KR20070108257A - 연료 전지 - Google Patents

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KR20070108257A
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Abstract

직접 메탄올형의 연료 전지(10)는, 메탄올 수용액을 기화시켜 연료극(23)에 메탄올 가스를 연료극(23)에 공급하는 액체 연료 기화막(43)과, 연료극(23) 사이에, 다수의 중공사막(中空絲膜)(52)으로 이루어지는 중공사막 다발(51)을 연재(延在)시킨 생성 가스 배출부(50)가 마련된 구성으로 한다. 중공사막(52)은, 메탄올과 연료극(23)에서 발생한 이산화탄소 등으로 이루어지는 혼합 가스로부터, 이산화탄소를 선택적으로 투과시켜, 중공부를 통해 연료 전지(10)의 측면에 개구한 중공사막(52)의 단부로부터 배출한다. 연료 전지(10)는, 이산화탄소의 고배출 능력을 갖고, 또한 메탄올 가스의 누설을 억제한다. 연료 저장부(42)의 메탄올 수용액에 배압을 인가하는 압력 인가부(45)를 더 마련함으로써 이산화탄소의 배출 능력을 더 향상한다.
직접 메탄올형 연료 전지, 생성 가스 배출부, 중공사막

Description

연료 전지{FUEL CELL}
본 발명은 연료 전지에 관한 것이며, 특히 소형이고 양자 전도성의 고체 전해질층을 구비하는 연료 전지에 관한 것이다.
휴대 전화기나, 휴대 정보 단말기, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 전자 기기는 다기능화에 따라 소비 전력의 증가도 현저하다. 그 때문에, 휴대용 전자 기기에 사용되는 전지의 고출력 밀도화나, 고에너지 밀도화가 요망되고 있다.
또한, 노트북 컴퓨터나 휴대 정보 단말기는, 현재 탑재되고 있는 전지로는 1회 충전당의 구동 시간이 짧고, 또한, 충전에 시간이 걸리기 때문에 유저의 불만이 크다. 현재, 휴대용 전자 기기에 탑재되고 있는 전지는, 리튬 이온 이차 전지이다. 앞으로, 휴대용 전자 기기에 요구되는 에너지 밀도는 현상황의 수배(數倍)가 됨이 예상되기 때문에, 리튬 이온 이차 전지를 대신하는 새로운 컨셉의 전원이 요망되고 있다.
연료 전지는, 연료와 공기 중의 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 연료로부터 전기 에너지를 취출하는 것이다. 연료 전지에서의 연료 자체의 이론적인 에너지 밀도는, 리튬 이온 전지에 비해 수배 높다. 연료에 비해 연료 전지의 발전부를 작게 하여, 효율 좋게 반응할 수 있다면, 2차 전지를 훨씬 뛰어넘는 에너지 밀도를 달성할 수 있는 가능성이 있다. 이와 같은 배경에서 리튬 이온 이차 전지를 대신하는 전원으로서 연료 전지에 주목이 모아지고 있다.
연료 전지는, 사용하는 전해질의 종류에 따라 알칼리형, 인산형, 용융 탄산염형, 고체 산화물형, 고체 고분자형으로 분류된다. 휴대용 전자 기기에 탑재하는 연료 전지로는, 소형화 및 경량화에 적합한 구조이고, 취급하기 쉽고, 기동이나 정지가 용이하고, 충격이나 진동에 강한 것이 요구된다. 고체 고분자형 연료 전지는 고분자막을 전해질로 하는 전고체형이다. 또한, 고체 고분자형 연료 전지는, 구조가 단순하고, 저온에서도 동작하고, 기동이나 정지 동작이 빠르다는 특징을 갖기 때문에, 휴대용 전자 기기의 연료 전지로서 적합하다. 특히 소형의 휴대용 전자 기기에는, 메탄올의 에너지 밀도의 높음과 저장의 용이성, 전지 구조의 간략성 등에서, 메탄올을 연료로 하는 직접 메탄올형 연료 전지(DMFC)가 채용되어 있다.
DMFC에서는, 양자 전도성을 갖는 고체 고분자 전해질막을 2개의 전극에 끼우고, 연료극측에 메탄올 수용액을 공급한다. 연료극에서 일어나는 전기 화학 반응은, 이하에 나타내는 바와 같이 메탄올이 물과 반응하여 직접 전극에서 산화되어, 이산화탄소와 양자, 전자가 생성하는 반응이다. CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-. 양자는 고분자 고체 전해질막 중을 투과하고 공기극의 촉매층에서 산소와 화합하여 물을 생성한다. 이 때 연료극, 공기극을 외부 회로에 접속함으로써, 발생한 전자에 의해 전력을 취출할 수 있다. 생성한 물은 공기극으로부터 계외로 배출된다.
메탄올 수용액을 직접 연료극에 공급하는, 소위 액체 공급형 DMFC에서는, 메탄올이 발전에 의해 소비되면 액체 연료 저장부의 메탄올 농도가 점차 저하한다. 메탄올 농도가 일정한 농도 이하가 되면 발전이 정지해버려, 메탄올 수용액에 함유되는 메탄올은 완전 소모되지 않는다.
이 문제를 해결하기 위해 메탄올 수용액을 기화시켜 연료극의 촉매층으로 메탄올을 기체 상태로 공급하는, 소위 기화 공급형 DMFC가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 기화 공급형 DMFC에서는 액체 연료 저장부의 메탄올 농도가 저하해도, 메탄올의 증발이 지속하기 때문에, 액체 연료 중의 메탄올을 완전 소모한다는 이점이 있다. 즉 동일 체적의 메탄올 수용액을 사용했을 경우는, 기화 공급형 DMFC쪽이 액체 공급형 DMFC보다도 큰 전력량이 얻어진다.
그런데, 기화 공급형 DMFC에서는, 연료극에서의 반응에 의해 이산화탄소, 물 등이 일어난다. 발생한 이산화탄소에 의해 연료극측의 압력이 상승하여, 연료 공급부의 유로를 이산화탄소가 막아 연료가 역류함으로써, 연료가 공급되지 않고 반응이 정지하는 상황이 일어난다. 그 때문에, 이산화탄소는 연료 전지의 외부로 배출할 필요가 있다. 한편, 연료 성분인 메탄올은 연료 전지의 계내에 잡아두어 반응을 진행시킬 필요가 있다. 이와 같이 불필요 성분이 되는 이산화탄소만을 효율적으로 외부로 배출함이 필요해진다.
