JP2007149689A - 直接酸化型燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、カソード板の伝導性に影響を与えずに、カソード板の通気孔で凝集する水分を容易に排出させることができる、直接酸化型燃料電池を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の実施例による直接酸化型燃料電池は、膜−電極接合体を中心において、その両側にアノード部材及びカソード部材を密着するように配置して、燃料及び酸素の反応によって電気エネルギー及び水分を発生させる少なくとも一つの電気生成ユニットを含み、前記カソード部材は、前記膜−電極接合体に密着する面から大気と接触する面に向かって直径が次第に拡張されるように形成される複数の通気孔、前記大気と接触する面に形成されて、前記通気孔で凝集する水分を排出させるための水排出ライン、及び、前記水分を吸着する親水性を有して、前記水排出ラインに形成される吸収部材を含む。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の実施例による直接酸化型燃料電池は、膜−電極接合体を中心において、その両側にアノード部材及びカソード部材を密着するように配置して、燃料及び酸素の反応によって電気エネルギー及び水分を発生させる少なくとも一つの電気生成ユニットを含み、前記カソード部材は、前記膜−電極接合体に密着する面から大気と接触する面に向かって直径が次第に拡張されるように形成される複数の通気孔、前記大気と接触する面に形成されて、前記通気孔で凝集する水分を排出させるための水排出ライン、及び、前記水分を吸着する親水性を有して、前記水排出ラインに形成される吸収部材を含む。
【選択図】図１
Description
本発明は、直接酸化型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＯＦＣ）に関する。
燃料電池は、燃料中に含まれている水素及び別途に供給される酸素の化学反応エネルギーを電気エネルギーに直接変換する発電システムとして構成される。
直接酸化型燃料電池は、液体の燃料の供給を直接受けて、この燃料中に含まれている水素、及び別途に供給される酸素の電気化学的反応によって電気エネルギーを発生させる構造からなる。
このような直接酸化型燃料電池は、その構造別に、ポンプやファンに依存せずに無負荷状態で酸素の供給を受けるパッシブ方式、そしてポンプやファンの駆動によって酸素の供給を受けるアクティブ方式からなる。
この中でも、パッシブ方式による直接酸化型燃料電池は、膜−電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）（以下、ＭＥＡとする）を中心において、その両側に密着するように配置されるアノード板及びカソード板からなる。
ここで、カソード板には、酸素をＭＥＡに流通させるための複数の通気孔が形成されて、大気中に露出されるように設置される。そして、このような通気孔は、カソード板の伝導性に影響を与えない程度の同一な直径でカソード板を貫通して形成されている。つまり、カソード板は、ＭＥＡに密着する面が、伝導性に影響を与えない程度の基準接触面積を維持して、ＭＥＡに密着するように配置される。
しかし、従来のパッシブ方式による直接酸化型燃料電池は、ＭＥＡによる酸素の還元反応によって水蒸気状の水分を発生させるようになり、カソード板が大気中に露出されるように設置されているので、水蒸気状の水分がカソード板の通気孔で比較的低い温度の大気と接触して凝縮され、このような凝縮水がカソード板の通気孔で凝集して、表面張力の作用によってこの通気孔を塞ぐようになる。
これによって、従来の直接酸化型燃料電池は、カソード板の通気孔が凝縮水によって塞がれて、大気中の酸素が円滑に供給されなくなるので、燃料電池全体の性能効率及び信頼性が低下する問題があった。
