JP2006032284A

JP2006032284A - 液体燃料電池

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Publication number: JP2006032284A
Application number: JP2004213160A
Authority: JP
Inventors: Koutaro Saito; 功太郎齋藤; Norihiro Ochi; 教博越智; Katsuzo Teraoka; 克三寺岡
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-21
Also published as: JP4585804B2

Abstract

【課題】
簡易な構成で、起動時の立ち上がり特性を向上させることができる液体燃料電池を提供すること。
【解決手段】
本発明の液体燃料電池は、電解質膜２，１２を挟んで燃料極３，１３と空気極４，１４とをそれぞれ配した第１セル１と第２セル１１を備え、第２セル１１は、第１セル１に熱的に接触して配置され、かつ、その電解質膜１２の液体透過率が、第１セル１よりも高いことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体燃料電池に関し、特にセル温度を制御する技術に関する。

近年、情報化社会を支える携帯用電子機器の電源として、単独の発電装置として効率が良いことから、燃料電池に対する期待が高まっている。燃料電池は、アノードにおいて燃料を、カソードにおいて空気を、それぞれ電気化学的に酸化・還元し、この反応を通じて発電する仕組みである。

多種ある燃料電池のなかでも、電解質として固体高分子イオン交換膜を用いる固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell、以下、「ＰＥＦＣ」という。）は、電解質膜が薄膜であること、また反応温度が１００℃以下と他の燃料電池に比べ比較的低温であるため、大掛かりな補機類を必要としないことから、小型化が可能である。近年、自動車や家庭用などの次世代電源として期待されおり、燃料として水素を用いるものは、既に自動車への搭載が実用化されつつある段階であり、この場合の燃料（水素）収容手段としては主に高圧のボンベが用いられている。

一方、メタノールから直接プロトンを取り出すことにより発電を行う、直接メタノール型燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell、以下、「ＤＭＦＣ」という。）は、改質器を必要としないこと、また、ガス燃料に比べ体積エネルギー密度の高い液体メタノールを使用することから、高圧ガスボンベに比べ燃料容器の小型化が可能であるため、小型機器用電源への応用、特に、携帯機器用の２次電池代替用途という観点で注目が集まっている。

しかし、メタノールを燃料としたＤＭＦＣは、アノード側でのメタノール酸化の過電圧が非常に大きいなどの理由により、水素を燃料に用いたＰＥＦＣに比べ、電力の出力が小さい。そのため、携帯機器用電源として燃料電池を用いるためには、発電効率を向上させることが必要不可欠である。一般的に温度の上昇に伴って、アノード、カソード両極の触媒活性が向上し、両極の分極が低下することが知られており、セル温度をあげてやることは発電効率を向上させるための有効な手段の一つである。

また、携帯機器用の電源として使用できるようにするためには、従来型の電池と同程度の使い勝手が要求される。すなわち、電源投入後すぐに機器を使用できること、頻繁な電源のオン／オフ操作に対応できることが求められる。しかしながら、一般に、燃料電池は長時間未使用後に再起動させる場合、燃料が供給され始めた当初は、燃料電池内の電池反応層は室温程度であるため、即座に定格電力を得ることができないという問題が生じる。

これに応じて、従来技術として、燃料電池を早期に起動させるために、燃料電池の温度を検出し、所定の温度以下であると判断したとき、燃料電池の正極と負極の出力端を低インピーダンスの負荷を介して準短絡状態とし、燃料電池内部に通常よりも大きな電流が流れるようにする回路構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３０７１９号公報

上記のように、燃料電池は長時間未使用後に再起動させる場合、燃料が供給され始めた当初は、燃料電池内の電池反応層は室温程度であるため、即座に定格電力を得ることができないという問題が生じる。特許文献１に記載された従来技術では、上記問題を解決するために電池温度制御回路を開示している。しかしながら、電池所有のエネルギーを電気エネルギーに変換した後に、熱エネルギーに変換しているため、その過程におけるエネルギーロスを生じてしまう問題が付随する。また、温度制御回路を外部に設置する必要があり、システムが大型化、重量化するため携帯用には不向きである。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、起動時の立ち上がり特性を向上させることができる液体燃料電池を提供するものである。