도 1A는 종래의 연료 전지의 평면도, 도 1B는 도 1A에 나타내는 연료 전지의 단면도이다. 도 1A 및 도 1B에 나타내는 바와 같이, 상기 특허 문헌 1의 연료 전지는, 연료 유지층(101)에 의해 메탄올 수용액이 기화하여, 생긴 메탄올 가스가 고 체 전해질층(102)에 접하는 연료극(103)에 공급된다. 연료극(103)의 촉매층에서는 상술한 반응이 진행하고, 반응에 의해 생긴 전자는 연료극(103)에 접하는 단자(104)로부터 취출된다. 단자(104)에는 가스 방출구(105)와, 액체와 가스를 분리하는 액체·가스 분리막(106)이 마련되어 있다. 액체·가스 분리에 의해 연료극(103)에서 생성된 이산화탄소 가스를 외부로 배출한다.
특허 문헌 1 : 일본 특개2002-289224호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특개2001-102069호 공보
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나, 특허 문헌 1에서는, 액체·가스 분리막(106)이 이산화탄소 가스를 투과함이 개시되어 있지만, 액체·가스 분리막(106)의 메탄올 가스 차단성에 대해서는 개시되어 있지 않다. 액체·가스 분리막(106)이 메탄올 가스를 차단하지 않을 경우는 메탄올 가스가 외부로 누설해버려, 공급한 메탄올량에 대한 발전 전력량이 감소한다는 문제가 생긴다. 또한 메탄올 가스는 가연성이므로 외부로 과도하게 누설하면, 인화나 폭발 등의 화재가 발생할 우려가 있다.
그래서, 본 발명은 상기의 과제를 해결한 신규 또한, 유용한 연료 전지를 제공하는 것을 개괄 과제로 한다.
본 발명의 보다 구체적인 목적은, 연료 가스의 누설의 억제와 이산화탄소의 고배출 능력을 양립하여, 에너지 밀도가 높고, 안정성이 높은 발전 동작이 가능한 연료 전지를 제공하는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명의 한 관점에 의하면, 산소 가스가 공급되는 공기극과, 연료 가스가 공급되는 연료극과, 상기 공기극과 연료극에 협지된 양자 전도성의 고체 전해질층으로 이루어지는 발전부와, 액체 연료를 저장하는 연료 저장부와, 상기 액체 연료를 기화하여, 당해 기화된 연료를 기체 연료로서 연료극에 공급하는 액체 연료 기화막과, 상기 연료극과 액체 연료 기화막 사이에, 상기 발전부의 발전 반응에 의해 연료극에서 생성되는 생성 가스를 배출하는 생성 가스 배출부를 구비하고, 상기 생성 가스 배출부는 중공사막(中空絲膜)을 갖고, 상기 중공사막은, 그 표면으로부터 선택적으로 취입한 생성 가스를 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 연료 전지가 제공된다.
본 발명에 의하면, 상기 연료극과 액체 연료 기화막 사이에 생성 가스 배출부가 마련되고, 생성 가스 배출부는, 연료극에서 발생한 생성 가스를 그 표면으로부터 선택적으로 취입하고, 연료 전지의 외부로 배출하는 중공사막을 갖는다. 중공사막은, 시트상의 가스 분리막보다도, 기체 연료나 생성 가스를 함유하는 혼합 가스에 직접 접촉하는 표면적을 크게 취할 수 있으므로, 생성 가스를 선택적으로 효율 좋게 연료 전지의 외부로 배출할 수 있다. 따라서, 연료 가스의 누설의 억제와 생성 가스의 고배출 능력을 양립하는 연료 전지를 실현할 수 있다.
나아가서는, 본 발명의 연료 전지는, 연료 가스의 누설이 억제되므로 발전에 기여하는 연료 가스의 비율이 증가하여, 에너지 밀도가 커진다. 또한, 생성 가스에 의한 연료 전지 내부의 압력 증가를 억제할 수 있어, 압력 증가에 의한 발전 정 지를 회피할 수 있으므로, 연료 전지는 안정성이 높은 발전 동작이 가능하다.
도 1A는 종래의 연료 전지의 평면도이다.
도 1B는 도 1A에 나타내는 연료 전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 연료 전지의 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 연료 전지의 분해 사시도이다.
도 4는 생성 가스 배출부를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 생성 가스 배출부의 주요부를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 6은 생성 가스 배출부의 다른 예를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 7A는 실시예의 방전 특성을 나타내는 도면이다.
도 7B는 비교예의 방전 특성을 나타내는 도면이다.
[부호의 설명]
10…연료 전지, 20…발전부, 21…공기극, 22…고체 전해질층, 23…연료극, 30…공기 공급부, 40…연료 공급부, 43…액체 연료 기화막, 45…압력 인가부, 46, 49…연료극 가스 확산층, 50, 60…생성 가스 배출부, 51, 61…중공사막 다발, 52…중공사막, 52a…중공부, 52b…분리층, 52c…다공질층, 53, 63…고착재
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 도면에 의거하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 연료 전지의 단면도이다. 도 3은, 도 2에 나타내는 연료 전지의 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 연료 전지(10)는, 발전부(20)와, 산소 가스를 공기극(21)에 공급하는 공기 공급부(30)와, 액체 연료를 기화하여 메탄올 가스 등의 연료 가스를 연료극(23)에 공급하는 연료 공급부(40) 등으로 구성된다.
발전부(20)는, 공기극(21)과, 고체 전해질층(22)과, 연료극(23)이 이 순서로 적층되어 구성된다. 공기극(21)은, 박막이기 때문에 도시를 생략했지만, 예를 들면, 다공질체의 카본 페이퍼와, 촉매층으로 구성된다. 촉매층은, 예를 들면, Pt(백금)의 미립자나 Pt을 표면에 담지한 카본 분말로 이루어지고, 고체 전해질층(22)에 접하도록 배치된다.
