An opening / closing device that can appropriately select one of the three states is provided. When the opening / closing device is opened when the fuel cell is to be operated, oxygen in the air flows into contact with the air electrode. By supplying fuel to the fuel electrode and then appropriately supplying oxygen to the air electrode, the fuel cell can be operated satisfactorily. On the other hand, when the fuel cell is not operating, for example, when it is not in use, when the switching device is closed, the air electrode is shielded and isolated from the outside of the cell. By isolating the air electrode from the outside of the cell when the fuel cell is not operating, it is possible to reduce the amount of methanol crossover and the amount of methanol evaporated from the air electrode when the fuel cell is not operating.
[0023]
As described above, according to the fuel cell according to the second aspect of the present invention, the switching device can be closed when the fuel cell is not operating, so that the amount of methanol evaporated from the air electrode can be reduced. Yes, as a result, it is possible to appropriately consume fuel at the fuel electrode during battery operation. Therefore, the fuel cell according to the second aspect of the present invention can achieve high power generation efficiency in the process of using the cell.
[0024]
In a second aspect of the invention, preferably, the switchgear is in surface contact with and conductively connected to the second electrode, and the fuel cell further comprises a switchgear on the side opposite to the second electrode. A current collector in contact with and electrically conductively connected to the second electrode via the switching device. Alternatively or preferably, the fuel cell further includes a current collector in surface contact with and conductively connected to the second electrode, and the switchgear is provided on the side opposite to the second electrode with the current collector. Surface contact. Alternatively and preferably, the switching device is a current collector in surface contact with the second electrode and in conductive connection. According to such a configuration, the current collector for the second electrode, that is, the air electrode, and the switching device can both be appropriately provided for the fuel cell body.
[0025]
Preferably, the opening / closing device includes a fixed portion having a through hole for exposing the second electrode, and a movable portion slidable with respect to the fixed portion between a position for blocking the through hole and a position for opening the through hole. Have. In the opening / closing device having such a configuration, the open state of the switching device can be achieved by sliding the movable portion to a position where the through hole of the fixed portion is opened. In addition, by sliding the movable portion to a position where the through hole of the fixed portion is shielded, the closed state of the opening / closing device can be achieved.
[0026]
In the first and second aspects of the present invention, preferably, the first movable portion has a through hole that can communicate with the through hole of the fixed portion. In the opening / closing device having such a configuration, the opening / closing device is opened by sliding the movable portion with respect to the fixed portion at a position where the through hole of the fixed portion and the through hole of the movable portion communicate with each other. It can be. Further, by sliding the movable portion relative to the fixed portion at a position where the through hole of the fixed portion does not communicate with the through hole of the movable portion, the opening / closing device can be closed.
[0027]
In the first and second aspects of the present invention, preferably, the fuel is an aqueous methanol solution. In this case, the methanol concentration in the aqueous methanol solution is preferably 10 vol% or more. Such a methanol aqueous solution is preferable as a liquid fuel for achieving high power generation efficiency.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 to 3 show a fuel cell X1 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view of the fuel cell X1. FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is an exploded view of FIG. In the present embodiment, the fuel cell X1 will be described as a direct methanol fuel cell.
[0029]
The fuel cell X1 includes a fuel cell main body 10, a switching device 20, current collectors 30A and 30B, a fuel storage unit 40, and a battery housing 50 that houses these.
[0030]
As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell main body 10 includes a fuel electrode 11, an air electrode 12, and an electrolyte layer 13 interposed therebetween. The fuel electrode 11 has a laminated structure including a catalyst layer 11a and a diffusion layer 11b, and is joined to the electrolyte layer 13 on the side of the catalyst layer 11a. The air electrode 12 has a laminated structure including a catalyst layer 12a and a diffusion layer 12b, and is joined to the electrolyte layer 13 on the side of the catalyst layer 12a.
[0031]
The catalyst layer 11a of the fuel electrode 11 is for oxidizing methanol to extract protons and electrons, as represented by the above formula (1). It is porous, containing a mixture of particles and a later-described proton conductive polymer material for forming an electrolyte layer. Examples of the conductive particles include carbon particles such as Ketjen black, furnace black, and carbon black. As the catalyst, a platinum (Pt) -ruthenium (Ru) alloy can be used. The particle size of the conductive particles is, for example, 0.01 to 0.1 μm, and the particle size of the catalyst is, for example, 2 to 5 nm. The thickness of the catalyst layer 11a is, for example, 2 to 30 μm.
[0032]
The diffusion layer 11b of the fuel electrode 11 is for providing a place where an aqueous methanol solution (not shown) as a liquid fuel supplied to the fuel electrode 11 diffuses before reaching the catalyst layer 11a. It is made of a porous conductive film. By diffusing the aqueous methanol solution in the diffusion layer 11b, the aqueous methanol solution efficiently spreads to the catalyst layer 11a. The thickness of the diffusion layer 11b is, for example, 100 to 400 μm.
