JP4271166B2

JP4271166B2 - 燃料電池

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Publication number: JP4271166B2
Application number: JP2005185092A
Authority: JP
Inventors: 貴洋寺田; 泰忠中川; 慎二中田; 勇一吉田
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Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2009-06-03
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Description

本発明は、燃料と空気を化学反応させて電力を発生させる直接型の燃料電池に関する。

燃料と空気の化学反応により電力を発生させる燃料電池が知られている。この燃料電池のうち、直接型燃料電池と呼ばれるタイプは、小型化が可能であり、携帯電話やノート型パソコン等の携帯用電子機器の電力源として期待されている。

図１３は従来の燃料電池Ｂを示す断面図である。

図１３に示すように、この燃料電池Ｂは、電力を発生させる起電層１００と、起電層１００の一側面に配置され、起電層１００に燃料を供給する燃料供給層２００と、起電層１００の他側面に配置され、起電層１００に空気（酸素）を供給する空気供給層３００とを具備している。

起電層１００は、燃料と空気とを化学反応させる電解質膜１００ａと、電解質膜１００ａの燃料供給層２００側にマトリクス状に並設され、燃料供給層２００からの燃料を電解質膜１００ａに供給する複数の燃料極１００ｂと、電解質膜１００ａの空気供給層３００側にマトリクス状に並設され、空気供給層３００からの空気を電解質膜１００ａに供給する複数の酸化剤極１００ｃとから構成されている。

燃料極１００ｂと酸化剤極１００ｃは、電解質膜１００ａを挟んで対応する位置に配置されており、前記電解質膜１００ａと共に電圧を発生させるための起電部１１０を構成している。すなわち、起電層１００は、燃料極１００ｂあるいは酸化剤極１００ｃと同じ数の起電部１１０から構成されている。なお、これら起電部１１０は全て直列に接続されており、各起電部１１０で発生した電圧の総和が燃料電池Ｂの最終的な出力電圧となる。

燃料供給層２００は、燃料極１００ｂに燃料を供給するフェルト状の保液シート２００ａと、保液シート２００ａに接続され、前記保液シート２００ａに燃料を補給する口金状の補給部２００ｂと、保液シート２００ａの起電部１１０側に設けられ、保液シート２００ａ内の燃料を透過させる燃料拡散膜２００ｄとから構成されている。

空気供給層３００は、周囲から空気を取り込んで酸化剤極１００ｃに供給するとともに、燃料と空気の化学反応により電解質膜１００ａに生じた水分が乾燥するのを防止するフェルト状の保湿シート３１０から構成されている。

前記構成の燃料電池Ｂにおいて、補給部２００ｂから保液シート２００ａに補給された燃料は、保液シート２００ａ内を補給部２００ｂから離れる方向に向かって拡散しながら、燃料拡散膜２００ｄ側に移動してゆく。そして、燃料拡散膜２００ｄ近傍の燃料極１００ｂに供給される。

一方、周囲の環境から保湿シート３１０に取り込まれた空気は、保湿シート３１０内を浸透してゆき、各起電部１１０の酸化剤極１００ｃに供給される。

そして、燃料極１００ｂに供給された燃料と、酸化剤極１００ｃに供給された空気とが電解質膜１００ａ上で化学反応し、燃料極１００ｂと酸化剤極１００ｃの間に電圧を発生させる。各起電部１１０で発生した電圧は、全て加算されて燃料電池Ｂの最終的な出力電圧となる。

直接型の燃料電池としては、複数の起電層を積層してスタック構造とし、各起電層に対して毛管力を利用して液体の燃料を供給する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−１０６２０１号公報

ところで、従来の燃料電池では、装置構造上の制約により補給部が保液シートの端に設けられることが多い。このような場合、保液シート内の燃料に濃度勾配が生じることがある。保液シート内の燃料に濃度勾配が存在すると、各起電部に供給される燃料の濃度にばらつきが生じ、各起電部の発電効率にもばらつきが生じてしまう。