고체 전해질층(22)은, 양자 전도성의 고분자 고체 전해질로 이루어진다. 고분자 고체 전해질로서는, 예를 들면 술폰기나 인산기 등의 강산기나, 카르복시기 등의 약산기를 갖는 수지를 들 수 있다. 고체 전해질층(22)은, 예를 들면, 나피온(등록 상표) NF117(듀퐁사 상품명), 아시플렉스(아사히카세이사 상품명)를 사용할 수 있다.
연료극(23)은, 박막이기 때문에 도시를 생략했지만, 예를 들면, 다공질체의 카본 페이퍼와, 촉매층으로 구성된다. 촉매층은, 예를 들면, Pt(백금)-Ru(루테늄) 합금의 미립자나, Pt-Ru 합금을 표면에 담지한 카본 분말로 이루어지고, 고체 전해질층(22)에 접하도록 배치된다.
발전부(20)에서는, 연료극(23)에 연료 가스가 공급된다. 연료 가스의 기본이 되는 액체 연료로서는, 메탄올, 디메틸에테르(DME), 에탄올 등, 혹은 이들의 수 용액을 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는 메탄올과 물의 혼합 용액 혹은, 100% 농도의 메탄올(이하「메탄올 수용액」이라 약칭한다)을 예로 설명한다. 연료극(23)의 촉매층에서는, 하기의 반응식 1의 반응이 진행하여, 메탄올 가스와 수증기가 소비되어, 이산화탄소 가스, 양자(H+), 및 전자, 부생성물로서 디메톡시메탄, 포름산메틸 등이 생성된다. 디메톡시메탄이나 포름산메틸은 촉매층에서 반응식 1과는 다른 산화 반응이 진행하여, 양자, 및 전자가 생성된다.
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e- … (반응식 1)
양자는 고체 전해질층(22)을 전도하여 공기극(21)에 도달한다. 전자는, 연료극 가스 확산층(49) 및 연료극 집전체(48)를 거쳐, 연료 전지에 외부 회로(도시않음)로서 접속된 부하에 대하여 일을 행한다. 또한 전자는, 공기극 집전체(33) 및 공기극 가스 확산층(34)을 거쳐 공기극(21)에 도달한다. 공기극(21)의 촉매층에서는, 하기의 반응식 2의 환원 반응이 진행하여, 양자, 전자, 및 산소 가스가 소비되어 수증기가 생성된다.
3/2O2+6H++6e-→3H2O … (반응식 2)
수증기는, 공기극 가스 확산층(32, 34) 및 산소 공급구(31a)를 통해 외부로 배출된다. 또한, 연료극(23)에서 발생한 이산화탄소 가스는 후술하는 생성 가스 배출부(50)에 의해 외부로 배출된다. 이와 같이 하여 연료 전지(10)는, 메탄올을 연료로서 발전을 행한다.
공기 공급부(30)는, 공기극측 케이스(31)와, 공기극측 케이스(31)의 산소 공급구(31a)로부터 도입한 산소를 확산시켜, 공기극(21)에 산소를 도입하는 공기극 가스 확산층(32, 34)과, 공기극 집전체(33)로 구성된다.
공기극측 케이스(31)는, 금속 재료나 수지 재료로 구성된다. 수지 재료로서는 특별히 한정되지 않지만, 메탄올 등의 알코올 내성의 점에서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀류, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시에틸렌(PFA) 등의 불소 수지, 폴리염화비닐, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리에테르에테르케톤, 아크릴 등의 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 공기극측 케이스(31)에는, 두께 방향으로 관통하는 산소 공급구(31a)가 다수 마련되어 있다. 산소 공급구(31a)는, 공기극 가스 확산층(32)의 전체에 균일하게 산소가 도입되도록 마련되는 것이 바람직하다.
공기극 가스 확산층(32)은 다공질 재료로 구성된다. 다공질 재료는, 다공질상이면, 그 재료는 특별히 제한되지 않지만, 적합한 다공질 재료로서는, 예를 들면, 세라믹스 다공질체, 카본 페이퍼, 카본 섬유 부직포, 불소 수지 다공질체, 폴리프로필렌 다공질체 등을 들 수 있다.
공기극 집전체(33)는, 도전성을 갖고, 메시 혹은 다공질상의 구조를 갖는다. 공기극 집전체(33)는, 공기 혹은 산소 가스를 공기극 가스 확산층(32)측으로부터 공기극 가스 확산층(34)측으로 투과한다.
공기극 집전체(33)는, 예를 들면, Ni, SUS304, SUS316 등의 내식성이 높은 금속 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 공기극 집전체(33)의 구조로서는, 예를 들면, 금속 메시, 익스팬드 메탈(expand-metal), 금속 부직포, 삼차원 그물눈 구조의 발포 금속 등을 들 수 있다. 또한, 공기극 집전체(33)는, 그 표면에, 고도전성이고, 또한 고내식성의 금속막, 예를 들면, Au막이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 금속막을 마련함으로써, 공기극 집전체(33)의 내식성의 향상 및 공기극 가스 확산층(34)과의 접촉 저항의 저감화를 도모할 수 있다.
공기극 가스 확산층(34)은 도전성의 다공질 재료로 구성된다. 도전성의 다공질 재료로서는, 카본 페이퍼, 카본 섬유 부직포를 들 수 있다.
공기 공급부(30)에서는, 공기극측 케이스(31)의 산소 공급구(31a)로부터 공기 중의 산소 가스가 도입되고, 산소 가스는 공기극 가스 확산층(32, 34)의 개구부 혹은 세공을 통해 확산하여, 공기극(21)의 표면에 균일하게 도입된다. 또, 공기극 가스 확산층(32) 및/또는 공기극 가스 확산층(34)은, 이들을 마련하지 않고도, 공기극(21)의 표면에 충분히 산소를 확산한 상태로 공급할 수 있는 경우는, 마련하지 않아도 좋다.
또, 밀봉재(56a∼56e)는 기밀성이 뛰어난 수지, 예를 들면 에폭시 수지, 올레핀 수지, PTFE, PFA 등의 불소 수지로 이루어지고, 연료 전지(10) 내부의 메탄올이나 이산화탄소 등의 기체나, 메탄올 수용액이나 물 등의 액체가 연료 전지(10) 외부로 누설하는 것을 방지한다.