[0033]
In the production of the fuel electrode 11, first, the catalytic particles and the proton conductive polymer material are mixed in an aqueous solvent system, an alcohol solvent system, or a water-alcohol solvent system, and the mixture is defoamed. Prepare a paste. Next, after applying or filling the electrode paste on the diffusion layer 11b, it is dried by heating at, for example, 100 ° C. The material thickness derived from only the electrode paste on the porous conductive film serving as the diffusion layer 11b is, for example, 5 to 50 μm. In this manner, the porous fuel electrode 11 having a stacked structure of the catalyst layer 11a and the diffusion layer 11b is manufactured.
[0034]
The catalyst layer 12a of the air electrode 12 is for promoting the reduction reaction of oxygen in the air as represented by the above formula (2), and has a catalytic property obtained by supporting a catalyst on conductive particles. It is porous, containing a mixture of particles and a later-described proton conductive polymer material for forming an electrolyte layer. For the catalyst, platinum (Pt) can be employed. The particle size of the catalyst is, for example, 2 to 5 nm. As for the conductive particles, those similar to the catalyst layer 11a can be used. The thickness of the catalyst layer 12a is, for example, 2 to 30 μm.
[0035]
The diffusion layer 12b of the air electrode 12 is for providing a field where air flowing in contact with the air electrode 12 is diffused before reaching the catalyst layer 12a, and is made of a porous conductive film such as carbon paper. The diffusion of the air in the diffusion layer 12b allows the air and thus the oxygen to efficiently reach the catalyst layer 12a. The thickness of the diffusion layer 12b is, for example, 100 to 400 μm.
[0036]
The method for producing the porous air electrode 12 having a laminated structure using the catalyst layer 12a and the diffusion layer 12b is the same as described above for the fuel electrode 11.
[0037]
The electrolyte layer 13 is a medium for transporting protons generated by a methanol oxidation reaction in the fuel electrode 11 to the air electrode 12, and is made of a polymer material having no electron conductivity and having proton conductivity. Such a polymer material includes a perfluorosulfonic acid membrane. Examples of the perfluorosulfonic acid membrane include a Nafion membrane (manufactured by DuPont), a Flemion membrane (manufactured by Asahi Glass), an Aciplex membrane (manufactured by Asahi Kasei Kogyo), and a dow membrane (manufactured by Dow Chemical). The thickness of the electrolyte layer 13 is, for example, 50 to 250 μm.
[0038]
In manufacturing the fuel cell main body 10, for example, first, the electrolyte layer 13 is sandwiched between the fuel electrode 11 and the air electrode 12 manufactured as described above. At this time, the fuel electrode 11 is bonded to the electrolyte layer 13 via the catalyst layer 11a, and the air electrode 12 is bonded to the electrolyte layer 13 via the catalyst layer 12a. Next, under heating, the bonded body is pressed in the laminating direction and joined. Thus, the fuel cell main body 10 can be manufactured.
[0039]
The opening / closing device 20 is for allowing or stopping the supply of fuel to the fuel electrode 11, and has a fixed portion 21 and a movable portion 22 as well shown in FIG. 4. The movable part 22 is provided with a gripping part 23. 2 and 3, the sectional structures of the fixed part 21 and the movable part 22 are omitted from the viewpoint of simplifying the drawings. FIG. 5A shows the switching device 20 in an open state for allowing fuel supply, and FIG. 5B shows the fuel cell X1 in which the switching device 20 is in an open state. 6A shows the switching device 20 in a closed state for stopping fuel supply, and FIG. 6B shows the fuel cell X1 in which the switching device 20 is in a closed state.
[0040]
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the fixed part 21 is fixed so as to make surface contact with the fuel electrode 11 of the fuel cell main body 10, and the movable part 22 is fixed to the fixed part 21 and the current collector 30 </ b> A. It is arranged so as to slide while contacting the surface. In the present invention, instead of such a configuration, the fixed portion 21 is fixed so as to be in surface contact with the current collector 30A, and the movable portion 22 is slid while being in surface contact with the fixed portion 21 and the fuel electrode 11. You may arrange so that it may be. The fixed part 21 and the movable part 22 are formed of a member having conductivity, for example, processed from a SUS metal plate. Therefore, the fixed portion 21 and the movable portion 22 that comes into sliding contact with the fixed portion 21 are electrically connected to the fuel electrode 11.
[0041]
A plurality of passage holes 21a are formed in the fixing part 21. The movable part 22 also has a plurality of passage holes 22a. The passage holes 22a are provided at locations where they communicate with each of the passage holes 21a of the fixing portion 21 in the open state shown in FIG. In the closed state shown in FIG. 6, the passage hole 21 a of the fixed portion 21 is blocked by a portion of the movable portion 22 where no passage hole is formed. The movable portion 22 is slidable with respect to the fixed portion 21 between the positions where the open state and the closed state are achieved.
[0042]
The fuel cell X1 of the present invention may include an opening / closing device 20 ′ as shown in FIG. 7 instead of the opening / closing device 20 having the above-described configuration. FIG. 8A shows the switching device 20 ′ in an open state for allowing fuel supply, and FIG. 8B shows the fuel cell X1 in which the switching device 20 ′ is in an open state. FIG. 9A shows the switchgear 20 ′ in a closed state for stopping fuel supply, and FIG. 9B shows the fuel cell X1 in which the switchgear 20 ′ is in a closed state.
