(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料電池であって、
酸化される水性液体燃料が供給されるアノードと、
ガス状酸化剤が供給されるカソードと、
アノードとカソードとの間に置かれる固体高分子電解質膜と、
アノードに液体燃料を送る液体燃料流路と、
液体燃料流路に水を送る水の流路と、
液体燃料流路内で水と混合され水性液体燃料となる高濃度液体燃料を液体燃料流路に送るための高濃度液体燃料ラインと、
カソードに組み込まれ、あるいは、カソードと流体連結しているカソードウィッキング構造体であって、水の吸い上げ、放出が可能なカソードウィッキング材料を備え、カソードウィッキング材料は、カソードウィッキング材料最長寸法及びカソードウィッキング材料最長寸法の２分の１より大きい自由上昇ウィック高さを有するカソードウィッキング構造体と、
カソードウィッキング構造体から水の流路へ水を取り出す水取出し手段と、
を備える液体燃料電池。
【請求項２】
水取出し手段がポンプあるいはカソードウィッキング構造体より毛管作用が大きいウィックである請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項３】
水取出し手段がポンプである請求項２に記載の液体燃料電池。
【請求項４】
水取出し手段がウィックである請求項２に記載の液体燃料電池。
【請求項５】
カソードウィッキング材料の自由上昇ウィック高さがカソードウィッキング材料最長寸法より大きい請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項６】
カソードウィッキング材料が、発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維、不織繊維および無機多孔材料からなる群から選択される請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項７】
カソードウィッキング材料が、発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維および不織繊維からなる群から選択される請求項６に記載の液体燃料電池。
【請求項８】
カソードウィッキング材料が、ポリウレタン発泡体、メラミン発泡体、セルロース発泡体、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる不織フェルト、セルロース、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる繊維束、繊維マットあるいは織繊維からなる群から選択される請求項７に記載の液体燃料電池。
【請求項９】
ポリウレタン発泡体がフェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体であり、ポリアミドがナイロンでありポリエステルがポリエチレンテレフタレートである請求項８に記載の液体燃料電池。
【請求項１０】
カソードウィッキング材料が、フェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体である請求項９に記載の液体燃料電池。
【請求項１１】
カソードウィッキング構造体が厚みを有すると共に、厚みを貫き、カソード上で酸化反応を行わせるのに有効な量のガス状酸化剤をカソードに送る寸法を有する穴を少なくとも一つ画定する請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項１２】
カソードウィッキング構造体が厚みを貫く複数の穴を有し、穴の数及び寸法は、それらを通してカソード上で酸化反応を行わせるのに有効な量のガス状酸化剤を送る請求項１１に記載の液体燃料電池。
【請求項１３】
カソードウィッキング構造体がカソードに組み込まれており、
カソードが第１カソード表面、第２カソード表面、及び、第２カソード表面上に触媒を備え、第２カソード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、第１カソード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
カソードウィッキング構造体が平坦で第１および第２カソードウィッキング構造体表面をもち、第２カソードウィッキング構造体表面は触媒に隣接し、第１カソードウィッキング構造体表面が第１カソード表面をなし、第１カソードウィッキング構造体は、その表面上に、カソード上で酸化反応を行わせることのできる量のガス状の酸化剤をカソードに送ることができる寸法を有する少なくとも１つの溝を有する請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項１４】
第１カソードウィッキング構造体表面がその上に複数の溝をもち、その溝の数および寸法がカソードで酸化反応を行わせるのに有効な量のガス状の酸化剤をカソードに送るものである請求項１３に記載の液体燃料電池。
【請求項１５】
カソードウィッキング構造体がカソードの外部にあるが、カソードと流体連結しており、
カソードが第１カソード表面、第２カソード表面をさらに備え、第２カソード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１カソード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
カソードウィッキング構造体が平坦で第１および第２カソードウィッキング構造体表面をもち、第２カソードウィッキング構造体表面は第１カソード表面に隣接し、また第１カソードウィッキング構造体表面がカソードから離れた方に面しており、さらに第２カソードウィッキング構造体はその表面上に、カソード上で酸化反応を行わせるある量のガス状の酸化剤をカソードに送ることのできる寸法を有する少なくとも１つの溝を有する請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項１６】
第２カソードウィッキング構造体表面がその上に複数の溝をもち、その溝の数および寸法がカソードで酸化反応を行わせるのに有効な量のガス状の酸化剤をカソードに送るものである請求項１５に記載の液体燃料電池。
【請求項１７】
カソードウィッキング構造体に隣接する電気伝導層をさらに備える請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項１８】
電気伝導層がカソードウィッキング構造体表面に取り付けられている請求項１７に記載の液体燃料電池。
【請求項１９】
電気伝導層がカソードウィッキング構造体表面にクリンプされている請求項１８に記載の液体燃料電池。
【請求項２０】
電気伝導層がメタルスクリーン、メタルウールあるいはエキスパンドメタルホイルを含む請求項１７に記載の液体燃料電池。
【請求項２１】
電気伝導層がカソードウィッキング構造体表面に電気伝導性コーティングを備え、導電性コーティングがメタルおよびカーボン、あるいはこれらの混合物からなる群から選択される物質を含む請求項１７に記載の液体燃料。
【請求項２２】
電気伝導層が電流回路と電気的に連通している請求項１７に記載の液体燃料。
【請求項２３】
カソードウィッキング構造体がカソードから水を引き出す毛管作用の勾配を有する請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項２４】
カソードウィッキング構造体が少なくとも第１および第２のウィッキング材料を備え、第１のウィッキング材料の毛管作用が第２のウィッキング材料より大きく、また第１のウィッキング材料は最長寸法を有し、かつ、第１のウィッキング材料の自由上昇ウィック高さが最長寸法の２分の１より大きい請求項２３に記載の液体燃料電池。
【請求項２５】
第１のウィッキング材料の自由上昇ウィック高さがその最長寸法より大きい請求項２４に記載の液体燃料電池。
【請求項２６】
アノードに組み込まれているか、あるいは、アノードと流体連結しているアノードウィッキング構造体をさらに備え、
アノードウィッキング構造体は、液体燃料を吸い上げ、放出できるアノードウィッキング材料を備え、アノードウィッキング材料はアノードウィッキング材料最長寸法およびアノードウィッキング材料最長寸法の２分の１より大きい自由上昇ウィック高さを有し、
さらにアノードウィッキング構造体が液体燃料流路と流体連結している請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項２７】
アノードウィッキング材料の自由上昇ウィック高さがアノードウィッキング材料最長寸法より大きい請求項２６に記載の液体燃料電池。
【請求項２８】
アノードウィッキング材料が発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維、不織繊維および無機多孔材料からなる群から選択される請求項２６に記載の液体燃料電池。
【請求項２９】
アノードウィッキング材料が、発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維および不織繊維からなる群から選択される請求項２８に記載の液体燃料電池。
【請求項３０】
アノードウィッキング材料が、ポリウレタン発泡体、メラミン発泡体、セルロース発泡体、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる不織フェルト、セルロース、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる繊維束、繊維マットあるいは織繊維からなる群から選択される請求項２９に記載の液体燃料電池。
【請求項３１】
ポリウレタン発泡体がフェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体であり、ポリアミドがナイロンでありポリエステルがポリエチレンテレフタレートである請求項３０に記載の液体燃料電池。
【請求項３２】
アノードウィッキング材料が、フェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体である請求項３１に記載の液体燃料電池。
【請求項３３】
アノードウィッキング構造体が厚みを有すると共に、厚みを貫き、アノードから二酸化炭素を除去できる大きさの開口面積を有する穴を少なくとも一つ確定する請求項２６に記載の液体燃料電池。
【請求項３４】
アノードウィッキング構造体が、アノードから二酸化炭素を除去できる大きさの全開口面積を有し厚みを貫く複数の穴を有する請求項３３に記載の液体燃料電池。
【請求項３５】
アノードウィッキング構造体がアノードに組み込まれており、
アノードが第１アノード表面、第２アノード表面および第２アノード表面上の触媒をさらに備え、第２アノード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１アノード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
アノードウィッキング構造体が平坦で第１および第２アノードウィッキング構造体表面をもち、第２アノードウィッキング構造体表面は触媒に隣接し、第１アノードウィッキング構造体表面が第１アノード表面をなし、アノードから二酸化炭素が逃がすことを可能とする寸法の溝を少なくとも１つ備える請求項２６に記載の液体燃料電池。
【請求項３６】
第１アノードウィッキング構造体はその表面上に複数の溝をもち、その溝の数および寸法が、アノードから二酸化炭素が逃げることを可能にするものである請求項３５に記載の液体燃料電池。
【請求項３７】
アノードウィッキング構造体がアノードの外部にあるが、アノードと流体連結しており、
アノードが第１アノード表面および第２アノード表面をさらに備え、第２アノード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１アノード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
アノードウィッキング構造体が平坦で第１および第２アノードウィッキング構造体表面をもち、第２アノードウィッキング構造体表面は第１アノード表面に隣接し、アノードから二酸化炭素が逃がすことを可能にする寸法の溝を少なくとも１つその上にもち、また第１アノードウィッキング構造体表面はアノードから離れた方に面する請求項２６に記載の液体燃料電池。
【請求項３８】
第２アノードウィッキング構造体表面がその上に複数の溝をもち、その溝の数および寸法が、アノードから二酸化炭素が逃げることを可能にするものである請求項３７に記載の液体燃料電池。
【請求項３９】
アノードウィッキング構造体に隣接する電気伝導層をさらに備える請求項２６に記載の液体燃料電池。
【請求項４０】
電気伝導層がアノードウィッキング構造体表面に取り付けられている請求項３９に記載の液体燃料電池。
【請求項４１】
電気伝導層がアノードウィッキング構造体表面にクリンプされている請求項３９に記載の液体燃料電池。
【請求項４２】
電気伝導層がメタルスクリーン、メタルウールあるいはエキスパンドメタルホイルを含む請求項３９に記載の永代燃料電池。
【請求項４３】
電気伝導層がアノードウィッキング構造体表面に電気伝導性コーティングを備え、導電性コーティングがメタルおよびカーボン、あるいはこれらの混合物からなる群から選択される物質を含む請求項３９に記載の液体燃料。
【請求項４４】
電気伝導層が電流回路と電気的に連通している請求項３９に記載の液体燃料。
【請求項４５】
アノードウィッキング構造体が、液体燃料流路から液体燃料をアノードに追いやる毛管作用の勾配を有する請求項２６に記載の液体燃料電池。
【請求項４６】
