JP3813129B2 - 空気呼吸型の直接メタノール燃料電池セルパック - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は携帯用電子機器の電源として用いて好適な直接メタノール燃料電池セルパックの構造に係り、より詳細には、効率的な燃料供給の構造及び反応副生成物の排出構造を有する空気呼吸型の直接メタノール燃料電池セルパックに関する。
【0002】
【従来の技術】
直接メタノール燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell:以下、DMFC)は、燃料であるメタノールと酸化剤である酸素との反応により電気を発する発電装置であって、エネルギー密度及び電力密度が極めて高く、メタノールを燃料として直接的に用いるので燃料改質器などの周辺装置が要らないほか、燃料の貯蔵及び供給が容易であるという長所を有している。さらに、モノポーラ型のDMFCの場合、常温及び常圧で作動が可能であり、かつ小型化が可能であることから、携帯用電話機、PDA(personal data assistance)、ノート型パソコンなどの携帯用電子機器、医療機器、軍事用装備などの電源として使用が可能である。
【0003】
DMFCは、前述した如く、メタノールと酸素との電気化学的な反応により電気を発する発電システムであって、アノード電極とカソード電極との間に電解質膜が挟まれているような構造を有する。
【0004】
アノード電極及びカソード電極は、燃料の供給及び拡散のための燃料拡散層と、電極反応、すなわち酸化/還元反応が起こる触媒層、及び電極支持体などを備える。触媒としては、低温でも優れた酸化/還元反応特性を有する白金などの貴金属が用いられ、反応副生成物である一酸化炭素による触媒被毒現象を防止するためにルテニウム、ロジウム、オスニウム、ニッケルなどの転移金属の合金も用いられる。
【0005】
電極支持体としては炭素紙または炭素織物などが用いられ、これは、燃料の供給及び反応生成物の排出を容易ならしめるために止水処理される。電解質は厚みが50ないし200μmである高分子膜であって、水分を含有すればイオン伝導性を有する水素イオン交換膜が用いられる。
【0006】
DMFCの電極反応は、燃料が酸化されるアノード反応と、水素イオン及び酸素の還元によるカソード反応とに大別され、その反応式は、下記の通りである。
【0007】
[反応式1]
【0008】
アノード電極では、酸化反応によりメタノールと水とが反応して2酸化炭素と6つの水素イオン及び電子を生成し、生成された水素イオンは水素イオン交換膜を経てカソードに伝達される。カソードでは、還元反応により水素イオンと、外部回路を介して伝達された電子及び酸素が反応して水を生成する。従って、総括反応は、メタノールと酸素とが反応して水及び2酸化炭素を生成する反応となる。
【0009】
DMFC単位セルの発生電圧は理論的には約1.2Vであるが、常温及び常圧条件下で開回路電圧は1V以下となり、実際の作動電圧は、活性化過電圧及び抵抗過電圧により電圧降下が起こるために、約0.3ないし0.5Vとなる。従って、所望の容量の電圧を得るためには多数枚のセルを直列に接続しなければならない。セルを直列に接続させる方式には、積層方式によって大きくバイポーラ型とモノポーラ型がある。バイポーラ型は、1枚の極板がポジティブ(+)及びネガティブ(−)の極性を合わせ持つ積層方式であって、主として高容量のスタックに用いられる。これに対し、モノポーラ型は1枚の極板がポジティブまたはネガティブ極性のみを有する積層方式であって、主として低容量のスタックに用いられる。
【0010】
モノポーラ型積層方式は、1枚の電解質膜上に多数枚のセルを配列した後に各セルを直列に接続させることにより回路を構成する方式であって、薄型化及び軽量化に大きく寄与でき、小型薄型化したDMFCの製作が可能である。モノポーラ型セルパックでは、電解質膜上の電極がいずれも同じ極性を有するので燃料を全ての電極に同時に伝達でき、全ての電極において燃料濃度が一定に保たれるといった長所がある。
【0011】