[0043]
The opening / closing device 20 'has a fixed part 21' and a movable part 22 '. The movable part 22 'is provided with a gripping part 23'. The fixed portion 21 'is fixed so as to make surface contact with the fuel electrode 11 of the fuel cell body 10, and the movable portion 22' slides while making surface contact with the fixed portion 21 'and the current collector 30A. It is arranged as follows. In the present invention, instead of such a configuration, the fixed portion 21 ′ is fixed so as to come into surface contact with the current collector 30 A, and the movable portion 22 ′ is brought into surface contact with the fixed portion 21 ′ and the fuel electrode 11. It may be arranged so as to slide while sliding. The fixed portion 21 'and the movable portion 22' are formed of a conductive member, and are processed from, for example, a SUS metal plate. Therefore, the fixed part 21 ′ and the movable part 22 ′ slidingly contacting the fixed part 21 ′ are electrically connected to the fuel electrode 11.
[0044]
A plurality of passage holes 21'a are formed in the fixing part 21 '. In the open state shown in FIG. 8, each of the passage holes 21'a of the fixed portion 21 'is opened without being blocked by the movable portion 22'. In the closed state shown in FIG. 9, each of the passage holes 21'a of the fixed part 21 'is shielded by the movable part 22'. The movable portion 22 'is slidable with respect to the fixed portion 21' between the positions where the open state and the closed state are achieved.
[0045]
The current collector 30A is for extracting electrons generated by a methanol oxidation reaction in the fuel electrode 11, and is, for example, a metal mesh made of SUS or Ni. In the present embodiment, the current collector 30 </ b> A is in sliding contact with the movable portion 22 of the switching device 20 that is electrically connected to the fuel electrode 11. Therefore, the current collector 30 </ b> A is electrically connected to the fuel electrode 11 via the switching device 20. As the current collector 30A, one having a mesh opening diameter or a mesh opening ratio through which a methanol aqueous solution as a liquid fuel can easily pass is employed. The current collector 30A is electrically connected to an external connection terminal (not shown) provided on the surface of the battery housing 50. The terminal electrically connected to the current collector 30A is the negative electrode of the fuel cell X1.
[0046]
The current collector 30B is for efficiently supplying electrons to the catalyst layer 12a, and is, for example, a metal mesh made of SUS or Ni. The current collector 30 </ b> B is joined or surface-contacted with the air electrode 12 of the fuel cell body 10 and is also electrically connected. As the current collector 30B, air or oxygen can be sufficiently brought into contact with the air electrode 12 by natural diffusion, and a mesh opening or a mesh capable of appropriately evaporating and discharging water generated by an oxygen reduction reaction in the air electrode 12 is formed. One having a mesh aperture ratio is employed. The current collector 30B is electrically connected to a further external connection terminal (not shown) provided on the surface of the battery housing 50. The terminal electrically connected to the current collector 30B is the positive electrode of the fuel cell X1.
[0047]
As shown in FIG. 2, the laminated structure including the fuel cell body 10, the switching device 20, and the current collectors 30 </ b> A and 30 </ b> B is housed in a battery case 50 together with spacers 61 and packing materials 62 and 63. In the housed state, the fuel storage unit 40 is defined inside the battery housing 50. The spacer 61 has a predetermined opening 61a. The opening 61a may be circular or slit-shaped. The current collector 30A is exposed to the fuel storage unit 40 via the opening 61a. The packing material 62 is for sealing a gap between substantially the entire periphery of the fuel cell body 10, the opening / closing device 20, and the stacked structure including the current collectors 30 </ b> A and 30 </ b> B and the battery housing 50. The packing material 63 is for preventing the fuel from leaking from the fuel storage unit 40 while defining the fuel storage unit 40.
[0048]
The fuel storage unit 40 is configured as a small tank in which an aqueous methanol solution (not shown) is directly stored, and has an inlet (not shown) for appropriately replenishing the aqueous methanol solution or methanol.
[0049]
The battery housing 50 has an opening 50a. The current collector 30B is exposed outside the battery via the opening 50a. Further, a carbon dioxide permeable membrane (not shown) is provided at a predetermined location defining the fuel storage unit 40 in the battery housing 50 as a partition between the fuel storage unit 40 and the outside of the battery. The carbon dioxide permeable membrane is a membrane that selectively permeates carbon dioxide without substantially allowing liquid fuel to permeate, and through this membrane, carbon dioxide generated by a cell reaction in the fuel electrode 11 is discharged. As a material constituting the carbon dioxide permeable membrane, for example, silicon rubber, fluoropolyimide and the like can be mentioned.