アノードウィッキング構造体が少なくとも第１および第２のウィッキング材料を備え、第１のウィッキング材料の毛管作用が第２のウィッキング材料より大きく、また第１のウィッキング材料は最長寸法を有し、そして第１のウィッキング材料の自由上昇ウィック高さが最長寸法の２分の１より大きい請求項４５に記載の液体燃料電池。
【請求項４７】
第１のウィッキング材料の自由上昇ウィック高さがその最長寸法より大きい請求項４６に記載の液体燃料電池。
【請求項４８】
アノードに組み込まれているかあるいはアノードと流体連結しているアノードウィッキング構造体をさらに備え、
アノードウィッキング構造体が、液体燃料を吸い上げ、放出できるアノードウィッキング材料を備え、アノードウィッキング材料はアノードウィッキング材料最長寸法およびアノードウィッキング材料最長寸法の２分の１より大きい自由上昇ウィック高さを有し、さらにアノードウィッキング構造体が液体燃料流路と流体連結している請求項１２に記載の液体燃料電池。
【請求項４９】
アノードウィッキング材料の自由上昇ウィック高さがアノードウィッキング材料最長寸法より大きい請求項４８に記載の液体燃料電池。
【請求項５０】
アノードウィッキング構造体が厚みを有すると共に、厚みを貫き、アノードから二酸化炭素を除去できる大きさの開口面積を有する穴を少なくとも一つ確定する請求項４８に記載の液体燃料電池。
【請求項５１】
アノードウィッキング構造体が、アノードから二酸化炭素を除去できる大きさの全開口面積を有し、厚みを貫く複数の穴を有する請求項５０に記載の液体燃料電池。
【請求項５２】
アノードウィッキング材料が発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維、不織繊維および無機多孔材料からなる群から選択される請求項４８に記載の液体燃料電池。
【請求項５３】
アノードウィッキング材料が、発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維および不織繊維からなる群から選択される請求項５２に記載の液体燃料電池。
【請求項５４】
アノードウィッキング材料が、ポリウレタン発泡体、メラミン発泡体、セルロース発泡体、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる不織フェルト、セルロース、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる繊維束、繊維マットあるいは織繊維からなる群から選択される請求項５３に記載の液体燃料電池。
【請求項５５】
ポリウレタン発泡体がフェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体であり、ポリアミドがナイロンでありポリエステルがポリエチレンテレフタレートである請求項５４に記載の液体燃料電池。
【請求項５６】
アノードウィッキング材料が、フェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体である請求項５３に記載の液体燃料電池。
【請求項５７】
アノードウィッキング構造体がアノードに組み込まれており、
アノードが第１アノード表面、第２アノード表面、及び、第２アノード表面上に触媒をさらに備え、第２アノード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１アノード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
アノードウィッキング構造体が平坦で第１および第２アノードウィッキング構造体表面をもち、第２アノードウィッキング構造体表面は触媒に隣接し、第１アノードウィッキング構造体表面が第１アノード表面をなし、さらに第１アノードウィッキング構造体表面はアノードから二酸化炭素が逃げることを可能にする寸法の溝を少なくとも１つもつ請求項４８に記載の液体燃料電池。
【請求項５８】
第１アノードウィッキング構造体表面が複数の溝をもち、その溝の数および寸法が、アノードから二酸化炭素が逃げることを可能にするものである請求項５７に記載の液体燃料電池。
【請求項５９】
アノードウィッキング材料が発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維、不織繊維および無機多孔材料からなる群から選択される請求項５８に記載の液体燃料電池。
【請求項６０】
アノードウィッキング材料が、発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維および不織繊維からなる群から選択される請求項５９に記載の液体燃料電池。
【請求項６１】
アノードウィッキング材料が、ポリウレタン発泡体、メラミン発泡体、セルロース発泡体、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる不織フェルト、セルロース、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる繊維束、繊維マットあるいは織繊維からなる群から選択される請求項６０に記載の液体燃料電池。
【請求項６２】
ポリウレタン発泡体がフェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体であり、ポリアミドがナイロンでありポリエステルがポリエチレンテレフタレートである請求項６１に記載の液体燃料電池。
【請求項６３】
アノードウィッキング材料が、フェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体である請求項６１に記載の液体燃料電池。
【請求項６４】
アノードウィッキング構造体がアノードの外部にあるが、アノードと流体連結しており、
アノードが第１アノード表面および第２アノード表面をさらに備え、第２アノード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１アノード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
アノードウィッキング構造体が平坦で第１および第２アノードウィッキング構造体表面をもち、第２アノードウィッキング構造体表面は第１アノード表面に隣接し、また第１アノードウィッキング構造体表面はアノードから離れた方に面し、さらに第２アノードウィッキング構造体表面はアノードから二酸化炭素が逃げることを可能にする寸法の溝を少なくとも１つ有する請求項４８に記載の液体燃料電池。
【請求項６５】
第２アノードウィッキング構造体表面が複数の溝をもち、その溝の数および寸法が、アノードから二酸化炭素が逃げることを可能にするものである請求項６４に記載の液体燃料電池。
【請求項６６】
アノードウィッキング材料が発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維、不織繊維および無機多孔材料からなる群から選択される請求項６５に記載の液体燃料電池。
【請求項６７】
アノードウィッキング材料が、発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維および不織繊維からなる群から選択される請求項６６に記載の液体燃料電池。
【請求項６８】
アノードウィッキング材料が、ポリウレタン発泡体、メラミン発泡体、セルロース発泡体、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる不織フェルト、セルロース、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる繊維束、繊維マットあるいは織繊維からなる群から選択される請求項６７に記載の液体燃料電池。
【請求項６９】
ポリウレタン発泡体がフェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体であり、ポリアミドがナイロンでありポリエステルがポリエチレンテレフタレートである請求項６８に記載の液体燃料電池。
【請求項７０】
アノードウィッキング材料が、フェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体である請求項６８に記載の液体燃料電池。
【請求項７１】
アノードに組み込まれているか、あるいは、アノードと流体連結しているアノードウィッキング構造体をさらに備え、
アノードウィッキング構造体は、液体燃料を吸い上げ、放出できるアノードウィッキング材料を備え、アノードウィッキング材料はアノードウィッキング材料最長寸法およびアノードウィッキング材料最長寸法の２分の１より大きい自由上昇ウィック高さを有し、
さらにアノードウィッキング構造体が液体燃料流路と流体連結している請求項１４に記載の液体燃料電池。
【請求項７２】
アノードウィッキング材料の自由上昇ウィック高さがアノードウィッキング材料最長寸法より大きい請求項７１に記載の液体燃料電池。
【請求項７３】
アノードウィッキング構造体がある厚みを有すると共に、厚みを貫き、アノードから二酸化炭素を除去できる大きさの開口面積を有する穴を少なくとも一つ画定する請求項７１に記載の液体燃料電池。
【請求項７４】
アノードウィッキング構造体が、アノードから二酸化炭素を除去できる大きさの全開口面積を有し厚みを貫く複数の穴を有する請求項７３に記載の液体燃料電池。
【請求項７５】
アノードウィッキング材料が発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維、不織繊維および無機多孔材料からなる群から選択される請求項７４に記載の液体燃料電池。
【請求項７６】
アノードウィッキング材料が、発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維および不織繊維からなる群から選択される請求項７５に記載の液体燃料電池。
【請求項７７】
アノードウィッキング材料が、ポリウレタン発泡体、メラミン発泡体、セルロース発泡体、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる不織フェルト、セルロース、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる繊維束、繊維マットあるいは織繊維からなる群から選択される請求項７５に記載の液体燃料電池。
【請求項７８】
ポリウレタン発泡体がフェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体であり、ポリアミドがナイロンでありポリエステルがポリエチレンテレフタレートである請求項７７に記載の液体燃料電池。
【請求項７９】
アノードウィッキング材料が、フェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体である請求項７７に記載の液体燃料電池。
【請求項８０】
アノードウィッキング構造体がアノードに組み込まれており、
アノードが第１アノード表面、第２アノード表面および第２アノード表面上の触媒をさらに備え、第２アノード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１アノード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
アノードウィッキング構造体が平坦で第１および第２アノードウィッキング構造体表面をもち、第２アノードウィッキング構造体表面は触媒に隣接し、第１アノードウィッキング構造体表面が第１アノード表面をなし、アノードから二酸化炭素が逃がすことを可能とする寸法の溝を少なくとも１つ備える請求項７１に記載の液体燃料電池。
【請求項８１】
第１アノードウィッキング構造体表面が複数の溝をもち、その溝の数および寸法が、アノードから二酸化炭素が逃げることを可能にするものである請求項８０に記載の液体燃料電池。
【請求項８２】
アノードウィッキング材料が発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維、不織繊維および無機多孔材料からなる群から選択される請求項８１に記載の液体燃料電池。
【請求項８３】
アノードウィッキング材料が、発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維および不織繊維からなる群から選択される請求項８２に記載の液体燃料電池。
【請求項８４】
アノードウィッキング材料が、ポリウレタン発泡体、メラミン発泡体、セルロース発泡体、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる不織フェルト、セルロース、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる繊維束、繊維マットあるいは織繊維からなる群から選択される請求項８３に記載の液体燃料電池。
【請求項８５】
ポリウレタン発泡体がフェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体であり、ポリアミドがナイロンでありポリエステルがポリエチレンテレフタレートである請求項８４に記載の液体燃料電池。
【請求項８６】
アノードウィッキング材料が、フェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体である請求項８４に記載の液体燃料電池。
【請求項８７】
アノードウィッキング構造体がアノードの外部にあるが、アノードと流体連結しており、