しかし、モノポーラ型セルパック構造では、集電体の役割を果たし、燃料供給路である流路がチャンネル状に刻まれた黒鉛ブロックが連続的に積層されているため、燃料の供給及び電気的な接続が同時になされるバイポーラ型構造とは異なって、燃料の供給及び集電が同時になされ難い。このため、この場合、集電板と電極との接触状態が良好でなければ、接触面が狭くて抵抗による電流の損失が起こる。また、反応副生成物である2酸化炭素の効率的な排出が難しく、液体燃料層内にこれらの気泡が入り込んで燃料の供給を妨げ、電極の表面にできた気泡は電極表面の燃料が触媒に移動することを妨げるため、電極の性能を著しく落としてしまう。
【0012】
このような問題点を解決するためには、燃料の供給及び電流の集電が同時になされ得る集電板が必要であり、このような集電板は、電極との接触面が最大となって接触抵抗による電流の損失を防止できなければならない。また、セルパック内に反応副生成物である2酸化炭素の排出路を設けることにより電極表面上の2酸化炭素を迅速に排出し、電極触媒への円滑な燃料の供給がなされるようにしなければならない。
【0013】
DMFCは、酸素を反応物として用いるため、DMFCセルパックの構造は還元反応が起こるカソード電極が外気と直接的に接触するような構造を有さなければならない。しかしながら、DMFCセルパックを携帯用電子機器の電源として応用するために電子機器に搭載する場合、電子機器との接続面において空気吸入口が設けられたセルパック外面の一部が隠され、使用者の身体部位や電子機器が置かれた環境によってセルパック外面の空気吸入口が隠されるため、その部分では空気吸入口を通じた酸素の供給がなされず、電極反応が起こらなくなる。
【0014】
もう一つの問題点は、セルパックへの供給燃料が液体であるため、セルパックの使用状態、例えば電子機器が片方に傾いた状態で用いられる時に燃料が燃料室内において重力により片方に偏ってしまい、これにより、燃料室からの燃料が全体の電極に供給できず、燃料がたまっている側に位置する電極にのみ燃料が供給され、これより遠い所に位置する電極には燃料が供給できなくなる結果となる。従って、目的とする出力の電気を発生できなくなる。
【0015】
このような問題を解決するためには、セルパックと電子機器との接続位置、使用者の使用環境などに関係なく外気がセルパックの内部に十分に流入されて電極の表面に満遍なく供給できなければならず、かつ、外部からの異物や水分の浸透を防止できる手段が必要となる。また、電子機器の使用位置または姿勢に関係なく燃料が常に全ての電極に満遍なく供給できる構造が望まれる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第1の目的は、セルパック内の全てのアノード電極に対する燃料の供給が可能であり、しかも副生成物を効率よく排出できるDMFCセルパックを提供するところにある。
本発明の第2の目的は、セルパックの内部への異物の流入を効率よく防止でき、しかもカソード電極の全体に対する空気の供給及び集電が可能なDMFCセルパックを提供するところにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明によれば、電解質膜、前記電解質膜の第1の面に設けられる多数のアノード電極、及び前記第1の面とは反対側である電解質膜の第2の面に前記アノード電極の各々に対応して設けられる多数のカソード電極による多数の単位セルを形成する膜電極アセンブリ(MEA)と、前記アノード電極への供給燃料を内部に貯蔵し、その内部の燃料が通過する多数の燃料供給ホールが形成された燃料供給板付き燃料供給室と、前記燃料供給室内に設けられ、毛細管現象により燃料を拡散するウィッキング部材と、前記燃料供給板と前記MEAとの間の燃料供給路上に設けられ、燃料供給板を介して供給される燃料を拡散させて前記MEAのアノード電極に供給するウィッキングシートと、を備える空気呼吸型の直接メタノール燃料電池セルパックであって、前記燃料供給室の両側に前記MEAが各々設けられ、各MEAが対面する前記燃料供給室の両側に前記燃料供給板が設けられ、各MEAと燃料供給板との間に前記ウィッキングシートが挟まれていることを特徴とする空気呼吸型の直接メタノール燃料電池セルパックが提供される。
【0020】
前記燃料供給室、MEA(Membrane Electrode Assembly)及びこれらの間のウィッキングシートが上部の板状部材及び下部の板状部材の間に挟まれ、上部の板状部材及び下部の板状部材の間の縁部には、上部の板状部材及び下部の板状部材と共にハウジングを形成する壁体が形成されている。