一方、このような問題を解決するために、従来の直接酸化型燃料電池は、通気孔全体の直径を大きくする方式でカソード板を構成したが、このような場合は、ＭＥＡに対するカソード板の接触面積が基準接触面積より小さくなるので、カソード板に対する電子の移動が円滑に行われなくなる。
これによって、従来の直接酸化型燃料電池は、電子の移動によって発生する電位差が減少するので、結果的には、電気エネルギーの出力性能が低下する問題がある。
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、その目的は、カソード板の伝導性に影響を与えずに、カソード板の通気孔で凝集する水分を容易に排出させることができる、直接酸化型燃料電池を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明の例示的な実施例による直接酸化型燃料電池は、膜−電極接合体を中心において、その両側にアノード部材及びカソード部材を密着するように配置して、燃料及び酸素の反応によって電気エネルギー及び水分を発生させる少なくとも一つの電気生成ユニットを含み、前記カソード部材は、大気中の酸素を流通させるための複数の通気孔、前記通気孔に連結されるように形成されて、前記通気孔で凝集する水分を排出させるための水排出ライン、前記水分を吸着する親水性を有して、前記水排出ラインに形成される吸収部材を含む。
前記直接酸化型燃料電池において、前記カソード部材は、前記大気と接触する面の接触面積が、前記膜−電極接合体に密着する面の接触面積と同一に形成される。
前記直接酸化型燃料電池において、前記水排出ラインは、前記カソード部材の大気と接触する面に重力方向に沿って溝形態に形成される。
前記直接酸化型燃料電池において、前記水排出ラインは、前記通気孔に連結される分岐ライン、及び、前記分岐ラインに連結される合流ラインからなる。
前記直接酸化型燃料電池において、前記吸収部材は、前記水排出ラインに埋められるように形成される。
前記直接酸化型燃料電池において、前記吸収部材は、前記水排出ラインにコーティングされるように形成される。
前記直接酸化型燃料電池において、前記吸収部材は、ポリエーテル、ポリアルコール、ポリアミド、ポリスルホン酸、ポリカルボン酸、及び、セルロースからなる群より選択されるいずれか一つの親水性樹脂で形成される。
前記直接酸化型燃料電池において、前記アノード部材は、前記燃料を流通させるための流路を含み、前記流路は、蛇行するチャンネル形態に形成される。
前記直接酸化型燃料電池は、前記アノード部材及び前記カソード部材が互いに異なる極性の電流を集電する集電板からなる。
前記直接酸化型燃料電池は、前記アノード部材及び前記カソード部材が互いに異なる極性の電流を集電する集電板からなる。
また、本発明の例示的な他の実施例による直接酸化型燃料電池は、膜−電極接合体を中心において、その両側にアノード部材及びカソード部材を密着するように配置して、燃料及び酸素の反応によって電気エネルギー及び水分を発生させる少なくとも一つの電気生成ユニットを含み、前記カソード部材は、前記膜−電極接合体に密着する面から大気と接触する面に向かって直径が次第に拡張されるように形成される複数の通気孔、前記大気と接触する面に形成されて、前記通気孔で凝集する水分を排出させるための水排出ライン、及び、前記水分を吸着する親水性を有して、前記水排出ラインに形成される吸収部材を含む。
前記直接酸化型燃料電池において、前記カソード部材は、前記膜−電極接合体に密着する面の接触面積が、前記大気と接触する面の接触面積より大きく形成される。
前記直接酸化型燃料電池において、前記通気孔は、前記カソード部材の前記膜−電極接合体に密着する面に所定の直径に形成される第１部分、前記第１部分から延びて、前記カソード部材の大気と接触する面に向かって直径が次第に拡張されるように形成される第２部分からなる。