アノードが第１アノード表面および第２アノード表面をさらに備え、第２アノード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１アノード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
アノードウィッキング構造体が平坦で第１および第２アノードウィッキング構造体表面をもち、第２アノードウィッキング構造体表面は第１アノード表面に隣接し、アノードから二酸化炭素が逃がすことを可能にする寸法の溝を少なくとも１つその上にもち、また第１アノードウィッキング構造体表面はアノードから離れた方に面する請求項７１に記載の液体燃料電池。
【請求項８８】
第２アノードウィッキング構造体表面が複数の溝をもち、その溝の数および寸法が、アノードから二酸化炭素が逃げることを可能にするものである請求項８７に記載の液体燃料電池。
【請求項８９】
アノードウィッキング材料が発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維、不織繊維および無機多孔材料からなる群から選択される請求項８８に記載の液体燃料電池。
【請求項９０】
アノードウィッキング材料が、発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維および不織繊維からなる群から選択される請求項８９に記載の液体燃料電池。
【請求項９１】
アノードウィッキング材料が、ポリウレタン発泡体、メラミン発泡体、セルロース発泡体、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる不織フェルト、セルロース、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる繊維束、繊維マットあるいは織繊維からなる群から選択される請求項９０に記載の液体燃料電池。
【請求項９２】
ポリウレタン発泡体がフェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体であり、ポリアミドがナイロンでありポリエステルがポリエチレンテレフタレートである請求項９１に記載の液体燃料電池。
【請求項９３】
アノードウィッキング材料が、フェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体である請求項９０に記載の液体燃料電池。
【請求項９４】
アノードに組み込まれているか、あるいは、アノードと流体連結しているアノードウィッキング構造体をさらに備え、
アノードウィッキング構造体は、液体燃料を吸い上げ、放出できるアノードウィッキング材料を備え、アノードウィッキング材料はアノードウィッキング材料最長寸法およびアノードウィッキング材料最長寸法の２分の１より大きい自由上昇ウィック高さを有し、
さらにアノードウィッキング構造体が液体燃料流路と流体連結している請求項１６に記載の液体燃料電池。
【請求項９５】
アノードウィッキング材料の自由上昇ウィック高さがアノードウィッキング材料最長寸法より大きい請求項９４に記載の液体燃料電池。
【請求項９６】
アノードウィッキング構造体がある厚みを有すると共に、厚みを貫き、アノードから二酸化炭素を除去できる大きさの開口面積を有する穴を少なくとも一つ画定する請求項９４に記載の液体燃料電池。
【請求項９７】
アノードウィッキング構造体が、アノードから二酸化炭素を除去できる大きさの全開口面積を有し厚みを貫く複数の穴を有する請求項９６に記載の液体燃料電池。
【請求項９８】
アノードウィッキング材料が発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維、不織繊維および無機多孔材料からなる群から選択される請求項９７に記載の液体燃料電池。
【請求項９９】
アノードウィッキング材料が、発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維および不織繊維からなる群から選択される請求項９８に記載の液体燃料電池。
【請求項１００】
アノードウィッキング材料が、ポリウレタン発泡体、メラミン発泡体、セルロース発泡体、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる不織フェルト、セルロース、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる繊維束、繊維マットあるいは織繊維からなる群から選択される請求項９８に記載の液体燃料電池。
【請求項１０１】
ポリウレタン発泡体がフェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体であり、ポリアミドがナイロンでありポリエステルがポリエチレンテレフタレートである請求項１００に記載の液体燃料電池。
【請求項１０２】
アノードウィッキング材料が、フェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体である請求項１００に記載の液体燃料電池。
【請求項１０３】
アノードウィッキング構造体がアノードに組み込まれており、
アノードが第１アノード表面、第２アノード表面および第２アノード表面上の触媒をさらに備え、第２アノード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１アノード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
アノードウィッキング構造体が平坦で第１および第２アノードウィッキング構造体表面をもち、第２アノードウィッキング構造体表面は触媒に隣接し、第１アノードウィッキング構造体表面が第１アノード表面をなし、アノードから二酸化炭素が逃がすことを可能とする寸法の溝を少なくとも１つ備える請求項９４に記載の液体燃料電池。
【請求項１０４】
第１アノードウィッキング構造体表面が複数の溝をもち、その溝の数および寸法が、アノードから二酸化炭素が逃げることを可能にするものである請求項１０３に記載の液体燃料電池。
【請求項１０５】
アノードウィッキング材料が発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維、不織繊維および無機多孔材料からなる群から選択される請求項１０４に記載の液体燃料電池。
【請求項１０６】
アノードウィッキング材料が、発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維および不織繊維からなる群から選択される請求項１０４に記載の液体燃料電池。
【請求項１０７】
アノードウィッキング材料が、ポリウレタン発泡体、メラミン発泡体、セルロース発泡体、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる不織フェルト、セルロース、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる繊維束、繊維マットあるいは織繊維からなる群から選択される請求項１０６に記載の液体燃料電池。
【請求項１０８】
ポリウレタン発泡体がフェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体であり、ポリアミドがナイロンでありポリエステルがポリエチレンテレフタレートである請求項１０７に記載の液体燃料電池。
【請求項１０９】
アノードウィッキング材料が、フェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体である請求項１０７に記載の液体燃料電池。
【請求項１１０】
アノードウィッキング構造体がアノードの外部にあるが、アノードと流体連結しており、
アノードが第１アノード表面および第２アノード表面をさらに備え、第２アノード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１アノード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
アノードウィッキング構造体が平坦で第１および第２アノードウィッキング構造体表面をもち、第２アノードウィッキング構造体表面は第１アノード表面に隣接し、アノードから二酸化炭素が逃がすことを可能にする寸法の溝を少なくとも１つその上にもち、また第１アノードウィッキング構造体表面はアノードから離れた方に面する請求項９４に記載の液体燃料電池。
【請求項１１１】
第２アノードウィッキング構造体表面が複数の溝をもち、その溝の数および寸法が、アノードから二酸化炭素が逃げることを可能にするものである請求項１１０に記載の液体燃料電池。
【請求項１１２】
アノードウィッキング材料が発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維、不織繊維および無機多孔材料からなる群から選択される請求項１１１に記載の液体燃料電池。
【請求項１１３】
アノードウィッキング材料が、発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維および不織繊維からなる群から選択される請求項１１２に記載の液体燃料電池。
【請求項１１４】
アノードウィッキング材料が、ポリウレタン発泡体、メラミン発泡体、セルロース発泡体、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる不織フェルト、セルロース、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリアクリロニトリル、あるいはこれらの混合物からなる繊維束、繊維マットあるいは織繊維からなる群から選択される請求項１１３に記載の液体燃料電池。
【請求項１１５】
ポリウレタン発泡体がフェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体であり、ポリアミドがナイロンでありポリエステルがポリエチレンテレフタレートである請求項１１４に記載の液体燃料電池。
【請求項１１６】
アノードウィッキング材料が、フェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体である請求項１１４に記載の液体燃料電池。
【請求項１１７】
カソードウィッキング構造体がカソードに組み込まれており、
カソードが第１カソード表面、第２カソード表面、及び、第２カソード表面上に触媒を備え、第２カソード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、第１カソード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
カソードウィッキング構造体が平坦で第１および第２カソードウィッキング構造体表面をもち、第２カソードウィッキング構造体表面は触媒に隣接し、第１カソードウィッキング構造体表面が第１カソード表面をす請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項１１８】
カソードウィッキング構造体がカソードの外部にあるが、カソードと流体連結しており、
カソードが第１カソード表面、第２カソード表面をさらに備え、第２カソード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１カソード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
カソードウィッキング構造体が平坦で第１および第２カソードウィッキング構造体表面をもち、第２カソードウィッキング構造体表面は第１カソード表面に隣接し、また第１カソードウィッキング構造体表面がカソードから離れた方に面しする請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項１１９】
アノードウィッキング構造体がアノードに組み込まれており、
アノードが第１アノード表面、第２アノード表面および第２アノード表面上の触媒をさらに備え、第２アノード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１アノード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
アノードウィッキング構造体が平坦で第１および第２アノードウィッキング構造体表面をもち、第２アノードウィッキング構造体表面は触媒に隣接し、第１アノードウィッキング構造体表面が第１アノード表面をなす請求項２６に記載の液体燃料電池。
【請求項１２０】
アノードウィッキング構造体がアノードの外部にあるが、アノードと流体連結しており、
アノードが第１アノード表面および第２アノード表面をさらに備え、第２アノード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１アノード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
アノードウィッキング構造体が平坦で第１および第２アノードウィッキング構造体表面をもち、第２アノードウィッキング構造体表面は第１アノード表面に隣接し、また第１アノードウィッキング構造体表面はアノードから離れた方に面する請求項２６に記載の液体燃料電池。
【請求項１２１】
液体燃料電池であって、
酸化される水性液体燃料が供給されるアノードと、
ガス状酸化剤が供給されるカソードと、
アノードとカソードとの間に置かれる固体高分子電解質膜と、
カソードに組み込まれ、あるいは、カソードと流体連結しているカソードウィッキング構造体であって、水の吸い上げ、放出が可能なカソードウィッキング材料を備え、カソードウィッキング材料は、カソードウィッキング材料最長寸法及びカソードウィッキング材料最長寸法の２分の１より大きい自由上昇ウィック高さを有するカソードウィッキング構造体とを備え、
