TW200406079A - Fuel cell and driving method thereof - Google Patents

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Tsutomu Yoshitake
Hidekazu Kimura
Takashi Manako
Yoshimi Kubo
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Description

200406079 五、發明說明（l) 一、【發明所屬之技術鋇域】 本發明係關於一種燃料電池及燃料電池之驅動方法。 一、【先前技術】 固體電解質型燃料電池係一種將全氣 解質膜作為電解質，於此膜之兩面接合燃料^2體電 而構成，並將氫氣或甲醇供應至燃料極，將:礼化劑極 化劑極’ #由電化學反應進行發電 ：：應至氧 的電c化H=0:在燃料極使用曱醇之情形4各電極產生 CH30H +H20^6H + +C02 + 6e'[i] 另外，在氧化劑極為 3/ 202 + 6 H+ + 6e〜3H20[2] 為了進行此反應，兩電極係由載拄總w ^ 子與固體聚合物電解質膜之混合：：：媒物質之碳微粒 於此構造，使用甲醇作為燃料 j的。 的甲醇係通過電極中之細孔而到 月形，供應至燃料極 醇，以該反應式[1]之反應產生電萄媒/藉由觸媒分解甲 過電極中之電解質及兩電極間之辨、虱離子。氫離子通 劑極，供應至氧化劑極之氧氣盥细f電解質膜而到達氧化 子進行反應，如該反應式[2]產生二由外部電路而流入的電 所釋出的電子通過電極中之觸媒載。另一方面，從甲醇 電路導出，再從外部電路流入氧及電極基材而向外部 電路，電子從燃料極流向氧化劑極=極。其結果，於外部 如此方式，因為直接型燃料電姊而將電力抽出。 %吧’能夠由曱醇水溶液
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:f f離子，便不需要改質裝置等，故能夠達到小型化及 :微主具有適用於攜帶式電子儀器之-大優點。另外， 高Υ 、、.由於將液體甲醇水溶液作為燃料，能量密度極 [η所但產是生/知，直接甲醇型燃料電池，由於該反應式 後將殘留於燃料極電極t之 間產生物的一乳化 低。為此，必須要有排放吸附於=少而導致輸出降 敦置。 仃於寬極表面呈氣泡狀氣體的 關於去除吸附於電極表面呈f 提出於燃料極觸媒層與固體聚合物電：體的方法，有乂 形成用以供應液體燃料的通路溝，^，貝膜之界面部分， 而流下的液體燃料中，然後排放更虱體擴散至順著此漢 文獻1 )。 電池外部的方法（專米 但是，記載於專利文獻丨的方 體饋送幫浦供應燃料，從電極去除·铁’、,、、由於是藉由利用液 泡，故難以適用於攜帶式電早:燃料極中所產生的氣 題。其理由係因為應用於例如行動。/為其待解決之課 子設備之情形時，不但電源體積減$舌用電源專攜帶式電 之限制，因此難以將較大型且消耗j且雙到可利用電力上 備内以進行燃料之液體饋送。 電力大的幫浦裝設於設 另一方面，關於不使用幫浦等 法，有人提出藉由毛細管作、應液體燃料的方 F用力而將_
设體燃料從燃料收納
200406079 五、發明說明（3) 容器導入電池 的方法（專利 然而，記 導入細管，以 容器内，但由 造’便無法充 導入至燃料收 燃料收納容器 難以穩定發揮 專利文獻 專利文獻 槽内，再將此液體燃料氣化而供應至燃料極 文獻2 )。 載於專利文獻2之方法，雖然能夠裝設氣體 將燃料f池主體所產生的氣體導入燃料收納 =並非，由外壓等而從燃料極排放氣體的構 Γ ί ί氣體之去除效果。再者，由於將氣體 納容器係為使收納容器不致成為負壓，故從 對燃料電池主體之燃料供應力即不充足， 較高之輸出。 1 ·日本公開專利公報第2 〇 〇 2 — 5 6 8 5 6號 2 :日本公開專利公報第2〇〇 1 —93 5 5 1號 三、【發明内容】 本發明有鑑於前述事實， 小型、重量輕，且能穩定發揮 之另一目的在於提供一種能以 出之燃料電池的驅動方法。 其目的在於提供一種薄型、 高輸出的燃料電池。本發明 間便方式使燃料電池穩定輪 根據本發明，提供一種燃料電池，包含： (a) 具備燃料極的燃料電池主體；及 (b) 貯藏液體燃料的燃料容器； 其特徵為： 分，
