(57)【要約】  空気極（４１）に接する空気極ガス拡散層（３５）が設けられ、その外側に空気極集電体（３４）及びもう１つの空気極ガス拡散層（３３）が設けられている。空気極ガス拡散層（３３）の外側に、熱可塑性の有機材料からなる有機多孔質体層（３６）が設けられ、更にその外側に、複数の酸素供給口（３２）が形成された空気極側筐体（３１）が設けられている。これらから空気供給部が構成されている。有機多孔質体層（３６）としては、例えば、空孔率が２０％〜８０％のポリエチレン多孔質体層又はポリプロピレン多孔質体層を使用することができる。
2008102424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素の反応が生じ、外部から電子が供給される正極と、
燃料の反応が生じ、外部に電子を放出する負極と、
前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、
所定の温度以上となった場合に前記正極への酸素の供給を遮断する遮断手段と、
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記所定の温度は８０℃乃至１５０℃であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記遮断手段として、熱可塑性の多孔質体層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記多孔質体層の空孔率は８０％以下であることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記多孔質体層の空孔率は２０％以上であることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記多孔質体層は、有機材料から構成されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項７】
酸素の反応が生じ、外部から電子が供給される正極と、
燃料の反応が生じ、外部に電子を放出する負極と、
前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、
外部から前記正極へ侵入しようとする燃料を吸収する吸収手段と、
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
前記吸収手段として、多孔質体層が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記多孔質体層の空孔率は８０％以下であることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記多孔質体層の空孔率は２０％以上であることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記多孔質体層は、ゲル状物質から構成されていることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１２】
更に、所定の温度以上となった場合に前記正極への酸素の供給を遮断する遮断手段を有することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記所定の温度は８０℃乃至１５０℃であることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池。
【請求項１４】
前記遮断手段として、熱可塑性の多孔質体層が設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池。
【請求項１５】
前記多孔質体層の空孔率は８０％以下であることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池。
【請求項１６】
前記多孔質体層の空孔率は２０％以上であることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池。
【請求項１７】
前記多孔質体層は、有機材料から構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池。
【請求項１８】
酸素の反応が生じ、外部から電子が供給される正極と、
燃料の反応が生じ、外部に電子を放出する負極と、
前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、
前記電解質層を基準として前記正極の外側に設けられた有機多孔質体層と、
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項１９】
前記有機多孔質体層の空孔率は８０％以下であることを特徴とする請求項１８に記載の燃料電池。