カソードウィッキング材料が厚みを有すると共に厚みを貫く複数の穴を画定し、穴には実質的に毛管作用がなく、
さらに、
穴の数および寸法がそれを通してカソード上で酸化反応を行わせるのに有効な量のガス状酸化剤をカソードに送るものである液体燃料電池。
【請求項１２２】
自由上昇ウィック高さがカソードウィッキング材料最長寸法より大きい請求項１２１に記載の液体燃料電池。
【請求項１２３】
アノードに組み込まれているか、あるいは、アノードと流体連結しているアノードウィッキング構造体をさらに備え、
アノードウィッキング構造体は、液体燃料を吸い上げ、放出できるアノードウィッキング材料を備え、アノードウィッキング材料はアノードウィッキング材料最長寸法およびアノードウィッキング材料最長寸法の２分の１より大きい自由上昇ウィック高さを有し、
アノードウィッキング構造体が厚みを有すると共に厚みを貫く複数の穴を画定し、穴には実質的に毛管作用はなく、
さらに、
穴の寸法および数がアノードから二酸化炭素が逃げることを可能にするものである請求項１２１に記載の液体燃料電池。
【請求項１２４】
液体燃料電池に外部から水が加えられることがない請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項１２５】
カソードウィッキング構造体から取り出される水がアノードに水性液体燃料として供給される実質的に唯一の水である請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項１２６】
カソードウィッキング構造体から取り出される水ならびに高濃度液体燃料中に存在する所定量の水が、アノードに供給される唯一の水である請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項１２７】
アノードおよびカソードを有する液体燃料電池の液体管理の方法であって、
（ａ）カソードと流体連結しているカソードウィッキング構造体へのカソードからの水のウィッキングステップ。
このカソードウィッキング構造体は、水の吸い上げまたは放出が可能なカソードウィッキング材料を備え、カソードウィッキング材料がカソードウィッキング材料最長寸法およびカソードウィッキング材料最長寸法の２分の１より大きい第１の自由上昇ウィック高さを有し、
（ｂ）カソードウィッキング構造体から水を放出させるステップ。
（ｃ）高濃度液体燃料ソースを供用するステップ。
（ｄ）ステップ（ｂ）においてカソードウィッキング構造体から放出された水とソースからの高濃度液体燃料とを混合して水性液体燃料とするステップ。
およびその後、
（ｅ）アノードに水性液体燃料混合物を送ることにより、アノードに水性液体燃料を供給するステップ。
を含む方法。
【請求項１２８】
ステップ（ｂ）が、カソードウィッキング構造体から水取出し手段を用いて水の流路に水を取り出すことにより行われる請求項１２７に記載の方法。
【請求項１２９】
ステップ（ｂ）が、カソードウィッキング構造体からポンプを用いて水の流路に水を取り出すことにより行われる請求項１２８に記載の方法。
【請求項１３０】
ステップ（ｂ）が、カソードウィッキング構造体からウィックを用いて水の流路に水を取り出すことにより行われる請求項１２８に記載の方法。
【請求項１３１】
ステップ（ｅ）が、アノードに組み込まれているかあるいはアノードと流体連結しているアノードウィッキング構造体に水性液体燃料を送ることにより行われ、
アノードウィッキング構造体は水性液体燃料の吸い上げまたは放出が可能なアノードウィッキング材料を備え、アノードウィッキング材料はアノードウィッキング材料最長寸法およびアノードウィッキング材料最長寸法の２分の１より大きい自由上昇ウィック高さを有する請求項１２７に記載の方法。
【請求項１３２】
カソードウィッキング構造体がカソードの外部にあるが、カソードと流体連結しており、
カソードが第１カソード表面および第２カソード表面をさらに備え、第２カソード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１カソード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
カソードウィッキング構造体が平坦で第１および第２カソードウィッキング構造体表面をもち、第２カソードウィッキング構造体表面はカソードに面しており、また第１カソードウィッキング構造体表面はカソードから離れた方に面する請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項１３３】
カソードウィッキング構造体がカソードの外部にあるが、カソードと流体連結しており、
カソードが第１カソード表面および第２カソード表面をさらに備え、第２カソード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１カソード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており
さらに、
カソードウィッキング構造体が平坦で第１および第２カソードウィッキング構造体表面をもち、第２カソードウィッキング構造体表面はカソードに面しており、また第１カソードウィッキング構造体表面はカソードから離れた方に面する請求項２６に記載の液体燃料電池。
【請求項１３４】
アノードウィッキング構造体がアノードの外部にあるが、アノードと流体連結しており、
アノードが第１アノード表面および第２アノード表面をさらに備え、第２アノード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１アノード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており
さらに、
アノードウィッキング構造体が平坦で第１および第２アノードウィッキング構造体表面をもち、第２アノードウィッキング構造体表面はアノードに面しており、また第１アノードウィッキング構造体表面はアノードから離れた方に面する請求項２６に記載の液体燃料電池。
【請求項１３５】
アノードウィッキング構造体がアノードの外部にあるが、アノードと流体連結しており、
アノードが第１アノード表面および第２アノード表面をさらに備え、第２アノード表面は固体高分子電解質膜に隣接し、また第１アノード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、
さらに、
アノードウィッキング構造体が平坦で第１および第２アノードウィッキング構造体表面をもち、第２アノードウィッキング構造体表面はアノードに面しており、また第１アノードウィッキング構造体表面はアノードから離れた方に面する請求項１３３に記載の液体燃料電池。
【請求項１３６】
第２カソードウィッキング構造体表面が、カソード上で酸化反応を行わせる量のガス状酸化剤をカソードに送るものである寸法の溝を少なくとも１つ有する請求項１３２に記載の液体燃料電池。
【請求項１３７】
第２カソードウィッキング構造体表面が複数の溝を有し、その溝の寸法および数が、カソード上で酸化反応を行わせるのに有効な量のガス状酸化剤をカソードに送るものである請求項１３６に記載の液体燃料電池。
【請求項１３８】
カソードウィッキング構造体が厚みを有すると共に、厚みを貫き、カソード上で酸化反応を行わせるある量のガス状酸化剤をカソードに送るものである寸法を有する穴を少なくとも１つ画定する請求項１３２に記載の液体燃料電池。
【請求項１３９】
カソードウィッキング構造体がその厚みを貫く複数の穴を有し、その穴の寸法および数がカソード上で酸化反応を行わせるのに有効な量のガス状酸化剤をカソードに送るものである請求項１３８に記載の液体燃料電池。
【請求項１４０】
第２カソードウィッキング構造体表面が、カソード上で酸化反応を行わせるある量のガス状酸化剤をカソードに送ることのできる寸法の溝を少なくとも１つその上に有する請求項１３３に記載の液体燃料電池。
【請求項１４１】
第２カソードウィッキング構造体表面がその上に複数の溝を有し、その溝の寸法および数がカソード上で酸化反応を行わせるのに有効な量のガス状酸化剤をカソードに送るものである請求項１４０に記載の液体燃料電池。
【請求項１４２】
カソードウィッキング構造体が厚みを有すると共に、厚みを貫き、カソード上で酸化反応を行わせるある量のガス状酸化剤をカソードに送るものである寸法を有する穴を少なくとも１つ画定する請求項１３３に記載の液体燃料電池。
【請求項１４３】
カソードウィッキング構造体がその厚みを貫く複数の穴を有し、その穴の寸法および数がカソード上で酸化反応を行わせるのに有効な量のガス状酸化剤をカソードに送るものである請求項１４２に記載の液体燃料電池。
【請求項１４４】
アノードウィッキング構造体がある厚みを有すると共に、厚みを貫き、アノードから二酸化炭素を除去できる寸法の穴を少なくとも１つ画定する請求項１３４に記載の液体燃料電池。
【請求項１４５】
アノードウィッキング構造体がその厚みを貫く複数の穴を有し、穴の寸法および数がアノードから二酸化炭素を除去することを可能にするものである請求項１４４に記載の液体燃料電池。
【請求項１４６】
アノードウィッキング構造体がある厚みを有すると共に、厚みを貫き、アノードから二酸化炭素を除去できる寸法の穴を少なくとも１つ画定する請求項１３５に記載の液体燃料電池。
【請求項１４７】
アノードウィッキング構造体がその厚みを貫く複数の穴を有し、穴の寸法および数がアノードから二酸化炭素を除去することを可能にするものである請求項１４６に記載の液体燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料がアノードで直接酸化される液体燃料電池に関する。特に、本発明は、直接型メタノール燃料電池において、カソードにあるかあるいはそれに隣接し、排出された水を集めるためのウィッキング構造体（ｗｉｃｋｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）ならびにアノードにあるかあるいはそれに隣接し、液体燃料／水混合物をアノードに計量供給あるいは送液するためのウィッキング構造体に関する。本発明はまた、回収水を燃料電池あるいはマイクロ燃料改質器に送る水回収およびリサイクリングシステムにも関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願は２００１年６月２９日に出願された米国特許出願第０９／８９７，７８２号の特典を主張し、その開示を参照により組み込む。
【０００３】
電気化学燃料電池は反応物、すなわち燃料および酸化剤を、電力および反応生成物を生ずるように変換する。電気化学燃料電池は一般に、２つの電極（アノードおよびカソード）の間に配置された電解質を用いる。電気触媒が電極で望みの電気化学反応を引き起こすために必要とされる。固体高分子燃料電池は、約０℃から燃料の沸点、すなわちメタノールでは約６５℃、あるいは燃料混合物の沸点の温度範囲で作動し、また移動体への応用で特に好ましい。液体供給固体高分子燃料電池には膜電極アセンブリ（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ、「ＭＥＡ」）が含まれ、これは２つの電極層の間に配置される、固体高分子電解質すなわち時々「ＰＥＭ」と略記される陽イオン交換膜（ｐｒｏｔｏｎ−ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）を備える。それぞれの電極の一表面を横切るように反応物を導く流れ場（ｆｌｏｗ  ｆｉｅｌｄ）プレートは通常、膜電極アセンブリのそれぞれの側に置かれる。これらのプレートをアノードバッキングおよびカソードバッキングと呼ぶこともできる。
【０００４】
固体高分子燃料電池では広範な反応物が使用されると想定されており、またこのような反応物は通常ガスあるいは液体の流れとして送られる。酸化剤の流れは実質的に純粋な酸素ガスでもよいが、好ましくは、空気がそうであるような希釈酸素の流れが用いられる。燃料の流れは実質的に純粋な水素ガスでよく、あるいは液体有機燃料混合物でもよい。液体燃料の流れで作動する燃料電池であって、燃料がアノードで電気化学的に反応する（直接酸化される）ものは、直接型液体供給燃料電池として知られている。
【０００５】
直接型メタノール燃料電池（ｄｉｒｅｃｔ  ｍｅｔｈａｎｏｌ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ、「ＤＭＦＣ」）は直接型液体供給燃料電池の１つのタイプであり、燃料（液体メタノール）はアノードで直接酸化され、以下の反応が起る。
【０００６】
アノード：ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→６Ｈ＋＋ＣＯ２＋６ｅ−
カソード：１．５Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ
【０００７】
水素イオン（Ｈ＋）は膜を透過し、カソード側で酸素および電子と結合して水を生成する。電子（ｅ−）は膜を透過できず、このため電池により発生した電力を消費する電気的負荷を駆動させる外部回路を通ってアノードからカソードへ流れる。アノードとカソードでの反応生成物は、それぞれ二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）である。単一の電池の開回路電圧は約０．７ボルトである。より大きな電圧を得るために、いくつかの直接型メタノール燃料電池が直列に積み重ねられる。
【０００８】
直接型液体燃料電池に、メタノール以外の他の液体燃料、すなわち他の簡単なアルコール、例えばエタノール、あるいはジメトキシメタン、トリメトキシメタンおよびギ酸を用いることもできる。さらに、酸化剤を、酸素濃度の高い有機流体、すなわち過酸化水素溶液の形で供用することができる。