[0050]
In the fuel cell X1, when the switching device 20 is in the open state as shown in FIG. 5, if a sufficient amount of liquid fuel, that is, an aqueous methanol solution is stored in the fuel storage unit 40, the aqueous methanol solution is transferred to the fuel storage unit 40. Through the opening 61 a of the spacer 61, the mesh-shaped current collector 30 A, and the opening / closing device 20 to reach the fuel electrode 11. Then, at the fuel electrode 11, the aqueous methanol solution passes through the porous diffusion layer 11b and reaches the catalyst layer 11a. At the same time, oxygen contained in the air outside the battery always contacts the air electrode 12 via the opening 50a of the battery housing 50 and the mesh-shaped current collector 30B. In the air electrode 12, oxygen passes through the porous diffusion layer 12b and reaches the catalyst layer 12a. When a methanol aqueous solution is supplied to the fuel electrode 11 and oxygen is supplied to the air electrode 12, the catalyst layer 11 a of the fuel electrode 11 is expressed by the above formula (1) by the action of a catalyst. A methanol oxidation reaction occurs, generating carbon dioxide, protons, and electrons. Further, in the catalyst layer 12a of the air electrode 12, an oxygen reduction reaction represented by the above formula (2) occurs by the action of the catalyst, and water is generated. This water naturally evaporates through the opening 50a. The progress of such an electrochemical reaction at both electrodes causes the fuel cell body 10 to generate power.
[0051]
At the time of non-operation such as when the fuel cell X1 is not used or the like, when the switching device 20 is closed as shown in FIG. 6, the supply of fuel from the fuel storage unit 40 to the fuel electrode 11 is stopped. When the fuel supply is stopped, the crossover of methanol during the non-operation is suppressed, and the amount of methanol evaporated from the air electrode 12 is significantly reduced.
[0052]
As described above, according to the fuel cell X1 according to the present invention, the amount of methanol evaporated is reduced by closing the switching device 20 when the fuel cell is not operating, and the methanol aqueous solution stored in the fuel storage unit 40 is discharged when the fuel cell operates. It can be appropriately consumed at the pole 11. As a result, in the fuel cell X1 according to the present invention, it is possible to achieve high power generation efficiency in the process of using the battery.
[0053]
FIG. 10 shows a fuel cell X2 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 10 is a partial cross-sectional view corresponding to a part of FIG. 2 for the first embodiment. The fuel cell X2 differs from the fuel cell X1 in the arrangement of the switching device 20 and the current collector 30A with respect to the fuel cell main body 10. In the fuel cell X2, the current collector 30A is directly joined or in surface contact with the fuel electrode 11 of the fuel cell body 10. In the fuel cell X2, the switching device 20 is provided between the current collector 30A and the spacer 61. In order to simplify the drawing, the sectional structure of the fixed part 21 and the movable part 22 of the opening / closing device 20 is omitted in FIG. Since the current collector 30A is directly electrically connected to the fuel electrode 11, the switchgear 20 may not be made of a conductive material.
[0054]
The fixing portion 21 of the switching device 20 may be fixed so as to make surface contact with the current collector 30A, or may be fixed so as to make surface contact with the spacer 61. When the fixed part 21 is fixed so as to be in surface contact with the current collector 30A, the movable part 22 is disposed between the fixed part 21 and the spacer 61 so as to slide with respect to them. When the fixed part 21 is fixed so as to make surface contact with the spacer 61, the movable part 22 is disposed between the fixed part 21 and the current collector 30A so as to slide while making surface contact with them. You. In the fuel cell X2, instead of the configuration in which the fixing portion 21 is fixed to be in surface contact with the spacer 61, the fixing portion 21 having the function of the spacer 61 without the spacer 61 may be provided. Also in this case, the movable part 22 is disposed between the fixed part 21 and the current collector 30A so as to slide while making surface contact with them.
[0055]
Other configurations related to the switchgear 20 and the current collector 30A, and configurations related to the fuel cell body 10, the current collector 30B, the fuel storage unit 40, and the battery housing 50 are the same as those described above for the fuel cell X1. is there.
[0056]
FIG. 11 shows a fuel cell X3 according to the third embodiment of the present invention. FIG. 11 is a partial cross-sectional view corresponding to a part of FIG. 2 for the first embodiment. The fuel cell X3 is different from the fuel cell X1 in that the switching device 20 has the function of a current collector without the current collector 30A. In the fuel cell X3, the opening / closing device 20 is disposed between the fuel electrode 11 of the fuel cell main body 10 and the spacer 61, and is electrically connected to an external connection terminal (not shown) provided on the surface of the battery housing 50. Connected. In the present embodiment, the terminal electrically connected to the switching device 20 is the negative electrode of the fuel cell X3. In order to simplify the drawing, the sectional structure of the fixed part 21 and the movable part 22 of the switchgear 20 is omitted in FIG.
[0057]
The fixing portion 21 of the switching device 20 may be fixed so as to make surface contact with the fuel electrode 11 or may be fixed so as to make surface contact with the spacer 61. When the fixed part 21 is fixed so as to make surface contact with the fuel electrode 11, the movable part 22 is disposed between the fixed part 21 and the spacer 61 so as to slide with respect to them. When the fixed part 21 is fixed so as to make surface contact with the spacer 61, the movable part 22 is disposed between the fixed part 21 and the fuel electrode 11 so as to slide while making surface contact with them. . In the fuel cell X3, instead of the configuration in which the fixing portion 21 is fixed to the spacer 61, the fixing portion 21 having the function of the spacer 61 without the spacer 61 may be provided. Also in this case, the movable part 22 is disposed between the fixed part 21 and the fuel electrode 11 so as to slide while making surface contact with them.
[0058]
The other configurations related to the switching device 20 and the configurations related to the fuel cell body 10, the current collector 30B, the fuel storage unit 40, and the battery housing 50 are the same as those described above for the fuel cell X1.