本発明の液体燃料電池は、電解質膜を挟んで燃料極と空気極とをそれぞれ配した第１セルと第２セルを備え、第２セルは、第１セルに熱的に接触して配置され、かつ、その電解質膜の液体透過率が、第１セルよりも高いことを特徴とする。

燃料極に供給された液体燃料は、通常、燃料極に設けられた触媒によって分解されてプロトンが生成され、このプロトンが電解質膜を通過して空気極に移動し、プロトン生成時に生み出された電子が外部回路を通って空気極に移動し、空気極でプロトンと電子と空気中の酸素とが反応することによって、電気が生み出される（電池動作）。しかし、液体燃料の一部は、燃料極で分解されず、そのまま電解質膜を通過して空気極に移動し、空気極で空気中の酸素と反応し、酸化されて発熱する（クロスオーバー動作）。このクロスオーバー動作では、液体燃料が発電に使用されないので、この動作は、燃料利用効率を低下させることにつながり、従来、好ましくないものと考えられていた。

しかし、クロスオーバー動作は、セルが低温においても起こり、液体燃料から外部回路を介して電子を取り出すプロセスが存在しないので、この動作は、セル内において電池動作の場合以上の熱を発生させる。

本発明の発明者は、従来好ましくないとされていたクロスオーバー動作を積極的に利用することにより、簡易な構成で、起動時の立ち上がり特性を向上させることができる液体燃料電池を得ることができることを見出し、本発明の完成に到った。

本発明によれば、第２セルの電解質膜の液体透過率が第１セルよりも高いので、第２セルでは液体燃料が容易に燃料極から空気極に移動し、クロスオーバー動作が起きやすい。このため、第２セルは、低温でもクロスオーバー動作により容易に発熱する。そして、第２セルは、第１セルに熱的に接触しているので、第２セルで発生した熱によって第１セルが加熱される。このため、第１及び第２セルの両方の温度が上がり、起動時の立ち上がり特性が向上する。

また、第２セルは、燃料電池セルであると共に、第１セルを加熱するためのヒーターでもある。このため、ヒーターを別途設ける必要がなくなり、液体燃料電池全体の小型化が可能になる。また、第２セルは、燃料を直接熱エネルギーに変換するため、エネルギー変換ロスが小さくて済む。また、燃焼エネルギー源として電池反応に用いるものと同種の物質を使う（すなわち、同一燃料を用いて、発電と発熱を行うことができる）ことから、他の物質を使うよりもシステムがより単純となり、かつ燃料の補給も容易であり、この点からも、燃料電池全体の小型化が可能となる。

本発明は、主に、次の２つの実施形態で実施することができる。
１．第１の実施形態
本発明の第１の実施形態に係る液体燃料電池は、第１セルと第２セルが直列接続されることを特徴とする。

第１の実施形態では、直列接続される複数セルのうちの少なくとも１つのセルが、上述の原理により、電池としての機能を有しつつ、かつ、別のセルを加熱するヒーターとしての機能を有する。従って、本実施形態では、新たな部材を付加することなく、ヒーターを燃料電池に取り入れることができる。