【0021】
前記上部の板状部材及び下部の板状部材のうち、MEAのカソード電極に対面する板状部材にはカソード電極への空気を供給するための通気孔が形成される。
【0022】
一方、前記ハウジングの壁体は前記燃料供給室と所定距離だけ離れていてこれらの間に反応副生成物が通過するチャンネルが形成され、前記壁体には前記チャンネルを介して流動する副生成物が排出される排出孔が形成されている。そして、より安定的な壁体と燃料供給室との離隔のために、前記壁体の内面にはスペーサが多数設けられる。
【0023】
一方、前記各MEAの各単位セルのカソード電極及びアノード電極上に網目状の集電体が設けられ、各集電体は集電体を互いに電気的に接続されて前記単位セル間の電気的な回路を構成する導電体に連結される。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明によるDMFCのセルパックの好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【0025】
図1は、本発明によるセルパックの前提となる構造についての概略的な分解斜視図であり、図2は、図1に示したセルパックの前提となる構造について、組立てによる積層構造を示す展開図である。
【0026】
図1及び図2を参照すれば、一側面に燃料注入口123が形成された直方体状の燃料供給室12の上下にメタノール及び空気の供給により発電を行うMEA 11、11が対称的に位置し、これらの間に燃料の効率良い拡散及び供給のためのウィッキングシート31、31が設けられる。
【0027】
前記MEA 11、11とこれらの中央に挟まれる燃料供給室12は直方体のハウジング20内に収められる。燃料供給室12とこの上下のMEA 11、11との間に設けられるウィッキング部材31は、本発明を特徴づける一要素である。
【0028】
前記燃料供給室12には、内部に燃料を貯蔵してその上下に多数の燃料供給ホールが形成された燃料供給板が設けられるが、その具体的な構造については後述する。
【0029】
前記ハウジング20は、通気孔211aが多数形成された底部としての下部の板状部材211と、下部の板状部材211の縁部に所定の高さに形成される壁体212付き下部胴体21、及び前記壁体212の上端部に接触されて前記下部胴体21の上方を包み、ハウジング20内に繋がる通気孔221aが多数形成された板状の蓋体としての上部の板状部材22を備える。
【0030】
一方、前記壁体212の内面には、燃料供給室12の側面と壁体の内面とを離隔させて燃料供給室12側に対面するアノード電極11d側から発生する2酸化炭素ガスなどの反応副生成物の排出経路を与えるスペーサ212a及びガス排出孔212bが形成されている。一方、前記壁体212の上端には、前記上部の板状部材22の底面に形成される嵌合溝(図示せず)に対応する突出部212dが設けられており、前記上部の板状部材22と下部胴体21とを堅固に結合する。
【0031】
前記燃料供給室12の上側及び下側に設けられるMEA 11、11は、電解質膜11aと、電解質膜11aを中心としてその両面に各単位セルに互いに対応して電解質膜11aの第1の面及び第2の面に各々設けられる多数のアノード電極11d、及びカソード電極11bを備え、各アノード電極11d及びカソード電極11bの上面には網目状の金属集電体11c、11eが接触され、電解質膜11aの縁部には、ある単位セルのカソード集電体とこれに隣接した他の単位セルのアノード集電体とを電気的に接続させる導電体11fが多数設けられている。
本発明によるセルパックの主な構成について詳述する。
【0032】
図3は、図1及び図2に示したMEA 11のアノード電極11dを示す平面図であり、図4は、図3のA−A線断面図であって、便宜上網目状の集電体11eを分離して示している。
【0033】
図3及び図4に示したように、電解質膜11aの縁部の前面及び背面に四角枠状のガスケット14が取り付けられている。このガスケット14は、弾力性及び密着性に優れたシリコンコーティングされたテフロン(登録商標)から形成される。このようなガスケット14は、便宜上図1には示されていない。前記ガスケット14は、燃料供給室12からアノード電極11dへの供給メタノールがセルパックの外部に漏れることを防止するためにMEA 11、11の上下面の縁部に設けられ、セルパックの付属品が組み立てられた時に密着されてシーリング効果を示す。
