JP2006147480A - 燃料カートリッジ及び燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 携帯電話、ノート型パソコン及びＰＤＡなどの携帯用電子機器の電源として用いられるのに好適な小型の燃料電池を提供する。
【解決手段】 平板状の燃料極を有する燃料電池本体３１に取り付け自在となり、液体燃料を平板状の燃料極に供給して発電する燃料電池３０に用いられる燃料カートリッジであって、該燃料カートリッジは、液体燃料を吸蔵する毛管力を付与した繊維束体１０をシート状多孔体１１で被覆した液体燃料吸蔵体１２からなり、かつ、該液体燃料吸蔵体１２はその側面部１２ａから液体燃料を排出できる構成となることを特徴とする燃料カートリッジＡ。
【効果】 液体燃料の排出速度高めることができると共に、十分な液体燃料を安定的に平板状燃料極に供給することができる燃料カートリッジ及び燃料電池が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料カートリッジ及び燃料電池に関し、更に詳しくは、携帯電話、ノート型パソコン及びＰＤＡなどの携帯用電子機器の電源として用いられる小型の燃料電池用に好適な燃料カートリッジ及び燃料電池に関する。

一般に、燃料電池は、空気電極層、電解質層及び燃料電極層が積層された燃料電池セルと、燃料電極層に還元剤としての燃料を供給するための燃料供給部と、空気電極層に酸化剤としての空気を供給するための空気供給部とからなり、燃料と空気中の酸素とによって燃料電池セル内で電気化学反応を生じさせ、外部に電力を得るようにした電池であり種々の形式のものが開発されている。

近年、環境問題や省エネルギーに対する意識の高まりにより、クリーンなエネルギー源としての燃料電池を、各種用途に用いることが検討されており、特に、メタノールと水を含む液体燃料を直接供給するだけで発電できる直接メタノール型燃料電池が注目されてきている（例えば、特許文献１及び２参照）。
これらの中でも、液体燃料の供給に毛管力を利用した各液体燃料電池等が知られている（例えば、特許文献３〜８参照）。
これらの各特許文献に記載される液体燃料電池は、燃料タンクから液体燃料を毛管力で燃料極に供給するため、液体燃料を圧送するためのポンプを必要としないなど小型化に際してメリットがある。

このよう形式の燃料電池において、毛管力を付与した平板状の燃料極で液体燃料を毛管力によって吸い上げるパッシブ方式の燃料電池にあっては、中綿式の燃料貯留体の使用が試みられている。また、燃料電池用の液体燃料を安定に貯留しておくためには、加熱時や減圧環境下での燃料の吹き出し防止に留意する必要があり、かつ、燃料を燃料貯留体の向きによらず燃料を供給できることが望ましい。そのため、液体燃料を吸蔵させた吸蔵体の側面をフィルム巻又は溶融樹脂によるコートで作製された燃料吸蔵体の端面に、中継芯を挿入し、中継芯を介して燃料電池本体の燃料極に燃料を供給する方法等が試みられている。

図７及び図８は、上記燃料吸蔵体の端面に、中継芯を挿入し、中継芯を介して燃料電池本体の燃料極に燃料を供給する燃料供給方法を示す説明図である。
この中継芯を介する燃料電池Ｘは、図７及び図８に示すように、平板状の燃料極、電解質膜、空気極より構成される平板状の燃料電池セル１，１…を内部に有すると共に、側面部にメッシュ構造の空気取り入れ口部２ａを有する燃料電池本体２と、該燃料電池本体２の着脱部３に取り付け自在となる燃料カートリッジ４とを備えたものである。
この方式の燃料供給方法は、カートリッジ４内の燃料吸蔵体４ａの端面に、中継芯５を挿入し、中継芯５及び燃料誘導部材６を介して燃料電池本体２内に備わる燃料電池セル１，１…の各燃料極に液体燃料を供給するものである。また、図９（ａ）〜（ｃ）は、中継芯を介して燃料電池本体の燃料極に燃料を供給する他の形式の燃料供給方法を示す説明図であり、（ａ）は中継芯５ａ及び燃料誘導部材６ａを介して燃料電池本体２内に備わる一の燃料電池セル１ａの燃料極に液体燃料を供給するものであり、（ｂ）は、燃料カートリッジ４ｂが燃料電池本体２の上部に取り付けられて、中継芯５ｂを介して燃料電池本体２内に備わる一の燃料電池セル１ａの燃料極に液体燃料を供給するものであり、（ｃ）は、燃料カートリッジ４ｃが燃料電池本体２の下部側面に取り付けられて、中継芯５ｃを介して燃料電池本体２内に備わる一の燃料電池セル１ａの燃料極に液体燃料を供給するものである。