將從該燃料容器供應至該燃料極的該液體燃料之— 連同於該燃料極所產生的氣體一齊回收至該燃料容°
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* 双 應所產生的二 部分的液體燃 效去除附著於 用效率提高。 根據本發 (a) 具備 (b) 聍藏 (c) 連接 料回收通路； 其特徵為 將從該燃 連同於該 %吧，能私 氧化碳等氣體，遠=燃料極上利用電化學及 料一齊排放至燃二士使用之液體燃料等— 燃料極之氣泡，=裔。藉此，由於能夠 此夠使燃料極上之觸树 〜啁媒利 明，提供一種嫩 燃料極的燃料電池，包含： 液體燃料的燃料容，體； 該燃料極與該M ^;及 “長器之燃料供應通路與機 分 器 依本發明 應所產生的二 部分之液體燃 效去除附著於 用效率提高。 本發明之 由該燃料回收 形成如此之構 液體燃料之一 料容器供應 燃料極所產 之燃料電池 氧化碳等氣 料一齊回收 燃料極之氣 因而能夠使 燃料電池， 通路而回到 造，由於能 部分，更加 至該燃 生的氣 ，能夠 體’連 至燃料 泡，故 燃料電 其構造 該燃料 夠將附 有效率 料極的該液體燃料之—立 體一齊回收至該燃料容4 將燃料極上利用電化學反 ，未使用之液體燃料等一 各裔。藉此，由於能夠有 能夠使燃料極上之觸媒利 ’也之輸出提高。 上能夠從該燃料極起，經 容器之路徑為密閉的。若 著於燃料極之氣泡，連同 地排放至燃料容器，故能
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。因而能夠使燃料電池之 夠使燃料極的觸媒利用效率提高 輸出提高。 本發明之燃料電池，其構 經由该燃料供應通路、該燃料 到該燃料容器的路徑，為一密 關於本發明之燃料電池， 極之燃料時，將未使用之燃料 造’循環路徑中之燃料為密閉 利用電化學反應所產生的二氧 燃料排放至燃料容器。藉此， 料極之氣泡，故能夠使燃料極 而能夠使燃料電池之輸出提高 通路徑為密閉的，藉由從燃料 燃料容器之内壓將上升。利用 之燃料擠壓至燃料極。藉此， 置。因而，能夠將燃料電池予 由於不需要用以驅動裝置所需 本發明之燃料電池，其揭： 燃料極之連通該燃料供應通路 路。 造上能夠從該燃料容器起， 回收通路及該燃料極，再回 閉系循環路捏。 作成從燃料容器供應至燃料 再次導入燃料極的循環式構 的。因而，能夠將燃料極上 化碳等氣體，連同未使用之 由於能夠有效去除附著於燃 上之觸媒利用效率提高。因 。再者，由於液體燃料之流 極回收至燃料容器之氣體， 此内壓’能夠將燃料容器中 便不需要幫浦等之驅動裝 以更小型且輕量化。另外， 之電力，便能夠節省電力。 造上能夠更具有：設置於該 及該燃料回收通路的燃料通
稭此，從燃 燃料極並排放至燃料回收通路：至燃料極的燃才斗，於流入 料極所產生的氣體。因％，：、’能夠更有效排放於燃 媒利用效率。·有，雖然為：體:步提高燃料極：觸 。/夜體燃料流通燃料極内之構
200406079 五、發明說明（6) 造，若能作成 燃料極之燃料 如，能夠作成 燃料通路的構 整個燃料極， 進行氣體之排 本發明之 釋壓構件。 如此的話 於燃料容器及 能夠對於燃料 安全性高的内 若根據本 種具有：具備 料容器之燃料 將燃料極 之一部分 回 體壓力，將該 若根據本 上利用電化學 之液體燃料等 由於能夠有效 上之觸媒利用 並予以穩定化 既能流通又能去除氣體之構造，對於設置於 通路的位置、形狀，並無特別之限制。例 於該燃料極設置集電體，於該集電體形成該 造。如此的話，能夠將燃料有效率地供應至 同時能夠確保燃料通路之密閉性，有效率地 放。 燃料電池，其構造上能夠於該燃料容器設置 因燃料容器内壓之過度上升，對 成損傷所導致的危險性。