JP2006019145A - 燃料電池及びこれを搭載した電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体燃料を用いる燃料電池に関し、平面状に広範にわたり配置されている膜電極接合体（ＭＥＡ）の隅々まで液体燃料の組成比率を変化させずに供給させ、高効率で発電させることができる燃料電池を提供することを課題とする。
【解決手段】 液体燃料４０を消費して発電する膜電極接合体モジュール２０と、内部空間に液体燃料４０が導入され、主面に、膜電極接合体モジュール２０が配置されている燃料室３０と、を有する燃料電池１０Ａにおいて、この燃料室３０の内部空間に外部から液体燃料４０を圧入するための燃料圧入孔３３と、膜電極接合体モジュール２０に近接するように燃料室３０の内部空間に設けられ、表面に液体燃料４０が通過しうる細孔４３を有する燃料供給体４２と、を解決手段として備えることを特徴とする。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、燃料電池に関し、特に、膜電極接合体モジュールを１つ以上有する燃料電池及びこの燃料電池を搭載した電子機器に関する。

近年、液体燃料であるメタノールを直接用いて発電するダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）が、ノート型パソコン等のコードレス機器を長時間連続使用させるポータブル電源として脚光を浴びている。このような用途よりＤＭＦＣでは、小型化に対する強い要求がある。この一環として、発電素子である膜電極接合体（ＭＥＡ）を平面状に配列させたり、複数の膜電極接合体を電気的に直列に連結させたりして小型でかつ高出力な燃料電池の開発がすすめられている。

図８は、従来の燃料電池を示す断面図である。
従来の燃料電池１は、複数の膜電極接合体２（図では５個）が、アノード極側を、燃料室３にむけて平面状に配置されている。そして、隣接する膜電極接合体２は、相互のアノード極とカソード極とが集電板７により結合して、電気的に直列に連結されている。

燃料室３には、液体燃料であるメタノール水溶液４が導入されており、複数の膜電極接合体２と接する主面には、無数の穴９が形成されている。そして、このメタノール水溶液４は、吸上材５により吸い上げられて、これらの穴９に到達し、膜電極接合体２のアノード極に接する。このように、メタノール水溶液４がアノード極に接触すると電極反応により、アノード極とカソード極との間に電位差を発生させ、外部負荷に対して電力を出力することができる。このようにして、外部負荷に電力を出力し続ければ、メタノール水溶液４は消費されることとなるが、適宜、燃料供給装置６からメタノール水溶液４が補充されることになるので長時間の連続使用が可能になる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−７９５０６号公報（段落００２２〜段落００４９、図１）

しかしながら、前記した従来の燃料電池１においては、次のような課題を抱えていた。すなわち、ダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）では、理論上、モル比が１：１のメタノールと水とからアノード反応が生じるところ、このような高濃度のメタノール水溶液を液体燃料として用いるとクロスオーバ現象を発現するので、前記した理論比よりさらに希釈させた約１０％濃度のメタノール水溶液を用いている。ここで、クロスオーバ現象とは、メタノールが高濃度であるために、メタノール分子が膜電極接合体２を多く透過してしまい、空気側の活性が低下して電力の出力が低下する現象である。

そして、各々の膜電極接合体２（図では５個）に供給されるメタノール水溶液４は、図８の左側にある供給パイプ８から供給され左端から右端の末端に拡散していくこととなる。すると、理論消費濃度より低濃度のメタノール水溶液４は、拡散の途中で、順次通過する膜電極接合体２によりメタノール及び水が１：１で消費されることになるので、メタノール濃度がさらに低下して末端に到達することになる。このため、燃料室３に導入されるメタノール水溶液４は、供給パイプ８が接続されている始端からその末端にかけて、順次、メタノール濃度が低くなるような濃度の偏りを有することとなる。