前記直接酸化型燃料電池において、前記通気孔はテーパ形状に形成される。
前記直接酸化型燃料電池において、前記水排出ラインは、前記通気孔を互いに連結する溝形態に形成される。
より具体的に、前記水排出ラインは、前記第２部分を互いに連結する溝形態に形成される。
前記直接酸化型燃料電池において、前記水排出ラインは、前記通気孔に連結される分岐ライン、及び、前記分岐ラインに連結される合流ラインからなる。
より具体的に、前記水排出ラインは、前記第２部分に連結される分岐ライン、及び、前記分岐ラインに連結される合流ラインからなる。
前記直接酸化型燃料電池において、前記吸収部材は、前記水排出ラインに埋められるように形成される。
前記直接酸化型燃料電池において、前記吸収部材は、前記水排出ラインにコーティングされるように形成される。
前記直接酸化型燃料電池において、前記吸収部材は、親水性樹脂で形成される。
本発明の実施例による直接酸化型燃料電池によれば、カソード部材が、伝導性に影響を与えない接触面積を維持してＭＥＡに密着するように配置され、カソード部材の通気孔で凝集する水分を容易に排出させることができる構造からなるので、電気エネルギーの出力性能はそのまま維持して、カソード部材の通気孔が水分によって塞がれるなどの弊害を防止することができるようになる。
したがって、本発明によれば、大気中の酸素をカソード部材の通気孔を通じてＭＥＡに円滑に供給することができるようになるので、燃料電池全体の性能効率及び信頼性をより向上させることができる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な相異した形態で具現され、ここで説明する実施例に限定されない。
図１は本発明の例示的な第１実施例による直接酸化型燃料電池の構造を示した分解斜視図であり、図２は図１の結合断面構成図である。
この図面を参照して、本発明の実施例による直接酸化型燃料電池１００を説明すると、この直接酸化型燃料電池１００は、燃料及び酸素の電気化学的反応によって電気エネルギーを発生させ、この電気エネルギーを所定の電子機器に出力する発電システムとして構成される。
このような直接酸化型燃料電池１００は、メタノール、エタノールなどのアルコール系燃料及び大気中の酸素の供給を直接受けて、燃料中に含まれている水素の酸化反応及び大気中に含まれている酸素の還元反応によって電気エネルギーを発生させる、通常のパッシブ方式の直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）に構成される。
より具体的に、本実施例による直接酸化型燃料電池１００は、燃料供給装置（図示せず）、または燃料の毛細管作用または濃度差などによって燃料の供給を受け、自然拡散または対流作用によって大気中の空気の供給を受けて、この燃料及び酸素の酸化反応及び還元反応によって電気エネルギーを発生させる、少なくとも一つの電気生成ユニット９０を含んで構成される。
好ましくは、本実施例による直接酸化型燃料電池１００は、電気生成ユニット９０を平面的に配置して構成されるプレートタイプの燃料電池である。図面には、本実施例による燃料電池１００が、単一の電気生成ユニット９０からなることが示されているが、これは本発明を説明するために図面を便宜上簡略化したものであり、代案として、本実施例による燃料電池１００は、複数の電気生成ユニット９０を連続的に配置して構成されることもできる。
前記のような直接酸化型燃料電池１００において、電気生成ユニット９０は、基本的に、膜−電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）（以下、ＭＥＡとする）１０、及び、このＭＥＡ１０を中心において、その両側に密着するように配置されるアノード部材４０及びカソード部材６０とを含んで構成される。
