JP2008277135A - 燃料容器および燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー密度の確保とアルコール燃料の長期保存性の確保とを両立させることが可能な燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料容器２２の容器本体２２１（容器シート２２１Ａ，２２１Ｂ）は、最内層側から順に、電気的に陰性の原子を含まない樹脂材料からなる内層と、それよりも低いアルコール透過率を有するバリア層とを含んでいる。フィルム状の容器本体２２１を用いた場合においても、内層によってアルコール燃料Ｆの漏れによる損失が抑えられると共に、バリア層によって揮発したアルコール燃料Ｆの透過による損失も抑えられる。しかも、フィルム状の容器本体２２１の厚さが薄くて済み、その柔軟性が向上するため、毛管現象による弱い力でも燃料容器２２を加圧してアルコール燃料Ｆを供給可能になる。これにより、単位体積当たりの電力量が向上すると共に、アルコール燃料Ｆが長期間に渡って保存される。
【選択図】図４

Description

本発明は、フィルム状の外装部材の内部にアルコール燃料を収容する燃料容器およびそれを備えた燃料電池に関する。

現在、電子機器の電源として、多様な一次電池および二次電池が用いられている。これらの電池の特性を評価する指標としては様々な特性値が挙げられるが、中でも、電池の発電効率を示す指標としてはエネルギー密度、すなわち単位質量あるいは単位体積当たりのエネルギー容量が重要である。

近年は電子機器の小型化および高性能化が盛んであり、それに伴って電源の高容量化および高出力化、とりわけ大幅な高容量化の必要性が重視されている。このような情勢の中、従来の一次電池および二次電池では、電子機器を稼働させるために十分なエネルギーを供給することが困難になってきている。このため、エネルギー供給に関する問題を打開する策として、より高いエネルギー密度が得られる電池の開発が急務とされており、その候補の１つとして燃料電池が注目されている。

燃料電池は、電解質を挟んで対向配置された負極（アノード）および正極（カソード）を備えている。この燃料電池では、負極に燃料が供給され、正極に空気あるいは酸素が供給されると、両極において燃料の酸化還元反応が起こるため、化学エネルギーの一部が電気エネルギーに変換されて外部に取り出される。

燃料電池としては、既に様々な種類が提案および試作されており、そのうちの一部は既に実用化されている。それらの燃料電池は、電解質の種類に応じて、アルカリ電解質型燃料電池（ＡＦＣ：Alkaline Fuel Cell）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ：Phosphoric Acid Fuel Cell ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ：Molten Carbonate Fuel Cell）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）、あるいは固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell ）などに分類される。

固体高分子型燃料電池では、一般に、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜が電解質として採用されている。この固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで２つの膜・電極接合体が配置され、それらが２つの燃料供給部により挟持された単位セル（燃料電池セル）を備えている。この膜・電極接合体は、カーボンを主体とする基材に、貴金属系の電極触媒層が接合された負極あるいは正極が設けられたものである。

この場合には、通常、単位セルを単独で用いたのでは取り出せる電圧が０．３Ｖ〜０．８Ｖ程度で低いため、複数の単位セルを積層させた燃料電池スタックとして用いている。

この種の燃料電池では、負極に水素含有ガスなどの燃料ガスが供給されると、負極の触媒上でイオン化された水素が電解質膜を介して正極へ移動し、その過程で生じた電子は、直流の電気エネルギーとして外部回路に取り出されて利用される。この際、正極に酸素含有ガスあるいは空気が供給されるため、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。

ところで、最近では、モバイル用途の電子機器が普及していることから、小型および薄型の燃料電池として、メタノールを直接供給して反応させるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：direct methanol fuel cell ）が注目されている。この種の燃料電池では、薄型化を図るために、複数の単位セルを平面内において１列あるいは複数列に配列させると共に直列に接続させることにより、それらの単位セルの集合体として平面配列構造体を構築している。

この場合には、複数の単位セルを直列に接続させるために、ポリテトラフルオロエチレンなどからなる絶縁基板（ガスケット）に複数の開口部を設け、各開口部に単位セルを嵌め込んで配列させている。燃料であるメタノールは、液体あるいは気体の状態で負極に供給される。特に、モバイル用途では、燃料容器にメタノールを備蓄しておき、各種ポンプなどを用いて燃料容器から負極にメタノールを供給している。

ところが、燃料容器と共に燃料供給用のポンプまで含めた燃料電池全体の体積を基準にしてエネルギー密度（単位体積当たりのエネルギー容量）を考えると、十分なエネルギー容量を得るためには燃料電池の小型化および薄型化が困難であり、その体積によってはエネルギー密度の観点において従来の一次電池および二次電池に対して優位性があるとは言えなくなる。この結果、モバイル用途で十分なエネルギー密度を有する燃料電池の開発には未だ至っていない。

この問題を解決するために、樹脂フィルムなどの外装部材からなる袋状の燃料容器を採用することが提案されている（例えば、特許文献１〜１０参照。）。この種の燃料容器は柔軟で容易に変形可能であり、非力な小型のポンプで燃料供給が可能になるため、エネルギー密度の向上が図られる。
特開２００６−０４９０３２号公報 特開２００６−０４９１１３号公報 特許第３７６４８６１号明細書 国際公開第０３／０６１０４７号パンフレット 特開２００３−０９２１２８号公報 特開２００５−５３２６５９号公報 特開２００５−２１６８１７号公報 特開２００５−２１６８１８号公報 特開２００６−０４９１１３号公報 特開２００６−０４９０３２号公報

ただし、上記した袋状の燃料容器を用いた場合には、エネルギー密度の向上が図られる一方で、メタノールの漏れや透過による損失が懸念される。特に、メタノールは揮発性で外装部材を透過しやすいため、漏れおよび透過の相乗効果によりメタノールの備蓄量が経時的に減少しやすい傾向にある。この場合には、燃料容器を搭載した電子機器の内部が通気性に乏しいと、揮発したメタノールが機器内に充満する可能性もある。そこで、外装部材の形成材料としてアルコール透過率が低い材料を用いたり、外装部材の層構成中にアルコールを吸収する層を挿入することが提案されている（例えば、特許文献１１〜１６参照。）。
特開２００５−２２２８４５号公報 特開２００５−０３２５９８号公報 特開２００５−０２９０４６号公報 特開２００６−１６８８０８号公報 特開２００６−０４８９９５号公報 特開２００５−２２２７５６号公報

しかしながら、従来のモバイル用途の燃料電池では、エネルギー密度を高めるためにフィルム状の外装部材を用いて燃料容器の薄型化および柔軟化を図っているが、アルコール燃料の漏れや透過による損失の問題を解決しきれていないため、エネルギー密度の確保とアルコール燃料の長期保存性の確保とを両立できているとは言えない。

この問題については、揮発したアルコール燃料の透過を抑えるために、外装部材の肉厚を厚くするなどの対策がなされている。ところが、外装部材の肉厚を厚くすると、燃料容器の柔軟性が損なわれて変形しにくくなるため、強力な大型のポンプを用いざるをえなくなり、結局のところ、エネルギー密度の低下を招いてしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、エネルギー密度の確保とアルコール燃料の長期保存性の確保とを両立させることが可能な燃料容器および燃料電池を提供することにある。

本発明による燃料容器は、フィルム状の外装部材の内部にアルコール燃料を収容する燃料容器であって、外装部材が最内層側から順に電気的に陰性の原子を含まない樹脂材料からなる第１の層とそれよりも低いアルコール透過率を有する第２の層とを含むものである。また、本発明による燃料電池は、アルコール燃料を消費して発電する発電体とフィルム状の外装部材の内部にアルコール燃料を収容する燃料容器とを備えた燃料電池であって、外装部材が最内層側からから順に電気的に陰性の原子を含まない樹脂材料からなる第１の層とそれよりも低いアルコール透過率を有する第２の層とを含むものである。「最内層側から順に第１および第２の層を含む」とは、その第１の層が最内層であることを意味している。

