(57)【要約】  本発明は、発電時の出力低下が抑制された燃料電池を提供することを目的とする。  本発明は、電解質層（１）と、前記電解質層（１）の一方の面に形成された複数のアノード（３）と、前記電解質層（１）の他方の面に形成された複数のカソード（２）と、前記複数のカソード（２）間の隙間と対向する位置に配置されたメタノール酸化触媒を含む触媒層（１０）とを具備する燃料電池に関する。
2008078639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と、
前記電解質層の一方の面に形成された複数のアノードと、
前記電解質層の他方の面に形成された複数のカソードと、
前記複数のカソード間の隙間と対向する位置に配置されたメタノール酸化触媒を含む触媒層と
を具備する燃料電池。
【請求項２】
前記触媒層は、前記電解質層上の前記複数のカソード間に配置されている請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記触媒層が配置される絶縁層をさらに具備し、前記触媒層は前記絶縁層を介して前記複数のカソード間の隙間と対向している請求項１記載の燃料電池。
【請求項４】
前記複数のアノードに気化燃料を供給するための燃料気化層をさらに具備する請求項１〜３いずれか１項記載の燃料電池。
【請求項５】
前記気化燃料は、濃度が５０モル％を超えるメタノール水溶液もしくは液体のメタノールが気化したものである請求項１〜４いずれか１項記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型燃料電池として好適な燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子技術の進歩により、電子機器の小型化、高性能化、ポータブル化が進んでおり、携帯用電子機器においては、使用される電池の高エネルギ密度化の要求が強まっている。このため、軽量で小型でありながら高出力の燃料電池が要求されている。【０００３】
特に、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）は、水素ガスを使用する燃料電池に比べ、水素ガスの取り扱いの困難さや、有機燃料を改質して水素を作り出す装置等が必要なく、小型化に優れていると考えられる。【０００４】
国際公開ＷＯ２００５／１１２１７２Ａ１では、メタノール濃度が５０モル％を超えている液体燃料を気化させた気化燃料を用いることにより、軽量かつ小型でありながら高出力の燃料電池を実現している。【０００５】
しかしながら、国際公開ＷＯ２００５／１１２１７２Ａ１のように気化燃料を使用する気化型の燃料電池では、発電中に膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）の温度が低下しやすく、高出力を安定して得られないという問題点があった。ＭＥＡの温度を維持する方法として液体燃料を保温することが挙げられるが、気化量が増大するため、カソードへのメタノールクロスオーバが多くなり、出力がさらに低下する。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、発電時の出力低下が抑制された燃料電池を提供しようとするものである。
【０００７】
本発明に係る燃料電池は、電解質層と、
前記電解質層の一方の面に形成された複数のアノードと、
前記電解質層の他方の面に形成された複数のカソードと、
前記複数のカソード間の隙間と対向する位置に配置されたメタノール酸化触媒を含む触媒層と
を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る直接メタノール型燃料電池を示す模式図である。
【図２】図２は、図１の直接メタノール型燃料電池の要部を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係る直接メタノール型燃料電池を示す模式図である。
【図４】図４は、図３の直接メタノール型燃料電池の要部を示す斜視図である。
【図５】図５は、実施例１〜２及び比較例の直接メタノール型燃料電池における出力密度の経時変化を示す特性図である。
【図６】図６は、実施例１〜２及び比較例の直接メタノール型燃料電池におけるＭＥＡの温度変化を示す特性図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る燃料電池を示す内部透視断面図である。
【図８】図８は、図７の燃料電池の燃料分配機構を示す斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者らは鋭意研究の結果、気化燃料供給型の燃料電池では、発電を開始すると、カソードでのメタノールクロスオーバ反応量が減少するため、カソードでの発熱量が減少し、これによりＭＥＡの温度が低下し、発電効率が低下することを究明した。また、この気化燃料供給型の燃料電池において、国際公開ＷＯ２００５／１１２１７２Ａ１に記載されているようなカソードで生成した水をアノードに戻す構成にすると、ＭＥＡの温度がさらに低下することがわかった。ＭＥＡの温度が低下すると、発電効率が低下するだけでなく、液体燃料の気化量が減少するため、出力が著しく低下する。【００１０】