【０００９】
水性メタノール蒸気で直接型メタノール燃料電池を作動させることができるが、最も普通には希釈水性メタノール燃料溶液が液体で供給される。燃料が直接カソードに接触してそこで酸化される（「クロス−オーバー」と呼ばれる）ことを防ぐために、アノードとカソードとの間の分離を維持することが重要である。クロスオーバーは、酸化反応で得られる電子が電極の間の電流経路に従わないので、結果的に電池内の短い回路になる。ＭＥＡを通してアノードからカソード側にメタノール燃料がクロスオーバーする可能性を減らすために、通常メタノールの非常に希薄な溶液（例えば、約５％のメタノール水溶液）が、液体供給ＤＭＦＣの燃料の流れとして用いられる。
【００１０】
高分子電解質膜（ＰＥＭ）は固体の有機高分子、普通ポリパーフルオロスルホン酸で、これは膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）の内側コアを構成する。ＰＥＭ用ポリパーフルオロスルホン酸は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ＆  ＣｏｍｐａｎｙからＮＡＦＩＯＮ（登録商標）の商標で市販されている。ＰＥＭは、プロトン（水素イオン）交換膜としてまた電解質として適切に機能するために、水和していなければならない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
かなりの量の水がカソードで遊離されたとき、カソードにフラッディング（ｆｌｏｏｄｉｎｇ）が起こり反応が停止する。そのため、これを防ぐために水を除去しなければならない。従来技術の燃料電池においては、カソードを通る空気の流れが遅すぎると、空気はカソードに存在するすべての水を燃料電池から運び去ることができない。カソードにフラッディングを起こす水が存在すると、反応を維持するために十分な酸素が水を透過してカソードの触媒サイトに達することができない。
【００１２】
従来技術の燃料電池には、ＭＥＡのＰＥＭに隣接するバッキング層として多孔質カーボンペーパーあるいは布が組み込まれている。多孔質カーボン材料は、反応物ガスが電極触媒サイトへ拡散するのを促進するだけでなく、水の管理を補助する。多孔質カーボンは、アノードを出てカソードに入る電子をカーボンが通すために選択されている。しかし、多孔質カーボンがカソードから過剰の水をウィッキングにより取り去るのに有効な材料であるとは認識されていない。また多孔質カーボンがアノードに流体を計量供給するのに有効と認められたわけではない。さらに多孔カーボンペーパーは高価である。したがって、燃料電池産業では、燃料電池の実用性能への悪影響あるいは大した費用の増加なしに、液体の回収および除去を改善し、効果的なガス拡散を維持するバッキング層を求め続けている。
【００１３】
カソードで遊離された水を、液体燃料送液システムの希釈剤として用いるためにリサイクルすることにも利点があると考えられる。液体燃料を燃料電池に導入する前に、このようなリサイクルされた水を高濃度のメタノールと混合することができると考えられる。燃料カートリッジが主にメタノールを含み、次いで燃料電池反応により放出されたリサイクル水を用いて、メタノールの濃度が約３から５％の水溶液に、このメタノールを希釈することができれば、結果としてかなりのスペースと重量の低減と考えられる。そして、これにより燃料電池に搭載される主にメタノールを含む燃料カートリッジは、比較的小さくまた軽量となるであろう。カソードから過剰の水をウィッキングにより取り去ることができる材料はまた、集められた水をリサイクルのために液体燃料に放出することもできなければならない。しかし、従来技術のカーボンペーパーバッキング層はこれらの相対する要求を満たさない。
【００１４】
従来技術では、遊離水をリサイクルして直接メタノール液体燃料電池に液体燃料を導入する前に純メタノールと混合することを、燃料電池の実用性能を改善する１つの目標として認めてきたけれども、燃料電池の向きによらずこの水を回収しリサイクルするための有効な方法は開示されていない。この問題は、重力に対する燃料電池の向きが変化するであろう移動体への応用、例えば家電および携帯電話で使用しようと目論む燃料電池で特に深刻である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の実施形態によれば、ウィッキング構造体が液体燃料電池のカソードあるいはアノードに実質的に隣接して取り付けられる。ウィッキング構造体はそこに液体が吸い上げられまた次いでそこからの液体を計量供給あるいは排出しうるウィッキング材料を備える。このようにウィッキング構造体は液体のウィッキング、保持だけでなく、液体がこの構造体から制御可能な仕方で計量供給あるいは送液されることを可能にする。ウィッキング構造体をつくるのに用いられるウィッキング材料は、ウィッキング構造体が電気を通せるように、電気伝導性であることもできる。
【００１６】
ウィッキング構造体は最長寸法を有する形状である。円柱形のウィッキング構造体では、円柱の相対的寸法により、最長寸法はその高さあるいはその直径のいずれかでありうる。矩形の箱形ウィッキング構造体では、箱の相対的寸法により、最長寸法はその高さあるいはその奥行きあるいは幅のいずれかでありうる。他の形状、例えば正方形の箱型貯蔵器などでは、最長寸法は複数の方向で同一でありうる。ウィッキング構造体の自由上昇ウィック高さ（ｆｒｅｅ  ｒｉｓｅ  ｗｉｃｋ  ｈｅｉｇｈｔ）（毛管作用の尺度）は、好ましくは、最長寸法の少なくとも２分の１より大きい。最も好ましくは、自由上昇ウィック高さは最長寸法より大きい。
【００１７】
発泡体、繊維マット、繊維束、織繊維（ｗｏｖｅｎ  ｆｉｂｅｒ）あるいは不織繊維（ｎｏｎｗｏｖｅｎ  ｆｉｂｅｒ）からウィッキング構造体をつくることができる。アノード用のウィッキング構造体は一般に、液体燃料に耐性のある１種または複数の高分子からなる多孔部材でありうる。好ましくは、ウィッキング構造体は、ポリウレタン発泡体（好ましくは、フェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体）、メラミン発泡体、セルロース発泡体、ならびにナイロンなどのポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、セルロース、ポリエチレン、ポリアクリロニトリル、およびこれらの混合物の不織フェルトまたは束から選択されるウィッキング材料でつくられる。別法として、ウィッキング構造体は、好ましくは、ポリウレタン発泡体（好ましくは、フェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体）、メラミン発泡体、セルロース発泡体、ナイロンなどのポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリアクリロニトリル、もしくはこれらの混合物の不織フェルト、セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリアクリロニトリル、ならびにこれらの混合物からなる繊維束、繊維マット、もしくは織繊維から選択されるウィッキング材料でつくられる。ある特定の無機多孔材料、例えばシリカあるいはアルミナからなる無機粉末焼結体をウィッキング構造体のウィッキング材料として用いることもできる。
【００１８】
フェルト状発泡体は、発泡体をその元の厚さの何分の１かに圧縮するのに十分な熱および圧力を加えて製造される。圧縮比３０で、発泡体はその元の厚さの１／３０に圧縮されている。圧縮比２で発泡体はその元の厚さの１／２に圧縮されている。
【００１９】
網目状発泡体は、多孔質高分子構造体からセル膜（ｃｅｌｌ  ｗｉｎｄｏｗ）を除去し、骨格（ｓｔｒａｎｄ）のネットワークを残すことによって製造され、このため得られた網目状発泡体の流体透過率は増加する。発泡体製造技術者にすべて知られているように、ｉｎ  ｓｉｔｕな、化学的あるいは熱的な方法により発泡体を網目状にすることができる。
【００２０】
特に好ましい実施形態において、ウィッキング構造体は毛管作用の勾配があるウィッキング材料でつくられており、２つの部分間の毛管作用の差の結果として、液体燃料の流れが構造体の一部分から構造体の別の部分へ方向づけられる。毛管作用の勾配がある発泡体を製造する１つの方法は、その長手方向に沿って圧縮度が変化しているように発泡体をフェルト化することである。液体の毛管作用による流れは、圧縮の少ない部分から圧縮の大きい部分に向かう。別法として、はっきりと毛管作用が異なる発泡体あるいは他の材料からなる別個の成分の複合体でウィッキング構造体をつくることができる。
【００２１】
ガス（空気あるいは酸素）をカソードの活性サイトに到達させることは重要であるため、空気透過率を増加させるようにウィッキング構造体を形作ることもできる。この故に、ウィッキング構造体がウィッキング材料のシートである場合、このシートはその厚さを貫く１個または複数の穴を定めてもよい。この穴はシートに穴を開けるあるいは打ち抜くことにより形作られる。規則的な格子パターンあるいは不規則なパターンに穴を形作ることもできる。別法として、シートは対向面に形作られた１つまたは複数のチャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）を定めてもよい。発泡体製造産業で知られているような表面変更あるいは回旋状切削（ｃｏｎｖｏｌｕｔｅ  ｃｕｔｔｉｎｇ）によるなどして、チャネルを切削により形作ることができる。加えられた熱および圧力のもとでシートの表面が輪郭に合せて形作られる熱成形技術を用いて、チャネルあるいは穴を形作ることもできる。
【００２２】
電子がカソードの活性サイトに達するための伝導経路をもつことが重要であるので、ウィッキング構造体は、好ましくは、ウィッキング構造体を形作るウィッキング材料に隣接するかもしくは結合するかあるいはコートされたかのいずれかである導電層をさらに備える。導電層はメタルスクリーン、メタルウール、あるいはエキスパンドメタルホイルでありうる。好ましい実施形態において、シートの回りに導電層をクリンプすることによるなどして、導電層はウィッキング構造体を形作るウィッキング材料のシート表面に取り付けられる。別法として、導電層はシート表面にコートされたかあるいはシートの全厚みに浸透するコーティン
グであってもよい。
【００２３】
このようなコーティングには、金属、カーボンおよびカーボン含有材料、導電性ポリマーおよび懸濁液あるいはこれらの混合物が含まれる。蒸気堆積、プラズマ、アークおよび無電解メッキ技術、あるいは何らかの他の適切なコーティング技術を用いて、金属をコートすることができる。別の好ましい実施形態において、ウィッキング材料シートの前面と背面の少なくとも一部分とが導電層でカバーされる。導電層がシートの回りにクリンプされる場合、導電層はシートの上部および底部の端部もまたカバーする。導電層は電流回路と連通している。
【００２４】
本発明にはまた、（ａ）燃料電池カソードのバッキング層として取り付けられ、そこに水が吸い上げられそこから水を計量供給できるウィッキング構造体を有し、ウィッキング構造体は最長寸法および最長寸法の少なくとも２分の１より大きい自由上昇ウィック高さをもち、（ｂ）ウィッキング構造体と連通しており、そこを通ってウィッキング構造体からの吸収水がウィッキング構造体から流れ出す液体流路、および（ｃ）吸収された水をウィッキング構造体から取り出し液体流路へ送るポンプあるいはウィックなどの水を取り出す手段、を有する直接型メタノール燃料電池用水回収システムも含まれる。ウィッキング構造体により吸収された水はカソードから取り出され、そして貯蔵器あるいはチャネルにポンプで送られるかあるいは向けられて液体燃料が燃料電池のアノード側に導入される前に液体燃料と混合される。
【００２５】
水回収システムのウィッキング構造体は、発泡体、繊維マット、繊維束、織繊維および不織繊維からなる群から選択されるウィッキング材料でつくられる。好ましくは、このウィッキング構造体はそれに連結する導電層を有し、これはウィッキング材料に隣接する１つの独立した層であってよく、あるいはウィッキング材料上に取り付けられているかもしくはコートされていてもよい。導電層は電流回路と連通している。
【００２６】
一実施形態において、第２のウィッキング構造体が燃料電池アノードのバッキング層として取り付けられる。第２のウィッキング構造体は第１のウィッキング構造体と同一あるいは異なる構造であってよい。第２のウィッキング構造体は最長寸法およびその最長寸法の少なくとも２分の１より大きく、好ましくはその最長寸法より大きい自由上昇ウィック高さを有する。液体燃料と混合された回収リサイクル水は、アノードでの液体燃料電池反応に燃料を補給するために、第２のウィッキング構造体に向けられる。
【００２７】
本発明の別の実施形態において、液体燃料電池の実用性能は本発明の第１の実施形態のウィッキング構造体を、カソードのバッキング層として、また任意選択でアノードのバッキング層として組み込むことにより改善される。ウィッキング構造体が効率的にまた有効にカソードから水をウィッキングにより取り去るので、燃料電池から放出される水により発生するフラッディングを起こすことなく反応は続く。吸収され集められた水をリサイクルし、液体燃料を燃料電池のアノード側に導入する前に液体燃料源と混合することができる。好ましくは、燃料と混合されたリサイクル水は、アノードのバッキング層を形成するウィッキング構造体に導入される。この第２のウィッキング構造体は、リサイクル水と燃料でこのように濡らされた場合、燃料を分散させるのにもＰＥＭを水和状態に保つのにも役立つ。