しかしながら、中継芯を介して燃料を供給する上記図７〜図９などに示す燃料供給方式では、燃料の排出速度は、燃料吸蔵体に挿入した中継芯の燃料の流動抵抗に規制されてしまうという課題がある。

また、燃料電池は、液体燃料の消費速度が速いため、燃料の排出速度を高める必要があるが、燃料の排出速度を高めるには、中継芯の流動抵抗を下げるか、中継芯を太くする必要がある。
しかしながら、中継芯の流動抵抗を下げるためには、中継芯の気孔率を上げることにより行うことができるが、それと同時に中継芯の毛管力が低下するため、燃料を排出することができなる課題が生じる。
更に、中継芯を太くするものでは、物理的な限界がり、挿入される中綿よりも大きく設定することできないものである。
特開平５−２５８７６０号公報（特許請求の範囲、実施例等） 特開平５−３０７９７０号公報（特許請求の範囲、実施例等） 特開昭５９−６６０６６号公報（特許請求の範囲、実施例等） 特開平６−１８８００８号公報（特許請求の範囲、実施例等） 特開２００３−２２９１５８号公報（特許請求の範囲、実施例等） 特開２００３−２９９９４６号公報（特許請求の範囲、実施例等） 特開２００３−３４０２７３号公報（特許請求の範囲、実施例等） 特開２００３−１０９６３３号公報（特許請求の範囲、実施例等）

本発明は、上記従来の中継芯を介して液体燃料を平板状の燃料極に供給する燃料電池における課題に鑑み、これを解消するためになされたものであり、液体燃料の排出速度高めて液体燃料を安定的に平板状燃料極に供給することができる燃料カートリッジ及び燃料電池を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記従来の課題等について、鋭意検討した結果、平板状の燃料極を有する燃料電池本体に取り付け自在となり、液体燃料を平板状の燃料極に供給して発電する燃料電池に用いられる燃料カートリッジにおいて、該燃料カートリッジを、特定の構造とすることにより、上記目的の燃料カートリッジ及び燃料電池が得られることに成功し、本発明を完成するに至ったのである。

すなわち、本発明は、次の（１）〜（９）に存する。
（１） 平板状の燃料極を有する燃料電池本体に取り付け自在となり、液体燃料を平板状の燃料極に供給して発電する燃料電池に用いられる燃料カートリッジであって、該燃料カートリッジは、液体燃料を吸蔵する毛管力を付与した繊維束体をシート状多孔体で被覆した液体燃料吸蔵体からなり、かつ、該液体燃料吸蔵体はその側面部から液体燃料を排出できる構成となることを特徴とする燃料カートリッジ。
（２） 燃料カートリッジは、液体燃料吸蔵体の側面部を露出できる容器本体と、該容器本体を密閉する取り付け自在となる蓋部とを備えた貯蔵容器に収容される上記（１）記載の燃料カートリッジ。
（３） 貯蔵容器は、酸素バリア性の樹脂層を少なくとも１層以上有する上記（２）記載の燃料カートリッジ。
（４） 酸素バリア性の樹脂層は、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアクリロニトリル、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルの単独若しくは２種以上の樹脂からなる上記（３）記載の燃料カートリッジ。
（５） 液体燃料がメタノール液、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、ギ酸、ヒドラジン、アンモニア液、エチレングリコール、水素化ホウ素ナトリウム水溶液から選ばれる少なくとも１種である上記（１）〜（４）の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
（６） 平板状の燃料極を有する燃料電池本体と、該燃料電池本体に取り付け自在となる燃料カートリッジとを有する燃料電池であって、上記燃料カートリッジは、液体燃料を吸蔵する毛管力を付与した繊維束体をシート状多孔体で被覆した液体燃料吸蔵体からなり、かつ、該液体燃料吸蔵体はその側面部から液体燃料を排出できる構成とし、該液体燃料吸蔵体の側面部を平板状の燃料極に接触させて液体燃料を平板状の燃料極に供給して発電せしめることを特徴とする燃料電池。
（７） 平板状の燃料極の毛管力をＰ１、液体燃料吸蔵体の毛管力Ｐ２とした場合、その毛管力はＰ１＞Ｐ２に設定されている上記（６）記載の燃料電池。
（８） 液体燃料は、液体燃料吸蔵体の側面部から液体燃料誘導部材を介して平板状の燃料極に供給せしめる上記（６）記載の燃料電池。
（９） 液体燃料誘導部材の毛管力をＰ３とした場合、平板状の燃料極の毛管力Ｐ１、液体燃料吸蔵体の毛管力Ｐ２との関係は、次式、Ｐ１＜Ｐ３＜Ｐ２を充足する上記（８）記載の燃料電池。