연료 공급부(40)는, 연료극측 케이스(41)와, 메탄올 수용액이 충전되는 연료 저장부(42)와, 메탄올 수용액 중의 메탄올을 기화시켜 메탄올 가스로 변환하는 액 체 연료 기화막(43)과, 메탄올 가스를 확산시켜 연료극(23)에 도입하는 연료극 가스 확산층(46, 49)과, 연료극 집전체(48)와, 액체 연료 기화막(43)과 연료극 가스 확산층(46) 사이에 마련된 이산화탄소를 배출하는 생성 가스 배출부(50) 등으로 구성된다.
연료극측 케이스(41)는 금속 재료나 수지 재료로 구성된다. 수지 재료로서는 특별히 한정되지 않지만, 메탄올 등의 알코올 내성의 점에서, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀류, PTFE나 PFA 등의 불소 수지, 폴리염화비닐, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리에테르에테르케톤, 아크릴 등의 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
연료 저장부(42)는, 연료극측 케이스(41)(혹은 다공질 재료막(58)), 그와 대향하는 액체 연료 기화막(43), 및 밀봉재(56e)로 둘러싸인 공극부이다. 연료 저장부(42)는, 연료 공급구(44)로부터 충전되는 메탄올 수용액을 저장한다. 연료 저장부(42)에 충전된 메탄올 수용액은 액체 연료 기화막(43)의 표면에 직접 접촉한다. 또, 액체 연료 기화막(43) 중의 메탄올 수용액의 확산이 양호한 경우는, 액체 연료 기화막(43)의 일부에 접촉하도록 연료 저장부(42)를 마련해도 좋다. 또, 연료 저장부(42)와 연료 공급구(44) 사이에 알코올 내성을 갖는 다공질 재료막(58)을 마련해도 좋다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 연료 저장부(42)의 메탄올 수용액에 배압을 인가하는 압력 인가부(45)를 마련하고, 그를 연료 공급구(44)에 접속해도 좋다. 압 력 인가부(45)는, 질소 가스 등의 기체를 공급하여 연료 저장부(42), 즉 메탄올 수용액에 배압을 인가한다. 이와 같이 배압을 인가함으로써, 다음에 설명하는 액체 연료 기화막(43)에서의 메탄올의 기화 속도가 높아진다. 특히, 액체 연료 기화막(43)이 비다공질상인 경우는 메탄올의 기화 속도가 저하하는 경향이 있지만, 이 압력 인가에 의해, 오히려 기화 속도를 높일 수 있다. 또한, 이 압력 인가에 의해 연료극(23)에서 생성된 이산화탄소가 액체 연료 기화막(43)을 투과하여 연료 저장부(42)로 유입하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 후술하는 중공사막(52)으로부터의 이산화탄소의 배출량이 증가한다. 배압의 크기는, 액체 연료 기화막(43)의 재료 및 생성 가스 배출부(50)의 이산화탄소의 배출 능력 등에 의해 적절히 선택되지만, 0.01MPa∼1MPa의 범위로 설정됨이 바람직하다.
또, 도시를 생략하지만, 메탄올 수용액을 저장하는 연료 카트리지를 마련하고, 연료 카트리지를 연료 공급구(44)에 접속하여, 연료 카트리지로부터 메탄올 수용액을 연속적으로 혹은 잠시, 연료 저장부(42)에 공급해도 좋다. 연료 카트리지에 압력 인가부를 더 마련하여, 연료 카트리지 중의 메탄올 용액에 상술한 기체를 거쳐 배압을 인가함으로써 연료 저장부(42)의 메탄올 용액에 배압이 인가되도록 해도 좋다. 또한, 압력 인가부를 별도로 마련하여 직접 연료 저장부(42)의 메탄올 용액에 배압을 인가해도 좋다.
액체 연료 기화막(43)은, 메탄올 등의 알코올 내성을 갖는 고분자 등으로 이루어지는 다공질 재료 혹은 비다공질 재료로 이루어진다. 액체 연료 기화막(43)으로 적합한 다공질 재료로서는 불소 수지제의 다공질 재료를 들 수 있다.
액체 연료 기화막(43)은, 메탄올이 충분히 기화되는 점에서 비다공질 재료가 바람직하다. 비다공질 재료의 경우는, 메탄올 수용액이 기상으로 되어 그 재료 중을 투과하기 때문이다.
액체 연료 기화막(43)으로 적합한 비다공질 재료로서는, 퍼플루오로술폰산계의 수지를 주재료로 하는 수지를 들 수 있다. 퍼플루오로술폰산계의 수지는, 예를 들면, 불소 수지의 주쇄와, 술폰산기를 갖는 측쇄를 갖는 수지이다. 이러한 재료의 수지막으로서는, 예를 들면, 듀퐁사제의 나피온(등록 상표), 아사히카세이사제의 아시플렉스 등을 들 수 있다.
또한, 액체 연료 기화막(43)으로 적합한 비다공질 재료로서는, 카르복시기를 갖는 퍼플루오로카르복시계의 수지를 주재료로 하는 수지를 들 수 있다. 카르복시기를 갖는 퍼플루오로카르복시계의 수지는, 예를 들면, 불소 수지의 주쇄와, 카르복시기를 갖는 측쇄를 갖는 수지이다. 이러한 재료의 수지막으로서는, 예를 들면, 아사히가라스사제의 제품명 플레미온 등을 들 수 있다.
또한, 액체 연료 기화막(43)으로 적합한 비다공질 재료로서는, 폴리술폰, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤 및 폴리아미드 중 1종을 주재료로 하는 수지를 들 수 있다. 또한, 액체 연료 기화막(43)으로 더 적합한 비다공질 재료로서는, 실리콘 고무 등의 실리콘을 함유하는 고분자 재료를 들 수 있다.
연료 가스 확산층(46)은, 메탄올 등의 알코올 내성을 갖는 다공질 재료로 구성된다. 연료 가스 확산층(46)에 적합한 다공질 재료로서는, 세라믹스, 카본 페이퍼, 카본 섬유 부직포, 불소 수지, 폴리프로필렌 등의 다공질 재료를 들 수 있다. 또한, 연료 가스 확산층(46)의 공공율(空孔率)은, 30%∼95%의 범위로 설정됨이 바람직하고, 40%∼90%의 범위로 설정됨이 보다 바람직하다. 공공율이 95%를 초과하면 연료 가스 확산층(46)의 기계적 강도가 저하한다.