【請求項２０】
前記有機多孔質体層の空孔率は２０％以上であることを特徴とする請求項１８に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料を含有する燃料電池用混合物、燃料電池用カートリッジ及び燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の携帯情報機器では、小型化、軽量化、高速化、高機能化等が一段と進められている。また、このような携帯情報機器の発展に伴い、その電源となる電池についても、小型化、軽量化及び高容量化が着実に進められている。従来の携帯電話装置及び携帯型コンピュータシステム（ノートＰＣ）等の携帯情報機器における最も一般的な駆動電源はリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は実用化の当初から高い駆動電圧及び電池容量を備えており、携帯電話装置の進歩に併せるように性能の改善が図られてきた。しかし、リチウムイオン電池の性能の改善にも限界があり、今後も高機能化が進む携帯情報装置の駆動電源としての要求をリチウムイオン電池は満足できなくなりつつある。【０００３】
このため、近年、リチウムイオン電池に替わる新たな電源の開発が期待されている。そのひとつとして、燃料電池が挙げられる。燃料電池では、負極に燃料を供給し、正極に酸素を供給する。この結果、負極において電子及びプロトンが生成され、そのプロトンが正極に供給された酸素と反応し、電流が発生する。このような燃料電池では、燃料及び酸素を補給するだけで、長時間の連続発電が可能である。また、二次電池における充電の代わりに燃料の補給を行えば、二次電池と同様に種々の機器の電源に応用することができる。また、メタノールを燃料とした燃料電池の理論エネルギー密度は、活物質換算でリチウムイオン電池の約１０倍と非常に高く、小型化及び軽量化に極めて好ましい。【０００４】
このような特徴のために、燃料電池については、分散電源及び電気自動車用の大型の発電機としてだけでなく、ノートＰＣ及び携帯電話に適用するための超小型の発電ユニットとしても盛んに研究開発が行われている。【０００５】
燃料電池は、通常、燃料として水素及びメタノール等の還元性物質を使用し、これらの物質を大気中の酸素と反応させることで発電を行う。但し、水素を燃料とするためには、高圧ボンベ及び水素貯蔵性の物質等が必要である。従って、燃料タンクに大きな体積が必要なため、小型燃料電池には向いていない。そこで、小型燃料電池の液体燃料としては、メタノール水溶液が注目されている。従来の小型燃料電池では、メタノール水溶液が液体のまま発電部に導入されていたが、この構造では、発電部に液体が常に接していなければならず、発電の等方可動性を実現するのが困難であった。また、メタノールのクロスオーバーによりセル特性の大幅な低下が起こる問題もあった。【０００６】
そこで、気化膜を用いて液体燃料を気化し、その蒸気を燃料として使用する構造が提案されている。この構造では、発電部には気体燃料が供給されるため、等方可動性が容易になる。また、メタノール等の燃料が気体になって供給されるため、燃料の絶対量が低下するため、クロスオーバーが低減される。【０００７】
このような小型燃料電池の単位セルには、図２に示すように、２つの集電体１０１の間に、燃料極１０２、高分子固体電解質層１０３及び空気極１０４が挟まれている。これらは互いに積層されている。また、液体燃料を蓄積した燃料カートリッジ１１０から供給された一定量の燃料を貯える燃料室１０５が設けられており、この燃料室１０５と集電体１０１との間に、液体燃料を気化させる気化膜１０６が設けられている。従って、一定量の気体燃料が集電体１０１に接することとなる。【０００８】
燃料極１０２及び空気極１０４としては、主に、白金系の超微粒子が炭素系担持体表面に固定されて構成された電極触媒が用いられている。高分子固体電解質層１０３は、常温で固体でありながら、電解質溶液のようにプロトンの透過及び輸送が可能な材料から構成されている。例えば、パーフルオロスルホン酸ポリマー（デュポン（登録商標）社製のＮａｆｉｏｎ（登録商標））等が主に用いられている。【０００９】
また、このような気体燃料を用いる構造に関し、毛細管現象を使用するもの（特許文献１）及びカートリッジによる加圧を採用したもの（特許文献２）等が提案されている。但し、これらの技術では、気化膜として多孔質膜を使用し、この多孔質膜を通して燃料の気化が行われるので、燃料が液体の状態で発電部に供給される可能性が残っている。【００１０】
そこで、気化膜として、非多孔膜である緻密な膜を用いる技術が提案されている（特許文献３）。この技術によれば、背圧を効果的に利用することができるようになる。【００１１】
しかしながら、これらの従来の燃料電池では、燃料供給系の異常等が生じて、燃料が発電部まで到達すると、発電部を構成する触媒層で燃料が酸化して著しい発熱が生じることがある。また、発熱がより著しくなると、発火に至ることもありえる。【００１２】