元来、液体燃料４は、燃料電池の発電効率が最大となり得るメタノール濃度の最適値を有している。しかし、このような膜電極接合体が平面状に配置された燃料電池の場合、その平面方向にメタノール濃度の偏りを有するといった事態は、高出力を得るために大容量化を図っても期待した出力が得られないといった問題がある。
本発明は、係る問題を解決することを目的とし、前記膜電極接合体の各所に均一な濃度の燃料を供給させ、高効率で発電させることができる燃料電池を提供することを目的とするものである。

本発明は、前記した目的を達成するために創案されたものであり、請求の範囲に記載された構成を有する燃料電池では、外部より燃料導入孔から燃料室の内部空間に導入された燃料（例えば、メタノール水溶液）は、まず、燃料供給体の全体を満たしてから細孔を通過して、近くの供給孔から膜電極接合体に達し、発電に供されることになる。このように燃料は、燃料供給体の内部に存在しているうちは、膜電極接合体（ＭＥＡ）で消費されないので、燃料供給体から放出される燃料濃度は、いずれの箇所においても均一なものとなる。

本発明によれば、膜電極接合体の各所に、均一な濃度の燃料を供給させることができるので、高効率の発電が可能になる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（第1実施形態）
図１Ａ〜図１Ｄ乃至図４を参照して本発明における第1実施形態について説明する。
図１Ａに示すように、燃料電池１０Ａは、概略、液体燃料４０を消費して発電する膜電極接合体モジュール２０と、液体燃料４０を膜電極接合体モジュール２０に供給する燃料室３０Ａと、液体燃料４０を燃料室３０Ａの外部に蓄積する燃料供給装置４１と、この外部に蓄積されている液体燃料４０を膜電極接合体モジュール２０の近傍に供給する燃料供給体４２と、膜電極接合体モジュール２０を燃料室３０Ａに押し付けて固定する押え板５３とから構成されている。なお、燃料供給装置４１と燃料供給体４２とは、燃料圧入孔（燃料導入孔）３３を介して連通され、燃料供給装置４１の液体燃料４０が燃料供給体４２へ圧入されるようになっている。

膜電極接合体モジュール２０は、図２に示すように、膜電極接合体２１の両面を二枚の集電板（アノード集電板２４ａ、カソード集電板２４ｃ）で挟んで構成されている。
ここで、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane electrode assembly）２１は、電解質膜２２をアノード極２３ａとカソード極２３ｃとで挟んで構成されている。
そして、アノード極２３ａの反対面には、アノード集電板２４ａが配置されており、このアノード集電板２４ａの面上に複数設けられた燃料孔２６ａからは、アノード極２３ａが露出している。
一方、カソード極２３ｃの反対面には、カソード集電板２４ｃが配置されており、このカソード集電板２４ｃの面上に複数設けられた酸素孔２６ｃからは、カソード極２３ｃが露出している。なお、これら複数の燃料孔２６ａ及び酸素孔２６ｃは、図示するように、電解質膜２２を挟んで、それぞれが対峙する位置に設けられていることが望ましい。

ここで、ダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）において、発電を行う膜電極接合体モジュール２０の各構成要素は、以下に示すような、機能を発揮するものである。
まず、アノード極２３ａは、接触するメタノール（液体燃料４０）を酸化させて水素イオンと電子とを発生させるものであって、ルテニウム及び白金の合金微粒子からなる触媒と、この触媒を担持する炭素粉末との混合物からなる。そして、この発生した電子は、アノード集電板２４aに移って、図示しない引出線を経由して外部に伝達される。

そして、電解質膜２２は、アノード極２３ａにおいて発生した水素イオンを反対面のカソード極２３ｃへ輸送するが、電子は輸送しない機能を有するものである。電解質膜２２は、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂から構成され、具体的には、ナフィオン（商標）、アシプレックス（商標）等が挙げられる。