또한, 연료 가스 확산층(46)의 두께는, 특별히 제한은 없지만, 1mm 이하임이 바람직하다. 연료 가스 확산층(46)이 1mm보다도 두꺼우면 연료 전지 전체의 두께가 과도하게 커진다. 또, 상술한 바와 같이, 연료 가스 확산층(46)을 마련하는 편이 바람직하지만, 연료 가스의 확산이 충분한 경우는 필수는 아니다.
연료극 집전체(48)는, 공기극 집전체(33)와 동일한 재료로 구성되고, 그 표면에, 고도전성이고, 또한 고내식성의 금속막, 예를 들면, Au막을 형성하는 것이 바람직하다.
연료 가스 확산층(49)은, 메탄올 등의 알코올 내성을 갖는 도전성의 다공질 재료로 구성된다. 도전성의 다공질 재료로서는, 카본 페이퍼, 카본 섬유 부직포를 들 수 있다.
연료 공급부(40)에는, 액체 연료 기화막(43)과 연료 가스 확산층(46) 사이에 생성 가스 배출부(50)가 마련된다. 도 2 및 도 3에, 또한 도 4 및 도 5를 참조하면서 생성 가스 배출부(50)를 설명한다.
도 4는, 생성 가스 배출부를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 5는, 생성 가스 배출부의 주요부를 확대하여 나타내는 단면도이다.
생성 가스 배출부(50)는, 가스 선택성을 갖는 복수의 중공사막(52)의 다발(51)(이하, 「복수의 중공사막(52)의 다발」을「중공사막 다발(51)」이라 칭한 다)과, 중공사막(52)의 양단부(52-1)를 서로 고착하는 고착재(53)로 구성된다. 중공사막 다발(51)은, 액체 연료 기화막(43)과 연료 가스 확산층(46) 사이에 배치되어 있어, 고농도의 메탄올 가스, 이산화탄소, 수증기, 및 연료극(23)에서의 반응의 부생성물을 함유하는 혼합 가스에 노출되어 있다.
또한, 각각의 중공사막(52) 양측의 단부(52-1)는 고착재(53)를 거쳐 연료 전지(10) 외부로 노출하고 있다. 2개의 고착재(53)는 각각, 연료 전지(10)의 측면, 즉, 도 2에 나타내는 바와 같이, 연료 전지를 구성하는 각 부재의 적층 방향을 X축 방향으로 했을 경우, Y축 방향에 수직인 연료 전지(10)의 외면에 마련된다. 고착재(53)는 중공사막(52)을 서로 고착하고, 인접하는 중공사막(52)과 중공사막(52) 사이에서 혼합 가스가 외부로 새지 않도록 밀봉하고 있다. 또한, 중공사막(52)은, 중공부(52a)가 고착재(53)에 의해 찌그러지지 않도록 서로 고착되어 있다. 중공사막(52)은, 중공부(52a)가 연료 전지(10) 외부로 개구하고 있다. 고착재(53)는, 예를 들면 열가소성 수지(예를 들면 폴리올레핀)나, 열경화성 수지(예를 들면 에폭시 수지)로 이루어진다.
중공사막(52)은, 가스 선택 투과성이 높은 분리층을 갖고, 그 심(芯)이 중공으로 되어 있는 실이다. 그 일례로서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 중공사막(52)은 그 심에 중공부(52a)와, 외표면에 가스 선택 투과성이 높은 분리층(52b)과, 그 내측에 가스 투과성이 양호한 다공질층(52c)으로 구성된다. 즉, 중공사막(52)은, 외측과 내측이 다른 재료로 이루어지는, 소위 비대칭막이다.
분리층(52b)은 비다공질상의 유리상 폴리머로 이루어진다. 분리층(52b)에 적합한 유리상 폴리머로서는, 폴리술폰, 폴리이미드, 폴리아미드 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 이들 유리상 폴리머는, 특히 알코올 내성이 양호하고, 또한 기계적 강도가 높고, 열특성이 양호하다. 유리상 폴리머의 연화점이 150℃∼420℃의 범위인 것이, 알코올 내성이 양호하며, 또한 가스 선택 투과성이 양호하다는 점에서 바람직하다.
분리층(52b)은 비다공질상이므로, 가스 분자의 크기에 따라 가스 선택 투과성을 갖는다. 혼합 가스에 함유되는 기체 분자의 크기는, 수증기<이산화탄소<메탄올, 포름산메틸, 디메톡시메탄의 관계를 갖는다. 분리층(52b)은, 분자의 크기가 작은 가스를 보다 많이 투과시킨다. 즉, 이산화탄소는 메탄올보다도 분자가 작으므로, 메탄올을 거의 투과시키지 않고, 이산화탄소를 선택적으로 투과시킨다. 또, 수증기는 이산화탄소보다도 분자의 크기가 작기 때문에, 분리층(52b)은 수증기를 투과한다. 분리층(52b)은 수증기의 분압이 높을 경우, 즉 수증기가 과잉이 됐을 경우에, 수증기를 보다 많이 투과하므로, 연료극 가스 확산층(46, 49)에서 물의 응축을 막는다는 점에서 바람직하다.
다공질층(52c)은 다공질상의 폴리머로 이루어진다. 다공질층(52c)은 다공질상이므로, 가스 투과 속도가 크다. 다공질층(52c)은, 공공율이 큰 편이 가스 투과 속도가 크다는 점에서 바람직하지만, 과도하게 공공율이 높으면 중공사막의 지지 기능이 저하한다. 다공질층(52c)은, 분리층(52b)과 동일한 재료, 다른 재료로 구성되어도 좋다.
중공사막(52)의 분리층(52b)의 두께는, 10nm∼200nm(더욱 바람직하게는 20nm ∼100nm)가 바람직하다. 분리층(52b)의 두께가 10nm를 밑돌면 제조하기 어려움과 동시에, 가스 선택 투과성이 저하하고, 200nm를 초과하면 가스 투과 속도가 저하한다.
중공사막(52)의 다공질층(52c)의 두께는, 20㎛∼200㎛(더욱 바람직하게는 30㎛∼100㎛)가 바람직하다. 다공질층(52c)의 두께가 20㎛를 밑돌면 중공사막의 기계적 강도가 저하하고, 200㎛ 이상이 되면 다공질층(52c)의 투과 저항이 증가하여, 투과 속도가 저하한다.