本実施例で、ＭＥＡ１０は、一面に第１電極層１１が形成され、他の一面に第２電極層１２が形成されて、これら電極層１１、１２の間に膜（メンブレイン）１３が形成されて構成される。この時、アノード部材４０は、第１電極層１１に密着するように配置され、カソード部材６０は、第２電極層１２に密着するように配置される。
ここで、第１電極層１１は、アノード部材４０を通じて燃料の供給を受け、この燃料中に含まれている水素を酸化反応させて、電子及び水素イオンに分離する機能をする。膜（メンブレイン）１３は、第１電極層１１で水素から分離された水素イオンを第２電極層１２に移動させる機能をする。そして、第２電極層１２は、第１電極層１１から供給を受けた電子、水素イオン、及び、カソード部材６０から供給を受けた酸素を還元反応させて、水分及び熱を発生させる機能をする。
本実施例で、アノード部材４０は、ＭＥＡ１０の第１電極層１１と互いに密着するように配置されるプレートタイプの伝導性金属素材からなって、燃料をＭＥＡ１０の第１電極層１１に分散供給する機能の他に、第１電極層１１で水素から分離された電子を下記でより詳細に説明するカソード部材６０に移動させる伝導体としての機能をする。
このために、アノード部材４０には、燃料をＭＥＡ１０の第１電極層１１に流通させるための流路４２が形成されており、この流路４２は、ＭＥＡ１０の第１電極層１１に対応する領域にチャンネル形態に形成される。好ましくは、流路４２は、ＭＥＡ１０の第１電極層１１と対向するアノード部材４０の一面に任意の間隔をおいて直線形状に配置され、その両端を交互に連結して、蛇行する形態に形成されている。
これに加えて、アノード部材４０は、前記のように、カソード部材６０に電子を移動させる伝導体としての機能をするので、カソード部材６０と互いに異なる極性の電流を集電する集電板４１からなる。
本実施例で、カソード部材６０は、大気中に露出されて、ＭＥＡ１０の第２電極層１２と互いに密着するように配置されるプレートタイプの伝導性金属素材からなる。このカソード部材６０は、空気の自然拡散または対流作用によって大気中の酸素をＭＥＡ１０の第２電極層１２に分散供給する機能の他に、アノード部材４０から電子の供給を受ける伝導体としての機能をする。
このために、カソード部材６０には、大気中の酸素をＭＥＡ１０の第２電極層１２に流通させるために、ＭＥＡ１０の第２電極層１２に対応する領域にカソード部材６０のプレートを貫通する複数の通気孔６３が形成されている。
ここで、前記複数の通気孔６３は、従来と同様に、カソード部材６０のＭＥＡ１０に密着する面（Ａ）（以下、便宜上、第１面とする）から大気と接触する面（Ｂ）（以下、便宜上、第２面とする）に向かって同一な直径に形成される。つまり、カソード部材６０は、ＭＥＡ１０の第２電極層１２と接触する第１面（Ａ）の接触面積が、大気と接触する第２面（Ｂ）の接触面積と同一な構造からなる。
具体的に、通気孔６３は、カソード部材６０の第１面（Ａ）に所定の直径に形成される第１開口６３ａ、及び、カソード部材６０の第２面（Ｂ）に第１開口６３ａと同一な直径に形成される第２開口６３ｂを含み、第１開口６３ａ及び第２開口６３ｂが互いに連通されるように形成される。
これに加えて、カソード部材６０は、前記のように、アノード部材４０から電子の供給を受ける伝導体としての機能をするので、アノード部材４０と互いに異なる極性の電流を集電する集電板６１からなる。
前記のように構成される本実施例による直接酸化型燃料電池１００の作用時に、ＭＥＡ１０の第２電極層１２では、酸素の還元反応によって水蒸気状の水分を発生させるが、カソード部材６０が大気と接触するように構成されるので、水蒸気状の水分は、カソード部材６０の通気孔６３で比較的低い温度の大気と接触して凝縮されるようになる。
この過程で、前記凝縮水は、カソード部材６０の通気孔６３で凝集して、表面張力の作用によってこの通気孔６３を塞ぐようになり、これによって大気中の酸素は通気孔６３を通じてＭＥＡ１０の第２電極層１２に円滑に供給されなくなる。