更に、従来の燃料電池では、自然対流で空気を取り入れ構造が採用されているため、筐体内部に空気を対流させる空間が必要とされる。このため、筐体の物理的な強度が不足したり、小型化が困難になることもある。【００１３】
【特許文献１】特許第３４１３１１１号公報
【特許文献２】特開２００４−１４２８３１号公報
【特許文献３】特開２００６−５４０８２号公報
【発明の開示】
【００１４】
本発明は、燃料の漏洩が生じた場合にも発熱の発生を抑制することができる燃料電池を提供することを目的とする。
【００１５】
本願発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【００１６】
本発明に係る第１の燃料電池には、酸素の反応が生じ、外部から電子が供給される正極と、燃料の反応が生じ、外部に電子を放出する負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、が設けられている。更に、所定の温度以上となった場合に前記正極への酸素の供給を遮断する遮断手段が設けられている。
【００１７】
本発明に係る第２の燃料電池には、酸素の反応が生じ、外部から電子が供給される正極と、燃料の反応が生じ、外部に電子を放出する負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、が設けられている。更に、外部から前記正極へ侵入しようとする燃料を吸収する吸収手段が設けられている。
【００１８】
本発明に係る第３の燃料電池には、酸素の反応が生じ、外部から電子が供給される正極と、燃料の反応が生じ、外部に電子を放出する負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、が設けられている。更に、前記電解質層を基準として前記正極の外側に有機多孔質体層が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池の構造を示す断面図である。
【図２】図２は、従来の燃料電池を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池の構造を示す断面図である。【００２１】
本実施形態に係る燃料電池では、図１に示すように、空気極４１（正極）、固体電解質層４２及び燃料極（負極）４３がこの順に積層されている。これらから、発電部が構成されている。【００２２】
空気極４１は、例えば、多孔質体のカーボンペーパ及び触媒層から構成されており、固体電解質層４２に接している。この触媒層は、例えば、Ｐｔ（白金）の微粒子、又はＰｔを表面に担持したカーボン粉末からなる。【００２３】
固体電解質層４２は、プロトン伝導性の高分子固体電解質から構成されている。高分子固体電解質としては、例えばスルホン基若しくはリン酸基等の強酸基、又はカルボキシル基等の弱酸基等を有する樹脂が挙げられる。固体電解質層４２としては、例えば、ＮａｆｉｏｎＮＦ１１２（デュポン社商品名）、アシプレックス（旭化成社商品名）等を用いることができる。【００２４】
燃料極４３は、空気極４１と同様に、例えば、多孔質体のカーボンペーパ及び触媒層から構成されており、固体電解質層４２に接している。この触媒層は、例えば、Ｐｔ（白金）−Ｒｕ（ルテニウム）合金の微粒子、又はＰｔ−Ｒｕ合金を表面に担持したカーボン粉末からなる。【００２５】
また、空気極４１に接する空気極ガス拡散層３５が設けられ、その外側に空気極集電体３４及びもう１つの空気極ガス拡散層３３が設けられている。そして、空気極ガス拡散層３３の外側に、熱可塑性の有機材料からなる有機多孔質体層３６が設けられ、更にその外側に、複数の酸素供給口３２が形成された空気極側筐体３１が設けられている。これらから空気供給部が構成されている。また、空気極ガス拡散層３３、空気極集電体３４、空気極ガス拡散層３５、有機多孔質体層３６及び空気極４１は、封止材５１により封止されている。なお、空気極集電体３４の一部は、封止材５１から外部に突出している。そして、この突出した部分に、電源が必要とされる外部回路（負荷）の陽極が接続される。【００２６】
空気極側筐体３１は、金属材料又は樹脂材料から構成されている。樹脂材料の種類は特に限定されないが、燃料として用いられるメタノール等のアルコールに対する耐性が良好なものを用いることが好ましい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン類、ＰＴＦＥ若しくはＰＦＡ等のフッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、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、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリエーテルエーテルケトン又はアクリル等を用いることが好ましい。【００２７】