중공사막(52)의 외경은 작을수록 바람직하지만, 200㎛ 이상임이 바람직하다. 외경이 200㎛ 미만에서는 제조하기 어렵기 때문이다. 단, 외경이 200㎛ 미만의 중공사막(52)이 용이하게 제조 가능한 경우는 한정되지 않는다. 또한, 중공사막(52)의 외경은 1000㎛ 이하임이 바람직하다. 외경이 1000㎛를 초과하면 표면적 증가의 효과가 적다.
중공사막(52)의 내경(즉 중공부의 직경)은, 30㎛∼500㎛가 바람직하다. 내경이 500㎛를 초과하면 외경도 증가하기 때문에, 중공사막(52)으로 한 효과(표면적 증가)가 저하한다. 또한, 내경이 30㎛ 미만에서는, 제조하기 어렵기 때문이다.
중공사막 다발(51)은, 도 4에서는 8개의 중공사막(52)이 나타나 있지만, 8개로 한정하지 않고, 중공사막(52)의 개수는 연료극에서의 이산화탄소의 발생량에 따라 적절히 선택된다. 또한, 도 4에서는 중공사막(52)이 종방향으로 1열로 배치되어 있지만, 2열 이상으로 해도 좋다. 중공사막 다발(51)의 중공사막(52)의 수밀도(數密度), 즉, 중공사막 다발(51)의 길이 방향에 수직인 단면에서의 단위 면적당 의 중공사막(52)의 개수는, 100개/cm2∼2500개/cm2임이 바람직하다.
중공사막 다발(51)은, 중공사막(52)이 거의 평행으로 집속되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 중공사막 다발(51)이 차지하는 단위 체적당에 보다 많은 중공사막(52)을 배치할 수 있어, 이산화탄소의 고배출 능력과 생성 가스 배출부(50)의 소형화를 양립할 수 있다.
또한, 중공사막 다발(51)은, 인접하는 중공사막(52)과 중공사막(52) 사이는 공극을 갖음이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 메탄올 가스나 이산화탄소의 확산이 원활해진다.
또한, 중공사막(52)은, 중공사막 다발(51)의 축 방향에 대하여 저각도이고 서로 교차 배열된, 소위 능직(綾織)의 상태로 집속되어도 좋다. 또한 중공사막(52)은, 그 단부 부근만을 능직의 상태로 하고, 그 중앙부는 거의 평행으로 집속되어도 좋다. 또한, 중공사막(52)은 종사(縱絲)와 횡사(橫絲)로 이루어지는 평직(平織)의 상태로 집속되어도 좋다. 평직의 상태인 경우는, 도시를 생략하지만, 종사에 상당하는 중공사막(52)의 단부를 고정하는 고착재(53)를 도 2에 나타내는 연료 전지(10)의 상면 및 하면에 배치하는 구성으로 해도 좋다.
또, 중공사막(52)으로서, UBE N2 세퍼레이터(우베코산사제 질소 분리막 장치)의 폴리이미드로 이루어지는 중공사막이나, SEPAREL(등록 상표, 다이니뽄 잉끼가가꾸고오교오사제 이산화탄소 분리막 장치)의 중공사막을 사용할 수 있다. 또한, 중공사막(52)은, 예를 들면, 일본 특개2002-172311호 공보에 개시된 방법에 의 해 제조할 수 있다. 그 방법은, 상기 폴리머를 적어도 1종류 함유하는 2종류 이상의 폴리머의 혼합물을 용매에 용해한 폴리머 혼합물 용액을, 소위 건습식법에 의해 형성하는 것이다. 구체적으로는, 폴리머 혼합물 용액을 노즐로부터 압출하여 중공사상 형성물을 형성하고, 공기 또는 질소 분위기를 통과시킨 후에 응고욕에 침지하여, 응고욕 중에서 상기 2종류 이상의 폴리머를 상분리시킨다. 그 후 건조하여 용매를 제거하여, 중공사막을 형성한다.
이상 설명한 바와 같이, 생성 가스 배출부(50)는, 액체 연료 기화막(43)과 연료 가스 확산층(46) 사이에 중공사막 다발(51)이 배치되어, 물과, 메탄올과, 생성 가스인 이산화탄소가 혼합된 혼합 가스에 노출되어 있다. 혼합 가스 중, 이산화탄소가, 선택적으로 중공사막(52)의 분리층(52b)을 투과하여 중공부(52a)에 도달하고, 중공사막 양측의 단부(52-1)로부터 연료 전지(10) 외부로 배출된다.
본 실시 형태에 의하면, 생성 가스 배출부(50)는, 액체 연료 기화막(43)과 연료 가스 확산층(46) 사이에 중공사막(52)으로 이루어지는 중공사막 다발(51)을 마련하고 있다. 따라서, 중공사막(52)은, 시트상의 가스 분리막보다도 메탄올이나 이산화탄소 등을 함유하는 혼합 가스에 직접 접촉하는 표면적을 크게 취할 수 있으므로, 생성 가스 배출부(50)는, 이산화탄소를 효율 좋게 연료 전지(10) 외부로 배출할 수 있다. 즉, 중공사막(52)은 이산화탄소의 배출 능력이 높다.
또한, 종래의 생성 가스 배출부는, 도 1A 및 도 1B에 나타낸 바와 같이 연료극의 일부 영역에 가스 분리막이 마련되어 있다. 본 실시 형태에서는, 생성 가스 배출부(50)는, 액체 연료 기화막(43)과 연료 가스 확산층(46) 사이에, 연료극(23) 과 거의 동일한 정도의 면적의 중공사막 다발(51)을 배치할 수 있다. 따라서, 생성 가스 배출부(50)는 이 점에서도 혼합 가스에 직접 접촉하는 표면적을 크게 취할 수 있으므로, 이산화탄소의 배출 능력이 높다.
생성 가스 배출부(50)는, 중공사막(52)의 표면으로부터 취입한 이산화탄소를, 중공사막(52)의 단부(52-1)로부터 외부로 배출하므로, 중공사막(52)의 표면적에 대하여 고착재(53)의 면적을 대폭 저감할 수 있다. 따라서, 고착재(53)를 소형화할 수 있으므로, 연료 전지(10)는, 소형화, 특히 박판화가 가능해진다.
