(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの燃料を自由対流伝達する直接酸化型燃料電池、および直接酸化型燃料電池の作動方法に関する。本発明の原理は、毛管力および蒸発吸引を利用した毛管構造を用いて、燃料貯留器から膜電極ユニットへ流体燃料を伝達することに基づく。【選択図】  図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの流体燃料を自由対流伝達する直接酸化型燃料電池であって、
アノードおよびカソードを有する膜電極ユニットと、少なくとも１つの流体供給構造と、少なくとも１つの燃料貯留部とを備え、
前記膜電極ユニットを前記少なくとも１つの燃料貯留部に接続して、蒸発吸引により前記燃料の伝達を行う少なくとも１つの毛管構造を備える、直接酸化型燃料電池。
【請求項２】
前記毛管構造は、互いに略平行に配置される複数の毛管を有する、請求項１に記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項３】
前記複数の毛管は中空ガラス繊維である、請求項２に記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項４】
互いに対して平行な配置になるよう複数の毛管構造が網材の形状に織られている、請求項１から３のいずれかに記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項５】
前記燃料貯留部は前記網材で少なくとも部分的に覆われている、請求項４に記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項６】
前記少なくとも１つの毛管構造は気密性被膜を有する、請求項１から５のいずれかに記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項７】
前記被膜は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリオキシメチレン、およびエチレンプロピレンジエン共重合体からなる群から選択された材料から形成される、請求項６に記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項８】
前記少なくとも１つの毛管構造が有する前記複数の毛管それぞれは、前記アノード側の流体供給構造で扇形に広がる、請求項１から７のいずれかに記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項９】
前記少なくとも１つの毛管構造は、前記複数の毛管の温度制御および蒸発率調整を行う少なくとも１つの加熱線を含む、請求項１から８のいずれかに記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項１０】
前記加熱線には、前記燃料電池が放出した電流が供給される、請求項９に記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項１１】
前記膜電極ユニットは、プロトン伝導性膜を含み、且つ、前記アノード側およびカソード側のそれぞれに、触媒層および気体拡散層、または微細構造を含む、請求項１から１０のいずれかに記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項１２】
前記アノード側の気体拡散層は疎水性である、請求項１１に記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項１３】
前記プロトン伝導性膜は、前記燃料および反応生成物に対して不浸透性を有する、請求項１１または１２に記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項１４】
前記プロトン伝導性膜はイオノマーから形成される、請求項１１から１３のいずれかに記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項１５】
前記プロトン伝導性膜は１００μｍ以下の厚みを有する、請求項１１から１４のいずれかに記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項１６】
前記触媒層は、プラチナ、ルテニウム、および／または、プラチナおよびルテニウムの合金を含む、請求項１０から１５のいずれかに記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項１７】
前記触媒層は、プラチナ、錫、および／または、プラチナおよび錫の合金を含む、請求項１０または１５に記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項１８】
前記アノード側の触媒層の貴金属含有量は、０．２から１ｍｇ／ｃｍ２の範囲である、請求項１０から１７のいずれかに記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの毛管構造の、前記膜電極ユニット側を向く端部は、金属化されている、請求項１から１８のいずれかに記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項２０】
前記金属化部分は、５０ｍΩ・ｍ以下の抵抗率を有する、請求項１９に記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項２１】