【００２８】
本発明の範囲内で、液体燃料電池は、
酸化される水性液体燃料が供給されるアノードと、
ガス状酸化剤が供給されるカソードと、
アノードとカソードとの間に置かれる固体高分子電解質膜と、
アノードに液体燃料を送る液体燃料流路と、
液体燃料流路に水を送る水の流路と、
液体燃料流路内で水と混合され水性液体燃料となる高濃度液体燃料を液体燃料流路に送るための高濃度液体燃料ラインと、
カソードに組み込まれ、あるいは、カソードと流体連結しているカソードウィッキング構造体であって、水の吸い上げ、放出が可能なカソードウィッキング材料を備え、カソードウィッキング材料は、カソードウィッキング材料最長寸法及びカソードウィッキング材料最長寸法の２分の１より大きい自由上昇ウィック高さを有するカソードウィッキング構造体と、
カソードウィッキング構造体から水の流路へ水を取り出す水取出し手段と、を備える。
【００２９】
ある実施形態においては、カソードウィッキング構造体はある厚みを有し、カソードで酸化反応を行わせるのに有効な量のガス状酸化剤をカソードに送るような寸法をもちその厚みを貫く少なくとも１つの穴を定める。好ましくは、カソードウィッキング構造体は厚みを貫く複数の穴をもち、その穴の数と寸法により、それらを通してカソードで酸化反応を行わせるのに有効な量のガス状酸化剤をカソードに送る。
【００３０】
本発明の別の態様はアノードおよびカソードをもつ液体燃料電池の液体管理の方法であり、この方法は、
（ａ）カソードと流体連結しているカソードウィッキング構造体へのカソードからの水のウィッキングステップ。
このカソードウィッキング構造体は水がそこに吸い上げられまたそこから水を放出できるカソードウィッキング材料を備え、カソードウィッキング材料はカソードウィッキング材料最長寸法およびカソードウィッキング材料最長寸法の２分の１より大きい第１の自由上昇ウィック高さを有し、
（ｂ）カソードウィッキング構造体から水を放出するステップ。
（ｃ）高濃度液体燃料ソースを供用するステップ。
（ｄ）ステップ（ｂ）においてカソードウィッキング構造体から放出された水とソースからの高濃度液体燃料とを混合して水性液体燃料とするステップ。および、その後で
（ｅ）アノードに水性液体燃料混合物を送ることにより、アノードに水性液体燃料を供給するステップ。
を含む。
【００３１】
本発明の液体管理方法の実施形態において、ステップ（ｂ）は、水を水の流路に送る水取出し手段を用いてカソードウィッキング構造体から水を取り出すことにより実施される。水取出し手段は、水を水の流路に送るためのポンプあるいはカソードウィッキング構造体より毛管作用が大きいウィックでありうる。
【００３２】
本発明の液体管理方法の別の実施形態において、ステップ（ｅ）は、アノードに組み込まれているかあるいはアノードと流体連結しているアノードウィッキング構造体に水性液体燃料を送ることにより実施され、このアノードウィッキング構造体は水性液体燃料がそこに吸い上げられまたそこから水性液体燃料を放出できるアノードウィッキング材料を備え、アノードウィッキング材料はアノードウィッキング材料最長寸法およびアノードウィッキング材料最長寸法の２分の１より大きい自由上昇ウィック高さを有する。ステップ（ｅ）において、水性液体燃料送液手段により、アノードに組み込まれているかあるいはアノードと流体連結しているアノードウィッキング構造体に水性液体燃料を送ることができる。水性液体燃料送液手段はポンプ、あるいはアノードウィッキング構造体より毛管作用が小さいウィックでありうる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明はまた上述した液体燃料電池を対象とし、
カソードウィッキング構造体がカソードに組み込まれており、
カソードが第１カソード表面、第２カソード表面および第２カソード表面上に触媒をさらに備え、第２カソード表面は固体高分子電解質膜に隣接しまた第１カソード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、さらに、
カソードウィッキング構造体が平坦で第１および第２カソードウィッキング構造体表面をもち、第２カソードウィッキング構造体表面は触媒に隣接し、第１カソードウィッキング構造体表面が第１カソード表面をなす。任意選択で、第１カソードウィッキング構造体表面はその上に、カソード上で酸化反応を行わせるある量のガス状の酸化剤をカソードに送るような寸法の溝を少なくとも１つ有する。好ましくは、第１カソードウィッキング構造体表面はその上に複数の溝をもち、その溝の数および寸法が、カソードで酸化反応を行わせるのに有効な量のガス状の酸化剤をカソードに送るようなものである。
【００３４】
本発明はまた上述した液体燃料電池を対象とし、
カソードウィッキング構造体がカソードの外部にあるが、カソードと流体連結しており、
カソードが第１カソード表面、第２カソード表面をさらに備え、第２カソード表面は固体高分子電解質膜に隣接しまた第１カソード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、さらに、
カソードウィッキング構造体が平坦で、第１および第２カソードウィッキング構造体表面をもち、第２カソードウィッキング構造体表面は第１カソード表面に隣接し第１カソードウィッキング構造体表面がカソードから離れた方に面している。任意選択で、第２カソードウィッキング構造体表面はその上に、カソード上で酸化反応を行わせるある量のガス状の酸化剤をカソードに送るような寸法の溝を少なくとも１つ有する。好ましくは、第２カソードウィッキング構造体表面はその上に複数の溝をもち、その溝の数および寸法が、カソードで酸化反応を行わせるのに有効な量のガス状の酸化剤をカソードに送るようなものである。
【００３５】
アノードにさらにウィッキング構造体を備える上述したいかなる液体燃料電池も本発明の範囲内にある。アノードウィッキング構造体はアノードに組み込まれているかあるいはそれと流体連結していることができ、アノードウィッキング構造体は、液体燃料がそこに吸い上げられまたそこから液体燃料を放出できるアノードウィッキング材料を備え、アノードウィッキング材料はアノードウィッキング材料最長寸法およびアノードウィッキング材料最長寸法の２分の１より大きい自由上昇ウィック高さを有し、またアノードウィッキング構造体は液体燃料流路と流体連結している。アノードウィッキング材料の自由上昇ウィック高さは、好ましくは、アノードウィッキング材料最長寸法より大きい。任意選択で、アノードウィッキング構造体はある厚みを有し、アノードから二酸化炭素を除去できる大きさの開口面積があり厚みを貫く少なくとも１つの穴を定める。好ましくは、アノードウィッキング構造体は、アノードから二酸化炭素を除去できる大きさの全開口面積を有しの厚みを貫く複数の穴をもつ。
【００３６】
アノードウィッキング構造体をもつ本発明の液体燃料電池において、アノードウィッキング構造体をアノードに組み込むことができ、
アノードが第１アノード表面、第２アノード表面、及び第２アノード表面上に触媒をさらに備え、第２アノード表面は固体高分子電解質膜に隣接しまた第１アノード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、さらに、
アノードウィッキング構造体が平坦で第１および第２アノードウィッキング構造体表面をもち、第２アノードウィッキング構造体表面は触媒に隣接し、第１アノードウィッキング構造体表面が第１アノード表面をなす。任意選択で、第１アノードウィッキング構造体表面はその上に、アノードから二酸化炭素が逃げることを可能にするような寸法の少なくとも１つの溝をもつ。好ましくは、第１アノードウィッキング構造体表面はその上に複数の溝をもち、その溝の数および寸法は、アノードから二酸化炭素が逃げることを可能にするようなものである。
【００３７】
アノードウィッキング構造体を有する液体燃料電池の別の実施形態において、アノードウィッキング構造体がアノードの外部にあるが、アノードと流体連結しており、
アノードが第１アノード表面および第２アノード表面をさらに備え、第２アノード表面は固体高分子電解質膜に隣接しまた第１アノード表面は固体高分子電解質膜から離れた方に面しており、さらに、
アノードウィッキング構造体が平坦で第１および第２アノードウィッキング構造体表面をもち、第２アノードウィッキング構造体表面は第１アノード表面に隣接し第１アノードウィッキング構造体表面はアノードから離れた方に面する。任意選択で、第１アノードウィッキング構造体表面はその上に、アノードから二酸化炭素が逃げることを可能にするような寸法の溝を少なくとも１つもつ。好ましくは、第１アノードウィッキング構造体表面はその上に複数の溝をもち、その溝の数および寸法は、アノードから二酸化炭素が逃げることを可能にするようなものである。
【００３８】
本発明はまた、アノード、高分子電解質膜およびカソードを備えるいかなる液体燃料電池も対象としており、いずれかのあるいは両方の電極がウィッキング構造体を有し、電極の少なくとも一方のウィッキング構造体はその厚みを貫く穴を少なくとも１つもつ。カソードウィッキング構造体の（複数の）穴は、カソードへのカソードでの酸化反応のためのガス状酸化剤の送液を促進する。アノードウィッキング構造体の（複数の）穴は、アノードからの二酸化炭素の除去を促進する。液体燃料電池のある実施形態においては、カソードウィッキング構造体が穴を少なくとも１つもつか、アノードウィッキング構造体が穴を少なくとも１つもつか、あるいはカソードおよびアノードウィッキング構造体のいずれもが穴を少なくとも１つもつ。
【００３９】
カソードからの生成水をアノードに再還流する本発明の液体燃料電池において、液体燃料電池は、片方あるいは両方の電極のウィッキング構造体を貫く少なくとも１つの穴、片方あるいは両方の電極のウィッキング構造体表面上の少なくとも１つの溝、片方あるいは両方の電極の少なくとも１つの穴と少なくとも１つの溝の組合せ、アノードの少なくとも１つの溝と組合わせたカソードの少なくとも１つの穴もしくはこの逆、ならびにアノードの少なくとも１つの穴と組合わせたカソードの少なくとも１つの溝もしくはこの逆をもつことができる。カソードウィッキング構造体の（複数の）穴あるいは（複数の）溝はカソードへのカソードでの酸化反応のためのガス状酸化剤の送液を促進する。アノードウィッキング構造体の（複数の）穴あるいは（複数の）溝は、アノードからの二酸化炭素の除去を促進する。
【００４０】
本発明において、水取出し手段はポンプ、あるいはカソードウィッキング構造体より毛管作用が大きいウィックでありうる。好ましくは、水取出し手段はポンプ、例えばマイクロポンプである。水性液体燃料送液手段はポンプ、あるいはアノードウィッキング構造体より毛管作用が小さいウィックでよく、ポンプが好ましい。
【００４１】
カソードウィッキング材料あるいはアノードウィッキング材料は発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維、不織繊維あるいは無機多孔材料でありうる。好ましくは、カソードウィッキング材料あるいはアノードウィッキング材料は、発泡体、繊維束、繊維マット、織繊維、不織繊維から選択される。カソードウィッキング材料あるいはアノードウィッキング材料は、より好ましくは、ポリウレタン発泡体、メラミン発泡体、セルロース発泡体、ナイロンなどのポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリアクリロニトリル、もしくはこれらの混合物の不織フェルト、セルロース、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリアクリロニトリル、もしくはこれらの混合物の繊維束、繊維マットあるいは織繊維から選択される。本出願において、用語「ナイロン」はナイロン類のどの部材をも指す。カソードウィッキング材料あるいはアノードウィッキング材料は、最も好ましくは、フェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体あるいはフェルト状網目状ポリウレタン発泡体などのポリウレタン発泡体である。
【００４２】
最初に図１を参照すると、直接型メタノール燃料電池１０には、アノード１６およびカソード１８の間に挟まれた高分子電解質膜（「ＰＥＭ」）１４を備える膜電極アセンブリ（「ＭＥＡ」）１２が含まれる。ＰＥＭ１４は固体の有機高分子、通常はポリパーフルオロスルホン酸であり、これは膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）の内側コアを構成する。ＰＥＭ用ポリパーフルオロスルホン酸は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ＆  ＣｏｍｐａｎｙからＮＡＦＩＯＮ（登録商標）の商標で市販されている。触媒層（示されていない）がＰＥＭの各側面に存在する。ＰＥＭは、プロトン（水素イオン）交換体としてまた電解質として適切に機能するために、水和していなければならない。
【００４３】
アノード１６とカソード１８はＰＥＭにより互いに引き離されている電極である。アノードは負の電荷を帯び、カソードは正電荷を帯びる。
【００４４】
アノードに隣接して、フェルト化された、あるいはその元の厚さの６分の１（２ｍｍ）に圧縮された厚さ１２ｍｍで８５ポアの網目状ポリエーテルポリウレタン発泡体のシート２２から形作られたウィッキング構造体２０が備わる。図３および４も参照。フェルト状発泡体はしかるべき寸法にカットされ、そして薄いエキスパンドメタルホイル２４が、シート２２のＭＥＡ側の全体をカバーするようにシートの回りに部分的に被せられる。エキスパンドメタルホイルは、Ｄｅｌｋｅｒ  １．５Ｎｉ５−０５０Ｆニッケルスクリーンを用いた。図１に示されるように、一部分のホイルがＭＥＡ１２から離れた方に面するシートの側とも接触するように、ホイル２４は発泡体シート２２の上部および底部の端部の回りを包む。ホイル２４はシート２２上のしかるべき所にクリンプされている。ウィッキング構造体２０は水のウィッキングおよび集水を行い、また電流を集めるであろう。それは液体燃料を燃料電池のアノード側に分散させるのに有用であり、さらにＰＥＭ１４を水和させるのに有用である。