[0059]
In the fuel cell X2 and the fuel cell X3, when the switching device 20 is in the open state, if a sufficient amount of liquid fuel, that is, an aqueous methanol solution is stored in the fuel storage unit 40, the aqueous methanol solution is transferred from the fuel storage unit 40 to the fuel storage unit 40. Supplied to pole 11. Then, at the fuel electrode 11, the aqueous methanol solution passes through the porous diffusion layer 11b and reaches the catalyst layer 11a. At the same time, oxygen contained in the air outside the battery constantly contacts the air electrode 12. In the air electrode 12, oxygen passes through the porous diffusion layer 12b and reaches the catalyst layer 12a. When an aqueous methanol solution is supplied to the fuel electrode 11 and oxygen is supplied to the air electrode 12, an electrochemical reaction proceeds at both electrodes, and the fuel cell body 10 generates power.
[0060]
When the fuel cell X2 and the fuel cell X3 are not operating, when the switchgear 20 is closed, the supply of fuel from the fuel storage unit 40 to the fuel electrode 11 is stopped. When the fuel supply is stopped, the crossover of methanol during the non-operation is suppressed, and the amount of methanol evaporated from the air electrode 12 is significantly reduced. As described above, according to the fuel cell X2 and the fuel cell X3, the amount of methanol evaporated is reduced by closing the switching device 20 when the fuel cell is not operating, and the methanol aqueous solution stored in the fuel storage unit 40 is discharged when the fuel cell operates. It can be appropriately consumed at the pole 11. Therefore, also in the fuel cell X2 and the fuel cell X3, similarly to the fuel cell X1, it is possible to achieve high power generation efficiency in the process of using the battery.
[0061]
FIG. 12 shows a fuel cell X4 according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 12 is a partial cross-sectional view corresponding to a part of FIG. 2 for the first embodiment. The fuel cell X4 differs from the fuel cell X1 in the arrangement of the switching device 20 and the current collectors 30A and 30B with respect to the fuel cell main body 10. In the fuel cell X4, the current collector 30A is directly connected to the fuel electrode 11 of the fuel cell main body 10. In the fuel cell X4, the switching device 20 is disposed between the air electrode 12 of the fuel cell main body 10 and the current collector 30B, and the current collector 30B is connected to the air electrode 12 through the switching device 20. Electrically connected. 12, the cross-sectional structure of the fixed part 21 and the movable part 22 of the opening / closing device 20 is omitted in FIG.
[0062]
The fixing portion 21 of the switching device 20 may be fixed so as to make surface contact with the air electrode 12, or may be fixed so as to make surface contact with the current collector 30B. When the fixed part 21 is fixed so as to make surface contact with the air electrode 12, the movable part 22 is disposed between the fixed part 21 and the current collector 30B so as to slide while making surface contact with them. Is done. When the fixed part 21 is fixed so as to make surface contact with the current collector 30B, the movable part 22 is disposed between the fixed part 21 and the air electrode 12 so as to slide while making surface contact with them. Is done.
[0063]
Other configurations related to the switchgear 20 and the current collectors 30A and 30B, and configurations related to the fuel cell body 10, the fuel storage unit 40, and the battery housing 50 are the same as those described above for the fuel cell X1.
[0064]
FIG. 13 shows a fuel cell X5 according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 13 is a partial cross-sectional view corresponding to a part of FIG. 2 for the first embodiment. The fuel cell X5 differs from the fuel cell X1 in the arrangement of the switching device 20 and the current collector 30A with respect to the fuel cell main body 10. In the fuel cell X5, the current collector 30A is directly joined to the fuel electrode 11 of the fuel cell main body 10. In the fuel cell X5, the switching device 20 is disposed between the current collector 30B and the battery housing 50. In order to simplify the drawing, the sectional structure of the fixed part 21 and the movable part 22 of the switching device 20 is omitted in FIG.
[0065]
The fixing portion 21 of the switching device 20 may be fixed so as to make surface contact with the current collector 30 </ b> B, or may be fixed so as to make surface contact with the battery housing 50. When the fixed part 21 is fixed so as to make surface contact with the current collector 30 </ b> B, the movable part 22 is disposed between the fixed part 21 and the battery housing 50 so as to slide with respect to them. When the fixed part 21 is fixed so as to make surface contact with the battery housing 50, the movable part 22 is arranged between the fixed part 21 and the current collector 30B so as to slide while making surface contact with these. Is established.
[0066]
Other configurations related to the switchgear 20 and the current collector 30A, and configurations related to the fuel cell body 10, the current collector 30B, the fuel storage unit 40, and the battery housing 50 are the same as those described above for the fuel cell X1. is there.
[0067]
FIG. 14 shows a fuel cell X6 according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 14 is a partial cross-sectional view corresponding to a part of FIG. 2 for the first embodiment. The fuel cell X6 is different from the fuel cell X1 in that the current collector 30A is disposed in the fuel cell main body 10 and that the switchgear 20 has the function of the current collector 30B without the current collector 30B. different. In the fuel cell X6, the current collector 30A is directly connected to the fuel electrode 11 of the fuel cell main body 10. In the fuel cell X6, the switching device 20 is disposed between the air electrode 12 of the fuel cell main body 10 and the battery housing 50, and an external connection terminal (not shown) provided on the surface of the battery housing 50. Is electrically connected to In the present embodiment, the terminal electrically connected to the switching device 20 is the positive electrode of the fuel cell X6. In order to simplify the drawing, the sectional structure of the fixed part 21 and the movable part 22 of the opening / closing device 20 is omitted in FIG.