前記金属化部分は、耐食性の金属または合金から形成される、請求項２０に記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項２２】
前記金属化された端部は、ニッケルまたは金から形成されるパッシベーション層をさらに含む、請求項１９から２１のいずれかに記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項２３】
前記金属化されている毛管構造は前記アノードに組み込まれ、前記アノード側の気体拡散層を不要とする、請求項１９から２２のいずれかに記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項２４】
気体反応生成物を除去するデバイスをさらに備える、請求項１から２３のいずれかに記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項２５】
前記気体反応生成物を除去するデバイスは、圧力逃がし弁である、請求項２４に記載の直接酸化型燃料電池。
【請求項２６】
直接酸化型燃料電池の作動方法であって、
少なくとも１つの流体燃料を少なくとも１つの燃料貯留部から膜電極ユニットへ伝達する段階を備え、
前記少なくとも１つの流体燃料の伝達は、毛管力と蒸発吸引とを利用する少なくとも１つの毛管構造による自由対流伝達により行われる、方法。
【請求項２７】
異なる長さの複数の毛管を利用する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記燃料の伝達は、前記毛管構造の複数の毛管の数、長さ、およびサイズにより制御される、請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記伝達は、前記燃料の蒸発および前記燃料電池における前記燃料の飽和分圧の調節により熱力学的に制御される、請求項２６または２８に記載の方法。
【請求項３０】
メタノールを燃料として利用する、請求項２６から２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
エタノールを燃料として利用する、請求項２６から２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
前記燃料電池の前記少なくとも１つの液体燃料から気体反応生成物を分離する、請求項２６から３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
気体反応生成物と燃料とを、開口から放出して触媒の上に伝導することで酸化させて、熱を生成する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記分離は、ＣＯ２に対して選択的浸透性を有する膜により行われる、請求項３２または３３に記載の方法。
【請求項３５】
外部との均圧化および前記気体反応生成物の除去は、圧力逃がし弁を利用して行われる、請求項３２から３４のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
前記複数の毛管の圧縮、または前記複数の毛管を分離するスライド機構により、前記燃料電池はスイッチオフにされる、請求項２６から３４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの燃料を自由対流伝達（convection-free transport）する直接酸化型燃料電池、および直接酸化型燃料電池の作動方法に関する。本発明の原理は、毛管力および蒸発吸引を利用した毛管構造を用いて、燃料貯留器から膜電極ユニットへ流体燃料を伝達することに基づく。
【背景技術】
【０００２】
携帯電子機器用電流エネルギー蓄積は幾らもの用途に適しているが、達成可能な実行時間が満足のいくものではないことから制約がある。主にメタノールおよび水素といったケミカルの蓄積は高エネルギー密度であることから、燃料電池は大いに向上する可能性を秘めている。
【０００３】
携帯機器に利用することを考えた場合、重量測定法および容積計測法両方において高蓄積密度を有さない水素の蓄積法が主要な課題となる。加えて、気体燃料は液体燃料に比して取り扱いが難しい。一方、メタノールなどの液体燃料は、利用時に機能性を発揮しようとすると（つまり燃料供給、濃度調節等）複雑なシステム技術を要するという課題がある。
【０００４】
液体燃料と水との混合液を、概してポンプの助けを借りながら燃料電池に継続的に供給することが最新技術である。自給式概念も公知ではあるが、この場合、一般的にカソードが空気または酸素の強制流動に曝される（Chen, C. et al., Journal of Power Sources 123(2003)37-42参照）。
【０００５】
気相のメタノールを供給する概念に関する文献記事は非常に稀にしか出版されない（J.Kallo et al., Journal of Power Sources 127 (2004), 181-186; Kallo et al., Journal of the Electrochemical Society, 150 (6) A7765-A769 (2003); A.K. Shukla et al., Journal of Power Sources 55 (1995) 87-91; M. Hogarth et al., Journal of Power Sources 69 (1997)125-136）。これら記事の著者は、気体式（vapour operation）の利点を詳述している。概して、非常に加熱された蒸発装置が利用される。直接酸化型燃料電池システムは、液体燃料または燃料と水との混合液ではなくて、気相からの反応物（reactand）のアノード側供給を利用するが、以下のような一連の理論的利点を有する。