【0034】
前記電解質膜11aの両面には6組みのアノード電極11d及びカソード電極11bが互いに対称的に取り付けられている。すなわち、電解質膜11aの一面に6枚のアノード電極11dが所定間隔、例えば約1mmの間隔をおいて配されており、電解質膜11aの反対面に前記アノード電極11dに対応する6枚のカソード電極11bが所定間隔、例えば1mmの間隔をおいて配されて1枚の電解質膜11aに6つの単位セルが形成される。各アノード電極11d及びカソード電極11bの上には網目状の集電体11e、11cが位置する。網目状の2枚の集電体11e、11cは、図5に示したように、導電体11fに連結されている。
【0035】
ここで、導電体11fは、1組みのアノード電極11d及びカソード電極11bにより設けられた6つの単位セルを電気的に直列接続させて電気的な回路を構成し、これは公知の技術であるため、その具体的な説明は省略する。
【0036】
前記導電体11f及び集電体11e、11cは、腐食による抵抗の増加を防止するために、ニッケル、白金など耐腐食性が良好な金属よりなることが好ましく、本実施の形態では、金メッキのニッケル網及び銅箔により集電体及び導電体を製作している。そして集電体11e、11cは、約50μmの厚みに形成して十分な開口率を有させることにより、液体燃料であるメタノールを容易に通過ならしめる。
【0037】
図6は、前記燃料供給室12の分解斜視図であり、図7は、図6のB−B線断面図である。
【0038】
図6及び図7に示したように、燃料供給室12は、所定の高さの枠体121b及び燃料供給ホール121aが形成された下部の燃料供給板121cを有する下部胴体121と、前記下部胴体121の上方に結合されるものであって、燃料供給ホール122aが多数密に形成された上部の燃料供給板122とを備える。
【0039】
燃料供給室12内にはメタノールが貯蔵され、前記上部の燃料供給板122及び下部の燃料供給板121cの外面にはウィッキングシート31及びMEA 11が順次に密着される。前記上部の燃料供給板122及び下部の燃料供給板121cは、毛細管現象により燃料を供給する。このため、前記燃料供給室12のメタノールは毛細管現象により前記上部の燃料供給板122及び下部の燃料供給板121cの燃料供給ホール122a、121aを介して少量ずつ両側のMEA 11、11のアノード電極11dに供給される。この時、燃料供給板122、121cを介して供給された燃料はアノード電極11dに達する前にウィッキングシート31を通過するが、ウィッキングシート31により拡散された後にアノード電極11dに供給される。図6中、参照番号「121d」は補強用リブであって、上部の燃料供給板122の中間部分を支持して上部の燃料供給板122を支持するスペーサとしての役割を果たす。
一方、前記枠体121bの上下面には副生成物である2酸化炭素ガスが通過するチャンネル124が多数並ぶように形成されている。これは、アノード電極11dと燃料供給板121c、122との間に生じたガスを枠体121bの外側に排出するためのものである。図8は、下部胴体21内に前記燃料供給室12が設けられた状態を示す概略的な平面図である。図8に示したように、燃料供給室12と壁体212との間にスペーサ212aにより保持されるガス流路125が設けられている。このガス流路125は、壁体212に形成されたガス排出孔212b(図1参照)と連結される。従って、燃料供給板122側で発生した反応副生成物であるガスが枠体121bの上面に形成された多数のチャンネル124を介して燃料供給室12を包むガス流路125に排出され、さらにガス排出孔212bを介して外部に排出される。
【0040】
一方、図9Aに示したように、前記燃料供給室12内には、燃料供給室12が片方に傾いた時にも全体的に燃料を満遍なく供給するためのスポンジ、綿または不織布など、燃料を吸い込めるウィッキング部材が32が設けられても良い。燃料供給室12内における燃料の偏りは、燃料が充満していない状態におけるセルパックの使用姿勢や位置などの変化により起こる。このような燃料の偏りを防止するために、前記燃料供給室12内にウィッキング部材32を入れれば、燃料が少量残っている場合にも、毛細管現象により燃料が燃料供給室12内に満遍なく分布される。