本発明者らは、ＭＥＡを、電解質層の一方の面に複数のアノードが形成され、かつ他方の面に複数のカソードが形成された平面型構造にし、メタノール酸化触媒を含む触媒層を複数のカソード間の隙間と対向するように設けると、電解質層を透過してきたメタノールが触媒層において反応し、その反応熱でＭＥＡを保温できることを見出したのである。その結果、発電中のＭＥＡの温度低下を抑制することができるため、長期間に亘って高い出力を維持することができる。また、発電に利用できなかったメタノールを触媒層で消費することができるため、燃料電池の外部に排出されるメタノール量を少なくすることができる。【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。【００１２】
（第１の実施形態）
図１に示すように、燃料電池は複数の膜電極接合体（ＭＥＡ）を備えている。複数のＭＥＡは、プロトン伝導性の電解質層１と、電解質層１の一方の面（図１では上面）に形成された複数のカソード２と、電解質層１の他方の面（図１では下面）に形成された複数のアノード３とから構成されている。つまり、複数のＭＥＡが１葉の電解質層１を共有している。また、カソード２は、電解質層１を介してアノード３と対向している。カソード２は、それぞれ、カソード触媒層４がカソードガス拡散層５に積層されたもので、カソード触媒層４が電解質層１と接している。カソード導電層６は、カソードガス拡散層５上に積層されている。一方、アノード３は、アノード触媒層７がアノードガス拡散層８に積層されたもので、アノード触媒層７が電解質層１と接している。カソード導電層９は、アノードガス拡散層８上に積層されている。【００１３】
電解質層１には、プロトン伝導性の電解質膜を使用することができる。電解質膜を構成するプロトン伝導性材料としては、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂（例えば、パーフルオロスルホン酸重合体）、スルホン酸基を有するハイドロカーボン系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸などの無機物等が挙げられるが、これらに限定される物ではない。【００１４】
カソード触媒層４に含まれるカソード触媒としては、例えば、白金族元素の単体金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。カソード触媒には、白金を用いることが望ましいが、これに限定されるものでは無い。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒を使用しても、あるいは無担持触媒を使用しても良い。一方、アノード触媒層７に含まれるアノード触媒としては、例えば、白金族元素の単体金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。アノード触媒には、メタノールや一酸化炭素に対する耐性の強いＰｔ−Ｒｕを用いることが望ましいが、これに限定されるものでは無い。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒を使用しても、あるいは無担持触媒を使用しても良い。【００１５】
カソードガス拡散層５はカソード触媒層４に酸化剤（例えば空気）を均一に供給する役割を担うものであるが、カソード触媒層４の集電体も兼ねている。一方、アノードガス拡散層８はアノード触媒層７に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層７の集電体も兼ねている。カソードガス拡散層５及びアノードガス拡散層８には、例えば、カーボンペーパーなどの多孔質体を使用することが可能である。【００１６】
カソード導電層６及びアノード導電層９には、例えば、金、ニッケルなどの金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）、金、ニッケルなどの金属材料からなる箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材などをそれぞれ使用することが出来る。【００１７】
図１及び図２に示すように、メタノール酸化触媒を含む触媒層１０は、電解質層１上のカソード２の間に配置されている。このように触媒層１０を配置すると、カソード２への酸化剤供給が触媒層１０で妨げられるのを防止できる。メタノール酸化触媒としては、例えば、白金族元素の単体金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。触媒層１０に使用するメタノール酸化触媒は、アノード触媒またはカソード触媒と同じ種類であっても、異なる種類であっても良い。【００１８】