なお、酸素供給口３２は空気極側筐体３１の厚さ方向に延びており、空気極側筐体３１の外部と空気極ガス拡散層３３とを空間的に繋いでいる。酸素供給口３２は、空気極ガス拡散層３３の全体にわたってほぼ均一に酸素が導入されるように設けられていることが好ましい。【００２８】
空気極ガス拡散層３３は、例えば多孔質材料から構成されている。多孔質材料の種類は特に制限されないが、特に好適な多孔質材料としては、例えば、セラミックス多孔質体、カーボンペーパ、カーボン繊維不織布、フッ素樹脂多孔質体及びポリプロピレン多孔質体等が挙げられる。【００２９】
空気極集電体３４は、例えば、導電性を具えた、Ｎｉ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の耐蝕性の高い金属材料からなる構成されている。また、空気極集電体３３の形態としては、例えば、金属メッシュ、エキスパンドメタル、金属不織布、三次元網目構造の発泡金属等が挙げられる。つまり、空気極集電体３４の構造はメッシュ状又は多孔質状であることが好ましい。また、空気極集電体３４の表面に、高導電性でかつ高耐蝕性の金属膜、例えば、Ａｕ膜が形成されていることが好ましい。このような金属膜を設けることにより、空気極集電体３４自体の耐蝕性の向上及び空気極ガス拡散層３５との接触抵抗の低減が可能となる。【００３０】
空気極ガス拡散層３５は、例えば導電性の多孔質材料から構成されている。導電性の多孔質材料としては、カーボンペーパ及びカーボン繊維不織布等が挙げられる。【００３１】
有機多孔質体層３６としては、例えば、ポリエチレン多孔質体層、又はポリプロピレン多孔質体層を使用することができる。【００３２】
封止材５１は、気密性に優れる樹脂、例えばエポキシ樹脂又はオレフィン系樹脂から構成されており、酸素供給口３２から供給された空気又は酸素ガスの外部への漏洩を防止する。【００３３】
また、燃料極４３に接する燃料極ガス拡散層２３が設けられ、その外側に燃料極集電体２２及びもう１つの燃料極ガス拡散層２１が設けられている。そして、燃料極ガス拡散層２１の外側に、気化膜２６が設けられ、更にその外側に、空洞の燃料室２５が設けられている。また、燃料室２５の外側には燃料極側筐体２４が設けられている。これらから燃料供給部が構成されている。また、燃料極ガス拡散層２１、燃料極集電体２２、燃料極ガス拡散層２３及び燃料極４３は、封止材５２により封止されている。更に、燃料室２５も封止材５２により封止されている。なお、燃料極集電体２２の一部は、封止材５２から外部に突出している。そして、この突出した部分に、電源が必要とされる外部回路（負荷）の陰極が接続される。【００３４】
燃料極ガス拡散層２１は、例えば、メタノール等のアルコールに対する耐性を具えた多孔質材料から構成されている。燃料極ガス拡散層２１に好適な多孔質材料としては、セラミックス多孔質体、カーボンペーパ、カーボン繊維不織布、フッ素樹脂多孔質体及びポリプロピレン多孔質体等が挙げられる。【００３５】
なお、燃料極ガス拡散層２１の空孔率は、３０％〜９５％の範囲に設定されることが好ましく、４０％〜９０％の範囲に設定されることがより好ましい。空孔率が９５％を超えると、燃料極ガス拡散層２１の機械的強度が不足する場合があり、空孔率が３０％未満であると、燃料ガスが発電部まで到達し難くなることがある。また、燃料極ガス拡散層２１の厚さは、特に制限はないが、１ｍｍ以下であることが好ましい。燃料極ガス拡散層２１が１ｍｍよりも厚い場合、燃料電池全体の厚さが過度に大きくなるからである。【００３６】
燃料極集電体２２は、例えば、空気極集電体３４と同様に、導電性を具えた、Ｎｉ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の耐蝕性の高い金属材料からなる構成されている。また、燃料極集電体２２の表面に、高導電性でかつ高耐蝕性の金属膜、例えば、Ａｕ膜が形成されていることが好ましい。【００３７】
燃料極ガス拡散層２３は、例えば、メタノール等のアルコールに対する耐性を具えた導電性の多孔質材料から構成されている。導電性の多孔質材料としては、カーボンペーパ及びカーボン繊維不織布等が挙げられる。【００３８】
気化膜２６としては、液体燃料の浸透及び移動が容易であると共に、その表面から気体燃料を容易に放出することが可能な非多孔質膜が形成されている。このような非多孔質膜としては、パーフルオロスルホン酸系の樹脂膜、カルボキシル基を有するパーフルオロカーボン系の樹脂膜、シリコーン膜、ポリイミド膜等が挙げられる。また、気化膜２６として、多孔質膜が形成されていてもよい。【００３９】