また、カソード極２３ｃは、カソード集電板２４ｃから供給される電子により、酸素孔２６ｃから進入して接触する酸素を還元させ、これに電解質膜２２から輸送された水素イオンを反応させる機能を有するものである。そして、カソード極２３ｃは、白金の微粒子からなる触媒と、この触媒を担持する炭素粉末との混合物からなる。なお、この還元に用いられる電子は、カソード集電板２４ｃから図示しない引出線を通じて外部から調達されるものである。

以上示した、膜電極接合体２１における電極反応における反応式をまとめると次式のように示され、アノード極２３ａにおいて副生成ガスとして二酸化炭素が、カソード極２３ｃにおいて副生成物として水が発生する。
アノード極２３ａ：ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^- …（１）
カソード極２３ｃ：３／２Ｏ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-→３Ｈ₂Ｏ …（２）
全反応 ：ＣＨ₃ＯＨ＋３／２Ｏ₂→ＣＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ …（３）

次に、液体燃料４０（図１Ａ参照）は、前記したとおりメタノール水溶液であって、便宜上、燃料供給装置４１から燃料供給体４２の内部空間に存在する液体燃料を符号４０ａで表し、燃料室３０の内部で燃料供給体４２の外部に存在する液体燃料を符号４０ｂで表し、両者を区別することとする。ところで、燃料室３０の内部空間に導入される液体燃料４０ｂは、前記したクロスオーバ現象による出力低下を回避するため、理論比（モル比１：１）よりかなり希釈された１０％程度のメタノール濃度を有するものである。しかし、実際に消費されるアノード極２３ａにおいて消費されるメタノールと水とは理論比に近い比率で消費されるために、燃料室３０の内部の液体燃料４０ａは、次第にメタノール濃度が低下していくこととなる。このため、燃料供給装置４１から補充される液体燃料４０ａのメタノール濃度は、液体燃料４０ｂよりも高濃度であることが必要で、そのメタノール濃度はアノード極２３ａで実際に消費される濃度であることが望ましい。

すなわち、電極反応により、燃料室３０の内部の液体燃料４０ｂが希釈されても、順次、燃料供給装置４１から高濃度の液体燃料４０ａが供給されるので、燃料室３０の内部の液体燃料４０ｂは、常時、最高出力の発電が保証されるメタノール濃度が維持されることとなる。なお、この最高出力の発電が保証されるメタノール濃度として、１０％程度としたが、これは膜電極接合体モジュール２０の構成要素により大きく変動するものである。また同様に、燃料供給装置４１内の液体燃料４０ａのアルコール濃度も、かなり多くの水が膜電極接合体２１を通りぬけてしまうことを鑑みると、理論比より大幅に低濃度である場合もありえ、ほとんど、液体燃料４０ｂの濃度と区別する必要がない場合もありうる。

次に、燃料室３０は、図１Ａに示すように、セル体５０と、主面板３１と、閉蓋３２とから構成され、その内部の空間には、液体燃料４０ｂが導入され、膜電極接合体モジュール２０に、この液体燃料４０ｂを供給する役目を果たす。
セル体５０は、中空の筒形状を有するものであって、その両端面に、それぞれ主面板３１及び閉蓋３２が設けられ、その中空部分に液体燃料４０が導入される内部空間を形成している。なお、主面板３１及び閉蓋３２が接触するセル体５０の端面には、Ｏリング３７が設けられており、内部空間の密閉性が確保され、導入された液体燃料４０ｂが外部に漏れることがない。

また、セル体５０の側面には、燃料室３０の内部空間に外部の燃料供給装置４１から圧入される液体燃料４０aが通過する燃料圧入孔（燃料導入孔）３３が設けられている。
さらに、燃料供給体４２が、この燃料圧入孔３３に連通し、膜電極接合体モジュール２０に近接するように燃料室３０の内部空間に設けられている。この燃料供給体４２の表面には、液体燃料４０ａが通過しうる多数の細孔４３が設けられている。