ＭＥＡの下方には、燃料貯蔵部としての液体燃料タンク１１が配置されている。液体燃料タンク１１内には、液体燃料１２が収容されている。液体燃料１２には、例えば、液体のメタノール、メタノール水溶液が使用される。メタノール水溶液の濃度は５０モル％を超える高濃度にすることが望ましい。また、純メタノールの純度は、９５重量％以上１００重量％以下にすることが望ましい。【００１９】
液体燃料タンク１１とアノード３との間には、液体燃料をアノードに供給するための燃料供給手段、例えば燃料気化層１３が配置されている。燃料気化層１３は、アノード触媒層７に液体燃料を気化させた気化燃料を供給するためのものである。燃料気化層１３には、例えば、液体燃料の気化成分のみを透過させて、液体燃料は透過できない気液分離膜を使用することができる。気液分離膜には、例えば、メタノール透過性を有する撥水性膜を使用することができる。メタノール透過性を有する撥水性膜としては、例えば、シリコーンシート、ポリエチレン多孔膜、ポリプロピレン多孔膜、ポリエチレン−ポリプロピレン多孔膜、ポリテトラフルオロエチレン多孔膜等を挙げることができる。【００２０】
燃料気化層１３とアノード導電層９の間には、任意にフレーム１４が配置されている。フレーム１４で囲まれた空間は、アノードへの気化燃料の供給量を調整するための気化燃料収容室１５として機能する。【００２１】
一方、ＭＥＡのカソード導電層６には、カソード触媒層４において生成した水の蒸散を抑止する保湿板１６が積層されている。保湿板１６は、カソードで生成した水をアノードに供給するための水供給手段として機能する。保湿板１６は、カソードからの水分の蒸発を抑制する。このため、発電反応の進行に伴ってカソード触媒層４中の水分保持量が増加し、カソード触媒層４の水分保持量がアノード触媒層７の水分保持量よりも多い状態が作り出される。その結果、浸透圧現象が促進されるため、カソード触媒層４に生成した水が電解質層１を通過してアノード触媒層７に供給される。【００２２】
酸化剤である空気を取り入れるための空気導入口１７が複数個形成されたカバープレート１８は、保湿板１６の上に積層されている。カバープレート１８は、膜電極接合体を含むスタックを加圧してその密着性を高める役割も果たしているため、例えば、ＳＵＳ３０４、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼、チタン合金、ニッケル合金のような金属から形成される。【００２３】
保湿板１６は、メタノールに対して不活性で、耐溶解性、酸素透過性及び透湿性を有する絶縁材料から形成されていることが望ましい。このような絶縁材料としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンを挙げることができる。【００２４】
保湿板１６は、ＪＩＳ  Ｐ−８１１７−１９９８で規定される透気度が５０秒／１００ｃｍ３以下であることが望ましい。これは、透気度が５０秒／１００ｃｍ３を超えると、空気導入口１７からカソードへの空気拡散が阻害されて高出力を得られない恐れがあるからである。透気度のさらに好ましい範囲は、１０秒／１００ｃｍ３以下である。【００２５】
保湿板１６は、ＪＩＳ  Ｌ−１０９９−１９９３  Ａ−１法で規定される透湿度が６０００ｇ／ｍ２２４ｈ以下であることが望ましい。なお、上記透湿度の値は、ＪＩＳ  Ｌ−１０９９−１９９３  Ａ−１法の測定方法で示されている通り、４０±２℃の温度の値である。透湿度が６０００ｇ／ｍ２２４ｈを超えると、カソードからの水分蒸発量が多くなり、カソードからアノードへの水拡散を促進する効果を十分に得られない恐れがあるからである。また、透湿度を５００ｇ／ｍ２２４ｈ未満にすると、過剰量の水がアノードへ供給されて高出力を得られない恐れがあることから、透湿度は、５００〜６０００ｇ／ｍ２２４ｈの範囲にすることが望ましい。透湿度のさらに好ましい範囲は、１０００〜４０００ｇ／ｍ２２４ｈである。【００２６】
ＭＥＡからの燃料漏れ及び酸化剤漏れを防止するため、電解質層１と保湿板１６の間並びに電解質層１とフレーム１４の間、それぞれにシール材１９が介在されている。【００２７】
図１，２に示す構成の燃料電池では、燃料気化層１３からアノード３に供給される気化燃料と、カバープレート１８の空気導入口１７からカソード２に供給される空気とを用いて発電が行われる。この発電によりカソード２で生成した水は、保湿板１６により燃料電池外部への蒸発が疎外されているため、浸透圧の関係で電解質層１を介してアノード３に移動する。その結果、発電中、アノード３に水が安定して供給されるため、アノード３の内部改質反応の反応抵抗が低減される反面、ＭＥＡの温度低下が懸念される。電解質層１上のカソード２の間に、メタノール酸化触媒を含む触媒層１０が配置されているため、燃料気化層１３から電解質層１を透過してきたメタノールが触媒層１０で酸化され、触媒層１０が発熱する。この発熱でＭＥＡを保温することができるため、長期間に亘って高出力を維持することができる。【００２８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る燃料電池は、触媒層１０を電解質層１に配置する代わりに、絶縁層に設ける点以外は、第１の実施形態と同様な構成を有するため、第１の実施形態と同様な部材については同符号を付して説明を省略する。【００２９】