ここで、図１を用いて、本実施形態の液体燃料電池の具体的な構造を例示する。図１は、例示であり、本実施形態の範囲は、図１の構造に限定されない。本実施形態の液体燃料電池は、第１セル１及び第２セル１１を備え、これらは、流路板６を介して互いに電気的に接続されている。すなわち、第１セル１及び第２セル１１は、直列接続になっている。第１セル１は、電解質膜２を挟んで燃料極３と空気極４とをそれぞれ配した構造を有し、第２セル１１は、電解質膜１２を挟んで燃料極１３と空気極１４とをそれぞれ配した構造を有する。燃料極３，１３は、それぞれ燃料極集電体３ａ，１３ａと、燃料極触媒層３ｂ，１３ｂとを備える。空気極４，１４は、それぞれ空気極集電体４ａ，１４ａと、空気極触媒層４ｂ，１４ｂとを備える。電解質膜２，１２は、高分子膜、無機膜、有機無機ハイブリッド膜などからなる。また、第２セル１１の空気極触媒層１４ｂは、ＣＯ被毒耐性触媒を備えることが好ましい。後述するように、第２セル１１では、クロスオーバー動作が起こりやすく、クロスオーバー動作ではＣＯが発生して空気極触媒層１４ｂの被毒が起こりやすい。従って、第２セル１１の空気極触媒層１４ｂをＣＯ被毒耐性とし、ＣＯから保護することが好ましい。ＣＯ被毒耐性触媒は、具体的には、Ｐｔ/Ｒｕ、Ｐｔ/Ｏｓ、Ｐｔ/Ｉｒ、Ｐｔ/Ｐｄ、Ｐｔ/Ｒｈ、Ｐｔ/Ｓｎなどの合金が用いられる。

燃料極３，１３には、流路板５，６の片面に形成された液体燃料流路５ａ，６ａを通って液体燃料が供給される。液体燃料は、液体燃料流入口５ｂ，６ｂから液体燃料流路５ａ，６ａに流入し、液体燃料排出口５ｃ，６ｃから排出される。液体燃料は、送液ポンプで循環されている。液体燃料の供給方法としては、図１に示したほかに、燃料貯蔵タンクの液体燃料を自然落下させる方法や、多孔質体の毛管力を利用して燃料貯蔵タンクから燃料を引き込む方法、液体燃料を気化させて蒸気で供給する方法などが挙げられる。液体燃料として、メタノール、ＤＭＥ（ＤｉｍｅｔｈｙｌＥｔｈｅｒ）やギ酸などの水素原子を含む有機溶液もしくは気体との混合液体燃料を用いることができる。

空気極４,１４には、流路板６，７の片面に形成された空気流路６ｄ，７ｄを通って空気が供給される。空気は、送風ファンなどで供給される。空気の供給方法としては、図１に示したほかに、上記燃料極流路５ａ，６ａと同様に流入口と排出口を有する一本流路で空気流路６ｄ，７ｄを形成することにより、送風ポンプで空気を供給する方法が挙げられる。

第２セル１１は、第１セル１に熱的に接触して配置されている。すなわち、第１セル１と第２セル１１の間の流路板６は、熱伝導性の高い材料（例えば、カーボン）で形成されている。また、第２セル１１の電解質膜１２の液体透過率は、第１セル１の電解質膜２よりも液体透過率が高い。電解質膜の液体透過率を高くするためには、その膜厚を薄くすればよいので、第２セル１１は、好ましくは、第１セル１より膜厚の薄い電解質膜１２を有する。また、第２セル１１は、第１セル１とは異なる材料の電解質膜１２を有してもよい。電解質膜の液体透過率は、膜の材料によって異なる場合があり、第１セル１と第２セル１１の電解質膜の材料に異なるものを用いることによって、第２セル１１の電解質膜１２の液体透過率を第１セル１よりも高くすることができる。

ここで、本実施形態の作用について説明する。
第２セル１１の燃料極１３に供給された液体燃料は、その一部が燃料極触媒層１３ｂで分解されてプロトンを生成して、発電に寄与する（電池動作）。一方、触媒層１３ｂで分解されなかった燃料の残りは、液体透過率の高い電解質膜１２を通って空気極１４に到達し、そこで空気極１４に供給された空気中の酸素によって酸化され、熱が発生する（クロスオーバー動作）。すなわち、第２セル１１は、発電と発熱の両方を行う。第２セル１１で発生した熱は、流路板６を介して、第１セル１に伝導される。このため、第１セル１及び第２セル１１の両方の温度が上昇する。