例えば、適正な燃料より多くの燃料が起電部に供給されると、電解質膜で反応しきれない燃料が酸化剤極側に移動してしまい、燃料の無駄になるばかりか、酸化剤極の触媒表面積の低減により電圧損失が増大することがある。逆に、起電部に供給される燃料が適正な燃料より過度に少ないと、反応エネルギーが大きくなり過ぎて、電圧損失が増大することがある。

このため、燃料電池の電気的特性を向上させるには、保液シートの燃料濃度を均一化させて、適正な燃料を各起電部に供給することが重要となる。しかしながら、長時間可動が求められる携帯用電子機器では、保液シートが大型化するため、その濃度勾配は顕著となる。このため、各起電部において燃料の供給過多や供給不足が発生し易く、電気的特性が著しく悪くなる。

本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電気的特性の良好な燃料電池を提供することにある。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の燃料電池は次のように構成されている。

（１）液体燃料である燃料と酸素を化学反応させて電力を発生させる複数の起電部を並設して有する起電層と、前記起電層の一側面に配置され前記複数の起電部に燃料を供給するフェルト状の保液シートである第１のシートと、前記起電層の他側面に配置され前記複数の起電部に酸素を供給する第２のシートと、前記第１のシートの所定部位に設けられ、前記第１のシートに燃料を補給する補給部と、前記第１のシート内に挿入するように設けられ、前記第１のシートから前記各起電部に供給される燃料の前記並設方向における濃度を均一化する燃料調整膜と、を具備し、前記起電部の並設方向と、前記第１のシート、前記起電層、及び前記第２のシートの積層方向とが交差することを特徴とする。

（２）（１）に記載された燃料電池において、前記燃料調整膜は、前記並設方向において前記補給部から離れるにつれて大きくなるように形成された複数の開口部を有する不透膜である。

（３）（１）に記載された燃料電池において、前記燃料調整膜は、前記並設方向において前記補給部から離れるにつれて薄くなるようにもしくは前記補給部から離れるにつれて多孔率が上昇するように形成された多孔質部材からなる。

（４）液体燃料である燃料と酸素を化学反応させて電力を発生させる複数の起電部を並設して有する起電層と、前記起電層の一側面に配置され前記複数の起電部に燃料を供給するフェルト状の保液シートである第１のシートと、前記起電層の他側面に配置され前記複数の起電部に酸素を供給する第２のシートと、前記第１のシートの所定部位に設けられ、前記第１のシートに燃料を補給する補給部と、前記複数の起電部と前記第１のシートとの間に設けられ、前記第１のシートからの燃料を透過させる燃料拡散膜と、を具備し、前記起電部の並設方向と、前記第１のシート、前記起電層、及び前記第２のシートの積層方向とが交差し、前記燃料拡散膜は、前記並設方向において前記補給部から離れるにつれて薄くなるようにもしくは前記補給部から離れるにつれて多孔率が上昇するように形成された多孔質部材からなり、前記第１のシートから前記並設方向における前記各起電部に供給される燃料の濃度を均一化することを特徴とする。

（５）水平面に対して交差する方向に沿って並設され、液体燃料である燃料と酸素を化学反応させて電力を発生させる複数の起電部を有する起電層と、前記起電層の一側面に配置され前記複数の起電部に燃料を供給するフェルト状の保液シートである第１のシートと、前記起電層の他側面に配置され前記複数の起電部に酸素を供給する第２のシートと、前記第１のシートの所定部位に設けられ、前記第１のシートに燃料を補給する補給部と、前記第１のシート内に前記起電部の並設方向に沿って設けられ、前記第１のシートから前記各起電部に供給される燃料の前記並設方向における濃度を均一化する燃料調整膜と、を具備し、前記起電部の並設方向と、前記第１のシート、前記起電層、及び前記第２のシートの積層方向とが交差することを特徴とする。