本発明の燃料容器によれば、フィルム状の外装部材が最内層側から順に電気的に陰性の原子を含まない樹脂材料からなる第１の層とそれよりも低いアルコール透過率を有する第２の層とを含むようにしたので、そのフィルム状の外装部材を用いた場合においても、第１の層によってアルコール燃料の漏れによる損失が抑えられると共に、第２の層によって揮発したアルコール燃料の透過による損失も抑えられる。しかも、フィルム状の外装部材の厚さが薄くて済み、その柔軟性が向上するため、毛管現象による弱い力でも燃料容器を加圧して外部へアルコール燃料を供給可能になる。これにより、本発明の燃料容器を用いた燃料電池では、単位体積当たりの電力量が向上すると共にアルコール燃料が長期間に渡って保存されるため、エネルギー密度の確保とアルコール燃料の長期保存性の確保とを両立させることができる。

特に、第２の層が樹脂材料からなる場合に、それが電気的に陰性の原子を含まない樹脂材料を含有していれば、第２の層においてもアルコール燃料の漏れが抑えられるため、より高い効果を得ることができる。また、第２の層が無機物の物理堆積膜あるいは化学体積膜からなれば、アルコール透過率が極めて低くなると共に外装部材の厚さが極めて薄くなるため、より高い効果を得ることができる。この場合には、外装部材が第２の層の外側に第３の層を含んでいれば、その第３の層が保護層として機能するため、第２の層の破損を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る燃料容器を用いた燃料電池の断面構成を表している。また、図２および図３は、図１に示した燃料電池の主要部の断面構成および斜視構成を拡大して表している。図２では、図３に示したＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示している。

この燃料電池は、例えば、モバイル用途の電子機器などに搭載され、アルコール燃料を消費して発電するものである。ここで説明する燃料電池は、例えば、アルコール燃料としてメタノールを用いるダイレクトメタノール型燃料電池である。

具体的には、燃料電池は、例えば、発電機能を担う発電部１０と、アルコール燃料Ｆを保管する燃料保管部２０と、その燃料保管部２０から発電部１０へアルコール燃料Ｆを供給するポンプ部３０とを備えている。これらの発電部１０、燃料保管部２０およびポンプ部３０は、例えば、筐体１の内部に収納されてユニット化されている。

発電部１０は、燃料保管部２０から供給されるアルコール燃料Ｆを収容する燃料タンク１１と、それを挟むように配置された１組（２つ）の発電構造体１２とを有している。この発電部１０は、各発電構造体１２が燃料タンク１１に直結された構造を有しており、双方の発電構造体１２は、燃料タンク１１の一部（アルコール燃料Ｆを収容するための外壁の一部）としての機能を担っている。

発電構造体１２は、複数の発電体１２０と、それらを保持する熱可塑性シート１２６と、各発電体１２０間を絶縁する絶縁層１２７とを有している。複数の発電体１２０は、平面内（同一階層内）に配列されていると共に、直列に接続されているのが好ましい。発電部１０の厚さが薄くなって燃料電池が薄型化されるため、エネルギー密度が向上するからである。

発電体１２０は、対向する一対の面を有する電解質膜１２１と、その一面側に順に積層された正極１２２（空気極）および正極集電体１２３と、その他面側に順に積層された負極１２４（燃料極）および負極集電体１２５とを有しており、それらは負極１２４が燃料タンク１１に近い側に位置するように積層されている。この発電体１２０では、例えば、正極１２２、正極集電体１２３、負極１２４および負極集電体１２５がほぼ一律な幅を有しているのに対して、電解質膜１２１が正極１２２等よりも広い幅を有している。

電解質膜１２１は、例えば、ポリスルホン酸膜（ナフィオン（登録商標））などにより構成されている。正極１２２は、例えば、白金ルテニウム合金（ＰｔＲｕ）を担持したカーボンなどにより構成されており、負極１２４は、例えば、白金を担持したカーボンなどにより構成されている。正極集電体１２３および負極集電体１２５は、例えば、金鍍金されたステンレス（ＳＵＳ：Stainless Used Steel）のパンチングメタルやメッシュなどにより構成されている。

熱可塑性シート１２６は、例えば、ポリエチレン−ポリビニルアルコール共重合体などの樹脂材料により構成されている。この熱可塑性シート１２６は、例えば、２枚の樹脂シート１２６Ａ，１２６Ｂが熱融着などにより接合されたものであり、各樹脂シート１２６Ａ，１２６Ｂには、発電体１２０を嵌め込むための複数の開口部１２６Ｋが互いに対向するように設けられている。

ここでは、例えば、６つの発電体１２０が２列×３行に配列されている。これに伴い、各樹脂シート１２６Ａ，１２６Ｂには、発電体１２０の配置位置に対応して６つの開口部１２６Ｋが設けられている。

この場合には、例えば、一方の樹脂シート１２６Ａの各開口部１２６Ｋに狭幅の正極１２２および正極集電体１２３が嵌め込まれると共に、他方の樹脂シート１２６Ｂの各開口部１２６Ｋに狭幅の負極１２４および負極集電体１２５が嵌め込まれ、それらの樹脂シート１２６Ａ，１２６Ｂにより広幅の電解質膜１２１が挟まれる。この状態で２枚の樹脂シート１２６Ａ，１２６Ｂが接合されて熱可塑性シート１２６が形成されるため、それにより６つの発電体１２０が保持される。これにより、６つの発電体１２０の集合体である平面配列構造体が構築される。

絶縁層１２７は、例えば、ポリフェニレンサルファイドあるいはポリエーテルエーテルケトンなどの樹脂材料により構成されており、各発電体１２０間の隙間に充填されている。

燃料保管部２０は、例えば、収納部材であるケース２１と、それに収納された燃料容器２２と、一端および他端がそれぞれ燃料タンク１１および燃料容器２２に接続された燃料供給管２３とを有している。これらのケース２１、燃料容器２２および燃料供給管２３は、例えば、ユニット化されており、すなわちケース２１ごと交換可能なユニット構造（例えばカートリッジ構造）を有しているのが好ましい。発電部１０およびポンプ部３０から取り外し可能なため、燃料補給時の作業が簡単になるからである。なお、燃料供給管２３の内部には、管内遮断用の弁構造が設けられていてもよい。

ケース２１は、例えば、ポリカーボネートなどの樹脂材料により構成されている。このケース２１は、外力に応じて変形して燃料容器２２を加圧可能になっている。

図４は、燃料容器２２の平面構成（Ａ）および断面構成（Ｂ）を拡大して表しており、（Ｂ）では、（Ａ）に示したＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った断面を示している。燃料容器２２は、アルコール燃料Ｆを収容するフィルム状の外装部材である袋状の容器本体２２１と、それに取り付けられた供給ノズル２２２とを有している。

供給ノズル２２２は、例えば、ポリエチレンなどの樹脂材料からなる成型品である。この供給ノズル２２２の一端は容器本体２２１の内部に導入され、他端は燃料供給管２３に接続されている。

容器本体２２１は、例えば、２枚の容器シート２２１Ａ，２２１Ｂが互いに重ね合わされ、それらの周縁部同士が熱融着などにより供給ノズル２２２を挟むように接合された密封構造を有している。図４（Ａ）で網掛けを施した部分は、容器シート２２１Ａ，２２１Ｂが接合された部分（シール部２２１Ｓ）を表している。