この燃料供給体４２は、表面の細孔４３から放出された液体燃料４０が膜電極接合体モジュール２０の表面を均一でむら無く到達できるように、主面板３１に対して広い範囲に亘って配設されるような形状であることが望ましい。具体的に燃料供給体４２は、図３に示すように、（ａ）Ｉ字型（ｂ）Ｕ字型（ｃ）魚骨型（ｄ）幅広矩形（ｅ）渦巻型（ｆ）中央玉型といった形状を有し燃料室３０の内部空間に設けられる。

ここで、燃料供給体４２の材質は、多孔質セラミック、硬質樹脂、金属、袋状の軟質樹脂フィルム等が考えられる。また、燃料供給体４２の表面に設けられている複数の各細孔４３は、燃料圧入孔３３から一定圧力で圧入される液体燃料４０ａが均一に放出されるように孔径ならびに配置が調整されていることが望ましい。具体的には、細孔４３の孔径は、０．１μｍから１００μｍの範囲内に含まれることとし、実際には１μｍ程度であることが望ましく、気孔率は２０％から８５％の範囲内に含まれることとする。

なお、図１において、細孔４３は、燃料供給体４２の全面に亘って、同一の密度で設けられているように記載されているが、他の形態として、膜電極接合体モジュール２０の側の面に偏重させて設けられていても良い。燃料供給体４２がこのような、形状ならびに配置をとることにより、燃料室３０内における、液体燃料４０の濃度の偏りを最小限に抑えることができる。

燃料供給装置４１は、図１Ａに示すように、液体燃料４０ａを蓄積して、１気圧以上の圧力で、燃料圧入孔３３からこの液体燃料４０ａを、燃料室３０の内部空間に向けて圧入するものである。なお、液体燃料４０ａを圧入するための、圧力付与方式は、詳細な説明を省略するが、内部に可動自在なピストンを設けてこのピストンを弾性バネで押圧力を付勢したり、圧力ガスを発生させたりして液体燃料４０を押し出す方式等が挙げられる。

主面板３１は、燃料室３０の主面を形成するものであって、接する膜電極接合体モジュール２０の複数の燃料孔２６ａ、２６ａ…、に対応する複数の供給孔３８、３８…が設けられている。そして、燃料室３０の内部空間に導入された液体燃料４０ｂは、この供給孔３８を通過して、燃料孔２６ａから露出するアノード極２３ａに到達する。
なお、主面板３１が、金属等の電気良導体で形成されていれば、この主面板３１とアノード集電板２４ａとの界面には絶縁膜（図示せず）を設ける必要がある。これは、アノード極２３ａで生成した電子が燃料室３０を経由して逃げてしまうことを防ぐためである。

図４の（ａ）〜（ｃ）は、図１ＡのＹ矢視部を拡大し、供給孔３８の類型をそれぞれ３８ａ、３８ｂ、３８ｃとして示す断面図である。さらに、図４のステップ１〜ステップ４において、各類型における発電によりアノード極２３ａで発生する副生成ガスの気泡の成長する過程が示されている。
ここで、図４（ａ）に示す、矩形断面を有する供給孔３８ａは、ステップ１において、アノード極２３ａの表面に発生した小さな気泡は、他の気泡との合体・膨張を繰り返して横方向に成長する。やがて、ステップ２に示すように供給孔３８から露出するアノード極２３ａの全体を被覆するようになり、次に、ステップ３に示すように気泡は、縦方向に成長し、そして、ステップ４に示すように、浮力により気泡が供給孔３８から離脱することとなる。図に示すように一部の気泡が残留して半永久的に供給孔３８に定着することになれば、この部分における発電が停止してしまう場合もある。

これに対して、図４（ｂ）（ｃ）に示す供給孔３８ｂ，３８ｃは、燃料室３０の内部空間に開口する側の内径が広いテーパ形状を有するものであって、（ｂ）は、供給孔３８の内周面が直線斜面である場合を示し、（ｃ）は、供給孔３８の内周面が曲線斜面である場合を示すものである。このように、テーパ形状を有する供給孔３８ｂ，３８ｃの場合、ステップ２までの気泡が成長する様子は同じであるが、その後の縦方向の成長において、ステップ３，４に示すように、より早いタイミングで気泡が離脱する。さらに残留成分を残すことなく供給孔３８から気泡が除去されるので、長時間に亘って発電が停止することがない。