本発明によれば、液体燃料の排出速度高めることができると共に、十分な液体燃料を安定的に平板状燃料極に供給することができる燃料カートリッジ及び燃料電池が提供される。

以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳しく説明する。
図１〜図４は、本発明の実施形態の一例を示す燃料カートリッジＡ及び燃料電池３０を示すものである。
本実施形態の燃料カートリッジＡは、図１〜図３に示すように、平板状の燃料極を有する燃料電池本体３１の収納部３２に取り付け自在となり、液体燃料を平板状の燃料極に供給して発電する燃料電池３０に用いられるものであり、液体燃料を吸蔵する毛管力を付与した繊維束体１０をシート状多孔体１１で被覆した液体燃料吸蔵体１２からなり、かつ、該液体燃料吸蔵体１２はその側面部から液体燃料を排出できる構成となっている。
この燃料カートリッジＡは、保管時には、図３に示すように、貯蔵容器２０に収容されるものである。貯蔵容器２０は、液体燃料吸蔵体１２の側面部を露出できる容器本体２１
と、該容器本体２１を密閉する取り付け自在となる蓋部２２とを備えたものであり、使用時には、蓋部２２を取り外して燃料電池本体３１の収納部３２に取り付けて使用に供される。

本発明に用いる繊維束体１０は、繊維を収束させることで毛管力を付与したものであり、液体燃料を吸蔵するものである。用いることができる繊維としては、例えば、天然繊維、獣毛繊維、ポリアセタール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレン系樹脂などの１種又は２種以上の組合せからなる繊維が挙げられる。
これらの繊維を用いた繊維束体１０は、気孔率が７０〜９５％、より好ましくは、８０〜９０％とすることが望ましく、また、厚さは５〜３０ｍｍに設定することが好ましい。この気孔率が７０％未満であると、充填できる燃料の量が少なくなってしまため好ましくなく、一方、９５％を越えると、燃料の保持力が十分でなはなく、また、形状・寸法の維持も困難となり、好ましくない。

本発明に用いるシート状多孔体１１は、上記繊維束体１０を束状態に保持して液体燃料吸蔵体に構成し、その燃料吸蔵体側面から液体燃料を排出させるために用いるものである。
用いることができるシート状多孔体１１としては、例えば、フェルト、スポンジ、または、樹脂粒子焼結体、樹脂繊維焼結体などの焼結体等から構成される毛管力を有する多孔体や、天然繊維、獣毛繊維、ポリアセタール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレン系樹脂などの１種又は２種以上の組合せからなる繊維を織ったものや、前記繊維の不織布から構成されるものが挙げられる。
これらのシート状多孔体１１の気孔率としては、６０％以上、好ましくは、７０％〜９０％、厚さは０．１〜１ｍｍ、更に好ましくは０．２〜０．５ｍｍに設定されるものである。

また、シート状多孔体１１は、上記繊維束体１０を束状態に保持して液体燃料吸蔵体に構成し、その燃料吸蔵体側面から液体燃料を排出できるものであれば、特に限定されないので、繊維束体１０を樹脂フィルムや溶融樹脂コートで束状態に保持し、樹脂フィルムや溶融樹脂コートの側面に孔を形成して、液体燃料の排出孔としたものであってもよいものである。
この場合の排出孔の大きさや個数としては、燃料極の構造等の点から変動するものであるが、適正な液体燃料の排出速度を得るために、好ましくは、直径１００〜１０００μｍ、この大きさの排出孔がシート状多孔体１１の面積中に３０〜７０％とすることが望ましい。）