（６）（５）に記載された燃料電池において、前記燃料調整膜は、前記起電部の重力方向の逆方向に行くにつれて大きくなるように配置された複数の開口部を有する不透膜であることを特徴とする。

（７）５）に記載された燃料電池において、前記燃料調整膜は、前記起電部の重力方向の逆方向に行くにつれて薄くなるようにもしくは重力方向の逆方向に行くにつれて多孔率が上昇するように形成された多孔質部材からなることを特徴とする。

（８）水平面に対して交差する方向に沿って並設され、液体燃料である燃料と酸素を化学反応させて電力を発生させる複数の起電部を有する起電層と、前記起電層の一側面に配置され前記複数の起電部に燃料を供給するフェルト状の保液シートである第１のシートと、前記起電層の他側面に配置され前記複数の起電部に空気を供給する第２のシートと、前記第１のシートの所定部位に設けられ、前記第１のシートに燃料を補給する補給部と、前記複数の起電部と前記第１のシートとの間に前記起電部の並設方向に沿って設けられ、前記第１のシートからの燃料を透過させる燃料拡散膜と、を具備し、前記起電部の並設方向と、前記第１のシート、前記起電層、及び前記第２のシートの積層方向とが交差し、前記燃料拡散膜は、前記起電部の重力方向の逆方向に行くにつれて薄くなるようにもしくは重力方向の逆方向に行くにつれて多孔率が上昇するように形成された多孔質部材からなり、前記第１のシートから前記各起電部に供給される燃料の前記並設方向における濃度を均一化することを特徴とする。

本発明によれば、燃料電池の電気的特性を向上させることができる。

以下、図１〜図３、及び図１２を参照しながら本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池Ａを示す概略図である。

図１に示すように、この燃料電池Ａは、電力を発生させる起電層１０と、起電層１０の一側面に配置され、起電層１０に燃料を供給する燃料供給層２０と、起電部の他側面に配置され、起電層１０に空気（酸素）を供給する空気供給層３０とを具備している。燃料としては、メタノール等の揮発性のある液体燃料が用いられる。

起電層１０は、燃料と空気とを化学反応させる電解質膜１０ａと、電解質膜１０ａの燃料供給層２０側に並設され、燃料供給層２０からの燃料を電解質膜１０ａに供給する複数の燃料極１０ｂと、電解質膜１０ａの空気供給層３０側に並設され、空気供給層３０からの空気を電解質膜１０ａに供給する複数の酸化剤極１０ｃとから構成されている。

燃料極１０ｂと酸化剤極１０ｃは、電解質膜１０ａを挟んで対応する位置に配置され、前記電解質膜１０ａと共に電圧を発生させるための起電部１１を構成している。すなわち、起電層１０は、燃料極１０ｂあるいは酸化剤極１０ｃと同じ数の起電部１１から構成されている。なお、これら起電部１１は全て直列に接続されており、各起電部１１で発生した電圧の総和が燃料電池Ａの最終的な出力電圧となる。

燃料供給層２０は、燃料極１０ｂに燃料を供給するフェルト状の保液シート２０ａ（第１のシート）と、保液シート２０ａの側端部に接続され、保液シート２０ａに燃料を補給する補給部２０ｂと、保液シート２０ａ内に補給部２０ｂと起電部１１とを隔てるように設けられ、保液シート２０ａから各起電部１１に供給される燃料の濃度を均一化する燃料調整膜２０ｃ（後に詳細に説明する）と、保液シート２０ａの起電部１１側に設けられ、保液シート２０ａ内の燃料を透過させる燃料拡散膜２０ｄとから構成されている。

空気供給層３０は、周囲から空気を取り込んで酸化剤極１０ｃに供給するとともに、燃料と空気の化学反応により電解質膜１０ａに生じた水分の乾燥を防止するフェルト状の保湿シート３１（第２のシート）から構成されている。