なお、燃料孔２６ａから露出するアノード極２３ａの表面から前記供給孔３８の内側面にかけて、公知の方法により親水処理が施されていることとする。これにより生成した気泡は、長時間定着することなく、より短時間で離脱することとなる。

図１Ａに戻って説明を続ける。
押え板５３は、膜電極接合体モジュール２０のカソード集電板２４ｃ側に配置され、押え板５３の表面には、複数の酸素孔２６ｃ、２６ｃ…に連通し、大気中の空気（酸素）を膜電極接合体モジュール２０に取り入れる複数の給排孔５５、５５…が設けられている。この押え板５３は、セル体５０を貫通する複数のボルト５４、５４…（図では２個）により、押え板５３と燃料室３０とで膜電極接合体モジュール２０を挟持するように締結されている。これにより、膜電極接合体モジュール２０は、押え板５３から均一な面圧を受け、主面板３１に押し付けられる。このため、主面板３１とアノード集電板２４ａとの界面は密着し、供給孔３８から液体燃料４０ｂが外部に漏れることがない。
なお、押え板５３が、金属等の電気良導体で形成されていれば、この押え板５３とカソード集電板２４ｃとの界面には絶縁膜（図示せず）を設ける必要がある。これは、カソード集電板２４ｃに移動してきた水素イオンが外部からきた電子により中和されてしまうことを防ぐためである。

排気孔３４は、膜電極接合体モジュール２０の燃料孔２６ａから排出された副生成ガス（二酸化炭素）が燃料室３０の内部空間に集積する位置に、浮力が作用する方向に開口するようにして設けられている。従って、図１Ａ中、排気孔３４は、閉蓋３２の中央部に設けられているが、このような形態に限定されることなく、燃料電池１０Ａが設置される向き等に従い、燃料室３０の任意の位置に単数もしくは複数設けられ得るものである。さらに、この排気孔３４には、副生成ガスを透過するが、液体燃料４０ｂを透過させない性質を具備するガス透過膜３６が設けられている。

具体的に、このような気体透過性を有するガス透過膜３６としては、織布、不織布、ネット、フェルト等が考えられ、例えば、連続多孔質ポリテトラフロロエチレン（expanded PTFE）、商品としてゴアテックス（商標）等が挙げられる。
このような、ガス透過膜３６を排気孔３４に設けることにより燃料室３０の液体燃料４０ｂに対する密閉性は確保しつつ、副生成ガスのみを外部に排出することが可能になる。このようにガス透過膜３６は、副生成ガスは透過する一方、液体燃料は、透過しないので、液体燃料の液面が排気孔に接した状態で傾斜させても液体燃料が燃料室から漏れることはない。なお、図１Ａ中、ガス透過膜３６は、閉蓋３２の片面全面に貼付されているが、このような形態に限定されることなく、排気孔３４の開口する部分を覆っていればよい。

次に、図１Ｂ〜図１Ｄを参照して、第１実施形態における他の変形例について述べる。
図１Ｂに示す燃料電池１０Ｂにおいては、図１Ａの燃料電池１０Ａで主面板３１に設けられた供給孔３８，３８…に替え、これら供給孔３８，３８…を全て一体化させた程度の開口面積を有する給排孔３８ａに設けられ、この給排孔３８ａから複数の燃料孔２６ａ、２６ａ…が露出するように構成されている。
燃料電池１０Ｂの場合の、副生成ガスの離脱過程を図４（ｄ）に示すが、前記した図４（ｂ）（ｃ）の場合と同様に、発生した気泡は、素早く、残留成分を残すことなく離脱し、発電が長時間に亘って停止することがない。