本発明における液体燃料吸蔵体１２は、上述の液体燃料を吸蔵する毛管力を付与した繊維束体１０をシート状多孔体１１で被覆（内包）したものであり、その側面部から液体燃料を排出できる構成となるものである。
液体燃料吸蔵体１２における液体燃料の吸蔵量は、繊維束の種類、燃料電池の構造、燃料極の構造、発電時間等により変動するが、好ましくは、０．５〜２０ｍｌとすることが望ましい。
また、液体燃料吸蔵体１２の形状は、特に限定されるものではなく、図１〜図２に示すように、断面円形状の繊維束体１０の周囲をシート状多孔体１１でロール状に被覆したものや、図４（ａ）に示すように、断面四角形状の繊維束体１０の周囲をシート状多孔体１１で四角状に被覆したものや、図４（ｂ）に示すように、断面円形状の繊維束体１０の周囲をシート状多孔体１１で四角状に被覆したものや、図４（ｃ）に示すように、断面円形状の繊維束体１０の周囲をポリエチレンテレフタレート製の排出孔１１ａ，１１ａ……を形成した樹脂フィルムで保持したものや、図４（ｄ）に示すように、断面四角形状の繊維束体１０の周囲をオレフィン系樹脂からなる溶融樹脂で被覆し、この被覆樹脂に排出孔１１ｂ，１１ｂ……を形成したものなどが挙げられる。

上記貯蔵容器２０としては、耐久性、収容される液体燃料Ｆに対して保存安定性、ガス不透過性（酸素ガス、窒素ガス等に対するガス不透過性）を有するものが好ましい。
また、液体燃料の漏洩及び蒸発防止については、ガス不透過性の材質から構成されることが好ましく、更に好ましくは、酸素ガス透過度（酸素ガス不透過性）が１００ｃｃ・２５μｍ／ｍ²・２４ｈｒ・ａｔｍ（２５℃、６５％ＲＨ）以下であれば実使用上問題はない。

貯蔵容器２０の材質としては、光線透過性を要求されない場合であれば、好ましい材質としてアルミニウム、ステンレスなどの金属、合成樹脂、ガラスなどが挙げられるが、前記した液体燃料に対するガス不透過性、製造や組立時のコスト低減及び製造の容易性などから、好ましくは、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアクリルニトリル、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルなどの単独もしくは２種以上の樹脂を含む単層構造、２層以上の多層構造からものが挙げられる。更に好ましくは、これらの樹脂であって上記酸素ガス透過度（酸素ガス不透過性）が１００ｃｃ・２５μｍ／ｍ²・２４ｈｒ・ａｔｍ（２５℃、６５％ＲＨ）以下であるものを選択することが望ましい。
特に好ましくは、上記特性の酸素ガス不透過度を有するエチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアクリルニトリル、ポリ塩化ビニリデンが望ましい。

また、貯蔵容器２０は、好ましくは、２層以上の多層構造からなり、少なくとも１層は前記したガス不透過性を有する上述の樹脂群を含む材料から構成される２層以上の多層構造となるものが望ましい。この多層構造の内、少なくとも１層が、前記した性能（ガス透過度）を持つ樹脂で構成されていれば、残りの層は通常の樹脂でも実使用上問題はない。このような多層構造は、押出し成形、射出成形、共押出し成形などにより製造することができる。
また、これらの成形により設けられる少なくとも１層のガス不透過層の代わりに、前記した樹脂群から選ばれる樹脂の溶液などを塗布してガス不透過層を設けることもできる。この塗布方法では、上記押出し成形、射出成形などの成形による製造よりも特殊な製造設備を必要とせず、逐次製造することが可能である。