・気相における種の拡散係数が液体よりも格段に大きいので、反応物を電極の活性表面に伝達する速度（kinetics）が非常に向上する。
・液相から供給される従来の直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）の作動において反応生成物である二酸化炭素の除去は疑わしい、というのも、対応する２相システム内の気泡が適切な可動性を持たないからである。同相内にアノード側の反応抽出物および生成物が存在する気体供給型ＤＭＦＣにおいては、ＣＯ２の除去が大いに効果的となる（J. Kallo et al., Cell Voltage Transient of a Gas-fed Direct Methalnol Fuel Cell, Journal of Power Sources 127 (2004), 181-186）。
・アノード触媒が比較的低活性であることにより生じる損失に加えて、ＤＭＦＣ内にもメタノールからカソードへの経路（「クロスオーバ」）に起因する損失が生じうる。燃料損失に加えて、カソードの電位の降下も生じうる。気体式電池に関して、液相供給電池に比してクロスオーバが５０％ほども低減される、という報告があり（Kallo et al., Conductance and Methanol Crossover Investigation of Nafion Membranes in a Vapor-fed DMFC, Journal of the Electrochemical Society, 150 (6) (2003), A765-A769）、これは燃料電池システムの性能データにおける重要な利点である。
・以上を踏まえると、混合液中のメタノール濃度は大いに増加する可能性があり、より良好な性能データ、および、より簡易なシステム技術に繋がる。
・液体メタノールの流れによる恒常的冷却はないので、アノードの温度が上昇する。高い温度により、メタノール酸化速度が非常に向上する。
【０００６】
上述の気体式ＤＭＦＣについての記事は、概して、非常に加熱された蒸発装置を利用するシステムに関している。このアプローチにおいて、気体式の利点はあるものの、この利点は、より複雑なシステム周辺装置に伴う不利点により広範に相殺されており、これが気体式構想が今日に至るまで実現されていない一因である。
【０００７】
気体式構想を、平面燃料電池と併せて、パッシブ型の（つまりあまり加熱されない）蒸発装置へ転用することは、今までのところ最新技術から公知ではない。
【発明の開示】
【０００８】
上述の最新技術の不利点に基づいて、本発明は、燃料電池のアノードチャンバに対する流体燃料の完全パッシブ供給を目的とする。本目的は、請求項１のフィーチャを有する直接酸化型燃料電池および請求項２６のフィーチャを有する直接酸化型燃料電池の作動方法により達成される。他に従属請求項も有利な変更例を提示する。
【０００９】
本発明によると、アノードおよびカソードを有する膜電極ユニットと、少なくとも１つの流体供給構造と、少なくとも１つの燃料貯留部とを備え、少なくとも１つの流体燃料を自由対流伝達する直接酸化型電池が提供される。膜電極ユニットを少なくとも１つの燃料貯留部に接続する毛管構造が本発明では重要である。本発明の毛管構造は、燃料伝達に利用され、この伝達は、毛管力（capillary forces）と蒸発吸引（evaporation suction）とにより行う。
【００１０】
毛管力とは、毛管内の超微細毛管、全ての方向（重力と反対の方向でもよい）の気孔または間隙内に含まれる液体および物質の伝達を可能とする物理特性のことである。大きな断面のラインと比較すると、湿潤液体の伝達をポンプ無しに行うことができるので、さらなるエネルギーを必要としない。よって、伝達レベルおよび伝達量は様々な要素に依る。例えば、材料の接着力、毛管のサイズ、数、および長さ、液体の湿潤能力（wetting capacity）、重力の効果、および吸引および圧効果（例えば蒸発吸引）などが含まれる。
【００１１】
本発明による燃料のパッシブな伝達について、以下の例を参照しながら説明する。多数の超微細ガラス繊維を有する毛管構造の片面を燃料で湿らす。毛管構造からの空気放出の後、燃料は貯留部からアノードへ移動することができる。毛管力以外に、毛管構造の伝達の基本となる駆動力は、いわゆる蒸発吸引である。燃料がアノードチャンバで消費されて、貯留部からアノードチャンバへの分圧勾配により、アノードチャンバにおける後続の燃料蒸発が保証される。毛管構造の頂点では燃料が枯渇する（deplete）ので、続いて、新たな燃料が貯留部から供給される。毛管構造の頂点における蒸発吸引は、アノードチャンバを高温にしておくことにより更に促進される。
【００１２】
燃料電池の消費者の要件によっては、燃料の異なる流れや異なる量が必要となる場合もある。本発明による毛管構造では、燃料の流れを、消費者の要件に応じた毛管の数、長さ、およびサイズとすることで調節することができる。
【００１３】