또한, 중공사막(52)은 가스 선택 투과성이 뛰어나므로, 메탄올이 연료 전지(10) 외부로 누설함을 대폭 억제할 수 있다. 따라서, 연료 전지(10)는, 안전성이 높고, 또한, 발전에 기여하는 메탄올이 증가하므로, 에너지 밀도를 증가할 수 있다.
또한, 이산화탄소의 발생에 의한 연료 전지 내부의 압력 증가를 억제할 수 있어, 압력 증가에 의한 발전 정지를 회피할 수 있으므로, 연료 전지(10)는 발전 안정성이 높다.
또, 생성 가스 배출부(50)는, 액체 연료 기화막(43)과 연료 가스 확산층(46) 사이에 한정되지 않고, 액체 연료 기화막(43)과 연료극(23) 사이에 마련하면 좋다. 단, 중공사막(52)의 찌그러짐이나 꺾임에 의해 중공부(52a)가 막히지 않도록 할 필요가 있다.
또한, 중공사막(52)은, 도 5에 나타내는 바와 같이 분리층(52b)과 다공질층(52c)이 명확히 분리되어 있는 편이 바람직하지만, 분리층(52b)과 다공질층(52c) 의 경계가 명확히 되어 있지 않아도 좋다.
또한, 중공사막(52)은, 분리층(52b)은 외측에 배치되어 있는 것이 알코올 내성의 점에서 바람직하지만, 분리층(52b)은 내측에, 다공질층(52c)이 외측에 있어도 좋고, 분리층(52b)은 다공질층(52c)에 끼워진 구조이어도 좋다. 이 경우, 외측에 배치되는 다공질층은 알코올 내성이 뛰어난 재료로 이루어지는 편이 바람직하다.
또, 중공사막(52)은 상술한 비대칭막으로 한정되지 않고, 이산화탄소와 메탄올의 가스 선택 투과성을 갖는 가스 분리막이어도 좋다. 이와 같은 중공사막(52)으로서는, 예를 들면, 폴리올레핀으로 이루어지는 용융 방사를 들 수 있다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 생성 가스 배출부(50)의 중공사막 다발(51)은 그 길이 방향을 X축 방향과 평행으로 하여 설명했지만, 중공사막 다발(51)의 길이 방향을 Z축 방향과 평행으로 해도 좋다. 즉, 도 4에 나타내는 고착재(53)를 도 2에 나타내는 연료 전지의 Z축 방향에 수직인 측면에 마련한다. 또, 도 5에 나타내는 생성 가스 배출부 대신에 도6에 나타내는 생성 가스 배출부를 마련해도 좋다.
도 6은, 생성 가스 배출부의 다른 예를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도면 중, 앞서 설명한 부분에 대응하는 부분에는 동일한 참조 부호를 붙여, 설명을 생략한다.
도 6을 참조하면, 생성 가스 배출부(60)는, U자상으로 만곡(彎曲)시킨 다수의 중공사막(52)으로 이루어지는 중공사막 다발(61)과, 중공사막(52)의 양쪽의 단부(52-1)를 고착시키는 1개의 고착재(63)로 구성된다. 또한, 고착재(63)와 대향하는 반대측의 연료 전지의 측면에는, 고착재(63)와 동일한 크기의 밀봉재(64)가 마 련되어 있다.
중공사막(52)은, 고착재(63)로부터 밀봉재(64)의 방향으로 액체 연료 기화막(43)의 표면을 따라 연재(延在)하고, 밀봉재(64) 부근에서 굴곡되어 다시 고착재(63)로 돌아오도록 연재한다. 이와 같이, 중공사막(52)의 양쪽의 단부(52-1)가, 연료 전지의 1개의 측면(도 2에 나타내는 Y축 방향 혹은 Z축 방향에 수직인 외면)에 노출된다. 이와 같이 함으로써, 생성 가스 배출부(60)의 구조를 간편히 할 수 있고, 또한 연료 전지(10)의 구조를 간편히 할 수 있다. 또, 고착재(63)는, 도 4에 나타내는 고착재(53)와 동일한 재료로 이루어진다. 또한, 밀봉재(64)는, 도 3에 나타내는 밀봉재(56)와 동일한 재료로 이루어진다.
도 2 및 도 3에 나타내는 연료 전지의 구성과 동일한 구성의 연료 전지를 형성했다. 또한, 생성 가스 배출부의 구체적인 구성은, 도 4에 나타내는 생성 가스 배출부와 마찬가지로 했다. 또, 이하의 설명에서는 도 2∼도 4를 참조하면서 설명한다.
발전부(20)의 크기를 길이40mm×폭40mm으로 형성했다. 실시예에 따른 연료 전지에 하기의 재료를 사용했다.
[발전부]
연료극(23)의 촉매층으로 Pt-Ru 합금 담지 촉매 TEC61E54, 공기극(21)의 촉매층으로 백금 담지 촉매 TEC10E50E(모두 다나카기킨조쿠사제)를 사용했다. 고체 전해질층(22)으로 고체 전해질 나피온(등록 상표) NF117(듀퐁사제 상품명)을 사용 했다.
[공기 공급부]
공기극 가스 확산층(32, 34)으로 카본 페이퍼(두께 280㎛, 토레사제), 공기극 집전체로 메시상의 SUS304를 사용했다.
[연료 공급부]
액체 연료 기화막(43)으로 실리콘 고무(두께 50㎛, 신에츠가가꾸사제), 연료극 가스 확산층(46, 49)으로 카본 페이퍼(두께 280㎛, 토레사제), 연료극 집전체로 메시상의 SUS304를 사용했다.
[생성 가스 배출부]
중공사막 다발(51)로 상술한 UBE N2 세퍼레이터의 중공사막(외경 400㎛) 70개를 묶어서 사용하고, 액체 연료 기화막(43)과 연료극 가스 확산층(46) 사이에 마련했다. 고착재(53)로 에폭시 수지를 사용하고, 고착재의 면적을 0.03cm2로 했다. 또, 밀봉재(56a∼56e)로 기밀성이 뛰어난 에폭시 수지를 사용했다.
[비교예]
본 발명에 따르지 않는 비교예는, 생성 가스 배출부를 중공사막 다발 대신에 2매의 카본 페이퍼(두께 280㎛, 토레사제)를 연료극 가스 확산층을 덮도록 마련한 이외는 실시예와 동일한 구성으로 했다. 또, 연료량은 실시예와 동일량으로 했다.