容器本体２２１（容器シート２２１Ａ，２２１Ｂ）は、最内層側から順に、電気的に陰性の原子を含まない樹脂材料からなる第１の層である内層と、それよりも低いアルコール透過率を有する第２の層であるバリア層とを含んでいる。この「電気的に陰性の原子」とは、電子を受け取って陰イオンになりやすい原子であり、例えば、窒素原子（Ｎ）、酸素原子（Ｏ）あるいはハロゲン原子などである。これにより、「電気的に陰性の原子を含まない」とは、アルコールのヒドロキシル基（−ＯＨ）と水素結合を形成する官能基や結合を樹脂構造中に有しないという意味である。

アルコール燃料Ｆに接する最内層である内層が電気的に陰性の原子を含んでいないのは、アルコールとの親和性が低くなる（アルコールのヒドロキシル基と水素結合を形成しにくくなる）ため、内層が化学的に劣化しにくくなると共に、アルコール燃料Ｆが外部へ漏れにくくなるからである。また、バリア層が内層よりも低いアルコール透過率を有しているのは、揮発したアルコール燃料Ｆが透過しにくくなるからである。この場合には、内層のアルコール透過率が２０ｇ／ｍ² ・日以下であり、バリア層のアルコール透過率が３ｇ／ｍ² ・日以下であるのが好ましい。アルコール燃料Ｆの漏れおよび透過による損失が効果的に抑制されるからである。このバリア層は、容器本体２２１の柔軟性を確保するために、数μｍ〜数十μｍ程度の厚さで上記した範囲のアルコール透過率を有しているのが好ましい。

この容器本体２２１では、内層が熱可塑性樹脂を含有し、バリア層が内層よりも高い融点を有しているのが好ましい。熱収縮して容器本体２２１の外形が崩れることを抑えつつ、容器シート２２１Ａ，２２１Ｂを熱融着可能になるからである。この場合には、例えば、内層の融点が１６０℃以下であり、バリア層の融点が１６０℃よりも高くなっていればよい。ただし、両者の融点が近すぎると、熱融着時にバリア層が熱的に変形する可能性があるため、バリア層の融点は内層の融点よりも十分に高くなっているのが好ましい。このバリア層は、内層と同様に、電気的に陰性の原子を含まない樹脂材料を含有しているのが好ましい。内層が破損等した場合においても、アルコール燃料Ｆが外部へ漏れにくくなるからである。なお、バリア層が樹脂材料を含有している場合には、その樹脂材料は密な分子構造を有しているのが好ましい。より高い効果が得られるからである。

特に、容器本体２２１の厚さ（内層およびバリア層を含む総厚）は、１００μｍ以下であるのが好ましい。また、容器本体２２１を１５ｍｍ幅の短冊状にカットして曲率半径が０．１ｍｍとなるように折り曲げるために要する荷重は、１００ｍＮ以下であるのが好ましく、８０ｍＮ以下であるのがより好ましい。毛管現象による微小な力でも変形し得るだけの柔軟性が得られるため、燃料容器２２を加圧してアルコール燃料Ｆを燃料タンク１１へ供給しやすくなるからである。また、強力で大型のポンプを用いずに非力で小型のポンプを用いてアルコール燃料Ｆを供給可能になるため、エネルギー密度が向上するからである。

容器本体２２１は、さらに、バリア層の外側に、内層よりも高い融点を有する樹脂材料からなる第３の層として外層を含んでいてもよい。この外層を含んでいれば、熱融着時に容器本体２２１の外形崩れがより抑えられるからである。この外層は、内層およびバリア層よりも高いフィルム強度を有しているのが好ましい。容器本体２２１全体の強度が高くなるため、その物理的耐久性が向上するからである。これにより、製袋時などにおいて外力が加わっても容器本体２２１が破損等しにくくなる。

上記した容器本体２２１を構成する内層、バリア層あるいは外層は、他の層に塗布形成されて一体形成されていてもよいし、他の層とは別体形成されていてもよい。後者の場合には、容器本体２２１が各層間の少なくとも一部において接着層を介して貼り合わされていてもよい。

なお、容器本体２２１の総層数や、各層の層数や、各層の位置関係（積層順）などは、任意に設定可能である。もちろん、内層および外層は、各層ごとに説明した樹脂材料以外の他の樹脂材料などを含有していてもよい。

ここで、図５を参照して、容器本体２２１の層構成の一例について説明する。図５は、図４（Ｂ）に示した容器本体２２１（容器シート２２１Ａ，２２１Ｂ）の断面構成を模式的に表している。図５では、（Ａ）〜（Ｅ）として５種類の層構成を示しており、いずれの層構成においても最下層が最内層である。

第１の層構成として、図５（Ａ）に示した容器本体２２１は、最内層側から順に、内層２２１１と、バリア層２２１２とが積層された２層構成を有している。

内層２２１１は、例えば、電気的に陰性の原子を含まない樹脂材料として、鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ：Linear Low Density Polyethylene ）および無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ：Casting Polypropylene ）からなる群のうちの少なくとも１種などを含有している。

バリア層２２１２は、例えば、樹脂材料からなり、内層２２１１の一面に塗布されて一体形成されている。このバリア層２２１２は、例えば、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ：Poly Vinylidene Chloride）などを含有している。

第２の層構成として、図５（Ｂ）に示した容器本体２２１は、最内層側から順に、内層２２１１と、接着層２２１３と、他のバリア層２２１４とが積層された３層構成を有している。この場合には、内層２２１１とバリア層２２１４とが接着層２２１３を介して貼り合わされている。

バリア層２２１４は、例えば、樹脂材料からなり、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ：High Density Polyethylene ）、延伸ポリプロピレン（ＯＰＰ：Oriented Polypropylene）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ：Polyacrylironitrile ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：Polytetrafluoroethylene ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ：Polychlorotrifluoroethylene ）およびポリフェニレンエーテル（ＰＰｈＥ：Polyphenireneether）からなる群のうちの少なくとも１種を含有している。中でも、電気的に陰性の原子を含む官能基としてニトリル基（−Ｒ−ＣＮ）を有しているポリアクリルニトリル以外の樹脂材料が好ましい。ただし、ニトリル基がアルコールのヒドロキシル基と水素結合を形成する傾向は弱いため、ポリアクリルニトリルも実用的に用いることが可能である。

接着層２２１３は、例えば、ポリウレタン（ＰＵ：Polyurethane）系、アクリル（Ａｃ：Acrylic ）系、ポリエステル（ＰＯ：Polyester ）系、ポリスチレン（ＰＳ：Polysuthylene）系、あるいはポリオレフィン（ＰＯ：Polyolefine ）系からなる群のうちの少なくとも１種の接着剤を含有している。このポリウレタン系の接着剤とは、ポリウレタンを主剤として含む接着剤の総称であり、このことは他の系の接着剤についても同様である。中でも、ポリスチレン系あるいはポリオレフィン系の接着剤が好ましい。アルコール燃料Ｆの漏れや透過がより抑制されるからである。この接着剤は、２液硬化型であるのが好ましい。接着層２２１３を安価かつ簡単に形成可能だからである。また、接着層２２１３の厚さは、できるだけ均一であるのが好ましい。燃料容器２２の平坦化に応じて燃料電池の平坦性が高くなるため、エネルギー密度が向上するからである。なお、接着剤の分子量などは、任意に設定可能である。