図9Bは、ウィッキング部材32が内蔵された燃料供給室12の上下に、前記ウィッキングシート31、31が密着されている状態を示している。ウィッキングシート31、31及びウィッキング部材32はポリプロピレンなどの不織布などにより形成でき、これを介して原料供給板12の水平方向に燃料が極めて早く広がる。このような構造によれば、燃料供給室12内において燃料が極めて均一に分布されて存在し、かつ、燃料供給ホール121a、122aを介して排出された燃料はウィッキングシート31、31から再び広がる。従って、ウィッキングシート31に燃料が満遍なく広がることにより、ウィッキングシート31に接触されるアノード電極に対する燃料の供給が全体的に均一になる。
【0041】
図10は、ウィッキング部材32が内蔵された燃料供給室12の上にウィッキングシート31、MEA 11、上部の板状部材22が積層された構造を展開して示す部分抜すい断面図である。
【0042】
図10に示したように、上部の板状部材22の通気孔221aを介して空気が流入されてカソード電極11b側に伝達され、アノード電極11d側にはウィッキングシート31を介して広がった燃料が供給される。ウィッキングシート31は、毛細管現象により吸い込まれた燃料を全体的に満遍なく拡散させてMEA 11の全ての単位セルのアノード電極11dに燃料を供給する。一方、燃料供給室12内にもまた、毛細管現象により燃料を拡散させるウィッキング部材32が設けられている。このようなウィッキング部材32は、燃料供給室12の内部に少量の燃料が貯蔵されている場合にもこれを均一拡散させて、燃料供給板の全ての燃料供給ホールを介して燃料を満遍なく供給する。このような空気及び燃料供給において、カソード電極及びアノード電極上に接触された集電体11c、11eは、空気及び燃料の通過が可能な金属網目体である。従って、これらは空気及び燃料をそのまま通過させると同時に、集電体としての機能をも行う。
【0043】
前述した実施の形態は、単一の燃料供給室の両側にMEAが対称的に設けられるような構造を有する。一方、参考例によれば、単一の燃料供給室の両側にMEAが対称的に設けられる構造において、前記MEAが通気孔付き上部の板状部材および下部の板状部材のいずれか一方にのみ形成されても良い。
【0044】
図11は、参考例によるものであって、上部の板状部材にのみ通気孔が形成される構造のセルパックを示す断面図である。
【0045】
図11に示したように、その縁部に壁体212を有する箱状の下部胴体21の底面に燃料供給部13が位置し、その上部にウィッキングシート31及びMEA11が順次に置かれている。そして、上板22は前記MEA 11を加圧する状態で前記下部胴体21に結合される。図示はされていないものの、前記MEA11にはアノード電極と、カソード電極及び各電極に対応する集電板などが設けられている。ここで、上板22には多数の通気孔221aが形成されている。しかし、下部の板状部材211には通気孔が存在しない。本発明は必ずしもこれに限定されることなく、下部の板状部材にも通気孔が存在でき、これは副生成物の排出に役立つ。また、前記燃料供給室12において、前記MEA 11との対向面に燃料供給ホール122a付き燃料供給板122が設けられ、下部の板状部材211と対向する反対面は閉鎖されている。
【0046】
図12は、図1に示したセルパックの組立て状態を示す概略的な外観斜視図である。製作されたセルパックは、横6.0cm×縦8.0cm×高さ1.0cmの直方体である。ここで、上部の板状部材及び下部の板状部材には外気を供給するための通気孔221a、211aが一定の間隔をおいて配列されており、壁体212には反応副生成物である2酸化炭素ガスを排出するためのガス排出孔212bが形成されている。セルパックの一側面には、セルパック内部に対称的に形成された2つのMEAに設けられた12個の単位セルが直列接続された端子16、17が設けられている。
【0047】
A.電極の製造