因而， 燃料容器之内壓調節至既充分且 ，能夠避免 燃料電池造 之擠出，將 壓。 發明，提供 燃料極之燃 電池的驅動 產生的氣體 收至燃料容 液體燃料供 發明之燃料 反應所產生 一部分之液 去除附著於 效率提高。 。再者，由 一種燃料電 料電池主體 方法；及其 連同供應至 器，藉由回 應至該燃料 電池的驅動 的二氧化碳 體燃料排放 燃料極之氣 因而能夠使 於液體燃料 池的驅動方 與貯藏液體 特徵為： 該燃料極的 收至該燃料 極0 方法，能夠 等氣體，連 至燃料容器 泡，故能夠 燃料電池之 之流通路徑 法，係一 燃料的燃 液體燃料 容器的氣 將燃料極 同未使用 。藉此， 使燃料極 輸出提南 為密閉
第12頁 200406079 五、發明說明（7) ' ^ ------ 2 藉由從燃料極回收至燃料容器之氣體，燃料容器之内 壓將上升1利用此内壓，能夠將燃料容器中之燃料擠壓至 燃料極。藉此，便不需要使用幫浦等之驅動裝置而能夠運 轉燃料電池。因而，能夠將燃料電池予以更小型且輕量 化。另外’由於不需要用以驅動裝置所需之電力，便能 節省電力。 若根據本發明，提供一種燃料電池的驅動方法，係一 種ί Ϊ :具備燃料極之燃料電池主體；貯藏液體燃料的燃 料谷益，及連接該燃料極與該燃料容器之燃料供應通路及 燃料回收通路之燃料電池的驅動方法；及其特徵為·· 將燃料極產生的氣體連同供應至該燃料極的液體燃料 。丨刀’經由該燃料回收通路而回收至該燃料容器，藉
由回收至该燃料容器的氣體壓力，將該液體燃料供 燃料極。 A 若 上利用 之液體 回收至 之氣泡 使燃料 料之流氣體， 容器中 此，便 電化學 燃料等 燃料容 ’故能 電池之 通路經 燃料容 之燃料 不需要 發明之燃料 反應所產生 一部分之液 器。藉此， 夠使燃料極 輸出提高並 為密閉的， 器之内壓將 ，經由燃料 使用幫浦等 電池的驅動 的二氧化礙 體燃料排放 由於能夠有 之觸媒利用 予以穩定化 藉由從燃料 上升。利用 供應通路而 之驅動裝置 万法，能夠將燃料極 等氣體，連同未使用 至燃料回收通路，再 效去除附著於燃料極 效率提高。因而能夠 。再者，由於液體燃 極回收至燃料容器之 此内壓，能夠將燃料 擠壓至燃料極。藉 而能夠運轉燃料電 200406079 五、發明說明（8) 池。因而，能夠將燃料電池予以更小型且輕量化。另外， 由於不需要用以驅動裝置所需之電力，便能夠節省電力。 本發明之燃料電池的驅動方法，構造上能夠藉由設置 於該燃料容器的釋壓構件控制該燃料容器的内壓。 如此的話，能夠避免因為從燃料極產生的氣體之增加 而造成燃料容器内壓過度上升，而對燃料容器或燃料電池 主體造成損傷所導致的危險性。因而，由於能夠對於燃料 之擠出，將燃料容器之内壓控制為既充分且安全性高的内 壓，而能夠安全運轉燃料電池，並發揮高輸出。 若根據上述說明之本發明，藉由將從燃料容器供應至 燃料極之液體燃料的一部分，連同燃料極上所產生的氣體 回收至燃料容器，實現了一種薄型、小型、重量輕，且穩 定發揮高輸出之燃料電池。另外，若根據本發明，藉由將 燃料極上所產生的氣體連同供應至燃料極之液體燃料的一 部分回收至液體燃料，利用回收至燃料容器之氣體壓力而 將液體燃料供應至燃料極，容易使燃料電池之輸出穩定， 實現燃料電池的驅動方法。 四、【實施方式】 以下，茲將參照附隨的圖示，以說明本發明的具體構 造。 圖1係示意顯示有關本實施態樣之燃料電池1 0 0構造的 剖面圖。另夕卜，圖2係圖1中之燃料極1 0 2 A — A ’方向的剖 面圖。觸媒電極-固體電解質膜接合體1 0 1係由燃料極