空気極側筐体２４は、空気極側筐体３１と同様に、金属材料又は樹脂材料から構成されている。樹脂材料の種類は特に限定されないが、燃料として用いられるメタノール等のアルコールに対する耐性が良好なものを用いることが好ましい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン類、ＰＴＦＥ若しくはＰＦＡ等のフッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、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、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリエーテルエーテルケトン又はアクリル等を用いることが好ましい。【００４０】
封止材５２は、気密性に優れる樹脂、例えばエポキシ樹脂又はオレフィン系樹脂から構成されており、メタノールガス等の燃料ガスの外部への漏洩を防止する。【００４１】
更に、燃料室２５には燃料供給口１２が設けられており、この燃料供給口１２に燃料カートリッジ１０が着脱可能となっている。燃料カートリッジ１０内には、液体燃料が封入されている。液体燃料としては、例えば、メタノール及びエタノール等のアルコール類、ギ酸、ジメチルエーテル、ヒドラジン並びにアンモニア等を使用することができる。また、これらの液体燃料を水等の溶媒で希釈したものを用いてもよい。【００４２】
また、燃料カートリッジ１０内の液体燃料に対して圧力を印加して燃料室２５まで圧送する圧力印加部１１も設けられている。【００４３】
次に、上述のように構成された燃料電池の使用方法及び発電の機構について説明する。【００４４】
先ず、圧力印加部１１から、燃料カートリッジ１０内の液体燃料に圧力を印加することにより、液体燃料を燃料室２５内に移動させる。そして、燃料室２５内に移動してきた液体燃料が気化膜２６に触れると、液体燃料が気化して気体燃料となり、燃料極ガス拡散層２１に向けて拡散する。【００４５】
そして、この燃料ガスが燃料極ガス拡散層２１、燃料極集電体２２及び燃料極ガス拡散層２３を通過した後、燃料極４３に到達する。液体燃料としてメタノールが使用されている場合、燃料ガスが燃料極４３に到達すると、燃料極４３を構成する触媒層において、下記の反応式１の反応が進み、メタノールガス及び水蒸気が消費され、二酸化炭素ガス、プロトン（Ｈ＋）及び電子が生成されると共に、副生成物として、ジメトキシメタン、蟻酸メチル等が生成される。なお、水蒸気は、後述の空気極４１での反応により発生する。但し、ジメトキシメタン及び蟻酸メチルについても、触媒層で反応式１とは異なる酸化反応が進み、プロトン及び電子が生成される。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−    （反応式１）【００４６】
その後、プロトンは固体電解質層４２を伝導し、空気極４１に達する。一方、電子は、燃料極ガス拡散層２３及び燃料極集電体２２を介して、外部回路（負荷）に供給される。更に、電子は、空気極集電体３４及び空気極ガス拡散層３５を介して空気極４１に達する。【００４７】
一方、空気極４１には、酸素供給口３２、有機多孔質体層３６、空気極ガス拡散層３３、空気極集電体３４及び空気極ガス拡散層３５を介して酸素ガスが供給されている。つまり、空気供給部において、空気極側筐体３１の酸素供給口３２から空気中の酸素ガスが導入され、この酸素ガスが有機多孔質体層３６、空気極ガス拡散層３３、空気極集電体３４及び空気極ガス拡散層３５を通じて拡散し、空気極４１の表面に一様に導入される。そして、電子が空気極４１の触媒層に到達すると、下記の反応式２の還元反応が進み、プロトン、電子及び酸素ガスが消費され、水蒸気が生成される。
３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ    （反応式２）【００４８】
水蒸気の一部は、空気極ガス拡散層３３、有機多孔質体層３６及び酸素供給口３２を通じて外部に排出されると共に、他の一部は、空気極ガス拡散層３５等を介して燃料極４３まで到達し、上記の反応式１で示す反応に使用される。【００４９】
このような反応により、燃料電池はメタノールを燃料として発電を行うのである。【００５０】
ところが、何らかの衝撃等により燃料カートリッジ１０又は燃料室２５等に損傷が生じると、液体燃料がそのまま発電部まで到達したり、液体燃料が漏れ出して空気供給部側から発電部まで到達したりすることがある。【００５１】
液体燃料が発電部まで到達すると、酸化反応に伴う発熱が生じることがある。従来の燃料電池では、このような酸化反応が生じると、温度が上昇し続けて危険であるが、本実施形態では、発火等の危険につながるような温度まで上昇する前に、酸化反応が停止される。即ち、本実施形態では、そのような温度に到達する前に熱可塑性の有機多孔質体層３６が軟化して、その空孔部が塞がれる。この結果、空気極４１への酸素ガスの供給が遮断され、酸化反応が停止されるのである。従って、本実施形態によれば、発火等の危険な状況を未然に防止することができる。【００５２】