アノード電極は、液体燃料の円滑な供給のために止水処理を施していない多孔性炭素紙上にカーボンブラック、イソプロピルアルコール(IPA)及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を混合してなるスラリーをスキーズして多孔性炭素紙上に薄い燃料拡散層を形成した後、120℃のオーブン内で2時間乾燥させて製造される。この時、スラリーは、スキーズに適当な粘度を有するようにPTFEの含量を約10%に調節した。触媒層は、PtRuブラック(ジョンソン・マッセイ社製)触媒及び水、IPA、5重量%のナフィオン溶液(アルドリッヒ社製)を超音波混合器において2時間混合してなるスラリーを燃料拡散層上にスキーズして製造した。この時に用いられたナフィオン溶液の量はPtRuブラックに対して15重量%であり、電極の触媒ローディング量は11mg/cm2になるように調節した。製造された電極は80℃の真空オーブンで1時間乾燥してIPAを除去した。
【0048】
カソード電極は、酸素の円滑な供給及び、反応生成物である水及び2酸化炭素の効率的な排出のために止水処理された多孔性炭素紙上にカーボンブラック、IPA及びPTFEを混合してなるスラリーをスキーズして多孔性炭素紙上に薄い燃料拡散層を形成した後、120℃のオーブンで2時間乾燥させて製造した。この時、スラリーは、スキーズに適当な粘度を有するようにPTFEの含量を約10%に調節した。触媒層は、Ptブラック(ジョンソン・マッセイ社製)触媒及び水、IPA、5重量%のナフィオン溶液(アルドリッヒ社製)を超音波混合器において2時間混合してなるスラリーを燃料拡散層上にスキーズして製造した。この時に用いられたナフィオン溶液の量はPtRuブラックに対して15重量%であり、電極の触媒ローディング量は10mg/cm2になるように調節した。製造された電極は80℃の真空オーブンで1時間乾燥してIPAを除去した。
【0049】
B.セルパック用のMEAの製造
電解質膜はナフィオン115(127μm、デュポン社製)を用い、不純物の除去のためにH2SO4、H2O2を用いて前処理した後、ゲル−乾燥器において乾燥させた。アノード電極及びカソード電極は各々4.5cm2の寸法に切り取り、電解質膜の両側面に各々6枚ずつ配列した後に125℃、9メトリックトンの条件下で5分間熱加圧して6−セルのMEAを製作した。
【0050】
C.セルパックの製作
製造された6−セルのMEAは電極と同じであるかこれより若干小さい(前述した実施の形態では若干小さいものを用いている。)ニッケル金属網よりなる電流集全体をもって各セルを直列に接続させた。ニッケル金属網はメタノールによる腐食を防止するために金メッキし、金属網同士の連結は銅箔よりなる導電体を用い、超音波溶接により接合して製作した。
【0051】
セルパックは、上部の板状部材と、下部の板状部材及び燃料供給部(または貯蔵部)よりなり、燃料供給部の両側に電流集電体により直列接続された6−セルのMEAが対称的に位置し、2つの6−セルのMEAが直列接続されて12−セルのMEAとなる。
【0052】
メタノール燃料は毛細管現象によりアノード電極に供給され、外気中の酸素はセルパックの上部の板状部材及び下部の板状部材の通気孔を介してカソード電極に供給される。このように、本発明によるセルパックの作動は常温及び常圧でなされ、空気呼吸型で動作する。
【0053】
図13は、本発明により製作されたセルパックの性能曲線である。セルパックは、面積が4.5cm2である12枚の電極枚が直列に接続されており、5Mメタノールを燃料注入口に注入した後に常温及び空気呼吸の条件下でテストした。セルパックの性能は3.6Vで717mA(159mA/cm2)であり、3.64Vで2,607mW(48mW/cm2)の最大出力を示した。
【0054】
【発明の効果】
本発明によれば、MEAの全体的に燃料の供給が可能になり、セルパックの使用姿勢に関係なく均一な出力の電力を得ることができる。また、本発明による集電体は網状体であり、燃料の供給を許容しつつ電極全体からの電流の集電が可能な特徴を有する。なおかつ、燃料供給室の周りに副生成物が通過するガス流路が設けられており、これに接する壁体にはガス排出孔が設けられているので、副生成物の効率的な排出が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による空気呼吸型のDMFCセルパックの前提となる構造について概略的な構成要素を示す展開図である。