次に、燃料調整膜２０ｃについて説明する。

第１の実施例において燃料調整膜２０ｃは、燃料を透過させない、いわゆる不透膜で形成されている。不透膜としては、ＰＥＴフィルム等が用いられる。この燃料調整膜２０ｃには、保液シート２０ａに補給された燃料を起電部１１側に移動させるための複数の開口部２１が形成されている。

これら開口部２１は大小様々な大きさからなり、補給部２０ｂから離れるほど大きく、すなわち開口率が高くなるように配置されている。これにより、補給部２０ｂから遠い位置ほど、保液シート２０ａ内の燃料が起電部１１側に移動し易くなっている。

したがって、補給部２０ｂから保液シート２０ａに補給された燃料は、補給部２０ｂからの距離に影響されることなく、略均一な濃度で各起電部１１に供給されることになる。

なお、本実施の形態では、開口部２１の形状を四角形としているが、これに限定されるものではなく、例えば円形であってもよい。また、開口部２１を全て同じ大きさとし、その形成密度を調整することにより、補給部２０ｂから遠い位置ほど、保液シート２０ａ内の燃料が起電部１１側に移動し易くするようにしてもよい。

前記構成の燃料電池Ａにおいて、補給部２０ｂから保液シート２０ａに補給された燃料は、保液シート２０ａ内を補給部２０ｂから離れる方向に向かって拡散してゆき、燃料調整膜２０ｃの各開口部２１から起電層１０側に滲入する。そして、燃料拡散膜２０ｄに燃料が到達すると、この燃料は燃料拡散膜２０ｄを透過し、各起電部１１の燃料極１０ｂに供給される。

一方、周囲の環境から保湿シート３１に取り込まれた空気は、保湿シート３１内を拡散してゆき、各起電部１１の酸化剤極１０ｃに供給される。

そして、燃料極１０ｂに供給された燃料と、酸化剤極１０ｃに供給された空気とが電解質膜１０ａ上で化学反応し、燃料極１０ｂと酸化剤極１０ｃの間に電圧を発生させる。各起電部１１で発生した電圧は、全て加算されて燃料電池Ａの最終的な出力電圧となる。

次に、図２と図１２を参照しながら本実施の形態に係る保液シート２０ａと従来の保液シート２００ａの燃料濃度分布の時間変化について説明する。

［本実施の形態に係る保液シート２０ａ］
図２は同実施の形態に係る保液シート２０ａ内の燃料濃度分布を起電層１０側から示す斜視図であり、（ａ）は補給してから１分後、（ｂ）は補給してから３分後、（ｃ）は補給してから６分後、（ｄ）は補給してから１０分後を示している。

図２（ａ）を見ると、燃料を補給してから１分後には、保液シート２０ａの起電層１０側（図中上側）の表面における燃料濃度が、補給部２０ｂ近傍の燃料濃度の約３５％〜４５％となり、その差は最大で約１．３倍となっていることがわかる。

図２（ｄ）を見ると、燃料を補給してから１０分後には、保液シート２０ａの起電層１０側（図中上側）の表面における燃料濃度が、補給部２０ｂ近傍の燃料濃度の約７２％〜７４％となり、その差は最大でも約１．０３倍まで低減していることがわかる。

このように、本実施の形態に係る保液シート２０ａでは、燃料を補給してから１０分経過すると、保液シート２０ａの起電層１０側の表面に、殆んど燃料濃度差が存在しないことがわかる。すなわち、燃料濃度分布が均一化されていることがわかる。

［従来の保液シート２００ａ］
図１２は従来の保液シート２００ａ内の燃料濃度分布を起電層１００側から示す斜視図であり、（ａ）は補給してから１分後、（ｂ）は補給してから３分後、（ｃ）は補給してから６分後、（ｄ）は補給してから１０分後を示している。

図１２（ａ）を見ると、燃料を補給してから１分後には、保液シート２００ａの起電層１００側（図中上側）の表面における燃料濃度が、補給部２００ｂ近傍の燃料濃度の約４５％〜８５％となり、その差は最大で約１．８倍となっていることがわかる。