200406079 五、發明說明（9) 102、〃氧化劑極丨〇8、固體電解質膜丨14所構成的。將燃料 亟/、氧化劑極合稱為觸媒電極。燃料極1〇2係由基材丨〇4及 觸媒層106所構成的。氧化劑極108係由基材11 〇及觸媒層 1二戶”冓成2。單數或複數之觸媒電極-固體電解質膜接曰合 _ 係隔者燃料極側集電體120及氧化劑極側集電體122 而予以電性連接。 全—將燃料電池應用於攜帶式電器之情形，除了輸出大、 fe疋之基本性能之外，燃料電池也必須為小型、薄、重 輕。於本實施態樣採用如下之構造。亦即，於燃料容器 425與燃料極側集電體12〇之間，設置燃料供應通路^及 燃料回收通路43 7。於燃料極側集電體12〇形成拗料通 433，燃料通路4 33之—端與燃料供應通路435之一端相 接；而燃料通路43 3之另一端與燃料回收通路43 7之一端相 連接。 於燃料極側集電體丨20，可以使用例如碳或金屬等。 朝向燃料極側集電體丨2〇之燃料通路43 3的形成方法，雖然 亚無特別之限制，可列| :例#，將燃料極側 〇、、、 狀之際，同時予以形成的方^或是藉由機械加 工成型為板狀材料的方法等。 如上述構造的燃料電池100，於各觸媒電極—固體電 貝膜接合體101之燃料極丨02，隔著燃料極側集電體12〇而 供應燃料124。另外，於觸媒電極—固體電解質膜接合體 ιοί之氧化劑極108，隔著氧化劑極側集電體122、 ΰ 劑126。可以使用曱醇、乙醇、二甲基醚，另外他的
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醇類或每烧煙等液態碳氫化合物等之有機液體燃料。有機 液，燃料可以為水溶液。通常，可以使用空氣，也可以供 應氧氣等作為氧化劑1 2 β。 一旦來自於燃料容器4 2 5的燃料1 2 4，通過燃料供應通 路43 5而供應至燃料極側集電體12〇，燃料124為曱醇之情 ^由於主要發生顯示於該反應式[1 ]之反應，產生以二 氧化$反為主的氣體。所產生的氣體隨著未消耗之燃料 ^ 4 /彳之燃料通路4 3 3 ’通過燃料回收通路4 3 7而導入燃料
=^ 4 2 5 °如此方式，藉由從燃料極1 0 2所導入的氣體，燃 料容器42 5之内壓將因而上昇。再藉由此内壓之上昇，來 自於燃料容器42 5之燃料1 24，將被擠至燃料供應通路 43 5。 如此方式’由於燃料電池丨〇 〇形成如下之循環式構 造：於燃料極側集電體1 20形成燃料通路433，有利於燃料 1 2 4之回收路控的密閉性，所回收的燃料將再度從燃料容 為4 2 5被擠出；不必使用幫浦等之燃料輸送構件，能夠將 燃料124有效率地供應至燃料極1〇2，迅速去除於燃料極 1 02所產生的氣體。因而，小型且輸出之穩定性高。 例如’圖1之電池能夠適用於直接甲醇型之燃料電 池。適用於直接甲醇型燃料電池之情形，於燃料極丨〇 2所 產生之以二氧化碳為主的氣體將有效率地回收至燃料容器 425。一旦因回收之氣體而導致燃料容器425之内壓上昇， 此現象成為將燃料容器4 2 5中之曱醇水溶液擠至燃料極1〇2 的驅動力。
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圖3係顯示燃料電池1〇〇之另一構造例的圖形。另外， 圖4係顯示於圖3中之燃料極1〇2 A_A，方向的剖面圖。於 圖3之構造上，基材} 〇4、基材u◦分別連接於燃料極側集 電體421、氧化劑極側集電體42 3。另外，燃料極…係利 用防止燃料洩漏構件445包覆其外圍部分而保持密閉性。 燃料供應通路43 5及燃料回收通路43 7均連接於燃料極側集 :體42 1。防止燃料洩漏構件445中，能夠使用例如由金屬 薄膜或是金屬薄膜與熱熔性樹脂薄膜所構成的層壓薄膜 等。另外，於燃料極側集電體421、氧化劑極側集電體、 423，能夠使用例如導電性金屬或是其合金多孔質板與篩 網。於燃料極102，能夠從連接於燃料極側集電體421的燃 料極側端子447而將電力抽出。於氧化劑極1〇8，也可以同 樣地設置氧化劑極側端子44 9。藉由將燃料電池1〇〇作成如 此之構ie，便能夠成為更加薄層、小型且輕量化。 還有，圖1或圖3之燃料電池1 〇 〇，能夠於燃料供應通 路43 5或燃料回收通路43 7，設置隨裝有燃料電池之機哭電 源連動的閥等通路開關構件。如此的話，例如，能夠作成 如下之構造：於切斷機器電源之際，遮斷燃料丨2 4之供 應於再度導入機為電源之際，重新開始燃料1 2 4之供 應。 /、 燃料電池1 0 0上，於燃料容器42 5及燃料供應通路 4 3 5、燃料回收通路4 3 7，能夠使用對有機液體燃料具有耐 钱，之材料。另外，盡可能最好為重量輕的。另外，於燃 料容器42 5之外壁’最好設置釋壓構件439。藉由如此之構