そこで、本実施例による直接酸化型燃料電池１００は、通気孔６３で凝集する水分を容易に排出させるために、通気孔６３に互いに連結されるように形成される水排出ライン７０、及び、この水排出ライン７０に形成される吸収部材８０を含む。
本実施例で、水排出ライン７０は、図１及び図３に示したように、カソード部材６０の第２面（Ｂ）に通気孔６３の第２開口６３ｂを互いに連結する溝形態に形成され、直立するカソード部材６０を基準にする時、重力方向に沿って形成されている。
好ましくは、水排出ライン７０は、各通気孔６３の第２開口６３ｂから斜線方向に分岐されて下向傾斜して形成される分岐ライン７１、及び、カソード部材６０の垂直方向（重力方向）に沿って形成されて、これら分岐ライン７１と互いに連結される合流ライン７２からなることができる。
したがって、本実施例によるカソード部材６０は、第１面（Ａ）が通気孔６３の第１開口６３ａによって従来と同一な接触面積でＭＥＡ１０の第２電極層１２に密着するように配置され、第２面（Ｂ）に通気孔６３の第２開口６３ｂを互いに連結する水排出ライン７０が形成されることによって、ＭＥＡ１０第１電極層１１及び第２電極層１２を直列に接続する伝導性に影響を与えずに、通気孔６３で凝集する水分を水排出ライン７０を通じて通気孔６３の外側に容易に排出させることができるようになる。
本実施例で、吸収部材８０は、通気孔６３で凝集する水分を水排出ライン７０を通じてより容易に排出させるためのものであって、水排出ライン７０で前記水分を吸収及び保存するいわゆる芯地（ｗｉｃｋ）としての機能をする。
このような吸収部材８０は、図４Ａに示したように、水排出ライン７０の溝領域に充填されて、この水排出ライン７０に埋められるように形成されるが、図４Ｂに示したように、水排出ライン７０の溝領域に膜形態にコーティングされるように形成されることもできる。
好ましくは、吸収部材８０は、水分を容易に吸着して保存することができる通常の親水性樹脂、例えばポリエーテル、ポリアルコール、ポリアミド、ポリスルホン酸、ポリカルボン酸、及びセルロースなどで形成されることができる。代案として、このような吸収部材８０は、多孔性を有する通常のカーボン素材で形成されることもでき、水分を容易に吸着することができる通常のゼオライトまたは酸化リン（Ｐ２Ｏ５）で形成されることもできる。
したがって、本実施例では、通気孔６３を互いに連結する水排出ライン７０に吸収部材８０を形成することによって、通気孔６３で凝集する水分を吸収部材８０が吸着して、この水分を水排出ライン７０を通じてより容易に排出させることができるようになる。これに加えて、本実施例では、通気孔６３で凝集する水分を吸収部材８０が吸着することによって、燃料電池１００が回転しても、この燃料電池１００の方向に関係なく、前記水分を水排出ライン７０を通じて容易に排出させることができるようになる。
前記のように構成される本実施例による直接酸化型燃料電池１００の作用について、詳細に説明する。
まず、燃料がアノード部材４０の流路４２に沿って流通して、ＭＥＡ１０の第１電極層１１に分散供給される。そうすると、ＭＥＡ１０の第１電極層１１では、燃料の酸化反応によって、この燃料中に含まれている水素を電子及び水素イオン（プロトン）に分離する。この時、水素イオンは、ＭＥＡ１０の膜（メンブレイン）１３を通じて第２電極層１２に移動し、電子は、膜（メンブレイン）１３を通過することができずにアノード部材４０を通じてカソード部材６０に移動する。
この過程を経て、本実施例による直接酸化型燃料電池１００は、前記電子の移動によって電流を発生させるようになり、アノード部材４０及びカソード部材６０が電流を集電する集電板４１、６１からなるので、所定の電位差を有する電気エネルギーを出力することができるようになる。