[0068]
The fixing portion 21 of the switching device 20 may be fixed so as to make surface contact with the air electrode 12 or may be fixed so as to make surface contact with the battery housing 50. When the fixed part 21 is fixed so as to make surface contact with the air electrode 12, the movable part 22 is disposed between the fixed part 21 and the battery housing 50 so as to slide with respect to them. When the fixed part 21 is fixed so as to make surface contact with the battery housing 50, the movable part 22 is disposed between the fixed part 21 and the air electrode 12 so as to slide while making surface contact with these. Is done.
[0069]
Other configurations related to the switchgear 20 and the current collector 30A, and configurations related to the fuel cell body 10, the fuel storage unit 40, and the battery housing 50 are the same as those described above for the fuel cell X1.
[0070]
In the fuel cells X4 to X6, when the switchgear 20 is in the open state, oxygen contained in the air outside the cell constantly contacts the air electrode 12. In the air electrode 12, oxygen passes through the porous diffusion layer 12b and reaches the catalyst layer 12a. When a sufficient amount of liquid fuel, that is, an aqueous methanol solution is stored in the fuel storage unit 40, the aqueous methanol solution is supplied to the fuel electrode 11. When oxygen is appropriately supplied to the air electrode 12 and an aqueous methanol solution is supplied to the fuel electrode 11, an electrochemical reaction proceeds in both electrodes, and the fuel cell body 10 generates power.
[0071]
When the fuel cells X4 to X6 are not operating, such as when they are not in use, when the switching device 20 is closed, the air electrode 12 is shielded and isolated from the outside of the cell. By separating the air electrode 12 from the outside of the fuel cells X4 to X6 when the fuel cells X4 to X6 are not operating, the crossover of methanol during the non-operation is suppressed, and the amount of methanol evaporated from the air electrode 12 is significantly reduced. . As described above, according to the fuel cells X4 to X6, the amount of methanol evaporated is reduced by closing the switchgear 20 when the fuel cell is not operating, and the methanol aqueous solution stored in the fuel storage unit 40 is supplied to the fuel electrode 11 when the cell is operating. Can be appropriately consumed. As a result, also in the fuel cells X4 to X6, as in the case of the fuel cell X1, it is possible to achieve high power generation efficiency in the process of using the battery.
[0072]
In the first to sixth embodiments described above, the direct methanol fuel cell using an aqueous solution of methanol as a liquid fuel has been described. However, the present invention is also applied to a fuel cell using another liquid fuel. be able to. In this case, the fuel cell main body 10 has a configuration corresponding to the liquid fuel to be used, if necessary, instead of the above configuration. For example, an appropriate catalyst is used for the fuel electrode 11 and the air electrode 12. Other liquid fuels include ethylene glycol and, for example, KBH ₄ Borohydride-based fuels and the like can be used. Further, the fuel storage unit 40 may be configured to house a fuel cartridge into which the liquid fuel has been injected, instead of the above-described configuration in which the liquid fuel is directly stored. In this case, the fuel can be moved from the inside of the cartridge to the fuel electrode 11 when the cartridge is mounted.
[0073]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described together with comparative examples.
[0074]
Embodiment 1
<Fabrication of fuel cell>
In manufacturing a fuel cell, first, a fuel electrode and an air electrode were manufactured. In the preparation of the fuel electrode, first, 50 parts by weight of catalytic carbon particles (trade name: TEC61E54E, manufactured by Tanaka Kikinzoku) supporting a platinum-ruthenium alloy as a catalyst, and proton conductive perfluorosulfonic acid (trade name: Nafion 20042, manufactured by Dupont) and 50 parts by weight were mixed in a mixed solvent system of water and 2-propanol, and the mixture was defoamed to prepare an electrode paste. The contents of platinum and ruthenium in the catalytic carbon particles are 30 wt% and 20 wt%, respectively. Next, the electrode paste was applied or filled on carbon paper (trade name: TGP-H-090, manufactured by Toray) as a diffusion layer, and then heated and dried at 100 ° C. The thickness of the material derived from only the electrode paste on the carbon paper, that is, the thickness of the catalyst layer was 30 μm. Thus, the catalyst layer of the fuel electrode was produced. On the other hand, in the same manner as the fuel electrode, except that the catalytic carbon particles carrying platinum as a catalyst (trade name: TEC10E50E, manufactured by Tanaka Kikinzoku) were used instead of the catalytic carbon particles carrying the platinum-ruthenium alloy, And an air electrode was produced. The content of platinum in the catalytic carbon particles is 50% by weight.
[0075]
In the fabrication of the fuel cell, a 125 μm-thick perfluorosulfonic acid membrane (trade name: Nafion NF-115, manufactured by DuPont) for forming an electrolyte layer was formed by the two electrodes fabricated as described above. Pinched. At this time, each electrode was bonded to the electrolyte layer via the catalyst layer. Next, under heating, the bonded body was bonded by pressing in the laminating direction. Thus, a fuel cell body was manufactured.