200406079 五、發明說明（12) 造，燃料容器42 5之内壓將為定值，例如，於達到2大氣壓 之際’由於能夠自動釋出燃料容器4 2 5内部之氣體，便能 夠將燃料容器4 2 5之内壓保持定值。能夠使用於釋壓閥或 燃料極1 02所產生的氣體透過膜作為釋壓構件43 9。例如 於燃料1 24中使用甲醇之情形，能夠設置二氧化碳透過 膜。為了進一步提高燃料1 2 4之密閉性，也可以利用適當 的密封材將燃料1 2 4循環路徑之周圍予以密封。 另外，能夠藉由例如注入方式進行對燃料容器4 2 5之 燃料1 2 4的供應。另外，也能夠作成使用裝入燃料的燃料 筒，可更換此燃料筒的構造。
還有 燃料電池1 0 0初期階段的起動方法 - ----- ,ν … \r\ yp 4 使用預備電源的方法。亦即，能夠藉由裝載於機器内之予] 備電源，驅動小型之送液幫浦，將燃料丨24供應至燃料極 1 0 2。例如可以使用β i mo rph型壓電幫浦等之小型壓電幫^ 作為小型送液幫浦。 另外，如圖5所示，藉由將燃料容器4 2 5作成二室之， 造，於燃料極102設置吸收燃料丨24之燃料吸收材451，也 能夠於燃料極1 〇 2設置吸收燃料丨24而進行供應。於圖5， 燃料吸收材4 51設置連接於燃料極側集電體421之整面。素 2 夠將燃料1 2 4有效率地供應至燃料極側集電體42 1 c ^然對於燃料吸收材451之材料並無特別之限制，可以使 用例如尿燒材等。
於燃料電池1 〇 0 1 〇 2與氧化劑極丨〇 8 _固體電解質膜114具有隔離燃料極 同時使氫離子於二者之間移動的功
200406079 五、發明說明（13) 能。因此，固體電解質膜丨14最好為氫離子導電性高的薄 膜。另外，最好為化性安定且機械強度強。構成固體電解 質膜1 1 4之材料，最好使用具有磺基、磷酸基等強酸基或 羧酸等弱酸基等之極性基的有機聚合物。如此之有機高分 子，例如，可列舉·續化水（4-本乳基苯酿-1，4 —苯撑 )、烷基磺化聚苯并咪唑等芳香族縮合系聚合物；含有石黃 基之全氟礙（Dupont公司製之Nafion (註冊商標）、曰本 旭化成公司製之As iplex (註冊商標））；及含有魏基之 全氟碳（日本旭石肖子公司製之Flemin S膜（註冊商標）） 等。 〇不 燃料極1 02及氧化劑極1 ，構造上能夠作成分別於基 材104及基材11〇上形成分別含有載持觸媒之碳粒子與固體 電解質微粒子的觸媒層1 0 6及觸媒層1 1 2。對於基材丨〇4及 基材1 1 0之表面也可以進行撥水處理。 作為燃料極1 〇 2側之觸媒層1 0 6的觸媒，可列舉：翻、 金 銀、釕、姥、把、鐵、錶、敍、鎳、鍊、鐘、鋼、 t、紀’或是此等之合金等。作為氧化劑極丨〇 8側之觸媒 層11 2的觸媒，可以使用與燃料極1 0 2側之觸媒層1 〇 6相同
之觸媒’能夠使用該列舉之物質。還有，觸媒層1 〇 6及觸 某曰11 2之觸媒可以使用相同者，也可以使用不同者。 ^ ^為載持觸媒之碳粒子，可列舉：乙块碳黑（日本電 乱學公司製之Denka碳黑（註冊商標）、Vulcan公司製 * , 72 (注冊商標）等）、K-ch a i η碳黑、碳奈米管、碳 奈米角等。