なお、有機多孔質体層３６の空孔率は、例えば２０％〜８０％であることが好ましい。有機多孔質体層３６の空孔率が２０％未満であると、十分に酸素を取り込むことが困難になって、出力が低下することがある。一方、空孔率が８０％を超えると、異常が発生した時に、全ての孔が塞がるまでに時間が掛かり過ぎる虞がある。【００５３】
また、有機多孔質体層３６は、上述のように、熱可塑性の有機材料から構成されているが、特に、８０℃乃至１５０℃程度で流動性を呈する材料から構成されていることが好ましい。８０℃未満で流動し始めると、異常が発生しないよう温度でも動作が停止する虞がある。一方、１５０℃より高温でなければ流動し始めない場合には、動作の停止が遅れる虞がある。【００５４】
更に、有機多孔質体層３６がゲル状の物質から構成されていてもよい。この場合には、特に、燃料カートリッジ１０から漏出し、外部から侵入して来ようとする液体燃料を吸収して、危険につながる反応を未然に防止することができる。【００５５】
また、有機多孔質体層３６が空気供給部だけでなく、燃料供給部にも設けられていてもよい。【００５６】
また、空気極ガス拡散層３３及び３５は、これらが存在しなくても空気極４１の表面に十分に酸素ガスが十分に拡散した状態で供給される場合は、設けられていなくてもよい。同様に、燃料極ガス拡散層２１及び２３は、これらが存在しなくても燃料極４３の表面に十分に燃料ガスが十分に拡散した状態で供給される場合は、設けられていなくてもよい。【００５７】
更に、有機多孔質体層３６が空気極側筐体３１と同様に、十分な剛性を具えている場合には、空気極側筐体３１が設けられていなくてもよく、この場合には、燃料電池をより小型化することが可能となる。【００５８】
次に、本願発明者が実際に行った実験の内容及び結果について説明する。この試験では、１０種類の燃料電池を製造した。但し、そのうちの８つは、本願発明の実施例であり、残りの２つは、本願発明の範囲から外れる比較例である。また、燃料電池の燃料極４３として、白金−ルテニウム合金担持触媒（ＴＥＣ６１Ｅ５４，田中貴金属製）を用いた。また、空気極４１として、白金担持触媒（ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ，田中貴金属製）を用いた。また、固体電解質層４２として、Ｎａｆｉｏｎ  ＮＦ１１２（部分フッ素化固体電解質）  （デュポン社製）を用いた。また、気化膜２６として、シリコーン樹脂膜（三菱樹脂製）を用いた。また、液体燃料としては、２ｃｃのメタノール水溶液（１００％）を用い、圧力印加部１１から液体燃料への送液圧力を０．５ＭＰａとした。【００５９】
（実施例１）
実施例１では、有機多孔質体層３６として、空孔率が５０％のポリエチレン多孔質体層を用いた。【００６０】
（実施例２）
実施例２では、有機多孔質体層３６として、空孔率が２０％のポリエチレン多孔質体層を用いた。【００６１】
（実施例３）
実施例３では、有機多孔質体層３６として、空孔率が８０％のポリエチレン多孔質体層を用いた。【００６２】
（実施例４）
実施例４では、有機多孔質体層３６として、空孔率が５０％のポリエチレン多孔質体層を用いた。更に、燃料極４３側にも空孔率が５０％のポリエチレン多孔質体層を設けた。燃料極４３側のポリエチレン多孔質体層は、燃料極ガス拡散層２１と気化膜２６との間に設けた。【００６３】
（実施例５）
実施例５では、有機多孔質体層３６として、空孔率が５０％のポリエチレン多孔質体層を用いた。更に、有機多孔質体層３６の外側に、空孔率が５０％のＮａｆｉｏｎ（デュポン社製）の層を設けた。【００６４】
（実施例６）
実施例６では、有機多孔質体層３６として、空孔率が２０％のポリプロピレン多孔質体層を用いた。【００６５】
（実施例７）
実施例７では、有機多孔質体層３６として、空孔率が１０％のポリエチレン多孔質体層を用いた。【００６６】
（実施例８）
実施例８では、有機多孔質体層３６として、空孔率が９０％のポリエチレン多孔質体層を用いた。【００６７】
（比較例１）
比較例１では、有機多孔質体層３６を設けずに燃料電池を構成した。【００６８】
（比較例２）
比較例２では、有機多孔質体層３６の代わりに、空孔率が９０％のガラスフィルタ（無機多孔質体層）を用いた。【００６９】
なお、いずれの燃料電池においても、複数個の単セルを直列につないで、発電部の総面積を互いに一定なものとした。そして、６０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で放電が行われることを確認した。その後、高温放電試験及び燃料漏出試験を行った。【００７０】