これらの各成形法、塗布で設けられたガス不透過層は、好ましくは、１０〜２０００μｍの厚みであることが望ましい。この厚みが１０μｍ未満では、ガス不透過性を発揮することができず、一方、２０００μｍを超える場合には、容器全体の光線透過性、柔軟性などの性能が悪化することとなる。
また、前記した樹脂による成形又は塗布によるガス不透過層の代わりに、ガス不透過性のフィルムなどのガス不透過薄膜部材によって被覆することができる。被覆するガス不透過薄膜部材としては、好ましくは、アルミ箔などの金属箔、アルミナ、シリカなどの金属酸化物蒸着物、ダイアモンドライクカーボンコーティング物から選ばれる少なくとも１種が挙げられ、これらの不透過薄膜部材で貯蔵容器２０の外表面部を被覆することにより、上述のとおりのガス不透過性を発揮させることができる。なお、この不透過薄膜部材の厚みは、上記と同様に１０〜２０００μｍとすることが望ましい。また、上記ガス不透過薄膜部材が視認性を有しない部材、例えば、アルミ金箔などの場合は、ガス不透過性を損なわない程度に一部施さず、格子状、ストライプ状等に被覆して、覗き窓部を設けこの覗き窓部に光線透過性を有するガス不透過性フィルムを被覆してガス不透過性と視認性を確保することもできる。

燃料吸蔵体１２に吸蔵せしめる液体燃料としては、メタノールと水とからなるメタノール液が挙げられるが、後述する燃料電極体において燃料として供給された化合物から効率良く水素イオン（Ｈ⁺）と電子（ｅ^-）が得られるものであれば、液体燃料は特に限定されず、燃料電極体の構造などにもよるが、例えば、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、エタノール液、ギ酸、ヒドラジン、アンモニア液、エチレングリコール、水素化ホウ素ナトリウム水溶液などの液体燃料も用いることができる。
また、これらの液体燃料の濃度は、燃料電池の構造、特性等により種々の濃度の液体燃料を用いることができ、例えば、１〜１００％濃度の液体燃料を用いることができる。

このように構成された燃料カートリッジＡは、液体燃料を吸蔵する毛管力を付与した繊維束体１０をシート状多孔体１１で被覆した液体燃料吸蔵体１２からなり、かつ、該液体燃料吸蔵体１２はその側面部１２ａから液体燃料を排出できる構成、具体的には、該液体燃料吸蔵体１２の側面部１２ａを後述する平板状の燃料極に接触させて液体燃料を平板状の燃料極に供給するものであり、図７〜図９などに示す燃料の流動抵抗に規制されてしまう中継芯を用いた液体燃料を供給する方式よりも、液体燃料の排出速度を高めることができ、効率よく燃料極に十分な燃料を供給することができるものとなる。

このように構成される燃料カートリッジＡは、図１及び図２に示すように、燃料電池本体３１の収納部３２に収納自在となり、使用に供されることとなる。
すなわち、本実施形態の燃料電池３０は、図１及び図２に示すように、メッシュ構造の空気取り入れ口部３１ａを有する燃料電池本体を構成するユニット本体３１ｂを備え、該ユニット本体３１ｂ内のセル収納部３１ｃに、燃料極、電解質膜、空気極が順次積層した単位セル３３，３３…を連結してパッシブ方式の燃料電池を構成したものである。
なお、上記燃料極３３ａ、電解質膜３３ｂ、空気極３３ｃより構成される一つの平板状の燃料電池セル３３は、理論上約０．５Ｖの起電力を生じる。また、各電池セルは、並列接続で接続されている。

この燃料極（燃料電極体）３３ａは、毛管力を付与した平板状の燃料極であり、液体燃料を吸い上げる多孔質構造となるものであれば良く、例えば、三次元網目構造若しくは点焼結構造よりなり、アモルファス炭素と炭素粉末とで構成される炭素複合成形体、等方性高密度炭素成形体、炭素繊維抄紙成形体、活性炭素成形体などが挙げられ、好ましくは、燃料電池の燃料極における反応制御が容易かつ反応効率の更なる向上の点で、アモルファス炭素と炭素粉末とからなる微細な連通孔を有する炭素複合成形体が望ましい。

この多孔質構造からなる炭素複合体の作製に用いる炭素粉末としては、更なる反応効率の向上の点から、高配向性熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ）、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンナノチューブ、フラーレンより選ばれる少なくとも１種（単独または２種以上の組合せ）が好ましい。
また、この燃料極３３ａの外表面部には、白金−ルテニウム（Ｐｔ−Ｒｕ）触媒、イリジウム−ルテニウム（Ｉｒ−Ｒｕ）触媒、白金−スズ（Ｐｔ−Ｓｎ）触媒などが当該金属イオンや金属錯体などの金属微粒子前駆体を含んだ溶液を含浸や浸漬処理後還元処理する方法や金属微粒子の電析法などにより形成されている。