図１２（ｄ）を見ると、燃料を補給してから１０分後には、保液シート２０ａの起電層１００側（図中上側）の表面における燃料濃度が、補給部２００ｂ近傍の約８０％〜９５％となり、その差は依然として約１．２倍も存在していることがわかる。

このように、従来の保液シート２００ａでは、燃料を補給してから１０分経過しても、保液シート２００ａの起電層１００側の表面に、約１．２倍もの燃料濃度差が存在することがわかる。

以上の結果により、本実施の形態に係る保液シート２０ａは、従来の保液シート２００ａよりも、起電層１０側の表面における燃料濃度が均一化され易いことが実証された。

したがって、本実施の形態に係る保液シート２０ａを用いれば、開口部２１の大きさや配置を調整することで、全ての起電部１１に対して発電効率が最も高くなる濃度の燃料を均一に供給することができる。

図３は同実施の形態に係る燃料電池Ａの電流電圧特性と従来の燃料電池Ｂの電流電圧特性とを示す特性グラフである。なお、［１］が本実施の形態に係る燃料電池Ａの特性グラフ、［２］が従来の燃料電池Ｂの特性グラフを示している。

図３に示すように、本実施の形態に係る燃料電池Ａの方が、従来の燃料電池Ｂよりも高い電圧が得られることがわかる。これは、前述のように各起電部１１の発電効率が最も高くなる燃料濃度で電圧を発生させているからである。

前記構成の燃料電池Ａによれば、保液シート２０ａ内に起電層１０と補給部２０ｂとを隔てるように不透性の燃料調整膜２０ｃを設け、この燃料調整膜２０ｃに対して補給部２０ｂから離れるにつれて大きくなるように、大きさの異なる複数の開口部２１を形成している。

そのため、保液シート２０ａに補給された燃料が燃料調整膜２０ｃの開口部２１を通ることで、燃料調整膜２０ｃの起電層１０側における燃料濃度が均一化されるから、燃料電池Ａの発電効率を向上させることができる。その結果、所望の電力を得るのに必要な起電部１１の個数、及び燃料の量を減らすことができるから、燃料電池Ａの小型化が可能となる。

次に、図４を参照しながら本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、ここでは前記実施の形態と同様の構成、作用については、その説明を省略することにする。

図４は本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池Ａを示す断面図である。

図４に示すように、本実施の形態に係る燃料電池Ａは、第１の実施の形態における不透膜の燃料調整膜２０ｃの代わりに、多孔質部材からなる燃料調整膜５０を備えている。この燃料調整膜５０は、保液シート２０ａ内に起電層１０と略平行に設けられており、補給部２０ｂから離れるにつれて多孔率が上昇するように形成されている。

このような構成にしても、補給部２０ｂから離れるにつれて、保液シート２０ａに補給された燃料が起電層１０側に移動し易くなるから、燃料調整膜５０の起電層１０側における燃料濃度を均一化することができる。その結果、各燃料極１０ｂに供給される燃料濃度が均一化されるから、燃料電池Ａの発電効率を向上させることができる。

次に、図５を参照しながら本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、ここでは前記実施の形態と同様の構成、作用については、その説明を省略することにする。

図５は本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池Ａを示す断面図である。

図５に示すように、本実施の形態に係る燃料電池Ａでも、第２の実施の形態と同様に、多孔質部材からなる燃料調整膜６０を備えている。ただし、本実施の形態に係る燃料調整膜６０は、全体に亘って多孔率が均一であり、かつ補給部２０ｂから離れるにつれて薄くなるように形成されている。

このような構成にしても、補給部２０ｂから離れるにつれて、保液シート２０ａに補給された燃料が起電層１０側に移動し易くなるから、燃料調整膜６０の起電層１０側の燃料濃度を均一化することができる。その結果、各燃料極１０ｂに供給される燃料濃度が均一化されるから、燃料電池Ａの発電効率を向上させることができる。

次に、図６を参照しながら本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、ここでは前記実施の形態と同様の構成、作用については、その説明を省略することにする。