そして、図１Ｃに示す燃料電池１０Ｃにおいては、燃料室３０Ｃの両面に、膜電極接合体モジュール２０が配置される形態を有する。この場合、燃料電池の容積が一定のまま、発電の出力を倍増させることができる。なお、図中、排気孔が示されていないが適当な場所に設置されているものとする。
また、図１Ｄに示す燃料電池１０Ｄにおいては、図１Ａの燃料電池１０Ａが有する燃料供給体４２を廃し、替わりに、燃料隔壁３７が設けられたものである。この燃料隔壁３７は、燃料室３０Ｄの内部を主面板３１に対して略平行に分割し、液体燃料４０ａが通過しうる細孔３９が設けられているものである。そして、燃料圧入孔３３は、分割された空間のうち閉蓋３２側の空間に設けられている。

以上説明した第1実施形態によれば、外部の燃料供給装置４１から燃料圧入孔３３を介して燃料室３０の内部に圧入された液体燃料（例えば、メタノール水溶液）４０が、まず、燃料室３０の内部に設けられている燃料供給体４２の始端から末端の内部に導入されることになる。このように、液体燃料４０は、燃料供給体４２の内部全体に行き渡る過程において膜電極接合体２１で消費されることがないので、いずれの箇所においても組成比率に変化がない。次に、燃料供給体４２の内部を充填させた液体燃料４０は、燃料供給体４２の表面に設けられた細孔４３を通過して、近傍に形成されている供給孔３８から露出するアノード極２６ａに達し、発電に供される。このように、燃料圧入孔３３から離れた位置にある供給孔３８に供給される液体燃料４０であっても、そこに到達する途中で消費されることがないので、濃度は不変である。また、供給孔３８がテーパ形状を有していることにより発電に伴い生成する副生成ガスも、アノード極２６ａから即座に離脱することになる。よって、燃料電池を長時間連続使用しても、出力の変動が少なく高効率な発電が達成される。

（第２実施形態）
次に、図５及び図６を参照して本発明における第２実施形態について説明する。
図５に示すように、本実施形態に係る燃料電池１０Ｅは、複数の膜電極接合体モジュール２０、２０…が、相互に電気的に直列または並列に連結して、燃料室３０Ｅの主面板３１Ｅに平面状に配列してなることを特徴とする。

図６に示す、複数の膜電極接合体モジュール２０，２０…は、直列に連結された場合を表すものであって、隣接する膜電極接合体モジュール２０の負極端子２５ａ及び正極端子２５ｃ同士が接続されて、膜電極接合体モジュール２０が全体として直線的に連結されている。そして、始端及び終端に位置する膜電極接合体モジュール２０には、発電された電力を外部に出力する引出線２７が設けられている。
なお、記載は省略するが、複数の膜電極接合体モジュール２０，２０…が、並列に連結される場合は、複数の膜電極接合体モジュール２０のアノード集電板２４ａ同士、及びカソード集電板２４ｃ同士が接続されることになる。

そして、セル体５０Ｅ（図５）は、膜電極接合体モジュール２０，２０…の位置に対応して内部空間５２，５２…が設けられ、それぞれセル仕切５１により仕切られている。そして、連通孔５６がセル仕切５１に、すべての内部空間５２，５２…を燃料供給体４２Ｅが貫通するように設けられている。このため、燃料供給装置４１から供給される液体燃料４０ａは、成分比が変化することなく、各内部空間５２，５２…において均一のメタノール濃度で供給されることになる。

また、主面板３１Ｅ、押え板５３Ｅには、複数の燃料孔２６ａ，２６ａ…、酸素孔２６ｃ，２６ｃ…（図２）にそれぞれ対応する複数の供給孔３８，３８…、給排孔５５，５５…が設けられている。そして、閉蓋３２Ｅ、ガス透過膜３６Ｅ、セル体５０Ｅ、主面板３１Ｅ、膜電極接合体モジュール２０、押え板５３Ｅは、この順番で複数のボルト５４，５４…が貫通して締結されている。