【図2】図1に示された本発明による燃料電池セルパックの前提となる構造について積層構造を展開して示す断面図である。
【図3】本発明による燃料電池セルパックに適用されるMEAの平面図である。
【図4】図3のA−A線断面図である。
【図5】本発明による燃料電池セルパックに適用される集電体及びこれを連結する導電体を示す平面図である。
【図6】図1に示された本発明による燃料電池セルパックの前提となる構造に適用される燃料供給室の分解斜視図である。
【図7】図6に示された燃料供給室の内部構造を示す概略的な断面図である。
【図8】本発明によるセルパックにおいて、下部胴体内に燃料供給室が設けられた状態を示す概略的な平面図である。
【図9】Aは、本発明によるセルパックにおいて、ウィッキング部材が内蔵された燃料供給室の概略的な断面図であり、Bは、Aに示された燃料供給室の上下にウィッキングシートが設けられた状態を示す概略的な断面図である。
【図10】本発明による燃料電池セルパックの液体燃料及び空気の供給構造を断面で示す展開図である。
【図11】本発明による燃料電池セルパックの参考例を概略的に示す分解斜視図である。
【図12】図1に示された本発明による空気呼吸型のDMFCセルパックの組立て状態を示す概略的な斜視図である。
【図13】本発明により製作されたセルパックの性能曲線である。
【符号の説明】
11 MEA
12 燃料供給室
20 ハウジング
21 下部胴体
22 上部の板状部材
211 下部の板状部材
Claims (6)
- 電解質膜、前記電解質膜の第1の面に設けられる多数のアノード電極、及び前記第1の面とは反対側である電解質膜の第2の面に前記アノード電極の各々に対応して設けられる多数のカソード電極による多数の単位セルを形成する膜電極アセンブリ(MEA)と、
前記アノード電極への供給燃料を内部に貯蔵し、その内部の燃料が通過する多数の燃料供給ホールが形成された燃料供給板付き燃料供給室と、
前記燃料供給室内に設けられ、毛細管現象により燃料を拡散するウィッキング部材と、
前記燃料供給板と前記MEAとの間の燃料供給路上に設けられ、燃料供給板を介して供給される燃料を拡散させて前記MEAのアノード電極に供給するウィッキングシートと、を備える空気呼吸型の直接メタノール燃料電池セルパックであって、
前記燃料供給室の両側に前記MEAが各々設けられ、各MEAが対面する前記燃料供給室の両側に前記燃料供給板が設けられ、各MEAと燃料供給板との間に前記ウィッキングシートが挟まれていることを特徴とする空気呼吸型の直接メタノール燃料電池セルパック。 - 前記燃料供給室、MEA及びこれらの間のウィッキングシートが上部の板状部材及び下部の板状部材の間に設けられ、上部の板状部材及び下部の板状部材の間の縁部には、上部の板状部材及び下部の板状部材と共にハウジングを形成する壁体が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の空気呼吸型の直接メタノール燃料電池セルパック。
- 前記壁体と前記燃料供給室との間にガス流路が設けられ、前記燃料供給室には、燃料供給板とMEAとの間で生じた副生成物が通過するチャンネルが多数設けられていることを特徴とする請求項2に記載の空気呼吸型の直接メタノール燃料電池セルパック。
- 前記両MEAの外側に各カソード電極に対面して多数の通気孔が形成された上部の板状部材及び下部の板状部材が各々設けられ、上部の板状部材及び下部の板状部材の間の縁部には、上部の板状部材及び下部の板状部材と共にハウジングを形成する壁体が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の空気呼吸型の直接メタノール燃料電池セルパック。
- 前記壁体と前記燃料供給室との間にガス流路が設けられ、前記燃料供給室には、燃料供給板とMEAとの間で生じた副生成物が排出されるチャンネルが多数形成されていることを特徴とする請求項4に記載の空気呼吸型の直接メタノール燃料電池セルパック。
- 前記カソード電極及びアノード電極に設けられる集電板は、空気及び液体燃料が通過可能な網目状金属よりなることを特徴とする請求項1に記載の空気呼吸型の直接メタノール燃料電池セルパック。
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