200406079 五、發明說明（14) 相同，也；1 以06不同觸媒雖層二2土的f體電解質微粒子，可以 可以使用相同於固體電解質二二樣之固體電解質微粒^ 同於固體電解質膜114的材料，或使用2鐘：：以使用不 作為燃料極102、氧化劑極U8， 材料。 11 0，均可以使用碳紙、碳之 5 t 土材1 04及基材 金屬、發泡金屬等多孔性基材。另體、碳之燒結體、燒結 材110之撥水處理，可以使用聚四“對H材^及基 接著，針對燃料電池i 〇 〇之製 w刎。 電池100之製作方法，雖然並 ，法加以說明。燃料 行如下之方式予以製作。 艮制，例如，可以進 例如，燃料極1〇2及氧化劑極 製得。首先，可以利用-般之08可以利用以下之方法 子。接著，可以使載持觸媒之碳子:使觸媒載持於碳粒 微粒子分散於溶劑中，形成糊狀之J〃固體聚合物電解質 撥水處理之基材104或基材 1Γ0狀塗布於已進行 110之糊聚塗布方法，雖然並未特別限1 ,材104或基材 用毛刷塗布、喷霧塗布以及網版印刷歹1 口，可以使 漿之後，例如，藉由加熱溫度為100〜’2Ί$布糊 3 0秒鐘至3 〇分鐘使糊漿乾燥， 胃 、加…訏間為 劑極1 0 8。 传到燃料極1 0 2及氧化 例如，利用有機聚合物材料槿 U4之情形，能夠藉由在聚四氣乙成固體聚合物電解質膜 上’將有機高分子材料溶解或分散 '離性片材等之 人刀政於洛劑之液體予以澆鑄
I 第20頁 200406079 五、發明說明（15) 後乾燥而製得。 接著，利用燃料極1 〇 2及氧化劑極1 〇 8夾住固體聚合物 電解質膜1 1 4，經熱壓而得到觸媒電極_固體電解質膜接人 體101。此時，使觸媒層1〇6及觸媒層112連接於固體電解" 質膜11 4。例如，利用有機聚合物構成固體電解質膜】1 4 觸媒層1 0 6、觸媒層1 1 2中之固體電解質微粒子的情形，熱 壓之條件·溫度能夠設定為超過此等有機聚合物之軟化溫 度或玻璃轉移溫度。具體而言，例如，設定為溫度〗〇 〇〜 25 0 °C、壓力 1 〜1〇 〇kg/cm2、時間1〇 〜3〇〇 秒。 如此方式，藉由將所形成的觸媒電極—固體電解質膜 接合體1 0 1作為單槽構造，並隔著燃料極側集電體1 2 〇及 化劑極側集電體122相重疊，也能夠作成直列連接數個單 槽構造的堆疊式燃料電池槽。 藉由上述方式而得到的燃料電池丨〇 〇之燃料極1 〇 2上 由於^迅速去除於觸媒層106表面所產生的二氧化碳、一， 虱化碳等氣泡，維持燃料極丨〇2之有效表面積，同 從燃料極102所去除且被燃料容器42 5所回收的曰 ::::料1重24曰，應至燃料極， 儿小坦、重ΐ輕的燃料電池1〇〇。
剖，ί Γ本實施態樣之燃料電池的用* ’並未特w加以限 j如’可適用於行動電話、筆記型電腦、p D A (Personal Digital Assistant ;個人數位輔助哭、 = 航向系統、攜帶式音樂再生伴唱機等：攜帶式 第21頁 200406079 五、發明說明（16) 實施例 燃料電池 於本貫施例，製作並評估圖1所示構造之 100 實施例1 製作圖1所示之構造的行動電話用直接甲醇型燃料 池。 "、、 C先，作為觸媒電極用，亦即使用於燃料極丨〇 2及氧 =]極1 二的碳系材料，使用T〇ray公司製之厚度〇19的 石反'、.氏。於奴紙表面，形成如下方式之觸媒層。一開始選擇
Aldrich Chemical 公司制夕^十〇/ 、一、户 、 入物雷解曾，盥 Ί衣之5wt/。Nah〇n浴液作為固體聚 口物電％貝與n—醋酸丁酯混合攪拌，配置固體聚人物電 解夤之含$成為〇·1〜〇·4 mg/cm3，調製 =谬狀分散液。於燃_之觸媒中，使用^電解 本電氣化學公司製之Denh石卢堃、命芬杜L火做祖于I日 今一4了人入總甜 ）與載持粒徑3〜5nm之白 ^釕。孟觸媒之重量比為50%的觸媒載持碳微粒·-氣 化劑極之觸媒中，使用栌與軔工,q i U反U粒，而乳
Denka_ £ 子（日本電氣化學公司製之 uenKa石反黑）與載持粒徑3〜5 的觸據韵ii# % bnm之白金觸媒之重量比為50% = 觸媒载持碳微粒添加於固體聚合物 ΐ I;再利用超音波分散器而形成踢 i。並利用二/電解質與觸媒之重量比混合成1 : 版印刷法，將此糊漿 之後，經加熱乾燥而製得揪料 金布成2mg/cm …、丁叶尾池用電極。於Dupont公司 200406079