セル仕切５１が、複数の膜電極接合体モジュール２０，２０…の境界に位置していることにより、このセル仕切５１にボルト５４を挿入することができる。これにより、各膜電極接合体モジュール２０の周囲を対称的に押えつけることが可能となり、各膜電極接合体モジュール２０には均一に面圧が付勢されることになる。このように、面圧が均一であることは、各膜電極接合体２１（図２参照）と集電板２４ａ，２４ｃとの接触抵抗を低減させたり、主面板３１と膜電極接合体モジュール２０との接触を良好にして界面において供給孔３８から液体燃料４０の漏洩を抑制させたりする効果が期待される。

また、セル仕切５１が存在することにより、燃料電池１０Ｅのたわみ剛性を向上させることができる。このことは、燃料電池１０Ｅの発電出力を増強するために膜電極接合体モジュール２０の接続数を増やすと、燃料電池１０Ｅの相対的な幅厚（高さ）の低下により、たわみ剛性が低下してしまう問題に対する解決策となる。

なお、図５は、各内部空間５２，５２…が横方向に平面的に配置されている例を示しているが、各内部空間５２，５２…が上下方向に積み重なり縦方向に配置されて燃料電池を構成する場合も考えられる。

図７は、第２実施形態に係る燃料電池１０Ｅが搭載された携帯端末Ｐ（電子機器）を示す斜視図である。一般に、携帯端末Ｐは、軽量・コンパクトであることが要求され、かつ、消費電力が大きく、長時間の連続使用が求められるため、このような要求を満たすことができる燃料電池１０Ｅは最適の電源となり得る。ここで、本発明に係る電子機器とは、図示される携帯端末Ｐ（例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ノート型パソコン）をはじめとして、ゲーム機器等のような屋外で使用可能な電子機器を広く含める概念である。

以上説明した第２実施形態によれば、小型で高出力の性能が求められる液体燃料電池において、膜電極接合体モジュール２０の設置面積を拡張させて出力の向上を達成させる場合であっても、この膜電極接合体モジュール２０の隅々にまで、一定濃度の液体燃料を行き渡らせることができる。また、発電に伴い生成する副生成ガスも、アノード極から即座に離脱する。よって、燃料電池を長時間連続使用しても、出力の変動が少なく高効率で高出力の発電が達成される。

なお、以上の説明は、本発明に係る燃料電池は、直接メタノール型燃料電池であることを前提として行ったため、アノード極２３ａ側で発生する副生成ガス（二酸化炭素）を排気する排気孔３４（図１）を必須の構成要素とした。しかし、このような、副生成ガスをアノード極２３ａ側で発生させない、液体燃料４０と膜電極接合体２１との組み合わせが将来的に実現することも見据え、排気孔３４を必須の構成要素としない全体構成も発明の技術的範囲に含めることとする。
そして、燃料が気体である場合に置き換えても、気体燃料が抱える前記した同様の問題の解決に寄与し得るため、本発明の技術的範囲をそのまま気体燃料に適用することも可能である。

第１実施形態に係る燃料電池の基本構成を示す縦断面図である。 第１実施形態に係る燃料電池の変形例を示す縦断面図である。 第１実施形態に係る燃料電池の他の変形例を示す縦断面図である。 第１実施形態に係る燃料電池の他の変形例を示す縦断面図である。 燃料電池に用いられる膜電極接合体モジュールの斜視図である。 燃料供給体の形状の類型を示す燃料電池の横断面図である。 供給孔の類型を断面図で示し、副生成ガスが気泡として離脱するプロセスを示す説明図である。 第２実施形態に係る燃料電池を示す分解斜視図である。 第２実施形態における、膜電極接合体モジュールの接続の態様を示す斜視図である。 本発明に係る電子機器の斜視図である。 従来の燃料電池を示す縦断面図である。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ 燃料電池
２０ 膜電極接合体モジュール
２１ 膜電極接合体
２２ 電解質膜
２３ａ アノード極
２３ｃ カソード極
２４ａ アノード集電板
２４ｃ カソード集電板
２６ａ 燃料孔
２６ｃ 酸素孔
３０（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ） 燃料室
３１，３１Ｅ 主面板
３２ 閉蓋
３３ 燃料圧入孔（燃料導入孔）
３４ 排気孔
３５ 開口部
３６ ガス透過膜
３７ 燃料隔壁
３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ） 供給孔
３９，４３ 細孔
４０（４０ａ，４０ｂ） 液体燃料
４１ 燃料供給装置
４２，４２Ｅ 燃料供給体
４３ 細孔
５０，５０Ｅ セル体
５１ セル仕切
５２ 内部空間
５６ 連通孔