図３及び図４に示すように、絶縁層２０は、カソード導電層６と保湿板１６との間に介在されている。絶縁層２０は、カソード導電層６と対向する箇所がメッシュ状の多孔質部２１となっており、これによりカソード触媒層４への酸化剤供給路が確保されている。絶縁層２０は、メタノール耐性を有するポリマーから形成することができる。このようなポリマーとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アクリルゴム以外のゴム類、硬質塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、メラミン樹脂、キシレン樹脂などを挙げることができる。【００３０】
触媒層１０は、絶縁層２０上の多孔質部２１の間に配置され、保湿板１６と対向している。このため、触媒層１０は、電解質層１を透過したメタノールと反応してＭＥＡを保温することができ、長期間に亘って高出力を維持することができる。また、触媒層１０とカソード２との間に絶縁層２０が介在されているため、触媒層１０とカソード２との接触による副反応の恐れもない。【００３１】
［実施例］
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。【００３２】
（実施例１）
＜アノードの作製＞
ＰｔＲｕ合金（Ｐｔ：Ｒｕ＝１：１）粒子が担持されたカーボンブラックからなるアノード触媒に、パーフルオロカーボンスルホン酸溶液、水及びメトキシプロパノールを添加し、これらを混合することによりペーストを調製した。得られたペーストをアノードガス拡散層としての多孔質カーボンペーパーに塗布することによりアノード触媒層を得た。【００３３】
＜カソードの作製＞
Ｐｔ粒子が担持されたカーボンブラックからなるカソード触媒に、パーフルオロカーボンスルホン酸溶液、水及びメトキシプロパノールを加え、これらを混合することによりペーストを調製した。得られたペーストをカソードガス拡散層としての多孔質カーボンペーパーに塗布することによりカソード触媒層を得た。【００３４】
多孔質カーボンペーパー上に塗布された前記アノード触媒層、および多孔質カーボンペーパー上に塗布された前記カソード触媒層は、所定の大きさになるように型を用いて切断した。また本発明のカソード間の隙間に対向する位置に配置するカソード触媒層も、前記で作製したカソード触媒層を隙間の大きさに合致するような所定の大きさに切断した。【００３５】
プロトン伝導性電解質膜としてのパーフルオロカーボンスルホン酸膜（ｎａｆｉｏｎ（登録商標）膜、デュポン社製）の一方の面に複数のカソードを配置した。この電解質膜の他方の面に複数のアノードをそれぞれがカソードと対向するように配置した。また前記複数のカソード間の隙間と対向する位置に、カソード触媒層を配置した。これらにホットプレスを施すことにより、複数の膜電極接合体（ＭＥＡ）を得た。ＭＥＡそれぞれのカソード拡散層にカソード導電層を、アノード拡散層にアノード導電層を配置した。カソード導電層及びアノード導電層には、Ａｕ製メッシュ板を使用した。【００３６】
気液分離膜として、シリコーンゴムシートを用意した。また、燃料タンクに純度が９９．９重量％のメタノールを収容した。保湿板として厚さが５００μｍで、透気度が２秒／１００ｃｍ３（ＪＩＳ  Ｐ−８１１７−１９９８）で、透湿度が４０００ｇ／ｍ２２４ｈ（ＪＩＳ  Ｌ−１０９９−１９９３  Ａ−１法）のポリエチレン製多孔質フィルムを用意した。【００３７】
得られた膜電極接合体及び気液分離膜を用いて前述した図１に示す構造を有する内部気化型の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。【００３８】
（実施例２）
実施例１で説明したのと同様にしてアノード触媒層とカソード触媒層を作製し、プロトン伝導性電解質膜としてのパーフルオロカーボンスルホン酸膜（ｎａｆｉｏｎ（登録商標）膜、デュポン社製）の一方の面に複数のカソードを配置した。この電解質膜の他方の面に複数のアノードをそれぞれがカソードと対向するように配置した。これらにホットプレスを施すことにより、複数の膜電極接合体（ＭＥＡ）を得た。  
全てのＭＥＡのカソード導電層を覆うように絶縁層を配置した。絶縁層は、ポリエチレン製で、カソード導電層と対向する部分がメッシュ状の多孔質部となっていた。メッシュ状の多孔質部分と合致する大きさにポリエチレンテレフタレート製のマスキングを施し、絶縁層の多孔質部間にカソード触媒層と同様な組成のスラリーを塗布し、乾燥して、マスキングを取り除くことで、メッシュ状の多孔質部以外の場所に触媒層を形成した。【００３９】