製Nafion 112之兩面，溫度13〇〇c、壓力1〇 kg/cm2T，熱 壓此電極而製付觸媒電極-固體電解質膜接合體IQ}。 接著，利用燃料極側集電體丨2〇與氧化劑極側集電體 1 2 2夾住所彳于到的觸媒電極—固體電解質膜接合體1 〇 1，並 利用螺栓與螺帽予以栓緊。於本實施例，於燃料極側集電 體1 20及氧化劑極側集電體丨22使用碳。另外，燃料極側集 電體1 2 0係於厚度1 mm之碳板，利用機械加工而裝設顯示於 圖2之燃料通路4 3 3。利用上述方式，製得燃料電池主體。
將燃料供應通路435及燃料回收通路43 7之一端連接於 所製彳于燃料電池主體’此等通路之另一端連接於製之燃 料容器42 5。另外，於鋁製之燃料容器425上面，設置設計 欲釋壓成2.0265 X 1 〇5 pa之釋壓閥作為釋壓構件439。還 有’於燃料供應通路4 3 5及燃料回收通路4 3 7，使用内徑 lmm之丁 eflon (註冊商標）製的膠管。 將5v/v%甲醇水溶液注入如此得到的燃料電池丨〇〇之燃 料谷為4 2 5中作為燃料1 2 4。然後，於電流5 〇 〇 m A之負載條 件下，測定燃料電池1 〇 〇之電壓的時間變化。 其結果，經24小時之連續負載測試，對於輸出電壓3. 5V的電壓變動則變成〇· 2V以下。因而，確認本實施例之燃 料電池1 0 0顯示穩定之輸出。另外，也確認此時燃料容器 425之内壓穩定於2χ 1〇5 Pa左右。 實施例2 於本實施例，進行與實施例1同樣的方式，製作並評
200406079 、發明說明（18) 估燃料電池1 0 0。但是，於本實施例，使用燃料極側集電 體120作為基材1〇4。亦即，於碳製之集電體形成圖2所示 之形狀的燃料通路43 3，並於設置燃料通路433之表面形成 直接觸媒層1 〇 6。 利用與實施例1同樣的條件，進行24小時之連續負載 測試所得到的燃料電池丨〇〇。其結果，對於輸出電壓3· 5V =電壓變動’最大為0 · 2 5 V。因而，也於本實施例確認燃 料電池1 0 〇顯示穩定之輸出。另外，也確認此時燃料容器 425之内壓穩定於2 xl 〇5pa左右。 於本比較例’於燃料極1 0 2並不設置燃料通路4 3 3、燃 應通路4 3 5及燃料回收通路4 37，而使燃料容器425直 接接觸於燃料極102，製得供應燃料之燃料 。 池之製作係進行與實施例丨同樣的方式。十％ "、、十％ 與實施例1同樣的條件，進行24小時之連續負載 Ϊί:侍!1的燃料電池。其結果’對於輸出電壓3. 5V之電 ί ΐ <晉：i為2.5V。有關本比較例之燃料電池，認為由 於+玟置燃料通路4 3 3、_料供^ ，&、+ i Α，、、抖仏應通路435及燃料回收通路 …、法去除於燃料極1 〇 2所產生的一氣 致輸出之降低。 ]—虱化石厌4虱體，V 比較例2 於本比較例，在燃料極102與燃料容器425之間不設置
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進行與實施例1同樣的方式製作燃 燃料回收通路4 3 7之外 料電池。 、利用與實施例1同樣的條件，進行24小時之連續負載 測試所得到的燃料電池。苴έ士婁 湓太、 出電壓3· 5V之電壓變動，最大為2· 5V。有關本比較例之辦 料電池，認為由於在燃料極1〇2與燃料容器425之間不設置 燃料回收通路43 7，無法穩定地將燃料124，從燃料容器 4 2 5供應至燃料極1 〇 2而導致輸出之降低。
比較 於本比較例’在燃料極1 〇 2與燃料容器4 2 5之間不設置 燃料回收通路43 7，另外，於燃料容器42 5與觸媒電極一固 體電解質膜接合體1 0 1之間設置消耗電力丨w之送液幫浦， 進仃與實施例1同樣的方式製作該構造之燃料電池。 、利用與實施例1同樣的條件，進行24小時之連續負載 測試所得到的燃料電池。其結果，確認對於輸出電壓3. 5V 之電壓變動，成為〇· 2V以下。
由以上之貫施例及比較例，有關本實施例之燃料電 池，確認藉由在燃料極1〇2與燃料容器42 5之間設置舞料供 f通，435及燃料回收通路437，利用於燃料極1〇2所產生 、一氧化奴等氣體而自然加壓燃料容器4 2 5之内部，盥使 用送液幫浦之情形相同程度的輪出穩定性。 ^