２液硬化型の接着剤を用いる場合には、例えば、以下の手順により内層２２１１とバリア層２２１４とを貼り合わせることが可能である。まず、上記した主剤を溶剤に溶解させたのち、使用直前に所定量の硬化剤を混合させる。続いて、内層２２１１あるいはバリア層２２１４の一面に塗布したのち、乾燥機を通過させて溶剤を揮発させることにより、均一な厚さとなるように接着層２２１３を形成する。続いて、接着層２２１３を挟むように内層２２１１とバリア層２２１４とを重ね合わせたのち、ローラを用いて内層２２１１とバリア層２２１４とを接着層２２１３を介して貼り合わせる。最後に、接着剤の接着条件に適した所定の温度下で数日間（例えば５日間〜７日間）に渡って放置することにより、硬化反応を完了させる。

第３の層構成として、図５（Ｃ）に示した容器本体２２１は、最内層側から順に、内層２２１１と、さらに他のバリア層２２１５とが積層された２層構成を有している。

バリア層２２１５は、例えば、無機物の物理堆積膜あるいは化学堆積膜からなり、内層２２１１の一面上に直接堆積されて一体形成されている。この物理堆積膜とは、真空蒸着法などの物理堆積法により形成された膜であり、一方、化学堆積膜とは、化学蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition ）法などの化学堆積法により形成された膜である。これらの無機物の膜は、厚さが薄くても極めて低いアルコール透過率が得られ、特に上記した樹脂材料よりも低くなるので好ましい。このバリア層２２１５は、例えば、蒸着膜からなり、酸化アルミニウム、アルミニウム、酸化ケイ素および炭素からなる群のうちの少なくとも１種を含有している。なお、バリア層２２１５の厚さは、できるだけ薄いのが好ましい。低いアルコール透過率を維持したまま、柔軟性が向上するからである。この場合には、バリア層２２１５の厚さが厚くなると柔軟性が極端に低下する傾向にあるため、その厚さは１．５μｍ以下であるのが好ましい。

第４の層構成として、図５（Ｄ）に示した容器本体２２１は、最内層側から順に、内層２２１１と、接着層２２１３と、バリア層２２１５と、外層２２１６とが積層された４層構成を有している。この場合には、バリア層２２１５が外層２２１６と一体形成されており、内層２２１１とバリア層２２１５とが接着層２２１３を介して貼り合わされている。

外層２２１６は、例えば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、延伸ポリエチレン（ＯＰＥ：Oriented Polyethylene ）、延伸ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：Polyethyleneterephthalate ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ：Polybuchireneterephthalate）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ：Polyethylenenaphthalete ）、あるいはナイロン（Ｎｙ：Nylon ）からなる群のうちの少なくとも１種を含有している。中でも、高密度ポリエチレンあるいは延伸ポリプロピレンが好ましい。アルコールとの親和性が低いからである。また、密な分子構造を有するため、アルコール燃料Ｆの漏れや透過が抑えられると共に強度が向上するからである。

無機物の膜からなる薄いバリア層２２１５を含む場合には、それが最上層になると外力の影響を受けて破損しやすいため、バリア層２２１５の外側に保護層として外層２２１６が設けられているのが好ましい。この外力の影響を受ける場合とは、例えば、２枚の容器シート２２１Ａ，２２１Ｂを折り曲げたり熱融着して製袋することにより容器本体２２１を形成する場合や、アルコール燃料Ｆを供給する際に容器本体２２１が変形する場合や、その変形時に容器本体２２１がケース２１の内壁とこすれる場合などが挙げられる。

第５の層構成として、図５（Ｅ）に示した容器本体２２１は、最内層側から順に、内層２２１１と、バリア層２２１５と、接着層２２１３と、バリア層２２１５と、外層２２１６とが積層された５層構成を有している。この場合には、２つのバリア層２２１５がそれぞれ内層２２１１および外層２２１６と一体形成されており、それらのバリア層２２１５が接着層２２１３を介して貼り合わされている。この容器本体２２１では、アルコール透過率が極めて低い無機物の膜からなるバリア層２２１５を２層有しているため、アルコール燃料Ｆの漏れや透過がより抑えられる。

この場合には、特に、以下の点においても利点が得られる。すなわち、無機物の膜からなるバリア層２２１５を設ける場合には、その無機物を堆積させるための下地が必要となる。この場合には、外層２２１６を設けると、内層２２１１および外層２２１６の双方を下地として用いることが可能になる。これにより、２つのバリア層２２１５間で形成材料を異ならせることが可能になるため、バリア層２２１５の形成材料に関する自由度が広がる。

なお、ここでは容器本体２２１の層構成として図５（Ａ）〜（Ｅ）を参照しながら５種類の層構成を説明したが、その容器本体２２１の層構成が上記した５種類に限られないことは言うまでもない。

ポンプ部３０は、例えば、燃料保管部２０から発電部１０へアルコール燃料Ｆを供給するために、燃料容器２２を力学的に加圧するものである。このポンプ部３０は、例えば、発電部１０と燃料保管部２０との間に配置されており、板状ポンプ３１と、それを駆動させる駆動回路３２とを有している。

板状ポンプ３１は、例えば、圧電素子からなり、曲げ変形（湾曲）してケース２１の一面を押圧するようになっている。駆動回路３２は、板状ポンプ３１の変形状態を制御するものであり、ＩＣ（Integrated Circuit）回路などからなる。この駆動回路３２は、例えば、燃料タンク１１内に収容されているアルコール燃料Ｆの残量に応じて、板状ポンプ３１による加圧状態を制御するようになっている。

なお、燃料電池は、図１〜図５を参照して説明した一連の構成要素以外の他の構成要素を備えていてもよい。

この燃料電池では、駆動回路３２が板状ポンプ３１を駆動させることによりケース２１を介して燃料容器２２を加圧すると、その燃料容器２２から燃料タンク１１へ燃料供給管２３を通じてアルコール燃料Ｆが供給される。これにより、各発電体１２０では、負極１２４にアルコール燃料Ｆが供給されると共に、正極１２２に空気（酸素）が供給される。この場合には、負極１２４においてアルコールおよび水から水素イオンが生成され、その水素イオンが電解質膜１２１を通過して正極１２２へ移動して酸素と反応する。これにより、負極１２４から正極１２２へ電子が流れるため、燃料電池が発電する。この場合には、負極１２４において二酸化炭素が生成されると共に、正極１２２において水が生成される。

上記した燃料電池では、燃料容器２２の容器本体２２１が最内層側からから順に電気的に陰性の原子を含まない樹脂材料からなる内層２２１１とそれよりも低いアルコール透過率を有するバリア層２２１２，２２１４，２２１５とを含んでいる。この場合には、フィルム状の容器本体２２１（容器シート２２１Ａ，２２１Ｂ）を用いた場合においても、内層２２１１によってアルコール燃料Ｆの漏れによる損失が抑えられると共に、バリア層２２１２，２２１４，２２１５によって揮発したアルコール燃料Ｆの透過による損失も抑えられる。しかも、アルコール燃料Ｆの損失を抑えるためにフィルム状の容器本体２２１の厚さが１００μｍ以下まで薄くて済み、その柔軟性が向上するため、圧電素子からなる非力で小型のポンプにより燃料容器２２を加圧して燃料タンク１１へアルコール燃料Ｆを供給可能になり、特に毛管現象による弱い力でも供給可能になる。したがって、単位体積当たりの電力量が向上すると共に、アルコール燃料Ｆが長期間に渡って保存されるため、エネルギー密度の確保とアルコール燃料の長期保存性の確保とを両立させることができる。

特に、容器本体２２１が樹脂材料からなるバリア層２２１２，２２１４を含む場合に、それらが電気的に陰性の原子を含まない樹脂材料を含有していれば、バリア層２２１２，２２１４においてもアルコール燃料Ｆの漏れが抑えられるため、より高い効果を得ることができる。