起動直後は、通常、第１セル１及び第２セル１１の温度が低く、液体燃料が分解されにくいので、発電効率が悪いが、本実施形態では、第２セル１１が熱を発生させ、素早く、第１セル１及び第２セル１１の温度を上昇させる。従って、本実施形態によれば、新たな部品を付加することなく、起動特性のよい燃料電池が得られる。

図１では、第１及び第２セルのみを描いているが、さらに多くのセルを積層して、電気的に直列接続する構成としてもよい。そして、それらのセルの最外部から支持基材８で各部材を押圧固定する事で、必要な電圧と電力を確保する事が可能となる。複数セルを積層する場合、各流路板の一方の面に燃料流路を形成し、他方の面に空気流路を形成することにより、部品点数を削減すると共に、良好な電気伝導を得ることができる。

２．第２の実施形態
本発明の第２の実施形態に係る液体燃料電池は、第２セルが、第１セルに対して電気的に分離されていることを特徴とする。

本実施形態でも、第２セルが発電及び発熱の両方を行う点については、第１の実施形態と同様である。そのため、電解質膜又は触媒層などについての第１の実施形態での説明は、その趣旨に反しない限り、第２の実施形態についても当てはまる。

本実施形態では、第１及び第２セルは、直列接続されておらず、第２セルは、第１セルに対して電気的に分離されている。このため、第２セルで発生した熱は、第１セルに供給されるが、第２セルで発生した電気は、第１セルとは独立して利用される。

第２の実施形態では、第１の閾値温度で流量が零になるように、第１セルの温度に連動して第２セルの燃料極へ供給される液体燃料の流量を変動させる液体燃料流量制御部をさらに備えることが好ましい。第１の閾値温度は、通常、第１セルの劣化を引き起こす限界温度より低く設定される。第１セルの温度に連動して第２セルの燃料極へ供給される液体燃料の流量を変動させることによって、第２セルでの発熱量を制御することができ、その結果、第１セルの温度を制御することができる。液体燃料流量制御部は、例えば、温度変動に連動したバルブを用いて構成することができる。

また、第１閾値温度で流量が零になるように、第１セルの温度に連動して第２セルの空気極へ供給される空気の流量を変動させる空気流量制御部をさらに備えることが好ましい。第２セルへの空気の流量を変動させることによって、第２セルでの発熱量を制御することができ、その結果、第１セルの温度を制御することができる。空気流量制御部は、例えば、温度変動に連動したバルブを用いて構成することができる。

また、第１セルの温度が、第１の閾値温度よりも高い第２閾値温度を超えたときに、第２セルの空気極に冷却水を供給する冷却水供給部をさらに備えることが好ましい。液体燃料又は空気の流量制御のみでは、第１セルの温度を制御することができず、第１セルの温度が、第１の閾値温度よりも高い第２閾値温度を超えた場合、第２セルの空気極に冷却水を供給することによって、第１セルを冷却し、第１セルが劣化するのを防ぐことができる。

ここで、図２を用いて、本実施形態の液体燃料電池の具体的な構成を例示する。図２は、例示であり、本実施形態の範囲は、図２の構成に限定されない。本実施形態の液体燃料電池は、第１セル１及び第２セル１１を備え、これらは、絶縁膜５０によって互いに電気的に分離されている。第１セル１及び第２セル１１の構成は、それぞれ第１の実施形態で述べたものと同様である。従って、第２セル１１は、第１セル１よりも液体透過率の高い電解質膜を有する。但し、第１の実施形態では、流路板の材料としては、通常、電気伝導性と強度に優れた炭素材が用いられるが、第２の実施形態では、流路板の材料は、電気伝導性を有するものには限定されない。

絶縁膜５０は、高い熱伝導性を有し、第１セル１及び第２セル１１は、熱的に接触している（すなわち、第２セル１１で発生した熱は、容易に第１セル１に伝導される）。絶縁膜５０は、具体的には、例えばマトリックス樹脂（例えばシリコーンゴム）と熱伝導性フィラー（例えば窒化ホウ素）を配合して混同し溶剤に希釈した後、ドクターブレード法に従ってシート状に形成し、乾燥してプレスして加硫するという方法で作成することができる。