得られたＭＥＡ及び触媒層と、実施例１で説明したのと同様な気液分離膜及び液体燃料とを用いて前述した図３に示す構造を有する内部気化型の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。【００４０】
（比較例）
触媒層１０を形成しないこと以外は、前述した実施例１で説明したのと同様な構成の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。【００４１】
得られた燃料電池に０．３Ｖで定電圧試験を行い、出力密度の経時変化を図５に、ＭＥＡの温度変化を図６に示す。なお、定電圧試験の途中で液体燃料の補充を１回行った。【００４２】
図５から明らかな通りに、実施例１，２の燃料電池では、発電が進行した際の出力密度の低下幅が小さく、この傾向は液体燃料を補充後もほとんど変わらなかった。また、図６から、実施例１，２の燃料電池では、ＭＥＡの温度がほぼ一定に保たれていることがわかる。【００４３】
これに対し、比較例の燃料電池では、発電を開始すると出力密度が急激に低下し、液体燃料の補充直後は高い出力密度が得られるものの、直ちに出力密度が低下した。また、図６の結果から、比較例の燃料電池では、ＭＥＡの温度低下幅が大きいことがわかる。【００４４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施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、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施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、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。【００４５】
例えば、上記した説明では、燃料電池の構成として膜電極接合体（ＭＥＡ）の下部に燃料貯蔵部を有する構造で説明したが、燃料貯蔵部からＭＥＡへの燃料の供給は流路を配して接続された構造であってもよい。また、燃料電池本体の構成としてパッシブ型の燃料電池を例に挙げて説明したが、アクティブ型の燃料電池、さらには燃料供給など一部にポンプ等を用いたセミパッシブ型の燃料電池に対しても本発明を適用することができる。【００４６】
セミパッシブ型の燃料電池は、燃料収容部から膜電極接合体に供給された燃料は発電反応に使用される。未使用の燃料がその後に循環して燃料収容部に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池では、燃料を循環させないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、燃料電池では、燃料の供給にポンプが使用されており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。このため、燃料電池は、上述したようにセミパッシブ方式と呼称される。【００４７】
図７は、このようなセミパッシブ型の燃料電池３０１を示す模式図である。【００４８】
燃料電池３０１は、発電部としての膜電極接合体３０１ａ、集電体としてのカソード導電層（図示せず）及びアノード導電層（図示せず）を備えている。【００４９】
膜電極接合体３０１ａは、プロトン伝導性の電解質膜２１を間に挟んでその両側にカソード２２及びアノード２３が熱プレスで一体化されており、カソード２２は電解質側にカソード触媒層２４、その外側にカソードガス拡散層２５を有しており、アノード２３は電解質側２１にアノード触媒層２６、その外側にアノードガス拡散層２７を有している。【００５０】
さらに、膜電極接合体３０１ａのカソードガス拡散層２５にはカソード導電層（図示せず）が接触し、アノードガス拡散層２７にはアノード導電層（図示せず）が接触している。これらカソード導電層及びアノード導電層を介して発電部で発電された電力が図示しない負荷に出力されるようになっている。【００５１】
電解質膜２１と後述する燃料供給手段（燃料分配機構）３０１ｅおよびカバープレート１８との間には、それぞれゴム製のＯリング１９が介在されており、これらによって燃料電池発電部３０１ａからの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。【００５２】
カバープレート１８は酸化剤である空気を取入れるための不図示の開口を有している。カバープレート１８とカソード２２との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層はカソード触媒層２４で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層２４への空気の均一拡散を促進するものである。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。【００５３】
膜電極接合体３０１ａのアノード２３側には、燃料供給手段としての燃料分配機構３０１ｅが配置されている。燃料分配機構３０１ｅには配管のような燃料の流路３０１ｃを介して燃料貯蔵手段としての燃料収容部３０１ｂが接続されている。【００５４】