また、容器本体２２１が無機物の物理堆積膜あるいは化学堆積膜からなるバリア層２２１５を含んでいれば、そのアルコール透過率が極めて低くなると共に厚さが薄くて済むため、著しく高い効果を得ることができる。この場合には、複数のバリア層２２１５を設ければ、さらに高い効果を得ることができる。

また、容器本体２２１が上記したバリア層２２１５を含む場合に、その外側にさらに外層２２１６を含んでいれば、バリア層２２１５の破損を防止することができる。

なお、燃料容器２２は、図４に示した構成に限られず、例えば、図４に対応する図６および図７に示した他の構成を有していてもよい。図６および図７の（Ｂ）は、それぞれ（Ａ）に示したＶＩＢ−ＶＩＢ線およびＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿った断面を示している。

図６に示した容器本体２２１は、１枚の容器シート２２１Ｃが円筒状となるように丸められ、その一端部同士が接合されると共に開口部における端縁部同士が接合された密封構造を有している。この場合には、図４に示した場合と比較して、シール部２２１Ｓの範囲が狭くなる分だけ内容積が増加するため、アルコール燃料Ｆの収容量を増加させることができる。

図７に示した容器本体２１２は、４枚の容器シート２２１Ｄ〜２２１Ｇが全体として直方体状となるように配置され、それらの一端部同士が接合されると共に開口部における端縁部同士が接合された密封構造を有している。この場合には、図５に示した場合と比較して、容器シート２２１Ｆ，２２１Ｇを設けた分だけ内容積が増加するため、アルコール燃料Ｆの収容量をさらに増加させることができる。

また、ポンプ部３０は、力学的に燃料容器２２を変形させて発電部１０へアルコール燃料Ｆを供給する機構に限られず、他の機構を有していてもよい。この他の機構としては、例えば、燃料供給管２３に併設された輸液ポンプを用いてアルコール燃料Ｆを機械的に供給する機構や、燃料タンク１１に収容されているアルコール燃料Ｆの消費に応じて毛管現象により燃料容器２２内からアルコール燃料Ｆを吸い上げる機構などが挙げられる。中でも、ポンプ部３０が後者の機構を有していれば、燃料電池が大幅に薄型化されるため、エネルギー密度を著しく向上させることができる。上記した燃料電池では、容器本体２２１の柔軟性が十分に得られるため、毛管現象による弱い力でもアルコール燃料Ｆを供給可能なのである。

次に、本発明の実施例について詳細に説明する。

燃料容器および燃料電池の諸性能を調べるために、以下の一連の燃料容器および燃料電池を作製した。この際、燃料容器が図４に示した密封構造となるようにした。

（実施例１−１，１−２）
まず、容器本体２２１が図５（Ａ）に示した２層構成となるように燃料容器２２を作製した。この場合には、まず、シート状の樹脂材料からなる内層２２１１（５０μｍ厚）を準備した。この際、樹脂材料として、鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ：実施例１−１）あるいは無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ：実施例１−２）を用いた。続いて、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）を溶剤に溶解させた溶液を内層２２１１の一面に塗布したのち、オーブン内で溶剤を揮発させてバリア層２２１２（５μｍ厚）を形成した。続いて、バリア層２２１２が形成された内層２２１１を４０ｍｍ×５０ｍｍの大きさにカットして２枚の容器シート２２１Ａ，２２１Ｂを得た。続いて、供給ノズル２２２を挟みながら内層２２１１が内側となるように２枚の容器シート２２１Ａ，２２１Ｂを重ね合わせたのち、一辺を除く三辺の周縁部同士を熱融着して袋状にした。この際、シール部２２１Ｓの幅を５ｍｍとした。最後に、袋の中にアルコール燃料Ｆとして８０重量％メタノール水溶液を８ｃｍ³ 注入したのち、脱気しながら供給ノズル２２２を挟むように残りの一辺の周縁部同士を熱融着して容器本体２２１を形成し、燃料容器２２を得た。この容器シート２２１の総厚は、５５μｍである。こののち、ポリカーボネートからなる直方体状のケース２１内に燃料容器２２を収納し、その燃料容器２２に燃料供給管２３を接続させた。

次に、燃料容器２２を用いて図１〜図３に示した燃料電池を作製した。この場合には、まず、ポリスルホン酸膜からなる電解質膜１２１を準備したのち、その一面に正極１２２および正極集電体１２３を順に形成すると共に、その他面に負極１２４および負極集電体１２５を形成し、６つの発電体１２０を作製した。続いて、６つの開口部１２６Ｋが設けられたポリエチレン−ポリビニルアルコール共重合体からなる２枚の樹脂シート１２６Ａ，１２６Ｂを準備したのち、樹脂シート１２６Ａの開口部１２６Ｋに正極１２２および正極集電体１２３を嵌め込むと共に、樹脂シート１２６Ｂの開口部１２６Ｋに負極１２４および負極集電体１２５を嵌め込み、それらの樹脂シート１２６Ａ，１２６Ｂで電解質膜１２１を挟んだ。続いて、樹脂シート１２６Ａ，１２６Ｂを熱融着して熱可塑性シート１２６を形成した。この際、６つの発電体１２０を直列に接続させた。続いて、各発電体１２０間の隙間にポリエーテルエーテルケトンからなる絶縁層１２７を埋設し、１組の発電構造体１２を形成した。続いて、燃料タンク１１を挟むように発電構造体１２を対向させて発電部１２を形成した。この際、負極１２４同士が互いに対向するようにした。続いて、筐体１の内部に、発電部１２と、燃料容器２２が収納されたケース２１（燃料保管部２０）と、小型ポンプとして圧電素子からなる板状ポンプ３１および駆動回路３２（ポンプ部３０）とを収納し、燃料供給管２３を燃料タンク１１および燃料容器２２に接続させた。これにより、燃料電池が完成した。

（実施例２−１〜２−７）
容器本体２２１が図５（Ｂ）に示した３層構成となるようにしたことを除き、実施例１−１，１−２と同様の手順を経た。この容器本体２２１を形成する場合には、まず、シート状のＬＬＤＰＥからなる内層２２１１（５０μｍ厚）を準備すると共に、シート状の樹脂材料からなるバリア層２２１４（１５μｍ厚）を準備した。この際、樹脂材料として、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ：実施例２−１）、延伸ポリプロピレン（ＯＰＰ：実施例２−２）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ：実施例２−３）、ＰＶＤＣ（実施例２−４）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：実施例２−５）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ：実施例２−６）、あるいはポリフェニレンエーテル（ＰＰｈＥ：実施例２−７）を用いた。続いて、２液硬化型のポリスチレン（ＰＳ）系の接着剤を内層２２１１の一面に塗布して乾燥させることにより、接着層２２１３（４μｍ厚）を形成した。最後に、内層２２１１とバリア層２２１４とを接着層２２１３を介して貼り合わせた。この容器本体２２１の総厚は、６９μｍである。

（実施例３−１〜３−４）
容器本体２２１が図５（Ｃ）に示した２層構成となるようにしたことを除き、実施例１−１，１−２と同様の手順を経た。この容器本体２２１を形成する場合には、シート状のＬＬＤＰＥからなる内層２２１１（５０μｍ厚）を準備したのち、真空蒸着法により内層２２１１の一面に無機物の蒸着膜からなるバリア層２２１５（１μｍ厚）を形成した。この際、無機物として、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ：実施例３−１）、アルミニウム（Ａｌ：実施例３−２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ：実施例３−３）、あるいは炭素（Ｃ：実施例３−４）を用いた。この容器本体２２１の総厚は、５１μｍである。