第25冑 200406079 圖式簡單說明 五、【圖式簡單說明】 上述之目的、及其他之目的、特徵以及優點，藉由以 下所述之最適實施態樣以及其附隨的下列圖示，更進一步 加以證明。 圖1係顯示依本發明之一燃料電池構造例的圖形。 圖2係顯示依本發明之一燃料電池之燃料極側集電體 構造例的圖形。 圖3係顯示依本發明之一燃料電池構造例的圖形。 圖4係顯示於圖3所示燃料極之A — A’方向的剖面圖。 圖5係顯示依本發明之一燃料電池構造例的圖形。 元件符號說明： 100〜 燃料電池 101〜 觸媒電極-固體電解質膜接合體 102〜 燃料極 104〜 基材 106〜 觸媒層 108〜 氧化劑極 110〜 基材 112,〜 觸媒層 114〜 固體電解質膜 120〜 燃料極側集電體 122〜 氧化劑極側集電體 124〜 燃料
第26頁 200406079
圖式簡單說明 126 〜 氧化劑 421 〜 燃料極側集電體 423 氧化劑極側集電體 425 燃料容器 433 〜 燃料通路 435 〜 燃料供應通路 437 〜 燃料回收通路 439 〜 釋壓構件 445 〜 防止燃料'/¾漏構件 447 〜 燃料極側端子 44 9 〜 氧化劑極侧端子 451 〜 燃料吸收材
第27頁

Claims (1)

  1. zuu4uou/y 六、申請專利範園 1 ·種燃料電池，包含： (a ) γ拉 ，、攝燃料極的燃料電池主體· Q b )貯忿 組，汉 、τ减液體燃料的燃料容界； 其特徵為： 將^^上合I* 分 器 連=燃料容器供應至該燃料極的該液體燃料之―立 、该燃料極所產生的氣體一齊回收至該燃料容峠 2 · 一種燃料電池，包含： ϋ ΐ備燃料極的燃料電池主體； (C 貯藏液體燃料的燃料容器；及 料回：通Ϊ接該燃料極與該燃料容器之燃料供應通路與燃 其特徵為： 分，連同‘ j ^供應至該燃料極的該液體燃料之一邻 器。連…燃料極所產生的氣體_齊回收至該燃二容七 3.如申請專利範圍第2項之烬料雷、； 起，經由該燃料回收通路;於兮池，其中，從該燃料極 的。 達於该燃料容器之路徑為密閉 從該燃 該燃 料容如二Γ气利範圍第2或3項之燃料電、、也…，-夺°°起，經由該燃料供應通政冤池其中攸5
    塔、該燃料回收通路及 200406079 六、申請專利範圍 料極，再回到該燃料容器的路徑，為一密閉系循環路徑。 5 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項之燃料電池，更具 有：設置於該燃料極之連通該燃料供應通路及該燃料回收 通路的燃料通路。 6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之燃料電池，其 中，於該燃料極設置集電體，於該集電體形成該燃料通 路。 7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之燃料電池，其 中，於該燃料容器設置釋壓構件。 8. 一種燃料電池的驅動方法，該燃料電池包含··具備燃 料極之燃料電池主體；及貯藏液體燃料的燃料容器； 該燃料電池的驅動方法特徵為： 將燃料極產生的氣體連同供應至該燃料極的液體燃料 之一部分，一齊回收至燃料容器，藉由回收至該燃料容器 的氣體壓力，將該液體燃料供應至該燃料極。 9. 一種燃料電池的驅動方法，該燃料電池包含：具備燃 料極之燃料電池主體；貯藏液體燃料的燃料容器；及連接 該燃料極與該燃料容器之燃料供應通路及燃料回收通路； 該燃料電池的驅動方法的特徵為.
    第29頁 200406079 六、申請專利範圍 將燃料極產生的氣體連同供應至該燃料極的液體燃料 之一部分，經由該燃料回收通路而回收至該燃料容器，藉 由回收至該燃料容器的氣體壓力，將該液體燃料供應至該 燃料極。 10.如申請專利範圍第8或9項之燃料電池的驅動方法，藉 由設置於該燃料容器的釋壓構件控制該燃料容器的内壓。
    第30頁
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