【００４５】
図１の直接型メタノール燃料電池において、燃料は液体メタノールあるいは水と混合されたメタノール水溶液でよく、ここでメタノール濃度は溶液の３から５％である。水素イオン源を供給する他の液体燃料を用いることもできるが、メタノールが好ましい。
【００４６】
ウィッキング構造体２０に隣接して、バイポーラプレート２６がある。バイポーラプレート２６は電気伝導性材料であり、その内部は液体燃料の流れを燃料電池のアノード側に向けるチャネル２８になっている。矢印２９はバイポーラプレート２６内のチャネル２８への液体燃料の流れの方向を示す。
【００４７】
カソード１８に隣接して、フェルト化された、あるいはその元の厚さの６分の１（２ｍｍ）に圧縮された厚さ１２ｍｍで８５ポアの網目状ポリエーテルポリウレタン発泡体のシート３２から形作られたウィッキング構造体３０が備わる。図２も参照。フェルト状発泡体は、それぞれが直径０．５ｍｍである穴が規則的正方格子パターン状に開けられ、シートの約１８％が穿孔空容積となっている。ここでフェルト状発泡体はしかるべき寸法にカットされ、薄いエキスパンドメタルホイル３６（Ｄｅｌｋｅｒ  １．５Ｎｉ５−０５０Ｆニッケルスクリーン）が、シート３２のＭＥＡ側の全体をカバーするようにシートの回りに部分的に被せられる。図１に示されるように、一部分のホイル３６がＭＥＡ１２から離れた方に面するシートの側とも接触するように、ホイル３６は発泡体シート３２の上部および底部の端部の回りを包む。第２のウィッキング構造体３０は、水のウィッキングおよび集水を行いまた電流を集めるであろう。それは水を燃料電池のカソード側から除去してフラッディングを防ぐのに有用であり、そして空気がカソード側と接触することを可能にして酸素が確実に活性サイトに到達し続けるようにする。
【００４８】
第２のウィッキング構造体３０に隣接してバイポーラプレート３８がある。バイポーラプレート３８は電気伝導性材料であり、その内部は酸化性ガス、例えば酸素あるいは空気の流れを燃料電池１０のカソード側に向けるチャネル４０になっている。矢印４２はバイポーラプレート３８内のチャネル４０の１つへのガスの流れを示す。
【００４９】
作動時に、液体燃料（メタノール）２９はアノードの表面で反応して水素イオン（Ｈ＋）および電子（ｅ−）を放出する。水素イオン（Ｈ＋）ＰＥＭ１４膜を透過しカソード上で酸素４２および電子と化合して水を生成する。電子（ｅ−）は膜を透過することができず、電池により発生した電力を消費する電気的負荷４６を含む外部回路４４を通ってアノードからカソードに流れる。アノードおよびカソードでの反応生成物はそれぞれ二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）である。
【００５０】
ウィッキング構造体３０はカソード１８で生じた水を集めカソードの反応サイトからウィッキングによりそれを取り除く。次に液体流路４８を通じてこの水を運ぶことができ、純粋な液体燃料と混合して水性液体燃料溶液とするために、この流路は貯蔵器あるいは混合点へパイプあるいはチューブで繋がれている。その構造体の空隙あるいはポア内に液体を保持する、ウィッキング構造体の毛管作用のために、第２のウィッキング構造体３０から液体流路４８へ水を取り出すためにはポンプ力あるいは取出す力が加えられねばならない。ポンプ４９は、液体燃料供給と共にリサイクルするために、ウィッキング構造体３０から水を取り出す１つの手段である。特に好ましいポンプは、Ｐｕｍｐ  Ｗｏｒｋｓ，Ｉｎｃ．が市販するようなパルスあたり０．８マイクロリットルを送り出す微小容量液体吐出ポンプあるいはマイクロポンプである。ポンプで取出す別の手段は当分野の技術者には直ちに明らかである。
【００５１】
本発明によるウィッキング構造体の厚さは０．１から１０ｍｍの範囲であり、好ましくは０．５から４．０ｍｍ、また最も好ましくは約２．０ｍｍより小さい。
【００５２】
ウィッキング構造体は、発泡体、繊維束および不織繊維、あるいはこれらの材料の組合せからなるウィッキング材料で形作られる。以下の材料は特に好ましい：ポリウレタン発泡体、フェルト状ポリウレタン発泡体、網目状ポリウレタン発泡体、フェルト状網目状ポリウレタン発泡体、メラミン発泡体、セルロース発泡体、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエステル、セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンおよびポリアクリロニトリル、ならびにこれらの混合物からなる不織フェルトあるいは束。
【００５３】
ポリウレタン発泡体がウィッキング構造体として選択された場合、この発泡体の密度は０．５から２５ポンド／立方フィートの範囲にあり、ポアサイズは１０から２００ポア／インチの範囲にあるべきであり、好ましくは密度が０．５から１５ポンド／立方フィートの範囲でポアサイズは４０から２００ポア／インチの範囲であり、最も好ましくは密度が０．５から１０ポンド／立方フィートの範囲でポアサイズは７５から２００ポア／インチの範囲である。
【００５４】
フェルト化は、堅固さを増し空隙容積を減らすように発泡構造体を圧縮するように熱および圧力を加えて実施される。いったんフェルト化されると、発泡体はその元の厚さには戻らず、圧縮されたままであろう。フェルト状発泡体は、フェルト化されていない発泡体よりも一般に毛管作用と水保持性が向上している。フェルト状ポリウレタン発泡体がウィッキング構造体として選択された場合、この発泡体の密度は２．０から４５ポンド／立方フィートの範囲にあり、また圧縮率は１．１から３０の範囲にあるべきであり、好ましくは密度が３から１５ポンド／立方フィートの範囲で圧縮比は１．１から２０の範囲であり、最も好ましくは密度が３から１５ポンド／立方フェートの範囲で圧縮比は２．０から１５の範囲である。
【００５５】
ウィッキング構造体の実施形態を形成するウィッキング材料のシートに連結される好ましい導電層は、メタルスクリーンあるいはエキスパンドメタルホイルあるいはメタルウールである。この用途で代表的なメタルは、金、白金、ニッケル、ステンレススチール、タングステン、ロジウム、コバルト、チタン、銀、銅、クロム、亜鉛、インコネル、およびこれらの複合体あるいは合金である。湿気の多い環境で腐食しないメタルは導電層に適しているであろう。導電層はまた導電性カーボンコーティングもしくは塗料あるいはその中に導電性粒子を分散させたコーティングであってもよい。
【００５６】
図１〜４に示されるように、メタルホイルはウィッキング材料シートの回りにクリンプされる。別法として、導電層はウィッキング構造体の表面に結合あるいは取り付けられる。ウィッキング材料が発泡体で導電層がメタル基材である場合、接着剤なしで発泡体表面に導電層を直接ラミネートすることができる。例えば、加熱により発泡体の表面を柔らかくすることができ、軟化した発泡体表面に導電層を宛がうことができる。別法として、発泡体がフェルト化されるときに導電層を発泡体に押し付けることができる。導電層がコーティングで形成される場合、当分野の技術者に知られている様々な方法、例えばペインティング、蒸気堆積、プラズマ堆積、アーク溶接および無電解メッキなどにより、ウィッキング材料にコーティングを施すことができる。
【００５７】
本発明によるウィッキング構造体の１つの利点は、それらが液体のウィッキングおよび保持をするだけでなく、重力に頼ったり邪魔されたりすることなく予測可能な方法でそこから液体を放出し計量供給することを可能にするということである。ウィッキング構造体が重力に対する向きに係わらず性能を発揮するように、ウィッキング材料の毛管作用を制御することができる。このようなウィッキング構造体は移動体電子機器、例えば使用中固定された向きにじっとしていない携帯電話などに電力を供給する燃料電池に使用するのに理想的である。
【００５８】
図５および６は液体燃料電池のカソード側で用いられる別のウィッキング構造体５０を示す。厚さ１２ｍｍで８５ポアの網目状ポリエーテルポリウレタン発泡体がその元の厚さの６分の１（２ｍｍ）に永久圧縮される（圧縮比＝６）。このフェルト状発泡体には、それぞれが直径０．５ｍｍである穴を規則的正方格子パターン状に開け、シートの約１８％が穿孔空容積となる。この実施形態には導電層あるいはコーティングはないが、ウィッキング構造体５０は液体燃料電池のカソード側から水のウィッキングおよび集水を行い、また酸素源であるガスがフラッディングを防ぐための穿孔５２を通じてＭＥＡのカソード側に接触できるようにするであろう。
【００５９】
図７は液体燃料電池のアノードあるいはカソード側で用いられる別のウィッキング構造体５４を示す。厚さ１２ｍｍで８５ポアの網目状ポリエーテルポリウレタン発泡体がその元の厚さの６分の１（２ｍｍ）にフェルト化される（永久圧縮される）（圧縮比＝６）。発泡体の骨格（ｓｔｒａｎｄ）の間に空隙を有する連続構造（ｏｐｅｎ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）は、網目構造のためにそこに流体が流れ込むことができ、水あるいは液体あるいは液体水性溶液のウィッキングと保持をするであろう。この実施形態には導電層あるいはコーティングはないが、ウィッキング構造体５４は液体燃料電池のカソード側から水のウィッキングおよび集水を行うであろう。アノード側に取り付けられた場合、この実施形態は液体燃料を分散させ保持し、ＰＥＭを水和するのに役立つ。
【００６０】
図８および９は、チャネル５８が形成されたウィッキング材料シート５６に対する１つの全体形状を示す。チャネル５８は規則的で平行なアレイとして示されているが、用途に適する別の全体形状のものを備えることもできる。チャネルは空気の流れを増加させるギャップを提供する。ウィッキング材料は、燃料電池の電極、特にカソードへの空気の流れをさらに増加させるために、チャネルと穴または穿孔との組合せ（示されていない）を含んでいてもよい。このウィッキング材料単体でウィッキング構造体を形作ってもよく、あるいは導電層（図８および９では示されていない）と組合わせてもよい。
【００６１】
図１０および１１は、毛管作用の勾配がある、発泡体などのウィッキング材料をつくる方法を概略的に示す。図１０に示されるように、一様な密度およびポアサイズの発泡体からなるくさび形スラブ６０は、第１の端部６１で厚みＴ１を、第２の端部６５で第２の厚みＴ２を有する。スラブ６０はフェルト化ステップ−スラブ６０を望ましい時間高温圧縮し、厚さＴ１およびＴ２より小さい一定の厚さＴ３に圧縮する−に従う。第２の端部６５でＴ２からＴ３に材料を圧縮するのに必要とされる、矢印６４で表されている圧縮力より相対的に大きな、矢印６２により表される圧縮力が、第１の端部６１でＴ１からＴ３に材料を圧縮するのに必要とされる。
【００６２】
図１１に示されているフェルト化発泡体の長手方向に沿って、発泡体材料の圧縮率は、第１の端部６１（Ｔ１からＴ３）で最大の圧縮があり、変化している。毛管圧は実効毛管半径に逆比例し、実効毛管半径は、堅固さすなわち圧縮が増大すると減少する。図１１の矢印６６は、フェルトの堅固さあるいは毛管作用が相対的に小さい部分からフェルトの堅固さが相対的に大きい部分への毛管作用による流れの方向を表す。このように、ウィッキング材料あるいはウィッキング構造体が毛管作用の勾配がある発泡体で形作られている場合、材料に吸い上げられた液体燃料を、圧縮率の相対的に小さい材料の一部分から圧縮率の相対的に大きい別の部分へ流れるように方向づけることができる。
【００６３】
好ましい一実施形態において、ウィッキング材料の毛管作用がその長手方向に沿って変化しているように、ウィッキング構造体のウィッキング材料は部分毎に圧縮度が異なるようにフェルト化される。このやり方で、ウィッキング材料内に保持された液体をウィッキング材料の１つの部分から別の部分へ流れるように方向付けることができる。カソードに隣接するウィッキング構造体内のウィッキング材料のこのようなフェルト化度合いの差は燃料電池のカソード側から水を取り出すのに寄与するであろう。アノードに隣接するウィッキング構造体内のウィッキング材料のこのようなフェルト化度合いの差は燃料電池に液体燃料を取り入れるのに寄与するであろう。
【００６４】
図１２は、カソード１０６からアノード１０２に生成水を再循環し、ＰＥＭ１０４を含む本発明の液体燃料電池１００の実施形態を概略的に示す。カソードは、そこに組み込まれたカソードウィッキング構造体１１０および触媒を含む層１０８を備える。カソードウィッキング構造体１１０によるカソード生成水のウィッキングが起こり、この水は、水取出し手段１１４によりカソードウィッキング構造体から運び去られ、水の流路１１２に入れられる。水の流路１１２の水は高濃度液体燃料ライン１１６の高濃度液体燃料と混合されて、アノードに水性液体燃料を送る液体燃料流路１１８に水性液体燃料を生成する。
【００６５】
上記の図１２では、図１３〜２４と同様に、アノードとカソードとの間の電気的結合は簡単のため示されていない。
【００６６】
図１３は、カソード１２２からアノード１０２に生成水を再循環し、ＰＥＭ１０４を含む本発明の別の液体燃料電池１２０の実施形態を概略的に示す。カソードに隣接するのはカソードウィッキング構造体１２４である。
【００６７】