電解質膜３３ｂとしては、プロトン伝導性又は水酸化物イオン伝導性を有するイオン交換膜、例えば、ナフィオン（Nafion、Du pont社製）を初めとするフッ素系イオン交換膜が挙げられる他、耐熱性、メタノールクロスオーバーの抑制が良好なもの、例えば、無機化合物をプロトン伝導材料とし、ポリマーを膜材料としたコンポジット（複合）膜、具体的には、無機化合物としてゼオライトを用い、ポリマーとしてスチレン−ブタジエン系ラバーからなる複合膜、炭化水素系グラフト膜などが挙げられる。
また、空気電極３３ｃとしては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等を上述の金属微粒子前駆体を含んだ溶液等を用いた方法で担持させた多孔質構造からなる炭素多孔体が挙げられる。

このように構成される燃料カートリッジＡを用いた燃料電池３０では、容器本体２１に収容される燃料カートリッジＡが、液体燃料を吸蔵する毛管力を付与した繊維束体１０をシート状多孔体１１で被覆した液体燃料吸蔵体１２からなり、かつ、該液体燃料吸蔵体１２はその側面部１２ａを液体燃料誘導部材３４を介して電池セル３３（平板状の燃料極３３ａ）に接触させて液体燃料を平板状の燃料極３３ａに供給して発電せしめるものである。

この実施形態では、液体燃料を平板状の燃料極３３ａに液体燃料を効率的に供給せしめるため、液体燃料誘導部材３４を介して供給する方式としたものである。
用いる液体燃料誘導部材３４としては、例えば、フェルト、スポンジ、または、樹脂粒子焼結体、樹脂繊維焼結体などの焼結体等から構成される毛管力を有する多孔体や、天然繊維、獣毛繊維、ポリアセタール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレン系樹脂などの１種又は２種以上の組合せからなる繊維を織ったものや、前記繊維の不織布から構成されるシート状ものなどが挙げられる。
これらの液体燃料誘導部材３９の気孔率としては、３０〜７０％、厚さとしては、０．２〜２ｍｍに設定されるものである。

本実施形態では、燃料カートリッジＡから平板状燃料極へ効率良く十分な液体燃料を供給するため、平板状燃料極３３ａの毛管力をＰ１、燃料カートリッジＡの燃料吸蔵体１２の毛管力をＰ２、液体燃料誘導部材３４の毛管力をＰ３とした場合、燃料カートリッジＡから平板状燃料極３３ａへ効率良く十分な液体燃料を供給するため、次式、Ｐ１＜Ｐ３＜Ｐ２を充足することが好ましい。

このように構成される燃料カートリッジＡを用いた燃料電池３０では、容器本体２１に収容される燃料カートリッジＡが、液体燃料を吸蔵する毛管力を付与した繊維束体１０をシート状多孔体１１で被覆した液体燃料吸蔵体１２からなり、かつ、該液体燃料吸蔵体１２はその側面部１２ａを液体燃料誘導部材３４に接触させることにより、カートリッジの液体燃料は液体燃料誘導部材３４を介して平板状の電池セル３３の燃料極３３ａに供給して発電せしめるものであり、燃料の流動抵抗に規制されてしまう図７〜図９に示す中継芯を用いた液体燃料を供給する方式よりも、液体燃料の排出速度を高めることができ、効率よく燃料極３３ａに十分な燃料を供給することができるものとなっている。
また、この構成の燃料電池では、ポンプやブロワ等の補器を特に用いることなく、液体燃料を気化せずそのまま円滑に供給することができる構造となるため、燃料電池の小型化を図ることが可能となる。
従って、この形態の燃料電池では、燃料電池全体のカートリッジ化が可能となり、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯用電子機器の電源として用いられることができる小型の燃料電池に好適なものとなる。