第１及び第２セル１，１１の燃料極３，１３には、液体燃料が収容されている液体燃料容器４０ｂから、送液ポンプ２０ｂを介して液体燃料が供給される。燃料極３，１３の燃料排出口は、液体燃料容器４０ｂに接続されている。ポンプ２０ｂと燃料極１３の燃料流入口の間には、温度上昇に連動して流量を減少させるバルブ（液体燃料流量制御部）３０ａを介在させている。

バルブ３０ａは、例えば図３に記載のように、ばね３１、形状記憶合金ばね３２、スライダー弁３３で構成されている。ばね３１は耐腐食性にすぐれ、温度によって発生する力がほぼ一定の材料で構成されており、例えばステンレスなどで作成される。形状記憶合金ばね３２は、例えば形状記憶特性がよく、耐腐食性にすぐれるＴｉ−Ｎｉ合金を用いる。形状記憶合金は、低温でのマルテンサイト相では柔らかくて発生する力が小さく、高温でのオーステナイト相では固くて発生する力が強いという特徴を有している。これらの特徴を利用し、低温ではステンレスばね３１の発生力が形状記憶合金ばね３２の発生力を上回るため、中空形状を有するスライダー弁３３は下側に移動し（図中点線で示した）流路が確保される。高温時は形状記憶合金ばね３２の発生力がステンレスばね３１の発生力を上回るため、スライダー弁３３は上側に移動し流路を遮蔽する。

長時間放置後の燃料電池は、室温程度の温度にあるため、バルブ３０ａは「開」の状態（図３に記載の状態）にある。燃料電池の電源を立ち上げると液体燃料が第２セル１１の燃料極１３に供給され、透過率の高い電解質膜１２を通り空気極１４の触媒上で酸素と発熱を伴う化学反応が起こり、燃料電池全体が早急に加熱される。燃料電池の温度が徐々に上昇するに連れて、上記バルブ３０ａの形状記憶合金ばね３１の発生力が上昇し、バルブが閉じられていくため第２セル１１の燃料極１３に供給される燃料流量は減衰していく。第１セルを駆動する最適な基準温度Ｔ１に温度平均が一致するように、限界温度より低く設定された第１の閾値温度Ｔ２で、バルブ３０ａは「閉」の状態になり、第２セル１１での発熱反応はそれ以上起こらず、過熱を防止する。より正確に第１セル１を燃料流量に反映するため、バルブ３０ａは、第１セル１に隣接して配置されることが好ましい。また、閾値温度Ｔ２を超えた後も第２のセル１１の空気極１４側には空気が供給され続けているため、熱伝導の良い絶縁膜５０および第２のセル１１の空気極１４側流路板は放熱板の役割を果たし、過熱された第１セル１を冷却し、第１セル１の劣化を招く限界温度に達することを抑制することが可能となる。

第２セル１１は、第１セル１と電気的に分離して組み込まれているので、第２セル１１の流路板は電気伝導性の良い材料を用いる必要はないため、効率の良い加熱、放熱を行うためにも、熱伝導抵抗の小さい材料を用いて作成することがより好ましい。例えば、アルマイト処理を施したアルミニウムを主原料とする金属板や、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｆｅなどをステンレス鋼に組み合わせたステンレスクラッド鋼板などを用いることができる。これらにより、外部にサーミスタ等の温度制御素子を用いることなく、簡易な構成で温度制御可能な燃料電池を提供することが可能となる。