（実施例４−１〜４−７）
容器本体２２１が図５（Ｄ）に示した４層構成となるようにしたことを除き、実施例１−１，１−２と同様の手順を経た。この容器本体２２１を形成する場合には、まず、シート状のＬＬＤＰＥからなる内層２２１１（５０μｍ厚）を準備すると共に、シート状の樹脂材料からなる外層２２１６（２５μｍ厚）を準備した。この際、樹脂材料として、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ：実施例４−１）、ＯＰＥ（実施例４−２）、ＯＰＰ（実施例４−３）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：実施例４−４）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ：実施例４−５）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ：実施例４−６）、あるいはナイロン（Ｎｙ：実施例４−７）を用いた。続いて、真空蒸着法により外層２２１６の一面にＡｌ₂ Ｏ₃ の蒸着膜からなるバリア層２２１５（１μｍ厚）を形成した。続いて、２液硬化型のＰＳ系の接着剤を内層２２１１の一面に塗布して乾燥させることにより、接着層２２１３（４μｍ厚）を形成した。最後に、内層２２１１とバリア層２２１５が形成された外層２２１６とを接着層２２１３を介して貼り合わせた。この容器本体２２１の総厚は、８０μｍである。

（実施例５）
容器本体２２１が図５（Ｅ）に示した５層構成となるようにしたことを除き、実施例１−１，１−２と同様の手順を経た。この容器本体２２１を形成する場合には、まず、シート状のＬＬＤＰＥからなる内層２２１１（５０μｍ厚）を準備すると共に、シート状のＮｙからなる外層２２１６（２５μｍ厚）を準備した。続いて、真空蒸着法により内層２２１１の一面にＡｌ₂ Ｏ₃ の蒸着膜からなるバリア層２２１５（１μｍ厚）を形成すると共に、同様に外層２２１６の一面にバリア層２２１５を形成した。続いて、内層２２１１に形成されたバリア層２２１５の一面に２液硬化型のＰＳ系の接着剤を塗布して乾燥させることにより、接着層２２１３（４μｍ）を形成した。最後に、バリア層２２１５が形成された内層２２１１とバリア層２２１５が形成された外層２２１６とを接着層２２１３を介して貼り合わせた。この容器本体２２１の総厚は、８１μｍである。

（実施例６−１〜６−４）
ＰＳ系の接着剤に代えて、ポリオレフィン（ＰＯ）系の接着剤（実施例６−１）、ポリエステル（ＰＥｓ）系の接着剤（実施例６−２）、アクリル（Ａｃ）系の接着剤（実施例６−３）、あるいはポリウレタン（ＰＵ：実施例６−４）系の接着剤を用いて容器本体２２１を形成したことを除き、実施例４−７と同様の手順を経た。この容器本体２２１の総厚は、８０μｍである。

（比較例１）
容器本体が内層および外層だけを含む２層構成となるようにしたことを除き、実施例１−１，１−２と同様の手順を経た。この容器本体を形成する場合には、まず、シート状のＬＬＤＰＥからなる内層（５０μｍ厚）を準備すると共に、シート状のＮｙからなる外層（２５μｍ厚）を準備した。続いて、２液硬化型のＰＳ系の接着剤を内層の一面に塗布して乾燥させることにより、接着層（４μｍ厚）を形成した。最後に、内層と外装とを接着層を介して貼り合わせた。この容器本体の総厚は、７９μｍである。

（比較例２）
実施例１の内層２２１１およびバリア層２２１２の内側に最内層としてシート状のエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ：Ethylene Vinyl Acetate）からなる内内層（５０μｍ厚）を設け、容器本体が３層構成となるようにしたことを除き、実施例１−１，１−２と同様の手順を経た。

（比較例３）
容器本体がブロー成型されたシート状のＬＬＤＰＥ（３００μｍ厚）からなる単層となるようにしたと共に、圧電素子からなる小型のポンプに代えて大型のポンプを用いたことを除き、実施例１−１，１−２と同様の手順を経た。この大型のポンプとしては、ケース内を密閉し、そのケース内に空気を供給することで燃料容器を加圧可能にした。

（比較例４）
大型のポンプに代えて、毛管現象により燃料容器から燃料タンクへアルコール燃料を吸い上げる毛管ポンプを用いたことを除き、比較例３と同様の手順を経た。

これらの一連の実施例および比較例について、燃料容器の長期保存性、アルコール透過性および柔軟性を調べたと共に、燃料電池のエネルギー密度を調べたところ、表１〜表４に示した結果が得られた。

燃料容器の長期保存性を調べる際には、燃料容器が収納されたケースを４５℃の環境中に放置し、メタノール水溶液の残量が初期量（保存前の量）の８０％を下回るまでに要する日数（保存日数：日）を調べた。また、燃料容器のアルコール透過性を調べる際には、容器本体の各層ごとおよび主要な層の組み合わせごとにメタノール水溶液の透過率（アルコール透過率：ｇ／ｍ² ・日）を測定した。この際、無機物の蒸着膜からなるバリア層については、それ単独のアルコール透過率を測定することが困難であるため、バリア層を内層に設けた状態でアルコール透過率を測定した。さらに、燃料容器の柔軟性を調べる際には、容器本体を１５ｍｍ幅の短冊状にカットしたのち、それを曲率半径が０．１ｍｍとなるように折り曲げるために要する荷重（折り曲げ荷重：ｍＮ）を調べた。なお、表３および表４では、容器本体の層構成として主要な層だけを示しており、接着層を省略している。

一方、燃料電池のエネルギー密度を調べる際には、燃料電池全体の体積を調べると共に、２００ｍＷの定電力で発電させて電力量を測定したのち、単位体積当たりの電力量（発電容量：Ｗｈ／ｄｍ³ ）を求めた。

表１および表２に示したように、容器本体が最内層として内層を有すると共にその外側にバリア層を有する実施例１−１〜１−２，２−１〜２−７，３−１〜３−４，４−１〜４−７，５，６−１〜６−４では、容器本体が上記した層構成を有しない比較例１〜４よりも保存日数が長くなり、しかも６００Ｗｈ／ｄｍ³ 程度の高い発電容量が得られた。

詳細には、容器本体がＬＬＤＰＥ等からなる内層とそれに塗布形成されたＰＶＤＣからなるバリア層とを含む実施例１−１，１−２では、保存日数が４５５日〜６１７日に達し、発電容量が５８６Ｗｈ／ｄｍ³ 〜５９１Ｗｈ／ｄｍ³ に至った。また、容器本体がＬＬＤＰＥからなる内層とＯＰＥ等からなるバリア層とを含み、それらがＰＳ系の接着層を介して貼り合わされた実施例２−１〜２−７では、保存日数が３７６日〜２年超に達し、発電容量が５８２Ｗｈ／ｄｍ³ 〜５８８Ｗｈ／ｄｍ³ に至った。この場合には、バリア層がＰＶＤＣ、ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥあるいはＰＰｈＥからなる場合に保存日数がほぼ２年に達し、その保存日数が極めて長くなる傾向を示した。さらに、容器本体がＬＬＤＰＥ等からなる内層とそれに蒸着形成されたＡｌ₂ Ｏ₃ 等からなるバリア層とを含む実施例３−１〜３−４では、保存日数が３８９日〜４０８日に達し、発電容量が６００Ｗｈ／ｄｍ³ 〜６０３Ｗｈ／ｄｍ³ に至った。