그리고, 이하의 조건으로, 연속 방전 특성의 실험을 행했다.
(1) 액체 연료로서 100% 농도의 메탄올을 사용하여, 연료 저장부에 1cc를 공 급하고, 연료 수위를 확인한다.
(2) 이어서, 압력 인가부(45)로부터 질소 가스를 공급하여, 연료 저장부(42)의 메탄올에 0.1MPa의 배압을 가한다.
(3) 이어서, 연료 전지에 60mA/cm2의 정전류를 공급하여, 연료 전지의 방전을 행한다.
(4) 이어서, 연료 전지에서의 전압이 상승후, 0.1V까지 저하했을 때에 방전을 종료한다.
(5) 이어서, 상기 (1)에서의 연료 수위까지 액체 연료인 100% 농도의 메탄올을 보충한다.
(6) 이어서, 상기 (2)∼(5)를 1사이클로 하여, 이후, 2사이클을 반복하여, 총 3사이클의 연속 방전 특성의 실험을 행한다.
연속 방전 특성의 실험에서, 방전의 개시에서 종료까지의 시간(방전 시간)을 측정했다. 또한, 방전 중의 전압을 측정하고, 그 시간 평균을 구하여 평균 방전 전압으로 했다. 또, 각 사이클의 방전 종료시에 실시예 및 비교예의 연료 전지의 연료 저장부에는 메탄올이 남아있지 않음이 확인되었다.
도 7A는 실시예에 따른 연료 전지의 연속 방전 특성을 나타내는 도면이다. 도 7B는 비교예에 따른 연료 전지의 연속 방전 특성을 나타내는 도면이다.
도 7A 및 도 7B를 참조하면, 실시예는, 비교예에 대하여, 제1 사이클∼제3 사이클의 각 사이클의 방전 시간이 21% 길어져 있음을 알 수 있다. 이는, 비교예 의 연료 전지에서는 메탄올이 카본 페이퍼로부터 외부로 누설한 것에 대하여, 실시예의 연료 전지에서는, 중공사막 다발을 구비한 생성 가스 배출부가, 연료극에서 발생한 이산화탄소를 배출함과 동시에, 메탄올의 외부로의 누설이 억제되었기 때문에, 발전에 기여한 메탄올이 많아져 방전 시간이 길어진 것이다, 또한, 실시예의 연료 전지는, 메탄올을 반복 보충해도 안정하게 동작하여, 방전 특성을 유지할 수 있음을 알 수 있었다.
따라서, 실시예의 연료 전지는, 비교예의 연료 전지보다도 연료 전지의 외부로 이산화탄소를 배출하는, 높은 능력을 갖고, 또한, 연료 이용 효율이 높음을 확인할 수 있었다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 상술(詳述)했지만, 본 발명은 특정의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 범위 내에서, 각종 변형·변경이 가능하다.
이상 상술한 바로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 연료 가스의 누설의 억제와 이산화탄소의 고배출 능력을 양립하여, 에너지 밀도가 높고, 안정성이 높은 발전 동작이 가능한 연료 전지를 제공할 수 있다.

Claims (17)

  1. 산소 가스가 공급되는 공기극과,
    연료 가스가 공급되는 연료극과,
    상기 공기극과 연료극에 협지된 양자 전도성의 고체 전해질층으로 이루어지는 발전부와,
    액체 연료를 저장하는 연료 저장부와,
    상기 액체 연료를 기화하여, 당해 기화된 연료를 기체 연료로서 연료극에 공급하는 액체 연료 기화막과,
    상기 연료극과 액체 연료 기화막 사이에, 상기 발전부의 발전 반응에 의해 연료극에서 생성되는 생성 가스를 배출하는 생성 가스 배출부를 구비하고,
    상기 생성 가스 배출부는 중공사막(中空絲膜)을 갖고,
    상기 중공사막은, 그 표면으로부터 선택적으로 취입한 생성 가스를 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 생성 가스 배출부는, 상기 중공사막의 양쪽의 단부를, 고착함과 동시에, 당해 연료 전지의 외부로 개구시키는 밀봉부재를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중공사막은, 상기 액체 연료 기화막의 연료극측의 표면을 따라 연재(延在)하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생성 가스 배출부는, 복수의 상기 중공사막으로 이루어지는 중공사막 다발을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉부재는 액체 연료 기화막과 연료극의 적층 방향에 평행한 당해 연료 전지의 측면에 마련되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중공사막 다발은, 중공사막이 서로 거의 평행하게 배치되고, 상기 밀봉부재에 의해 그 중공사막의 단부의 각각이 2개의 상기 측면에 고정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 중공사막 다발은, 각각의 중공사막이 U자형으로 형성되고, 상기 밀봉부재에 의해 그 중공사막의 양쪽의 단부가 1개의 상기 측면에 고정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공사막 다발은, 중공사막이 능직 혹은 평직의 상태로 당해 중공사막 다발의 적어도 일부가 집속되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공사막 다발은, 그 길이 방향에 수직인 면의 단위 면적당의 중공사막의 개수가, 100개/cm2∼2500개/cm2의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 저장부에 충전된 액체 연료에 대하여 압력을 인가하는 압력 인가부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 연료 기화막은 비다공질상의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 비다공질상의 재료는, 퍼플루오로술폰산계의 수지, 카르복시기를 갖는 퍼플루오로카르복시계의 수지, 폴리술폰, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 및 폴리아미드로 이루어지는 군 중 1종을 주재료로 하는 수지, 혹은 실리콘을 함유하는 고분자 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공사막은, 비다공질상의 유리상 폴리머로 이루어지는 분리층을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 유리상 폴리머는, 폴리술폰, 폴리이미드 및 폴리아미드로 이루어지는 군 중 적어도 1종의 폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 중공사막은, 상기 분리층과, 다공질상의 다공질층을 갖고, 그 분리층이 외표면측에 마련되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 전지.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리층의 두께는 10nm∼200nm의 범위로 설정되어 이루어지는 것을 특징 으로 하는 연료 전지.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 연료는, 메탄올, 혹은 메탄올 수용액인 것을 특징으로 하는 연료 전지.
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