空気の供給手段としては、送風ポンプ２０ａ（もしくは送風ファン）が空気極４および空気極１４の空気供給口へと接続されている。各空気極排出口は、空気極回収容器４０ａへ接続されており、空気極から排出される水および余剰分の液体燃料が回収される仕組みとなっている。空気極回収容器４０ａに回収された水および余剰分の液体燃料は、送液ポンプ２０ｃによって液体燃料容器４０ｂに戻してもよい。このように空気極から排出された水を用いる場合、根本の燃料として、水を含まない液体燃料（例えば１００％メタノール）を用いることができる。また、濃度センサー（図示なし）を介在させることにより、液体燃料回収容器４０ｂ内の燃料濃度を希釈することが可能となる。併せて、循環液体燃料を回収水によって冷却することにより温度が上昇しすぎた燃料電池スタックを冷却することが可能となる。なお、図２には示されていないが、送風ポンプ２０ａと第２の空気極流入口の間にバルブ（空気流量制御部）を介在させ、第２の空気極側への空気燃料の供給を、燃料極側液体燃料燃料と同様に、セル温度に連動して変動させ、閾値温度Ｔ２で遮断することも可能である。

また、図２に点線で示したとおり、第２セル１１の空気極１４と空気極回収容器４０ａは、温度上昇に連動して流量を増加させるバルブ３０ｂを介して接続されている。バルブ３０ｂには、例えば図３に示した構造で形状記憶合金ばねとステンレスばねの配置位置を両者入れ替えたバルブを用いても良い。もしくは、図４に示したような、４枚の形状記憶合金３４とバイアスばね３５を持った構造のバルブを用いても良い（参考文献日本ＡＥＭ学会誌，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．４（１９９６），ｐｐ．３１−３６）。形状記憶合金板３４は、常温時、図４の破線で示したような円弧の形状をとり、バイアスばねの復元力で流路は閉鎖されている。一方、ある一定以上に加熱された形状記憶合金板３４は、図４の実線で示したような平坦な形状をとり、流路を開く機構になっている。バルブ３０ｂは第１の閾値温度Ｔ２より高く設定された第２の閾値温度Ｔ３を超えたとき「開」になり、回収水が流れる。これにより、過熱された燃料電池セルを冷却し、燃料電池システムの劣化を招く限界温度に達することを抑制することが可能となる。

本発明は上記した各実施形態に限らず、種々の変更が可能である。

図５は、本発明の実施例１に係る液体燃料電池の構成を示す模式図である。本実施例は、上記第１の実施形態に対応する。この液体燃料電池は、二種類のセルを備え、１つの第２セル２０２を、両側に配置された２つずつの第１セル２０１で、挟んだ構成となっている（第１セル２０１,第２セル２０２の基本構成は、それぞれ図１に示す第１セル１,第２セル１１と同じである。）。この５つのセルは、互いに電気的に接続され、直列接続になっている。

ここで、第１セル２０１の作製方法について説明する。まず、膜厚１７０μｍのＤｕＰｏｎｔ社製Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）を電解質膜として用い、カーボンクロス上にＰｔ−Ｒｕ系触媒層を塗布した２２．３ｍｍ×２２．３ｍｍのアノード極と、カーボンクロス上にＰｔ触媒層を塗布した２２．３ｍｍ×２２．３ｍｍのカソード極とを、触媒層が電解質膜に接するようにして１２０℃で４分間、２０ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力でホットプレスして接合した。この膜電極接合体を深さ１ｍｍ、幅１ｍｍのアノード流路をもつアノード流路板と深さ１ｍｍ、幅１ｍｍのカソード流路をもつカソード流路板の内部に組み込んで図５に記載の第１のセル２０１を作成した。

次に、膜厚５０μｍのＤｕＰｏｎｔ社製Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）を用いて、それ以外は、第１セル２０１と同様の方法で、第２セル２０２を作成した。

図５の矢印４０１は、メタノール水溶液の流路を示し、個々のセルへ供給され、個々のセルから排出される。２Ｍメタノール水溶液を流量１．０ｍｌ／ｍｉｎでアノード流路に送り、３００ｍｌ／ｍｉｎの流量で空気をカソード流路に送り、０．１Ａ／ｃｍ²負荷条件で発電を行った。測定条件は、室温２４℃、湿度４０％であり、直列接続されたセル全体の電圧を測定した。初期の単位セル当たりの電圧は０．３５Ｖであった。