容器本体がＬＬＤＰＥ等からなる内層とＡｌ₂ Ｏ₃ 等からなるバリア層が蒸着形成されたＨＤＰＥ等からなる外層とを含み、それらがＰＳ系の接着層を介して貼り合わされた実施例４−１〜４−７では、保存日数が５０５日〜７０９日に達し、発電容量が５８２Ｗｈ／ｄｍ³ 〜５８５Ｗｈ／ｄｍ³ に至った。また、容器本体がＡｌ₂ Ｏ₃ 等からなるバリア層が蒸着形成されたＬＬＤＰＥからなる内層と同様にバリア層が形成されたＮｙからなる外層とを含み、それらがＰＳ系の接着層を介して貼り合わされた実施例５では、保存日数が２年超に達し、発電容量が５８６Ｗｈ／ｄｍ³ に至った。さらに、容器本体がＬＬＤＰＥ等からなる内層とＡｌ₂ Ｏ₃ 等からなるバリア層が蒸着形成された外層とを含み、それらがＰＯ系等の接着層を介して貼り合わされた実施例６−１〜６−４では、保存日数が４２０日〜５８６日に達し、発電容量が５８１Ｗｈ／ｄｍ³ 〜５８３Ｗｈ／ｄｍ³ に至った。この場合には、接着剤の種類が異なる実施例４−７，６−１〜６−４を比較すると、接着剤がポリスチレン系あるいはポリオレフィン系である場合に保存日数が５００日を超え、その保存日数がより長くなる傾向を示した。

これに対して、容器本体がＬＬＤＰＥからなる内層とＮｙからなる外層とを含み、それらがＰＵ系の接着層を介して貼り合わされた比較例１では、発電容量が５８２Ｗｈ／ｄｍ³ に達したが、バリア層を含んでいないことに起因して保存日数が２９日に激減した。また、容器本体が実施例１−１の内層およびバリア層に加えて最内層としてＥＶＡからなる内内層を含む比較例２では、発電容量が５９３Ｗｈ／ｄｍ³ に達したが、最内層が内層でないことに起因して保存日数が３０日に激減した。この場合には、最内層のＥＶＡがアルコール親和性の高いカルボニル基（＝Ｃ＝Ｏ）を有しているため、メタノール水溶液が漏れてしまった。このメタノール水溶液は、容器シート間の接合界面から漏れたり、揮発して燃料容器を透過したものと推測される。さらに、容器本体が厚手のＬＬＤＰＥの単層からなる比較例３では、厚さを３００μｍまで厚くしたにもかかわらずにバリア層を含んでいないことに起因して保存日数が３１１日に留まり、しかも大型ポンプの占有容積が大きいことに起因して発電容量が３３４Ｗｈ／ｄｍ³ に留まった。加えて、容器本体が比較例３と同様のＬＬＤＰＥからなる比較例４では、やはり保存日数が３２１日に留まり、しかも燃料容器の柔軟性が乏しくて毛管ポンプで燃料供給しにくいことに起因して発電容量が２０Ｗｈ／ｄｍ³ に激減した。

ここで、表３および表４に示したように、実施例１−１，１−２，２−１〜２−７，３−１〜３−４，４−１〜４−７，５では、容器本体のアルコール透過率が低いと共に、その折り曲げ荷重が小さいことが確認された。

詳細には、ＨＤＰＥ等からなるバリア層のアルコール透過率はＬＬＤＰＥ等からなる内層のアルコール透過率よりも低くなり、バリア層および内層のアルコール透過率はそれぞれ３ｇ／ｍ² ・日以下および２０ｇ／ｍ² ・日以下であった。この場合には、実施例１−１の層構成に着目すると、ＬＬＤＰＥからなる内層だけのアルコール透過率は２０ｇ／ｍ² ・日であったが、それにＰＶＤＣからなるバリア層を設けるとアルコール透過率が０．７ｇ／ｍ² ・日まで激減した。この傾向は、実施例１−２においても同様に見られた。特に、アルコール透過率は、容器本体がＡｌ₂ Ｏ₃ 等の蒸着膜からなるバリア層を含む場合に著しく低くなる傾向を示した。

また、折り曲げ荷重は、内層およびバリア層の形成材料によらずに一律１００ｍＮ以下であり、厳密には８０ｍＮ以下であった。特に、折り曲げ荷重は、容器本体がＡｌ₂ Ｏ₃ 等の薄い蒸着膜からなるバリア層を含む場合に著しく小さくなる傾向を示した。

なお、ＰＥＴ等からなる外層のアルコール透過率は１００ｇ／ｍ² ・日超であったが、その外層を含む場合においても折り曲げ荷重は１００ｍＮ以下に留まった。外層のアルコール透過率が１００ｇ／ｍ² ・日超であっても、それよりも内側にあるバリア層のアルコール透過率が十分に低ければ、外層のアルコール透過率が燃料容器のアルコール透過性に悪影響を及ぼさないことは言うまでもない。

これに対して、比較例２では、ＥＶＡからなる内内層が高いアルコール親和性を有するため、そのアルコール透過率は６０００ｇ／ｍ² ・日まで達した。また、比較例３，４では、内層が厚手のＬＬＤＰＥであることからアルコール透過率が３ｇ／ｍ² ・日に抑えられたが、容器本体が厚すぎて柔軟性に乏しいことに起因して折り曲げ荷重が３６５ｍＮまで達した。

これらのことから、本発明の燃料容器およびそれを用いた燃料電池では、容器本体が最内層側から順に電気的に陰性の原子を含まない樹脂材料からなる内層とそれよりも低いアルコール透過率を有するバリア層とを含むことにより、高い発電容量が維持されつつ保存日数が長くなるため、エネルギー密度が確保されると共にアルコール燃料の長期保存性も確保されることが確認された。特に、燃料容器のアルコール透過性および柔軟性を向上させてエネルギー密度をより高めるためには、容器本体が無機物の膜からなるバリア層を含むのが好ましい。

なお、ここでは具体的な結果を示していないが、真空蒸着法により無機物の物理堆積膜（蒸着膜）からなるバリア層を形成する代わりに、ＣＶＤ法により無機物の化学堆積膜からなるバリア層を形成した場合についても同様に燃料容器および燃料電池の諸性能を調べたところ、同様の結果が得られた。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態および実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、図１では、ポンプ部３０を発電部１０と燃料保管部２０との間に配置したが、そのポンプ部３０の位置はアルコール燃料の供給機構などの条件に応じて変更可能である。一例を挙げれば、燃料保管部２０上に発電部１０およびポンプ部３０を並列配置してもよい。この場合には、燃料電池の薄型化が図られるため、エネルギー密度をより向上させることができる。

また、上記した実施の形態および実施例では、アルコール燃料としてメタノールを用いる場合について説明したが、エタノールなどの他のアルコールを用いてもよい。この場合においても、同様の効果を得ることができる。

また、上記した実施の形態および実施例では、本発明の燃料容器あるいは燃料電池における第１および第２の層のアルコール透過率について、実施例の結果から導き出された数値範囲を適正範囲として説明しているが、その説明は、アルコール透過率が上記した範囲外となる可能性を完全に否定するものではない。すなわち、上記した適正範囲は、あくまで本発明の効果を得る上で特に好ましい範囲であり、本発明の効果が得られるのであれば、アルコール透過率が上記した範囲から多少外れてもよい。このことは、上記したアルコール透過率に限らず、外装部材の折り曲げ荷重などについても同様である。

本発明の一実施の形態に係る燃料容器を用いた燃料電池の構成を表す断面図である。 図１に示した燃料電池の主要部の構成を拡大して表す断面図である。 図１に示した燃料電池の主要部の他の構成を拡大して表す斜視図である。 燃料容器の構成を拡大して表す平面図および断面図である。 容器本体の層構成を模式的に表す断面図である。 燃料容器の他の構成を拡大して表す平面図および断面図である。 燃料容器のさらに他の構成を拡大して表す平面図および断面図である。