Claims (8)

1. アノード極において燃料を酸化させ、カソード極において酸素を還元させて発電する膜電極接合体、
   この膜電極接合体の前記アノード極の側に設けられ、前記酸化により発生した電子を伝達するアノード集電板、
   前記膜電極接合体の前記カソード極の側に設けられ、前記還元に用いる電子を調達するカソード集電板、を含んでなる膜電極接合体モジュールと、
   この膜電極接合体モジュールの前記アノード集電板の側に設けられ、前記膜電極接合体に対し、内部空間に存在する前記燃料を供給する燃料室と、を有する燃料電池において、
   前記燃料室に設けられ、前記内部空間に外部から前記燃料を導入するための燃料導入孔と、
   この燃料導入孔に連通して前記内部空間に設けられ、表面に前記燃料が通過しうる細孔を備える燃料供給体と、をさらに有し、
   前記酸化により前記燃料が消費された分、前記燃料室の外部から前記細孔を通じて前記燃料が供給されることを特徴とする燃料電池。
2. アノード極において燃料を酸化させ、カソード極において酸素を還元させて発電する膜電極接合体、
   この膜電極接合体の前記アノード極の側に設けられ、前記酸化により発生した電子を伝達するアノード集電板、
   前記膜電極接合体の前記カソード極の側に設けられ、前記還元に用いる電子を調達するカソード集電板、を含んでなる膜電極接合体モジュールと、
   この膜電極接合体モジュールの前記アノード集電板の側に設けられ、前記膜電極接合体に対し、内部空間に存在する前記燃料を供給する燃料室と、を有する燃料電池において、
   前記内部空間に設けられ、この内部空間を前記膜電極接合体モジュールに対して略平行に分割し、かつ、前記燃料が通過しうる細孔を備える燃料隔壁と、
   分割された前記内部空間のうち前記膜電極接合体モジュールに接する側とは反対側の空間に、外部から前記燃料を導入するための燃料導入孔と、をさらに有し、
   前記酸化により前記燃料が消費された分、前記燃料室の外部から前記細孔を通じて前記燃料が供給されることを特徴とする燃料電池。
3. 前記燃料室が前記膜電極接合体モジュールに接する面板には、前記膜電極接合体に供給される前記燃料が通過する供給孔が設けられており、
   この供給孔は、前記内部空間に開口する側の内径が広いテーパ形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
4. 前記供給孔の表面は、親水処理が施されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
5. 前記酸化反応により発生して前記内部空間に集積した副生成ガスを排気するために前記燃料室に設けられた排気孔と、
   この排気孔に設けられ、前記副生成ガスを透過するが、前記燃料を透過させない性質を具備するガス透過膜と、を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池。
6. 複数の前記膜電極接合体モジュールが、相互に電気的に並列または直列に連結して、前記燃料室に対し平面状に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池。
7. 複数の前記膜電極接合体モジュールにそれぞれ対応する前記内部空間に前記燃料室を仕切るセル仕切と、
   前記燃料供給体がすべての前記内部空間を貫通するように前記セル仕切に設けられた連通孔と、を有することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池を搭載していることを特徴とする電子機器。
   
   

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