JP2005183225A

JP2005183225A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2005183225A
Application number: JP2003423414A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Yamagata; 一芳山縣
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】本発明は、発電時に副生成される水を吸収すると共に迅速に気化させることが可能な水吸収体を有する燃料電池を提供すること。
【解決手段】本発明の燃料電池は、電解質膜４と、この電解質膜４を互いに狭持して対向する燃料極３と空気極５とを有するセル１と、このセル１を狭持するセパレータ２、２とを備え、空気極５は、電解質膜４が接する面と反対側の面に空気極５で副生成された水を吸収、および気化させることができる水吸収部材６を配設したので、発電時に副生成される水を迅速に吸収および気化させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池に係わり、発電時に発生する水を吸収して速やかに気化させることができる燃料電池の排水蒸散部材に関する。

近年、省エネルギー、環境保護の観点から有効なエネルギー源として燃料電池が注目されている。このような燃料電池は、著しい機能進歩によって、携帯型のノートパソコンあるいは携帯電話機等に用いられる電源として、従来の充電型電池よりも長寿命化が可能になりつつある。
このような従来の燃料電池（図示せず）は、例えば電解質膜を挟んで燃料極と空気極とを対設したセルをセパレータによって狭持し、このセルを複数積層してスタックとしている。

そして、液体燃料であるメタノール水溶液を燃料極に供給すると共に、空気を空気極に供給することにより、液体燃料が水と反応して水素イオンが生成され、この水素イオンが電解質膜内で電気化学反応して所定電力量の発電が行われるようになっている。
前記空気極では、水素イオンと空気中の酸素とが反応して副生成物として水分が生成される。そのために、従来の燃料電池は、例えば特許文献１に記載のウイッキング材料（図示せず）で水分を吸収するようにしていた。
そして、特許文献１には、ウイッキング材料に吸収した水分を、取り出し手段で取り出し燃料電池内を再循環させて、液体燃料の希釈液として再度使用することが記載されている。
特開２００３−３６８６６号公報

しかし、特許文献１に記載の従来の燃料電池は、ウイッキング材料に吸収した水分を再循環させるための手段であるポンプあるいはバルブ等が必要となり、大きくなり、携帯電話等の携帯機器に使用するのは困難であった。
本発明は前述のような課題を解決して、発電時に副生成される水を吸収すると共に迅速に気化させることが可能な水吸収体を有する燃料電池を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための第１の解決手段として本発明の燃料電池は、高分子電解質膜と、この高分子電解質膜を互いに狭持して対向する燃料極と空気極とを有するセルと、このセルを狭持するセパレータとを備え、前記空気極は、前記高分子電解質膜が接する面と反対側の面に前記空気極で副生成された水を吸収、および気化させることができる水吸収部材を配設したことを特徴とする。

前
また、前記課題を解決するための第２の解決手段として、前記水吸収部材は、多孔質な部材からなることを特徴とする。

また、前記課題を解決するための第３の解決手段として、前記水吸収部材は、前記空気極に接して配設することにより、発電時に発生する反応熱を利用して、吸収した水を強制的に気化させるようにしたことを特徴とする。

また、前記課題を解決するための第４の解決手段として、前記空気極には、前記電解質膜が接する面と反対側の面に所定の深さ寸法と幅寸法からなる複数の溝部が形成されていることを特徴とする。

本発明の燃料電池は、電解質膜と、この電解質膜を互いに狭持して対向する燃料極と空気極とを有するセルと、このセルを狭持するセパレータとを備え、前記空気極は、前記電解質膜が接する面と反対側の面に前記空気極で副生成された水を吸収、および気化させることができる水吸収部材を配設したので、発電時に副生成される水を水吸収部材に迅速に吸収することができると共に、吸収した水を確実に気化させることができる。
そのために、発電時に発生する水が外部に漏れることが無く、電池周辺に配置している電子部品等に悪影響を与えることを防止できる。

また、水吸収部材は、多孔質な部材で形成されているので、連続運転させて発電を連続して行うことにより、水が連続して発生したとしても、この水を多孔質部分に迅速に吸収すると共に気化させることができる。

また、水吸収部材は、空気極に接して配設することにより、発電時に発生する反応熱を利用して、吸収した水を強制的に気化させるようにしたので、連続運転させて発電を連続して行うことにより、水が連続して発生したとしても、この水を反応熱で強制的気化させて、電池周辺に配置している電気部品等に悪影響を与えることを防止できる。

また、空気極には、電解質膜が接する面と反対側の面に所定の深さ寸法と幅寸法からなる複数の溝部が形成されているので、溝部によって空気極の表面積を大きくして、発生する水を更に迅速に気化させることができる。