これと同時に、大気中の空気は、自然拡散または対流作用などによってカソード部材６０の通気孔６３を通過して、ＭＥＡ１０の第２電極層１２に分散供給される。そうすると、ＭＥＡ１０の第２電極層１２では、膜（メンブレイン）１３を通じて移動した水素イオン、アノード部材４０を通じて移動した電子、及び、通気孔６３を通じて供給される酸素の還元反応によって、熱及び水分を発生させるようになる。
この過程で、前記水分は、カソード部材６０の通気孔６３で凝集され、本実施例では、カソード部材６０の第２面（Ｂ）に通気孔６３の第２開口６３ｂを互いに連結する水排出ライン７０及びこの水排出ライン７０に形成される吸収部材８０が形成されているため、この吸収部材８０が通気孔６３で凝集する水分を吸着及び保存して、この水分を水排出ライン７０を通じて別途の捕集手段（図示せず）に排出させることができるようになる。
したがって、本実施例による直接酸化型燃料電池１００は、前記水分によってカソード部材６０の通気孔６３が塞がれるなどの弊害を防止することができる。したがって、大気中の酸素は、カソード部材６０の通気孔６３を通じてＭＥＡ１０の第２電極層１２に円滑に供給されるようになる。
特に、本実施例で、カソード部材６０は、第１面（Ａ）が通気孔６３の第１開口６３ａによって従来と同一な接触面積でＭＥＡ１０の第２電極層１２に密着するように配置されるので、第１電極層１１及び第２電極層１２を直列に接続する伝導性に影響を与えずに、前記のような作用によって通気孔６３に凝集する水分を容易に排出させることができるようになる。これに加えて、本実施例では、通気孔６３で凝集する水分を吸収部材８０で吸着することによって、燃料電池１００が回転しても、この燃料電池１００の方向に関係なく、前記水分を水排出ライン７０を通じて容易に排出させることができるようになる。
図５は本発明の例示的な第２実施例による直接酸化型燃料電池の構造を示した分解斜視図であり、図６は図５の結合断面構成図である。
図面を参照すれば、本実施例による直接酸化型燃料電池２００は、前記実施例の構造を基本にしつつ、通気孔１６３の直径が第１面（Ａ）から第２面（Ｂ）に向かって次第に拡張される構造からなる、カソード部材１６０を含む。これは、通気孔１６３で凝集する水分の表面張力を弱化させることによって、この水分をより容易に排出させるためである。
本実施例で、通気孔１６３は、カソード部材１６０の第１面（Ａ）に所定の直径に形成される第１部分１６３ａ、及び、第１部分１６３ａから延びて、カソード部材１６０の第２面（Ｂ）に向かって直径が次第に拡張されるように形成される第２部分１６３ｂを含む。つまり、カソード部材１６０は、ＭＥＡ１１０の第２電極層１１２に密着する面（Ａ）の接触面積が、大気と接触する面（Ｂ）の接触面積より大きな構造からなる。
具体的に、カソード部材１６０の通気孔１６３において、第１部分１６３ａは、カソード部材１６０の第１面（Ａ）に所定の直径に形成される開口を含み、第２面（Ｂ）に向かって同一な直径で所定の深さに形成される。そして、第２部分１６３ｂは、第１部分１６３ａから延びて、カソード部材１６０の第２面（Ｂ）に向かって直径が次第に拡張されて、カソード部材１６０の第２面（Ｂ）に第１部分１６３ａの開口より直径が大きく形成される開口を含む。
したがって、本実施例によるカソード部材１６０は、通気孔１６３の第２部分１６３ｂが第１部分１６３ａから第２面（Ｂ）に向かって直径が次第に拡張されるように形成されることによって、第２部分１６３ｂで凝集する水分の表面張力を弱化させるので、この水分を通気孔１６３の外側に容易に排出させることができるようになる。
これに加えて、カソード部材１６０は、第１面（Ａ）が通気孔１６３の第１部分１６３ａによって従来と同一な接触面積でＭＥＡ１１０の第２電極層１１２に密着するように配置されるので、ＭＥＡ１１０の第１電極層１１１及び第２電極層１１２を直列に接続する伝導性に影響を与えずに、通気孔１６３で凝集する水分を容易に排出させることができるようになる。