図１４は、カソード１０６からアノード１２６に生成水を再循環し、ＰＥＭ１０４を含み、アノードがそれに組み込まれたアノードウィッキング構造体１２８を有する本発明の液体燃料電池１３２の実施形態を概略的に示す。カソードはそれに組み込まれたカソードウィッキング構造体１１０および触媒を含む層１０８を有する。カソードウィッキング構造体１１０によるカソードでの生成水のウィッキングが起こり、この水は水取出し手段１１４によりカソードウィッキング構造体から運び去られ、水の流路１１２に入れられる。水の流路１１２の水は高濃度液体燃料ライン１１６の高濃度液体燃料と混合されて、触媒を含む層１３０に隣接するアノードウィッキング構造体１２８に水性液体燃料を送る液体燃料流路１１８に水性液体燃料を生成する。
【００６８】
図１５は、カソード１２２からアノード１３６に生成水を再循環し、ＰＥＭ１０４を含む本発明の液体燃料電池１３４からなる別の実施形態を概略的に示す。カソードに隣接するのはカソードウィッキング構造体１２４であり、アノードに隣接するのはアノードウィッキング構造体１３８である。
【００６９】
図１６は、カソード１２２からアノード１０２に生成水を再循環し、ＰＥＭ１０４を含む本発明の液体燃料電池１４０の実施形態を概略的に示す。カソードに隣接するのは、カソードに面する表面に溝１４２を有するカソードウィッキング構造体１４４である。
【００７０】
図１７は、カソード１２２からアノード１５２に生成水を再循環する本発明の液体燃料電池１４６の実施形態を概略的に示す。カソードに隣接するのはカソードウィッキング構造体１２４である。アノードの隣接するのは、アノードに面する表面に溝１５０を有するアノードウィッキング構造体１４８である。
【００７１】
図１８は、カソード１２２からアノード１５２に生成水を再循環する本発明の別の液体燃料電池１６０の実施形態を概略的に示す。カソードに隣接するのはカソードウィッキング構造体１２４である。アノードの隣接するのは、アノードに面する表面に溝１５６を、アノードから離れた方に面を向ける表面に溝１５８を有するアノードウィッキング構造体１５４である。アノードから離れた方に面を向けるアノードウィッキング構造体の表面の溝は、アノードへの水性液体燃料の送液を促進する。アノードに面するアノードウィッキング構造体表面の溝は、アノードからの二酸化炭素の除去を促進する。
【００７２】
図１９は、カソード１２２からアノード１５２に生成水を再循環する本発明の別の液体燃料電池１６６の実施形態を概略的に示す。カソードに隣接するのはカソードウィッキング構造体１２４である。アノードの隣接するのは、アノードから離れた方に面を向ける表面に溝１６４を有するアノードウィッキング構造体１６２である。アノードから離れた方に面を向けるアノードウィッキング構造体の表面の溝は、アノードへの水性液体燃料の送液を促進する。
【００７３】
図２０は、少なくとも一方の電極のウィッキング構造体に（複数の）穿孔を有する本発明の液体燃料電池の実施形態を示す概略図である。液体燃料電池は、アノード１７４、ＰＥＭ１７６、カソード１７８およびアノードに隣接し穴１７２を有するアノードウィッキング構造体１７０を備えるＭＥＡ１８０を含む。
【００７４】
図２１は、少なくとも一方の電極のウィッキング構造体に（複数の）穿孔を有する本発明の液体燃料電池の実施形態を示す概略図である。液体燃料電池は、アノード１８８、ＰＥＭ１７６およびカソード１７８備えるＭＥＡ１９０を含み、アノードは触媒を含む層１８４および穴１８６を有するアノードウィッキング構造体１８２を備え、アノードウィッキング構造体はアノードに組み込まれている。
【００７５】
図２２は、少なくとも一方の電極のウィッキング構造体に（複数の）穿孔を有する本発明の液体燃料電池の実施形態を示す概略図である。液体燃料電池は、アノード１７４、ＰＥＭ１７６、カソード１７８およびカソードに隣接し穴１９４を有するカソードウィッキング構造体１９２を備えるＭＥＡ１９６を含む。
【００７６】
図２３は、少なくとも一方の電極のウィッキング構造体に（複数の）穿孔を有する本発明の液体燃料電池の実施形態を示す概略図である。液体燃料電池は、アノード１７４、ＰＥＭ１７６およびカソード２０４を備えるＭＥＡ２０６を含み、カソードは触媒を含む層２００および穴２０２を有するアノードウィッキング構造体１９８を備え、カソードウィッキング構造体はカソードに組み込まれている。
【００７７】
図２４は、少なくとも一方の電極のウィッキング構造体に（複数の）穿孔を有する本発明の液体燃料電池の実施形態を示す概略図である。液体燃料電池は、アノード１７４、ＰＥＭ１７６、カソード１７８、カソードに隣接し穴１９４を有するカソードウィッキング構造体１９２およびアノードに隣接し穴１７２を有するアノードウィッキング構造体１７０を備えるＭＥＡ２０８を含む。
【００７８】
本発明の別の態様では、カソードからアノードに生成水を再循環し、液体燃料電池に外部の水が加えられることがない液体燃料電池を対象とする。カソードからアノードに生成水を再循環する本発明の液体燃料電池のある実施形態において、カソードウィッキング構造体から取り出される水が、水性液体燃料としてアノードに供給される実質的に唯一の水である。カソードからアノードに生成水を再循環する本発明の液体燃料電池の別の実施形態において、カソードウィッキング構造体から取り出される水と高濃度液体燃料中に存在するある量の水が、アノードに供給される唯一の水である。
【００７９】
本発明の燃料電池において、液体燃料は通常メタノール、エタノール、エチレングリコール、トリメトキシメタン、ジメトキシメタン、ギ酸およびヒドラジンであり、メタノールが好ましい。高濃度液体燃料は通常純粋なメタノールあるいは少なくともメタノールの濃度が約２５％、少なくとも約５０％、少なくとも約６５％、約７０％から約９９％、約８０％から約９８％、もしくは約８５％から約９５％であるメタノール水性混合物である。水性メタノール混合物中のメタノールのパーセンテージは重量に対する重量に基づいて表されている。
【００８０】
本発明が好ましい実施形態の詳細な説明と例により示された。形態および詳細における様々な変更が当分野の技術者の技量内にあるであろう。したがって、本発明は特許請求の範囲により評価されねばならず、例あるいは好ましい実施形態の説明によってはならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるウィッキング構造体を組み込む直接型メタノール燃料電池の側面概略図である。
【図２】  メタルスクリーンでカバーされた穿孔シートを含む、本発明によるウィッキング構造体の第１の実施形態の上平面図である。
【図３】  メタルスクリーンでカバーされた穿孔のないシートを含む、本発明によるウィッキング構造体の第２の実施形態の上平面図である。
【図４】  図３のウィッキング構造体の左側面図である。
【図５】  メタルスクリーンでカバーされていない穿孔シートを含む、本発明によるウィッキング構造体の第３の実施形態の上平面図である。
【図６】  シートを貫いて延びる穿孔を示すために部分的に取り除かれた、図５のウィッキング構造体の右側面図である。
【図７】  メタルスクリーンでカバーされておらず穿孔もない、本発明によるウィッキング構造体の第４の実施形態の上平面図である。
【図８】  溝を有する、本発明によるウィッキング構造体の第５の実施形態の左側面図である。
【図９】  図８のウィッキング構造体の上平面図である。
【図１０】  フェルト化する前のくさび形ウィッキング材料の概略図である。
【図１１】  フェルト化後の図１０のウィッキング材料の概略図である。
【図１２】  アノードに水性液体燃料を供給するために高濃度液体燃料と混合されるカソードからの生成水を再循環する、本発明による液体燃料電池の実施形態概略図である。
【図１３】  カソードからの生成水を再循環する、本発明による液体燃料電池の別の実施形態の概略図である。
【図１４】  カソードからの生成水を再循環する、本発明による液体燃料電池の別の実施形態の概略図である。
【図１５】  カソードからの生成水を再循環する、本発明による液体燃料電池の別の実施形態の概略図である。
【図１６】  カソードからの生成水を再循環する、本発明による液体燃料電池の別の実施形態の概略図である。
【図１７】  カソードからの生成水を再循環する、本発明による液体燃料電池の別の実施形態の概略図である。
【図１８】  カソードからの生成水を再循環する、本発明による液体燃料電池の別の実施形態の概略図である。
【図１９】  カソードからの生成水を再循環する、本発明による液体燃料電池の別の実施形態の概略図である。
【図２０】  アノードウィッキング構造体に穿孔がある、本発明による燃料電池の膜電極アセンブリの実施形態の概略図である。
【図２１】  アノードウィッキング構造体に穿孔がある、本発明による燃料電池の膜電極アセンブリの別の実施形態の概略図である。
【図２２】  カソードウィッキング構造体に穿孔がある、本発明による燃料電池の膜電極アセンブリの実施形態の概略図である。
【図２３】  カソードウィッキング構造体に穿孔がある、本発明による燃料電池の膜電極アセンブリの別の実施形態の概略図である。
【図２４】  カソードおよびカソードウィッキング構造体に穿孔がある、本発明による燃料電池の膜電極アセンブリの別の実施形態の概略図である。
【符号の説明】
１０  直接型メタノール燃料電池
１２  膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）
１４  高分子電解質膜（ＰＥＭ）
１６  アノード
１８  カソード
２０  （第１の）ウィッキング構造体
２２  フェルト状ポリウレタン発泡体シート
２４  エキスパンドメタルホイル
２６  バイポーラプレート
２８  チャネル
２９  液体燃料（メタノール）の流れの方向を示す矢印
３０  （第２の）ウィッキング構造体
３２  フェルト状ポリウレタン発泡体シート
３４  穴
３６  エキスパンドメタルホイル
３８  バイポーラプレート
４０  チャネル
４２  酸化性ガスの流れを示す矢印
４４  外部回路
４６  電気的負荷
４８  液体流路
４９  ポンプ
５０  カソード側に用いられる別のウィッキング構造体
５２  直径０．５ｍｍの穴
５４  別のウィッキング構造体
５６  ウィッキング材料シート
５８  チャネル（溝）
６０  くさび形スラブ
６１  第１の端部
６２  第１の端部での圧縮力を示す矢印
６４  第２の端部での圧縮力を示す矢印
６５  第２の端部
６１Ａ  圧縮後の第１の端部（Ｔ１からＴ３）
６５Ａ  圧縮後の第２の端部（Ｔ２からＴ３）
６６  毛管作用による流れの方向を示す矢印
Ｔ１  第１の厚み
Ｔ２  第２の厚み
Ｔ３  圧縮後の厚さ（Ｔ１、Ｔ２より小さい）
１００  液体燃料電池
１０２  アノード
１０４  ＰＥＭ
１０６  カソード
１０８  触媒を含む層
１１０  カソードウィッキング構造体
１１２  水の流路
１１４  水を取出す手段
１１６  高濃度液体燃料ライン
１１８  液体燃料流路
１２０  液体燃料電池
１２２  カソード
１２４  カソードウィッキング構造体
１２６  アノード
１２８  アノードウィッキング構造体
１３０  触媒を含む層
１３２  液体燃料電池
１３４  液体燃料電池
１３６  アノード
１３８  アノードウィッキング構造体
１４０  液体燃料電池
１４２  溝
１４４  カソードウィッキング構造体
１４６  液体燃料電池
１４８  アノードウィッキング構造体
１５０  溝
１５２  アノード
１５４  アノードウィッキング構造体
１５６  溝
１５８  溝
１６０  液体燃料電池
１６２  アノードウィッキング構造体
１６４  溝
１６６  液体燃料電池
１７０  アノードウィッキング構造体
１７２  穴
１７４  アノード
１７６  ＰＥＭ
１７８  カソード
１８０  ＭＥＡ
１８２  アノードウィッキング構造体
１８４  触媒を含む層
１８６  穴
１８８  アノード
１９０  ＭＥＡ
１９２  カソードウィッキング構造体
１９４  穴
１９６  ＭＥＡ
１９８  カソードウィッキング構造体
２００  触媒を含む層
２０２  穴
２０４  カソード
２０６  ＭＥＡ
２０８  ＭＥＡ
【図１】
0003717871.tif 000002
【図２】
0003717871.tif 000003
【図３】
0003717871.tif 000004
【図４】
0003717871.tif 000005
【図５】
0003717871.tif 000006
【図６】
0003717871.tif 000007
【図７】
0003717871.tif 000008
【図８】
0003717871.tif 000009
【図９】
0003717871.tif 000010
【図１０】
0003717871.tif 000011
【図１１】
0003717871.tif 000012
【図１２】
0003717871.tif 000013
【図１３】
0003717871.tif 000014
【図１４】
0003717871.tif 000015
【図１５】
0003717871.tif 000016
【図１６】
0003717871.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0003717871.tif 000019
【図１９】
0003717871.tif 000020
【図２０】
0003717871.tif 000021
【図２１】
0003717871.tif 000022
【図２２】
0003717871.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
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