本発明の液体燃料供給機構を図１、図２に基づいて説明する。図１は本発明の燃料電池の概要を説明する分解斜視図であり、図２は本発明に係わる水吸収部材を説明する斜視図である。
まず、本発明の燃料電池のセル１の概略構造を、図１、図２に基づいて説明すると、最上部には板状の第１セパレータ２が配設され、この第１セパレータ２の下部にカーボン等からなる燃料極３が配設されている。
前記燃料極３の第１セパレータ２と接する面には、複数の溝部３ａが所定の幅寸法と深さ寸法で形成されている。

また、燃料極３の図示下部には、高分子の電解質膜４が配設され、この電解質膜４の下部に空気極５が配設され、この空気極５には、電解質膜４が接する面と反対側の面に、燃料極３と同じような複数の溝部５ａが所定の幅寸法と深さ寸法で形成されている。
前記燃料極３および空気極５は、気体を透過させる構造になっており、水素あるいは空気等の気体が透過可能になっている。

また、空気極５には、溝部５ａが形成された面側に、例えば多孔質のセラミック材料からなる水吸収部材６が配設されている。この水吸収部材６は、多孔質の部材なので、水の吸収および気化を迅速に行うことができるようになっている。
また、水吸収部材６に吸収した水は、空気極５の温度上昇した熱を利用して、強制的に気化させることができ、気化した水は、電池外部に排出されるようになっている。

また、水吸収部材６の下部には、第１セパレータ２と同形状の第２セパレータ７が配設され、隣り合うそれぞれの部材が密着してセル１が組み立てられいる。
また、燃料極３と空気極５とは、図示を省略した配線によって互いに接続されており、この配線に電流が流れるようになっている。
そして、本発明の燃料電池は、セル１を構成単位として複数積層され、この複数のセル１を直列に接続してスタック（図示せず）が形成され、このスタックがケース（図示せず）内部に収納されて構成されている。

このような構成の本発明の燃料電池の動作を説明すると、燃料極３に液体燃料であるメタノール水溶液を供給すると、液体燃料は、複数の溝部３ａに沿って流れながら燃料極３内に浸透する。
前記液体燃料が燃料極３に浸透すると、燃料極３内の触媒と反応して電子と水素イオンとが切り離されて生成される。また、電解質膜４は、イオンしか透さない性質を持っているので、切り離された水素イオンだけが、電解質膜４内を拡散しながら透過して空気極５側に移動する。

また、電解膜４から空気極５側に移動した水素イオンは、空気極５側にある空気中の酸素と反応して水が副生成される。
この時、燃料極３と空気極５とを接続する回路（図示せず）に電流が流れて所定電力の直流電気が発電される。
また、水素と空気中の酸素とが反応することで、熱が発生して、空気極５が温度上昇する。

また、空気極５で発生した水は、複数の溝部５ａに溜まるが、この水は、多孔質のセラミック材料からなる水吸収部材６に迅速に吸収して保持できる。
そのために、本発明の燃料電池を携帯電話等の携帯機器に用いたときに、携帯機器の姿勢が変化しても、発電時に副生成された水が電池外部に漏れて、電池周辺に配置している電気部品に悪影響を与えるのを防止できる。

また、空気極５は、発電時に温度上昇しているので、水吸収部材６に吸収した水は、温度上昇した空気極５の熱によって、強制的に気化させることができる。そして、気化した水は、外部に排出される。
また、水素と酸素が反応して発電した結果、生まれる物質は水だけであり、この水を気化させても、大気汚染の原因になるチッ素酸化物（ＮＯｘ）がほとんど出ない
そのために、本発明の燃料電池を携帯電話等の携帯機器に安心して用いることができる。

また、本発明の実施の形態では、水吸収部材６を多孔質のセラミック材料で形成したもので説明したが、水吸収部材６は、布あるいはスポンジ等の多孔質の部材で形成し、水を吸収および蒸発可能なものであれば良い。

本発明の燃料電池の概要を説明する分解斜視図である。本発明に係わる水吸収部材を説明する斜視図である。

符号の説明

１：セル
２：第１セパレータ
３：燃料極
３ａ：溝部
４：電解質膜
５：空気極
５ａ：溝部
６：水吸収部材
７：第２セパレータ

Claims

電解質膜と、この電解質膜を互いに狭持して対向する燃料極と空気極とを有するセルと、このセルを狭持するセパレータとを備え、前記空気極は、前記電解質膜が接する面と反対側の面に前記空気極で副生成された水を吸収、および気化させることができる水吸収部材を配設したことを特徴とする燃料電池。
前記水吸収部材は、多孔質な部材からなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
前記水吸収部材は、前記空気極に接して配設することにより、発電時に発生する反応熱を利用して、吸収した水を強制的に気化させるようにしたことを特徴とする請求項１、または２記載の燃料電池。
前記空気極には、前記電解質膜が接する面と反対側の面に所定の深さ寸法と幅寸法からなる複数の溝部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池。