符号の説明

１…筐体、１０…発電部、１１…燃料タンク、１２…発電構造体、２０…燃料保管部、２１…ケース、２２…燃料容器、２３…燃料供給管、３０…ポンプ部、３１…板状ポンプ、３２…駆動回路、１２０…発電体、１２１…電解質膜、１２２…正極、１２３…正極集電体、１２４…負極、１２５…負極集電体、１２６…熱可塑性シート、１２６Ａ，１２６Ｂ…樹脂シート、１２６Ｋ…開口部、１２７…絶縁層、２２１…容器本体、２２１Ａ〜２２１Ｇ…容器シート、２２１Ｓ…シール部、２２２…供給ノズル、２２１１…内層、２２１２，２２１４，２２１５…バリア層、２２１３…接着層、２２１６…外層、Ｆ…アルコール燃料。

Claims (39)

1. フィルム状の外装部材の内部にアルコール燃料を収容する燃料容器であって、
   前記外装部材は、最内層側から順に、電気的に陰性の原子を含まない樹脂材料からなる第１の層と、それよりも低いアルコール透過率を有する第２の層とを含む
   ことを特徴とする燃料容器。
2. 前記第１の層は熱可塑性樹脂を含有し、前記第２の層は前記第１の層よりも高い融点を有することを特徴とする請求項１記載の燃料容器。
3. 前記第１の層は、鎖状低密度ポリエチレンおよび無延伸ポリプロピレンからなる群のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１記載の燃料容器。
4. 前記第２の層は、樹脂材料からなることを特徴とする請求項１記載の燃料容器。
5. 前記第２の層は、前記第１の層に塗布されて一体形成されていることを特徴とする請求項４記載の燃料容器。
6. 前記第２の層は、ポリ塩化ビニリデンを含有することを特徴とする請求項５記載の燃料容器。
7. 前記第２の層は、前記第１の層とは別体形成されていることを特徴とする請求項４記載の燃料容器。
8. 前記第２の層は、高密度ポリエチレン、延伸ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレンおよびポリフェニレンエーテルからなる群のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項７記載の燃料容器。
9. 前記第２の層は、電気的に陰性の原子を含まない樹脂材料を含有することを特徴とする請求項４記載の燃料容器。
10. 前記第２の層は、無機物の物理堆積膜あるいは化学堆積膜からなることを特徴とする請求項１記載の燃料容器。
11. 前記第２の層は、蒸着膜からなることを特徴とする請求項１０記載の燃料容器。
12. 前記第２の層は、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）および炭素（Ｃ）からなる群のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１０記載の燃料容器。
13. 前記第２の層の厚さは、１．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１０記載の燃料容器。
14. 前記外装部材は、さらに、前記第２の層の外側に、前記第１の層よりも高い融点を有する樹脂材料からなる第３の層を含むことを特徴とする請求項１０記載の燃料容器。
15. 前記第３の層は、高密度ポリエチレン、延伸ポリエチレン、延伸ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートおよびナイロンからなる群のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１４記載の燃料容器。
16. 前記外装部材は、各層間の少なくとも一部において接着層を介して貼り合わされていることを特徴とする請求項１記載の燃料容器。
17. 前記接着層は、ポリウレタン系、アクリル系、ポリエステル系、ポリスチレン系およびポリオレフィン系からなる群のうちの少なくとも１種の接着剤を含有することを特徴とする請求項１６記載の燃料容器。
18. 前記第１の層のアルコール透過率は２０ｇ／ｍ² ・日以下であり、前記第２の層のアルコール透過率は３ｇ／ｍ² ・日以下であることを特徴とする請求項１記載の燃料容器。
19. 前記外装部材を１５ｍｍ幅の短冊状にして曲率半径が０．１ｍｍとなるように折り曲げるために要する荷重は、１００ｍＮ以下であることを特徴とする請求項１記載の燃料容器。
20. アルコール燃料を消費して発電する発電体と、フィルム状の外装部材の内部に前記アルコール燃料を収容する燃料容器とを備えた燃料電池であって、
    前記外装部材は、最内層側からから順に、電気的に陰性の原子を含まない樹脂材料からなる第１の層と、それよりも低いアルコール透過率を有する第２の層とを含む
    ことを特徴とする燃料電池。
21. 前記第１の層は熱可塑性樹脂を含有し、前記第２の層は前記第１の層よりも高い融点を有することを特徴とする請求項２０記載の燃料電池。
22. 前記第１の層は、鎖状低密度ポリエチレンおよび無延伸ポリプロピレンからなる群のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項２０記載の燃料電池。
23. 前記第２の層は、樹脂材料からなることを特徴とする請求項２０記載の燃料電池。
24. 前記第２の層は、前記第１の層に塗布されて一体形成されていることを特徴とする請求項２３記載の燃料電池。
25. 前記第２の層は、ポリ塩化ビニリデンを含有することを特徴とする請求項２４記載の燃料電池。
26. 前記第２の層は、前記第１の層とは別体形成されていることを特徴とする請求項２３記載の燃料電池。
27. 前記第２の層は、高密度ポリエチレン、延伸ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレンおよびポリフェニレンエーテルからなる群のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項２６記載の燃料電池。
28. 前記第２の層は、電気的に陰性の原子を含まない樹脂材料を含有することを特徴とする請求項２３記載の燃料電池。
29. 前記第２の層は、無機物の物理堆積膜あるいは化学堆積膜からなることを特徴とする請求項２０記載の燃料電池。
30. 前記第２の層は、蒸着膜からなることを特徴とする請求項２９記載の燃料電池。
31. 前記第２の層は、酸化アルミニウム、アルミニウム、酸化ケイ素および炭素からなる群のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項２９記載の燃料電池。
32. 前記第２の層の厚さは、１．５μｍ以下であることを特徴とする請求項２９記載の燃料電池。
33. 前記外装部材は、さらに、前記第２の層の外側に、前記第１の層よりも高い融点を有する樹脂材料からなる第３の層を含むことを特徴とする請求項２９記載の燃料電池。
34. 前記第３の層は、高密度ポリエチレン、延伸ポリエチレン、延伸ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートおよびナイロンからなる群のうちの少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項３３記載の燃料電池。
35. 前記外装部材は、各層間の少なくとも一部において接着層を介して貼り合わされていることを特徴とする請求項２０記載の燃料電池。
36. 前記接着層は、ポリウレタン系、アクリル系、ポリエステル系、ポリスチレン系およびポリオレフィン系からなる群のうちの少なくとも１種の接着剤を含有することを特徴とする請求項３５記載の燃料電池。
37. 前記第１の層のアルコール透過率は２０ｇ／ｍ² ・日以下であり、前記第２の層のアルコール透過率は３ｇ／ｍ² ・日以下であることを特徴とする請求項２０記載の燃料電池。
38. 前記外装部材を１５ｍｍ幅の短冊状にして曲率半径が０．１ｍｍとなるように折り曲げるために要する荷重は、１００ｍＮ以下であることを特徴とする請求項２０記載の燃料電池。
39. さらに、前記燃料容器を収納する収納部材と、前記燃料容器に接続され、前記発電部に前記アルコール燃料を供給するための燃料供給管とを備え、
    前記燃料容器、前記収納部材および前記燃料供給管は、前記収納部材ごと交換可能なユニット構造を有している
    ことを特徴とする請求項２０記載の燃料電池。

Images