高温放電試験では、先ず、２５℃の恒温槽中で、１時間、６０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で放電を行うことにより、燃料電池を安定状態とした。次に、恒温槽の温度を２０℃／分の昇温速度で１６０℃まで上昇させ、強制的に異常発熱状態とした。そして、この異常発熱状態での動作状況を確認した。【００７１】
一方、燃料漏出試験では、空気極側筐体３１にメタノールを直接塗布し、この状態での動作状況を確認した。【００７２】
これらの結果を表１に示す。なお、表１中の放電出力は、高温放電試験における昇温前に行った放電の際の出力（ｍＷ／ｃｍ２）を示している。また、高温放電試験及び燃料漏出試験における◎は、温度上昇及び発火が生じることなく、燃料電池の発電動作が停止したことを示している。○は、温度が若干上昇したものの、危険に至る前に発電動作が停止したことを示している。×は、異常発熱及び／又は発火が生じたことを示している。【００７３】
【表１】
2008102424.tif 000003
【００７４】
表１に示すように、実施例１〜８において、良好な結果が得られた。但し、実施例７では、有機多孔質体層３６の空孔率が低かったため、酸素の取り入れ効率が低く、放電出力が低めであった。また、実施例８では、空孔率が高かったため、実施例１〜７よりも酸素の遮断が遅れた。【００７５】
一方、比較例１及び２では、酸素が供給され続けたため、異常発熱及び／又は発火が生じた。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明によれば、異常発電等によって一時的に高温状態になったり、燃料の漏出等によって空気極側から燃料が侵入しそうになったりしても、発火等の危険な状態に至る前に動作を停止することができる。このため、燃料電池の信頼性を著しく向上することができる。また、安全性の向上のために複雑な機構は必要とされないため、小型で携帯可能な燃料電池にも有効である。
【図１】
2008102424.tif 000004
【図２】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年4月13日(2009.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素の反応が生じ、外部から電子が供給される正極と、
燃料の反応が生じ、外部に電子を放出する負極と、
前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、
所定の温度以上となった場合に前記正極への酸素の供給を遮断する遮断手段と、
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記遮断手段として、熱可塑性の多孔質体層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
酸素の反応が生じ、外部から電子が供給される正極と、
燃料の反応が生じ、外部に電子を放出する負極と、
前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、
外部から前記正極へ侵入しようとする燃料を吸収する吸収手段と、
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
前記吸収手段として、多孔質体層が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記多孔質体層の空孔率は８０％以下であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
更に、所定の温度以上となった場合に前記正極への酸素の供給を遮断する遮断手段を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記遮断手段として、熱可塑性の多孔質体層が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記熱可塑性の多孔質体層の空孔率は８０％以下であることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
酸素の反応が生じ、外部から電子が供給される正極と、
燃料の反応が生じ、外部に電子を放出する負極と、
前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、
前記電解質層を基準として前記正極の外側に設けられた有機多孔質体層と、
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
前記有機多孔質体層の空孔率は８０％以下であることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、液体燃料を含有する燃料電池に関する。
【国際調査報告】
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