このような燃料電池２００において、カソード部材１６０には、図７に示したように、前記実施例と同一な水排出ライン１７０が形成されるが、この水排出ライン１７０は、カソード部材１６０の第２面（Ｂ）に通気孔１６３の第２部分１６３ｂを互いに連結する溝形態に形成される。このような水排出ライン１７０は、各通気孔１６３の第２部分１６３ｂから斜線方向に分岐されて下向傾斜して形成される分岐ライン１７１、及び、カソード部材１６０の垂直方向（重力方向）に沿って形成されて、これら分岐ライン１７１と互いに連結される合流ライン１７２からなることができる。
これに加えて、本実施例では、前記実施例と同様に、前記水排出ライン１７０に形成される吸収部材１８０を含み、この吸収部材１８０は、水排出ライン１７０の溝領域に埋められるように形成されることができ、水排出ライン１７０の溝領域に膜形態にコーティングされるように形成されることもできる（図７参照）。
したがって、本実施例では、カソード部材１６０の第２面（Ｂ）に通気孔１６３の第２部分１６３ｂを互いに連結する水排出ライン１７０、及び、この水排出ライン１７０に形成される吸収部材１８０が形成されているため、この吸収部材１８０が通気孔１６３で凝集する水分を吸着及び保存して、この水分を水排出ライン１７０を通じて別途の捕集手段（図示せず）に容易に排出させることができるようになる。
図８は本発明の例示的な第３実施例による直接酸化型燃料電池の構造を概略的に示した断面構成図である。
図面を参照すれば、本実施例による直接酸化型燃料電池３００は、通気孔２６３の直径が第１面（Ａ）から第２面（Ｂ）に向かって次第に拡張されるテーパ形状のカソード部材２６０を含むことができる。
具体的に、カソード部材２６０の通気孔２６３は、第１面（Ａ）に所定の直径に形成される第１開口２６３ａ、及び、第２面（Ｂ）に第１開口２６３ａの直径より相対的に大きな直径に形成される第２開口２６３ｂを含み、第１開口２６３ａ及び第２開口２６３ｂが互いに連通されるテーパ形状に形成される。
したがって、本実施例によるカソード部材２６０は、第１面（Ａ）が通気孔２６３の第１開口２６３ａによって従来と同一な接触面積でＭＥＡ２１０の第２電極層２１２に密着するように配置される。したがって、カソード部材２６０は、通気孔２６３が第１面（Ａ）から第２面（Ｂ）に向かって直径が次第に拡張されるテーパ形状に形成されることによって、第２開口２６３ｂで凝集する水分の表面張力を弱化させるので、この水分を通気孔２６３の外側に容易に排出させることができるようになる。
これに加えて、本実施例による直接酸化型燃料電池３００は、カソード部材２６０の第２面（Ｂ）に通気孔２６３の第２開口２６３ｂを溝形態で連結する水排出ライン２７０、及び、この水排出ライン２７０に形成される吸収部材２８０が形成されているが、このような水排出ライン２７０及び吸収部材２８０の構成及び作用は、前記実施例と同一であるので、詳細な説明は省略する。
以上で、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することができ、これも本発明の範囲に属する。
１００ 直接酸化型燃料電池
１０ 膜−電極接合体（ＭＥＡ）
１１ 第１電極層
１２ 第２電極層
１３ 膜（メンブレイン）
４０ アノード部材
４１、６１ 集電板
４２ 流路
６０ カソード部材
６３ 通気孔
７０ 水排出ライン
７１ 分岐ライン
７２ 合流ライン
８０ 吸収部材
９０ 電気生成ユニット
１０ 膜−電極接合体（ＭＥＡ）
１１ 第１電極層
１２ 第２電極層
１３ 膜（メンブレイン）
４０ アノード部材
４１、６１ 集電板
４２ 流路
６０ カソード部材
６３ 通気孔
７０ 水排出ライン
７１ 分岐ライン
７２ 合流ライン
８０ 吸収部材
９０ 電気生成ユニット
Claims (20)
- 膜−電極接合体を中心において、その両側にアノード部材及びカソード部材を密着するように配置して、燃料及び酸素の反応によって電気エネルギー及び水分を発生させる少なくとも一つの電気生成ユニットを含み、