（比較例１）実施例１の構成において、図５の第２セル２０２を第１セル２０１に置き換え、第１セルのみのスタックにした以外は実施例１と同様の条件で発電を行ったが０．１Ａ／ｃｍ²の負荷がとれないまま電圧は低下した。

実施例１と比較例１の比較からも容易に、本発明の液体燃料電池は再起動時の特性に優れていることがわかった。

図６は、本発明の実施例２に係る液体燃料電池の構成を示す模式図である。本実施例は、上記第２の実施形態に対応する。第１セル２０１は実施例１と同様の方法で作成した。第２セル２０３は、第２セル２０２と同様の方法で作成した膜を、アルミニウム板に深さ１ｍｍ、幅１ｍｍの流路を形成した後にアルマイト処理した流路板で挟んで作成した。第１セルと第２セルの間には、市販の熱伝導性の良い絶縁シート５０１を介在させて図６のように積層した。第２セル２０３へのメタノール水溶液の供給は、図３に示した構造をとり、セル温度に連動して流量を減少させるバルブ３０ａを第１セル２０１に接するような形態で設置して行った。バルブ３０ａを介した流路に、メタノール水溶液を１ｍｌ／ｍｉｎで流したときの、各温度に対する出口側での流量は図７に示したとおりであった。２Ｍメタノール水溶液を流量１．０ｍｌ／ｍｉｎでアノード流路に送り、３００ｍｌ／ｍｉｎの流量で空気をカソード流路に送り、０．１Ａ／ｃｍ２負荷条件で発電を行った。測定条件は、室温２４℃、湿度４０％であり、直列接続された第１セル２０１全体の電圧を測定した。初期の単位セル当たりの電圧は０．４Ｖであった。
１０時間運転後も電圧の変化は無かった。測定期間中のセル温度は６５℃から７５℃の間におさまっていた。このことから、本発明の液体燃料システムは、長時間運転中も過熱を防止し安定した出力を維持できることが確認された。

本発明の第１の実施形態の構造の一例を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態の構成の一例を示すブロック図である。本発明に用いる、温度連動流量調節バルブの一例を示す概略断面図である。本発明に用いる、温度連動流量調節バルブの一例を示す概略断面図である。本発明の実施例１の液体燃料電池の構成を示す斜視図である。。本発明の実施例２の液体燃料電池の構成を示す斜視図である。。本発明の実施例２に係る、温度連動流量調節バルブの流量温度特性を示すグラフである。

符号の説明

１，１１：液体燃料電池セル２，１２：電解質膜３，１３：燃料極４，１４：空気極５，６，７：流路板８：支持基板２０ａ、２０ｂ、２０ｃ：ポンプ３０ａ、３０ｂ：流量調節バルブ４０ａ、４０ｂ水溶液容器

Claims

電解質膜を挟んで燃料極と空気極とをそれぞれ配した第１セルと第２セルを備え、第２セルは、第１セルに熱的に接触して配置され、かつ、その電解質膜の液体透過率が、第１セルよりも高いことを特徴とする液体燃料電池。
第２セルは、第１セルより膜厚の薄い電解質膜を有することを特徴とする請求項１に記載の液体燃料電池。
第２セルは、第１セルとは異なる材料の電解質膜を有することを特徴とする請求項１に記載の液体燃料電池。
第２セルの空気極は、ＣＯ被毒耐性触媒を備える請求項１に記載の液体燃料電池。
第２セルは、第１セルに対して電気的に分離されていることを特徴とする請求項１に記載の液体燃料電池。
第１の閾値温度で流量が零になるように、第１セルの温度に連動して第２セルの燃料極へ供給される液体燃料の流量を変動させる液体燃料流量制御部をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の液体燃料電池。
第１閾値温度で流量が零になるように、第１セルの温度に連動して第２セルの空気極へ供給される空気の流量を変動させる空気流量制御部をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の液体燃料電池。
第１セルの温度が、第１の閾値温度よりも高い第２閾値温度を超えたときに、第２セルの空気極に冷却水を供給する冷却水供給部をさらに備える請求項６又は７に記載の液体燃料電池。