本発明の燃料電池用貯留体及び燃料電池は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変更することができるものである。
例えば、上記燃料極３３ａ、電解質膜３３ｂ、空気極３３ｃより構成される平板状の燃料電池セル３３は、５ユニットとしたが、更に１ユニット〜４ユニット、または、６ユニット以上としても良く、また、これらの燃料電池セル３３，３３同士を直列接続、並列接続してもよいものである。
また、上記実施形態では、直接メタノール型の燃料電池として説明したが、改質型を含む高分子改質膜型の燃料電池にも好適に適用することができるものである。

図５及び図６は、本発明に係る燃料電池の各他例を示す図面である。なお、上記実施形態と同様の構成は、同一符号を付してその説明を省略する。
図５（ａ）及び（ｂ）に示す実施形態の燃料電池４０は、液体燃料誘導部材３４を介することなく、液体燃料吸蔵体１２の側面部１２ａから直接平板状の燃料極３３ａに供給せしめる構造とした点、燃料極３３ａ、電解質膜３３ｂ、空気極３３ｃより構成される平板状の燃料電池セル３３を１ユニットとした点で、図１〜図３に示す上記実施形態の燃料電池と異なるものであり、上記実施形態と同様に使用に供される。
この実施形態では、燃料カートリッジＡから平板状燃料極へ効率良く十分な液体燃料を供給するため、平板状燃料極３３ａの毛管力（Ｐ１）は、燃料カートリッジＡの燃料吸蔵体１２の毛管力（Ｐ２）よりも高く、すなわち、Ｐ１＞Ｐ２に設定されている。

図６（ａ）及び（ｂ）に示す実施形態の燃料電池５０は、液体燃料誘導部材３４を介することなく、カートリッジＡを燃料電池本体３１の底面部に取り付けて、液体燃料吸蔵体１２の側面部１２ａから直接平板状の燃料極３３ａの下端面から供給せしめる構造とした点、燃料極３３ａ、電解質膜３３ｂ、空気極３３ｃより構成される平板状の燃料電池セル３３を１ユニットとした点で、図１〜図３に示す上記実施形態の燃料電池と異なるものであり、上記実施形態と同様に使用に供される。この実施形態においても、毛管力Ｐ１、Ｐ２は、Ｐ１＞Ｐ２に設定されている。

このように構成される燃料カートリッジＡを用いた燃料電池４０又は５０では、容器本体２１に収容される燃料カートリッジＡが、液体燃料を吸蔵する毛管力を付与した繊維束体１０をシート状多孔体１１で被覆した液体燃料吸蔵体１２からなり、かつ、該液体燃料吸蔵体１２はその側面部１２ａを直接平板状の燃料極３３ａに接触させることにより、カートリッジの液体燃料を平板状の燃料極３４に直接供給して発電せしめるものであり、燃料の流動抵抗に規制されてしまう中継芯を用いた図７〜図９に示す液体燃料を供給する方式よりも、液体燃料の排出速度を高めることができ、効率よく燃料極３３ａに十分な燃料を供給することができるものとなる。

次に、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図５（ａ）に準拠する燃料カートリッジＡ及び燃料電池３０を使用した。
使用した液体燃料Ｆ、液体燃料吸蔵体（繊維束体、シート状多孔体）、貯蔵容器、燃料極、電解質膜、空気極は、下記の構成のものを用いた。
液体燃料：
１０ｗｔ％濃度メタノール液、充填量０．７ｍｌ
液体燃料吸蔵体（繊維束体、シート状多孔体）：
繊維束：ポリエチレンテレフタレート製繊維束
シート状多孔体：ポリエチレンテレフタレート製シート状繊維束
液体燃料吸蔵体：大きさφ６×３０ｍｍ、毛管力６０ｍｍ、気孔率９０％
貯蔵容器： 酸素ガス透過度（酸素ガス不透過性）が１００ｃｃ・２５μｍ／ｍ²・２４ｈｒ・ａｔｍ（２５℃、６５％ＲＨ）以下であり、かつ、光線透過率が８０％以上となるポリエチレンテレフタレート樹脂から構成、大きさ４０×５０×１５ｍｍ
燃料極：炭素複合成形体 Ｐｔ−Ｒｕ、大きさ３０×２０×１ｍｍ、毛管力１５０ｍｍ
電解質膜：ナフィオン（デュポン社製）、大きさ３０×２０×０．１ｍｍ
空気極：炭素多孔体 Ｐｔ、大きさ３０×２０×１ｍｍ