前記カソード部材は、
大気中の酸素を流通させるための複数の通気孔、前記通気孔に連結されるように形成されて、前記通気孔で凝集する水分を排出させるための水排出ライン、及び、前記水分を吸着する親水性を有して、前記水排出ラインに形成される吸収部材を含む、直接酸化型燃料電池。 - 前記カソード部材は、
前記大気と接触する面の接触面積が、前記膜−電極接合体に密着する面の接触面積と同一に形成される、請求項１に記載の直接酸化型燃料電池。 - 前記水排出ラインは、前記カソード部材の大気と接触する面に重力方向に沿って溝形態に形成される、請求項１に記載の直接酸化型燃料電池。
- 前記水排出ラインは、前記通気孔に連結される分岐ライン、及び、前記分岐ラインに連結される合流ラインからなる、請求項１に記載の直接酸化型燃料電池。
- 前記吸収部材は、前記水排出ラインに埋められるように形成される、請求項３に記載の直接酸化型燃料電池。
- 前記吸収部材は、前記水排出ラインにコーティングされるように形成される、請求項３に記載の直接酸化型燃料電池。
- 前記吸収部材は、ポリエーテル、ポリアルコール、ポリアミド、ポリスルホン酸、ポリカルボン酸、及び、セルロースからなる群より選択されるいずれか一つの親水性樹脂で形成される、請求項１に記載の直接酸化型燃料電池。
- 前記アノード部材は、
前記燃料を流通させるための流路を含み、前記流路は、蛇行するチャンネル形態に形成される、請求項１に記載の直接酸化型燃料電池。 - 前記アノード部材及び前記カソード部材が互いに異なる極性の電流を集電する集電板からなる、請求項１に記載の直接酸化型燃料電池。
- 膜−電極接合体を中心において、その両側にアノード部材及びカソード部材を密着するように配置して、燃料及び酸素の反応によって電気エネルギー及び水分を発生させる少なくとも一つの電気生成ユニットを含み、
前記カソード部材は、
前記膜−電極接合体に密着する面から大気と接触する面に向かって直径が次第に拡張されるように形成される複数の通気孔、前記大気と接触する面に形成されて、前記通気孔で凝集する水分を排出させるための水排出ライン、及び、前記水分を吸着する親水性を有して、前記水排出ラインに形成される吸収部材を含む、直接酸化型燃料電池。 - 前記カソード部材は、
前記膜−電極接合体に密着する面の接触面積が、前記大気と接触する面の接触面積より大きく形成される、請求項１０に記載の直接酸化型燃料電池。 - 前記通気孔は、
前記カソード部材の前記膜−電極接合体に密着する面に所定の直径に形成される第１部分、及び、
前記第１部分から延びて、前記カソード部材の大気と接触する面に向かって直径が次第に拡張されるように形成される第２部分からなる、請求項１０に記載の直接酸化型燃料電池。 - 前記通気孔はテーパ形状に形成される、請求項１０に記載の直接酸化型燃料電池。
- 前記水排出ラインは、前記通気孔を互いに連結する溝形態に形成される、請求項１０に記載の直接酸化型燃料電池。
- 前記水排出ラインは、前記第２部分を互いに連結する溝形態に形成される、請求項１２に記載の直接酸化型燃料電池。
- 前記水排出ラインは、前記通気孔に連結される分岐ライン、及び、前記分岐ラインに連結される合流ラインからなる、請求項１０に記載の直接酸化型燃料電池。
- 前記水排出ラインは、前記第２部分に連結される分岐ライン、及び、前記分岐ラインに連結される合流ラインからなる、請求項１２に記載の直接酸化型燃料電池。
- 前記吸収部材は、前記水排出ラインに埋められるように形成される、請求項１４または１５に記載の直接酸化型燃料電池。
- 前記吸収部材は、前記水排出ラインにコーティングされるように形成される、請求項１４または１５に記載の直接酸化型燃料電池。
- 前記吸収部材は、親水性樹脂で形成される、請求項１０に記載の直接酸化型燃料電池。
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