図６は本発明の第４の実施の形態に係る燃料電池Ａを示す断面図である。

図６に示すように、本実施の形態に係る燃料電池Ａは、第１〜第３の実施の形態における燃料調整膜２０ｃ、５０、６０の代わりに、多孔質部材からなる燃料拡散膜７０を備えている。この燃料拡散膜７０は、補給部２０ｂから離れるにつれて、多孔率が大きくなるように形成されている。

このような構成にしても、各燃料極１０ｂに供給される燃料濃度を均一化することができるから、燃料電池Ａの発電効率を向上させることができる。しかも、従来の燃料電池で使用されている燃料拡散膜を置き換えるだけでよいので、製造コストを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、第１〜第３の実施の形態における燃料調整膜２０ｃ、５０、６０の代わりに、前記燃料拡散膜７０を備えているが、燃料拡散膜７０と燃料調整膜２０ｃ、５０、６０のいずれかを併用してもよい。

次に、図７を参照しながら本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、ここでは前記実施の形態と同様の構成、作用については、その説明を省略することにする。

図７は本発明の第５の実施の形態に係る燃料電池Ａを示す断面図である。

図７に示すように、本実施の形態に係る燃料電池Ａは、第４の実施の形態と同様に、第１〜第３の実施の形態における燃料調整膜２０ｃ、５０、６０の代わりに、多孔質部材からなる燃料拡散膜８０を備えている。ただし、本実施の形態に係る燃料拡散膜８０は、全体に亘って多孔率が均一であり、かつ補給部２０ｂから離れるにつれて薄くなるように形成されている。

このような構成にしても、各燃料極１０ｂに供給される燃料濃度を均一化することができるから、燃料電池Ａの発電効率を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、第１〜第３の実施の形態における燃料調整膜２０ｃ、５０、６０、の代わりに、前記燃料拡散膜８０を備えているが、燃料拡散膜８０と燃料調整膜２０ｃ、５０、６０のいずれかを併用してもよい。

次に、図８と図９を参照しながら本発明の第６の実施の形態について説明する。なお、ここでは第１〜第５の実施の形態と同様の構成、作用については、その説明を省略することにする。

図８は本発明の第６の実施の形態に係る燃料電池Ａを搭載したノート型パソコンの断面図、図９は同実施の形態に係る燃料電池を示す断面図である。

図８と図９に示すように、本実施の形態に係る燃料電池Ａは、ノート型パソコンの筐体内に起電部１１の並設方向が水平面に対して傾斜した姿勢で搭載されることを想定している。すなわち、本実施の形態のように、燃料電池Ａを起電部１１の並設方向が水平面に対して傾斜した姿勢で配置すると、保液シート２０ａ内の燃料が重力により下側部に溜まり易くなる。これにより、保液シート２０ａの下側部では燃料濃度が高くなり、保液シート２０ａの上側部では燃料濃度が低くなるという現象が生じる。

そこで、本実施の形態に係る燃料電池Ａは、第１の実施の形態と同様に、燃料を透過させない、いわゆる不透膜からなる燃料調整膜９０を保液シート２０aの中に備えている。ただし、本実施の形態に係る燃料調整膜９０には、大きさの異なる複数の開口部９１が、保液シート２０ａの上側部に行くにつれて大きくなるような配置で形成されている。

これにより、保液シート２０ａの上側部に行くほど、保液シート２０ａ内の燃料が起電部１１側に移動し易くなるから、ノート型パソコンの表示画面Ｇの裏側等に燃料電池Ａを傾斜した姿勢で配置しても、燃料調整膜９０の起電部１１側における燃料濃度を均一化することができる。その結果、各燃料極１０ｂに供給される燃料濃度が均一化され、燃料電池Ａの発電効率を向上することができる。