[0076]
Next, an opening / closing device as shown in FIG. 7 including a fixed portion having a plurality of through-holes having a diameter of 2 mm and a movable portion slidable with respect to the fixed portion, with the fixed portion side facing the fuel electrode. It was arranged in the fuel cell main body by fixing so as to make surface contact. Next, a metal mesh made of SUS (thickness: 0.1 mm, opening shape: rhombus [diagonal line 3 mm × 1.5 mm]) as a current collector to which the movable portion can slide and contact the opening / closing device, opening ratio : 70%, trade name: Expanded Metal, manufactured by Sunk Co., Ltd.). At the same time, a metal mesh made of SUS as a current collector (thickness: 0.1 mm, opening shape: rhombus [diagonal line 3 mm × 1.5 mm], opening ratio: 70%, trade name: Expanded Metal, manufactured by Sunk Co., Ltd.).
[0077]
Next, the laminated structure including the fuel cell main body and manufactured as described above was housed in a battery housing having an opening on the air electrode side, for example, as shown in FIG. In a fuel storage unit defined inside the battery case, a methanol aqueous solution having a methanol concentration of 10 vol% as a liquid fuel is 2.5 cm. ³ Injected. Thus, the fuel cell of this example was manufactured.
[0078]
<Measurement of discharge capacity>
The discharge capacity of the fuel cell of this example was measured. Specifically, a constant current discharge at 300 mA for 1 minute and a non-discharge interval of 5 hours were repeatedly performed, and the total amount of discharged electricity was measured. At the time of constant current discharge, the switching device of the fuel cell was in the open state, and at the time of the interval, the switching device was in the closed state. The terminal voltage, that is, the initial voltage in the first constant current discharge was about 300 mV. The discharge was terminated when the terminal voltage became 10 mV or less during the constant current discharge, and the sum of the discharge electricity amounts in each constant current discharge was calculated as the discharge capacity. As a result, the discharge capacity of the fuel cell of this example was 250 mAh. The results are shown in Table 1.
[0079]
[Comparative Example 1]
<Fabrication of fuel cell>
A metal mesh made of SUS as a current collector (thickness: 0.1 mm, opening shape: rhombus [diagonal line 3 mm × 1.5 mm], without a switchgear, and on the exposed side of the carbon paper at the fuel electrode) The fuel cell of this comparative example was produced in the same manner as in Example 1 except that the opening ratio was 70%, and the trade name was Expand Metal, manufactured by Sunk Co., Ltd.).
[0080]
<Measurement of discharge capacity>
For the fuel cell of this comparative example, a constant current discharge at 300 mA for 1 minute and a non-discharge interval of 5 hours were repeatedly performed, and the total discharged electric capacity was measured. The initial voltage was about 300 mV. The discharge was terminated when the terminal voltage became 10 mV or less during the constant current discharge, and the sum of the discharge electricity amounts in each constant current discharge was calculated as the discharge capacity. As a result, the discharge capacity of the fuel cell of this comparative example was 145 mAh. The results are shown in Table 1.
[0081]
[Table 1]

[0082]
[Evaluation]
As can be clearly understood from Table 1, the fuel cell of Example 1 in which the supply of fuel to the fuel electrode was stopped because the switchgear was closed at the time of non-discharge, that is, at the time of non-operation, also at the time of non-operation. The discharge capacity was 1.7 times or more that of the fuel cell of Comparative Example 1 in which fuel supply was allowed. Such an improvement in the discharge capacity of the fuel cell of the first embodiment is achieved by suppressing the crossover of methanol during non-operation due to the closed state of the switchgear, and thereby reducing the evaporation of methanol at the air electrode during non-operation. It is considered that this was done.
[0083]
As a summary of the above, the configuration of the present invention and its variations are listed below as supplementary notes.
[0084]
(Supplementary Note 1) A fuel cell main body including a first electrode for oxidizing fuel, a second electrode for reducing oxygen, and an electrolyte layer interposed between the first electrode and the second electrode.
An opening / closing device provided in a fuel path to the first electrode and capable of selecting an open state for allowing supply of fuel to the first electrode and a closed state for stopping the supply of fuel. ,Fuel cell.
(Supplementary Note 2) The switching device is in surface contact with and conductively connected to the first electrode, and is in surface contact with the switching device on a side opposite to the first electrode, and is in contact with the first electrode through the switching device. The fuel cell according to claim 1, further comprising a current collector electrically conductively connected to the one electrode.
(Supplementary Note 3) The power supply further includes a current collector that is in surface contact with and conductively connected to the first electrode, and the switching device is in surface contact with the current collector on a side opposite to the first electrode. 3. The fuel cell according to claim 1, wherein
(Supplementary note 4) The fuel cell according to supplementary note 1, wherein the switching device is a current collector that is in surface contact with the first electrode and is conductively connected.