上記構成の燃料カートリッジＡ及び燃料電池３０を実際に使用したところ、液体燃料吸蔵体の側面部から液体燃料が平板状の燃料極に直接供給されて発電できることが確認でき、このときの起電力は、約０．５Ｖであった。

本発明の実施形態となる燃料カートリッジ及び燃料電池を斜視断面態様で示す概略図面である。 （ａ）は図１の燃料カートリッジ及び燃料電池の分解斜視図であり、（ｂ）は、燃料電池セルの部分横断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、燃料カートリッジの断面図、断面態様で示す斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、各燃料カートリッジの形状を断面態様で示す図面である。 （ａ）は、本発明の他の実施形態の燃料カートリッジ及び燃料電池を斜視断面態様で示す概略図面、（ｂ）は燃料カートリッジから燃料極へ液体燃料を供給する態様を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明の他の実施形態の燃料カートリッジ及び燃料電池を斜視断面態様で示す概略図面、（ｂ）は燃料カートリッジから燃料極へ液体燃料を供給する態様を示す斜視図である。 現在試みられている燃料カートリッジ及び燃料電池を斜視断面態様で示す概略図面である。 図７の燃料カートリッジ及び燃料電池の分解斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、現在試みられている燃料カートリッジから燃料極へ液体燃料を供給する態様を斜視図態様で示す説明図面である。

符号の説明

Ａ 燃料カートリッジ
１０ 繊維束
１１ シート状多孔体
１２ 液体燃料吸蔵体
２０ 貯蔵容器
３０ 燃料電池
３３ａ 平板状の燃料極

Claims (9)

1. 平板状の燃料極を有する燃料電池本体に取り付け自在となり、液体燃料を平板状の燃料極に供給して発電する燃料電池に用いられる燃料カートリッジであって、該燃料カートリッジは、液体燃料を吸蔵する毛管力を付与した繊維束体をシート状多孔体で被覆した液体燃料吸蔵体からなり、かつ、該液体燃料吸蔵体はその側面部から液体燃料を排出できる構成となることを特徴とする燃料カートリッジ。
2. 燃料カートリッジは、液体燃料吸蔵体の側面部を露出できる容器本体と、該容器本体を密閉する取り付け自在となる蓋部とを備えた貯蔵容器に収容される請求項１記載の燃料カートリッジ。
3. 貯蔵容器は、酸素バリア性の樹脂層を少なくとも１層以上有する請求項２記載の燃料カートリッジ。
4. 酸素バリア性の樹脂層は、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアクリロニトリル、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルの単独若しくは２種以上の樹脂からなる請求項３記載の燃料カートリッジ。
5. 液体燃料がメタノール液、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、ギ酸、ヒドラジン、アンモニア液、エチレングリコール、水素化ホウ素ナトリウム水溶液から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜４の何れか一つに記載の燃料カートリッジ。
6. 平板状の燃料極を有する燃料電池本体と、該燃料電池本体に取り付け自在となる燃料カートリッジとを有する燃料電池であって、上記燃料カートリッジは、液体燃料を吸蔵する毛管力を付与した繊維束体をシート状多孔体で被覆した液体燃料吸蔵体からなり、かつ、該液体燃料吸蔵体はその側面部から液体燃料を排出できる構成とし、該液体燃料吸蔵体の側面部を平板状の燃料極に接触させて液体燃料を平板状の燃料極に供給して発電せしめることを特徴とする燃料電池。
7. 平板状の燃料極の毛管力をＰ１、液体燃料吸蔵体の毛管力Ｐ２とした場合、その毛管力はＰ１＞Ｐ２に設定されている請求項６記載の燃料電池。
8. 液体燃料は、液体燃料吸蔵体の側面部から液体燃料誘導部材を介して平板状の燃料極に供給せしめる請求項６記載の燃料電池。
9. 液体燃料誘導部材の毛管力をＰ３とした場合、平板状の燃料極の毛管力Ｐ１、液体燃料吸蔵体の毛管力Ｐ２との関係は、次式、Ｐ１＜Ｐ３＜Ｐ２を充足する請求項８記載の燃料電池。
   
   

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