なお、本実施の形態では、不透膜からなる燃料調整膜９０に大きさの異なる開口部９１を形成した例を述べているが、これに限定されるものではない。

すなわち、多孔質部材からなる燃料調整膜を用いて、その多孔率が保液シート２０ａの上側部に行くにつれて大きくなるようにしてもよいし、保液シート２０ａの上側部に行くにつれて薄くなるようにしてもよい。

また、燃料調整膜の代わりに保液シート２０aと起電層１０との間に多孔質部材からなる燃料拡散膜を用いて、その多孔率が保液シート２０ａの上側部に行くにつれて大きくなるようにしてもよいし、保液シート２０ａの上側部に行くにつれて薄くなるようにしてもよい。

次に、図１０と図１１を参照しながら本発明の第７の実施の形態について説明する。なお、ここでは第１〜第６の実施の形態と同様の構成、作用については、その説明を省略することにする。

図１０は本発明の第７の実施の形態に係る保液シート２０ａを示す断面図、図１１は同実施の形態に係る燃料調整膜４０の各領域における開口率を示す概略図である。

図１０に示すように、本実施の形態に係る補給部２０ｂは、保液シート２０ａの側端部ではなく、保液シート２０ａ側面の中途部に接続されている。これにより、補給部２０ｂからの燃料は、図１１に斜線で示す領域４２から保液シート２０ａに供給される。この領域４２を燃料供給領域とする。

燃料調整膜４０には、保液シート２０ａに補給された燃料を起電部１１側、すなわち燃料調整膜４０を挟んで補給部２０ｂの反対側に移動させるための複数の開口部４３が形成されている。

開口部４３の大きさは、燃料供給領域４２からの距離に応じて、燃料供給領域４２に近いほど開口率が低く、燃料供給領域４２から遠いほど開口率が高くなるように決められている。

なお、図１１の各数値は、その両側に引かれた２本線の間における開口率を示している。すなわち、燃料供給領域４２に最も近い領域では開口率が約１０％であり、燃料供給領域４２から最も遠い領域では開口率が約８０％である。

本実施の形態に係る燃料調整膜４０が使用されることで、保液シート２０ａの起電部１１側における燃料濃度が一定となり、起電部１１全体に対する均一な燃料供給が可能となった。

本発明は、前記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池を示す概略図。同実施の形態に係る保液シート内の燃料濃度分布を起電層側から示す斜視図。同実施の形態に係る燃料電池の電流電圧特性と従来に係る燃料電池の電流電圧特性とを示す特性グラフ。本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池を示す断面図。本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池を示す断面図。本発明の第４の実施の形態に係る燃料電池を示す断面図。本発明の第５の実施の形態に係る燃料電池を示す断面図。本発明の第６の実施の形態に係る燃料電池を搭載したノート型パソコンの断面図。同実施の形態に係る燃料電池を示す断面図。本発明の第７の実施の形態に係る保液シートを示す断面図。同実施の形態に係る燃料調整膜の各領域における開口率を示す概略図。従来の保液シート内の燃料濃度分布を起電層側から示す斜視図。従来の燃料電池を示す断面図。

符号の説明

１１…起電部、２０ａ…保液シート（第１のシート）、２０ｂ…補給部、２０ｃ…燃料調整膜、２０ｄ…燃料拡散膜、２１…開口部、３１…保湿シート（第２のシート）、５０…燃料調整膜、６０…燃料調整膜、７０…燃料拡散膜、８０…燃料拡散膜、９０…燃料調整膜、Ａ…燃料電池、Ｂ…燃料電池。