燃料収容部３０１ｂには、燃料電池３０１に対応した液体燃料が収容されている。液体燃料としては、第１の実施形態で説明したのと同様なものを挙げることができる。【００５５】
燃料分配機構３０１ｅには燃料収容部３０１ｂから流路３０１ｃを介して燃料が導入される。流路３０１ｃは燃料分配機構３０１ｅや燃料収容部３０１ｂと独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構３０１ｅと燃料収容部３０１ｂとを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料の流路であってもよい。燃料分配機構３０１ｅは流路３０１ｃを介して燃料収容部３０１ｂと接続されていればよい。【００５６】
ここで、燃料分配機構３０１ｅは、例えば図８に示すように、燃料が流路３０１ｃを介して流入する少なくとも１個の燃料注入口３１と、液体燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口３２とを有する燃料分配板３３を備えている。燃料分配板３３の内部には図８に示すように、燃料注入口３１から導かれた燃料の通路となる空隙部３４が設けられている。複数の燃料排出口３２は燃料通路として機能する空隙部３４にそれぞれ直接接続されている。【００５７】
燃料注入口３１から燃料分配機構３０１ｅに導入された燃料は空隙部３４に入り、この燃料通路として機能する空隙部３４を介して複数の燃料排出口３２にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口３２には、例えば燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離膜（図示せず）を配置してもよい。これによって、燃料電池発電部３０１ａのアノード２３には燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構３０１ｅとアノード２３との間に気液分離膜等として設置してもよい。液体燃料の気化成分は複数の燃料排出口３２からアノード２３の複数個所に向けて排出される。【００５８】
燃料排出口３２は膜電極接合体３０１ａの全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板３３のアノード２３と接する面に複数設けられている。燃料排出口３２の個数は２個以上であればよいが、燃料電池発電部３０１ａの面内における燃料供給量を均一化する上で、０．１〜１０個／ｃｍ２の燃料排出口３２が存在するように形成することが好ましい。【００５９】
燃料分配機構３０１ｅと燃料収容部３０１ｂの間を接続する流路３０１ｃには、ポンプ３０１ｄが挿入されている。このポンプ３０１ｄは燃料を循環される循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部３０１ｂから燃料分配機構３０１ｅに燃料を移送する燃料供給ポンプである。このようなポンプ３０１ｄで必要時に燃料を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めるものである。この場合、ポンプ３０１ｄとしては、少量の燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリーベーンポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。【００６０】
このような構成において、燃料収容部３０１ｂに収容された液体燃料は、ポンプ３０１ｄにより流路３０１ｃを移送され、燃料分配機構３０１ｅに供給される。そして、燃料分配機構３０１ｅから放出された燃料は、燃料電池発電部３０１ａのアノード（燃料極）２３に供給される。燃料電池発電部３０１ａ内において、燃料はアノードガス拡散層２７を拡散してアノード触媒層２６に供給される。【００６１】
なお、燃料分配機構３０１ｅからＭＥＡへの燃料供給が行われる構成であればポンプ３０１ｄに代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。【００６２】
以上説明したようなセミパッシブ型の燃料電池に本発明を適用する場合、前述した第１の実施形態あるいは第２の実施形態で用いる複数の膜電極接合体を、上記膜電極接合体３０１ａの代わりに使用する。この構成であっても、上記した説明と同様の作用効果が得られる。ＭＥＡへ供給される液体燃料においても、液体燃料の蒸気のみを供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明によれば、発電時の出力低下が抑制された燃料電池を提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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