(Supplementary Note 5) The opening / closing device includes a fixed portion having a through hole for allowing the fuel to pass therethrough, and a movable member slidable with respect to the fixed portion between a position where the through hole is opened and a position where the through hole is closed. The fuel cell according to any one of supplementary notes 1 to 4, further comprising:
(Supplementary Note 6) A fuel cell main body including a first electrode for oxidizing fuel, a second electrode for reducing oxygen, and an electrolyte layer interposed between the first electrode and the second electrode.
A housing that has an opening for exposing at least a part of the second electrode to the outside and houses the fuel cell body;
An opening / closing device that is provided between the fuel cell main body and the opening and that can select an open state for exposing the second electrode through the opening and a closed state for not exposing the second electrode. Characterized by a fuel cell.
(Supplementary Note 7) The switching device is in surface contact with and conductively connected to the second electrode, and is in surface contact with the switching device on the side opposite to the second electrode, and is in contact with the second electrode through the switching device. 7. The fuel cell according to claim 6, further comprising a current collector conductively connected to the two electrodes.
(Supplementary Note 8) The power supply further includes a current collector that is in surface contact with and conductively connected to the second electrode, and the switching device is in surface contact with the current collector on a side opposite to the second electrode. 7. The fuel cell according to claim 6, wherein
(Supplementary note 9) The fuel cell according to supplementary note 6, wherein the switching device is a current collector that is in surface contact with the second electrode and is conductively connected.
(Supplementary Note 10) The opening / closing device is slidable with respect to the fixed portion between a fixed portion having a through hole for exposing the second electrode, and a position where the through hole is opened and a position where the fixed portion is shielded. 10. The fuel cell according to any one of supplementary notes 6 to 9, further comprising: a movable part.
(Supplementary Note 11) The fuel cell according to Supplementary Note 5 or 10, wherein the movable portion has a through hole that can communicate with the through hole.
(Supplementary Note 12) The fuel cell according to any one of Supplementary Notes 1 to 11, wherein the fuel is an aqueous methanol solution.
(Supplementary note 13) The fuel cell according to supplementary note 12, wherein the methanol concentration in the methanol aqueous solution is 10 vol% or more.
[0085]
【The invention's effect】
The fuel cell of the present invention can achieve high power generation efficiency. For example, even when the air electrode is exposed to the outside of the battery to be configured as a small battery, according to the present invention, it is possible to appropriately suppress the evaporation of methanol, and thus achieve a sufficiently high power generation efficiency. can do. INDUSTRIAL APPLICABILITY The fuel cell of the present invention is applicable to a fuel cell that can be mounted on an electronic device such as a mobile phone, and a battery-type charger for the electronic device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
FIG. 3 is an exploded sectional view taken along line II-II of FIG.
FIG. 4 is an exploded perspective view of the opening / closing device.
FIG. 5 shows an open state of the switchgear.
FIG. 6 shows a closed state of the switchgear.
FIG. 7 is an exploded perspective view of another opening / closing device.
FIG. 8 shows an open state of the opening and closing device shown in FIG.
FIG. 9 shows a closed state of the switchgear shown in FIG.
FIG. 10 is a partial sectional view of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a partial sectional view of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a partial sectional view of a fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a partial sectional view of a fuel cell according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a partial sectional view of a fuel cell according to a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
X1-X6 fuel cell
10 Fuel cell body
11 Fuel electrode
12 air electrode
11a, 12a Catalyst layer
11b, 12b Diffusion layer
13 Electrolyte layer
20 Switchgear
21 Fixed part
22 Moving parts
21a, 22a passing hole
30A, 30B current collector
40 Fuel storage
50 Battery case
50a opening

Claims (5)

A first electrode for oxidizing fuel, a second electrode for reducing oxygen, and a fuel cell body including an electrolyte layer sandwiched between the first electrode and the second electrode;
An opening / closing device provided in a fuel path to the first electrode and capable of selecting an open state for allowing supply of fuel to the first electrode and a closed state for stopping the supply of fuel. ,Fuel cell. The switching device is in surface contact with and conductively connected to the first electrode, and is in surface contact with the switching device on the side opposite to the first electrode, and is electrically conductive with the first electrode through the switching device. 2. The fuel cell according to claim 1, further comprising a connected current collector. The opening and closing device includes a fixed portion having a through hole for allowing the fuel to pass therethrough, and a movable portion slidable with respect to the fixed portion between a position where the through hole is opened and a position where the through hole is shielded. The fuel cell according to claim 1. A first electrode for oxidizing fuel, a second electrode for reducing oxygen, and a fuel cell body including an electrolyte layer sandwiched between the first electrode and the second electrode;
A housing that has an opening for exposing at least a part of the second electrode to the outside and houses the fuel cell body;
An opening / closing device that is provided between the fuel cell main body and the opening and that can select an open state for exposing the second electrode through the opening and a closed state for not exposing the second electrode. Characterized by a fuel cell. A first electrode for oxidizing fuel, a second electrode for reducing oxygen, and a fuel cell body including an electrolyte layer sandwiched between the first electrode and the second electrode;
An opening / closing device provided in a fuel path to the first electrode and capable of selecting an open state for allowing supply of fuel to the first electrode and a closed state for stopping the supply,
The fuel cell, wherein the opening / closing device is open when the fuel cell main body generates power and closed when the fuel cell main body does not generate power.

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