Claims

液体燃料である燃料と酸素を化学反応させて電力を発生させる複数の起電部を並設して有する起電層と、
前記起電層の一側面に配置され前記複数の起電部に燃料を供給するフェルト状の保液シートである第１のシートと、
前記起電層の他側面に配置され前記複数の起電部に酸素を供給する第２のシートと、
前記第１のシートの所定部位に設けられ、前記第１のシートに燃料を補給する補給部と、
前記第１のシート内に挿入するように設けられ、前記第１のシートから前記各起電部に供給される燃料の前記並設方向における濃度を均一化する燃料調整膜と、を具備し、
前記起電部の並設方向と、前記第１のシート、前記起電層、及び前記第２のシートの積層方向とが交差することを特徴とする燃料電池。
前記燃料調整膜は、前記並設方向において前記補給部から離れるにつれて大きくなるように形成された複数の開口部を有する不透膜であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
前記燃料調整膜は、前記並設方向において前記補給部から離れるにつれて薄くなるようにもしくは前記補給部から離れるにつれて多孔率が上昇するように形成された多孔質部材からなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
液体燃料である燃料と酸素を化学反応させて電力を発生させる複数の起電部を並設して有する起電層と、
前記起電層の一側面に配置され前記複数の起電部に燃料を供給するフェルト状の保液シートである第１のシートと、
前記起電層の他側面に配置され前記複数の起電部に酸素を供給する第２のシートと、
前記第１のシートの所定部位に設けられ、前記第１のシートに燃料を補給する補給部と、
前記複数の起電部と前記第１のシートとの間に設けられ、前記第１のシートからの燃料を透過させる燃料拡散膜と、
を具備し、
前記起電部の並設方向と、前記第１のシート、前記起電層、及び前記第２のシートの積層方向とが交差し、
前記燃料拡散膜は、前記並設方向において前記補給部から離れるにつれて薄くなるようにもしくは前記補給部から離れるにつれて多孔率が上昇するように形成された多孔質部材からなり、前記第１のシートから前記並設方向における前記各起電部に供給される燃料の濃度を均一化することを特徴とする燃料電池。
水平面に対して交差する方向に沿って並設され、液体燃料である燃料と酸素を化学反応させて電力を発生させる複数の起電部を有する起電層と、
前記起電層の一側面に配置され前記複数の起電部に燃料を供給するフェルト状の保液シートである第１のシートと、
前記起電層の他側面に配置され前記複数の起電部に酸素を供給する第２のシートと、
前記第１のシートの所定部位に設けられ、前記第１のシートに燃料を補給する補給部と、
前記第１のシート内に前記起電部の並設方向に沿って設けられ、前記第１のシートから前記各起電部に供給される燃料の前記並設方向における濃度を均一化する燃料調整膜と、
を具備し、
前記起電部の並設方向と、前記第１のシート、前記起電層、及び前記第２のシートの積層方向とが交差することを特徴とする燃料電池。
前記燃料調整膜は、前記起電部の重力方向の逆方向に行くにつれて大きくなるように配置された複数の開口部を有する不透膜であることを特徴とする請求項５記載の燃料電池。
前記燃料調整膜は、前記起電部の重力方向の逆方向に行くにつれて薄くなるようにもしくは重力方向の逆方向に行くにつれて多孔率が上昇するように形成された多孔質部材からなることを特徴とする請求項５記載の燃料電池。
水平面に対して交差する方向に沿って並設され、液体燃料である燃料と酸素を化学反応させて電力を発生させる複数の起電部を有する起電層と、
前記起電層の一側面に配置され前記複数の起電部に燃料を供給するフェルト状の保液シートである第１のシートと、
前記起電層の他側面に配置され前記複数の起電部に空気を供給する第２のシートと、
前記第１のシートの所定部位に設けられ、前記第１のシートに燃料を補給する補給部と、
前記複数の起電部と前記第１のシートとの間に前記起電部の並設方向に沿って設けられ、前記第１のシートからの燃料を透過させる燃料拡散膜と、
を具備し、
前記起電部の並設方向と、前記第１のシート、前記起電層、及び前記第２のシートの積層方向とが交差し、
前記燃料拡散膜は、前記起電部の重力方向の逆方向に行くにつれて薄くなるようにもしくは重力方向の逆方向に行くにつれて多孔率が上昇するように形成された多孔質部材からなり、前記第１のシートから前記各起電部に供給される燃料の前記並設方向における濃度を均一化することを特徴とする燃料電池。