毛管構造は、互いに略平行に配置される複数の毛管を有することが望ましい。好適な実施形態では、中空ガラス繊維が毛管として利用される。さらなる好適な変形例では、複数の毛管構造が互いに対して平行な配置になるよう網材（braided material）の形状に織られている。このような網材またはマットは、無秩序に織られた繊維に比して、有向の繊維によって繊維方向に大きな毛管力を可能とする。
【００１４】
さらに、燃料貯留部が、このような網材で少なくとも部分的に覆われていることが好ましい。特に、燃料貯留部の壁をこの種類の網材で覆う。これにより、位置に依存せず且つレベルにも略依存しない貯留部の作動が可能となる。
【００１５】
さらなる好適な変形例において、少なくとも１つの毛管構造は気密性被膜を有する。これにより、貯留部と毛管構造の頂点との間の燃料損失を低減、または完全になくすことができる。好適には、気密性被膜は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリオキシメチレン、およびエチレンプロピレンジエン共重合体からなる群から選択された材料から形成される。
【００１６】
さらなる好適な実施形態において、少なくとも１つの毛管構造が有する複数の毛管それぞれは、アノード側の流体供給構造で扇形に広がり、個々のガラス繊維となり、表面に供給される。好適にはアノード側の気体拡散層を疎水性とすることで、電極が液体燃料で湿らないようにする。上述の実施形態においては、毛管構造および気体拡散層を有するユニットが提示される。
【００１７】
蒸発処理の熱力学によって、適切に、且つ同様にパッシブに生成物である水を利用する等の方法を取り入れることで、自動制御システムを得ることができる。アノードの気体チャンバの燃料に飽和分圧を生成するというシステムの目的が、この点において熱力学の基礎を提供する。多くの燃料が変換される場合、燃料電池の損失により生じる高温が広がる（prevail）ことで蒸発吸引が起こる。この結果、続いてさらなる燃料が供給される。燃料変換が行われないと、温度は降下し、飽和分圧が調節される。最後に、蒸発吸引は熱力学的平衡に落ち着く。
【００１８】
燃料電池のアノード側では、普通、燃料は水に助けられて酸化して、プロトンおよびエレクトロンを形成する。燃料のカソード側では、プロトンは大気の酸素に助けられて水に還元される。燃料数が多い場合には、アノードが消費する以上の大量の水がカソードに生じる。最新技術と比べて、液体燃料に、薄いイソノマ（１００μｍ未満）を膜電極ユニット（ＭＥＡ）に利用する場合、適切な形状設計とともにカソードからの水の逆拡散を利用することで、高濃度の燃料をアノードへ誘導することができる。また、これには、自動制御（self-breathing）燃料電池の場合に、大気に放出する水の量が少なくてよいという利点もある。この結果、燃料電池が動作可能な温度範囲が広がる。
【００１９】
さらなる好適な実施形態では、燃料電池のアノードチャンバに隣接する部分領域の毛管構造が金属化される。銅を金属化した後にニッケル／金または類似した金属でパッシベーション（passivation）を行うことが望ましい。外部に存在する金属は低接触抵抗を保証すべきである。混合物が十分に低い抵抗率（好適には５０ｍΩ・ｍ未満）を有する場合、アノードの標準的な流体供給構造は、その全体が枯渇し、流れがただちに方向転換（diverted directly）しうる。燃料の毛管による伝達は、（例えばごく少量の伝達量などにより）電極が液体燃料で湿らないようになされることが好適である。
【００２０】
さらに、金属化された毛管構造がアノードに組み込まれて、アノード側の気体拡散層を不要とすることが好適である。こうすることで、層の厚み（電極は約１０μｍ、気体拡散層は約２００μｍおよび繊維は約２００μｍ）をさらに薄くでき（好適には約１００μｍまで）、燃料電池はさらに薄くでき、且つ、容量および重量による出力密度が顕著に増加する、または、簡易筺体による利用が可能となる。蒸発式の速度は大いに速いので、アノードの、また場合によってはカソードの触媒の貴金属含有量も低減することができ、コストのみならず層の厚みのさらなる低減にもつながる。最新技術の貴金属含有量は約２ｍｇ／ｃｍ２であるが、本発明のシステムにおいては０．５ｍｇ／ｃｍ２未満である。
【００２１】
さらに、燃料電池は、液体燃料から気体反応生成物を除去するデバイスを有することが好ましい。例えば、アノード側に生じたＣＯ２の除去が含まれる。好適な変形例においては、ＣＯ２は開口から外気にかけて生じうる。よって燃料の継続的拡散損失という問題が起こりうる。従って開口は、好適にはチャネルの一端に組み込まれて、膜電極ユニットの触媒の高濃度燃料を広範に枯渇させるべきである。
【００２２】
この問題は、圧力弁を組み込むことでさらに解決される。これは、上述のチャンネルの端部に配置されることが好ましい。システムに特定の過剰圧力が生じると、圧力弁が暫く開き、外部との圧力平衡が保証され、チャネルのＣＯ２が再度枯渇する。
【００２３】
さらなる好適な変形例においては、触媒によりアノード側の燃料をできるだけ広く枯渇させて、外気に対して開いている酸化経路（触媒を有する管）に誘導する。触媒が行う酸化においては燃料が全く外気へ逃げない。さらに、燃焼エネルギー（combustion energy）を利用してアノードチャンバを加熱して、その結果、酸化反応の速度を向上させ、ひいては燃料の蒸発率をも向上させてもよい。さらなる好適な変形例においては、毛管を利用する燃焼供給を中断させてよい。機械的な実施形態としては、毛管構造を引っ込めること（withdraw）、毛管構造を閉じ込めること（pinch）、または、さもなくば接触する他の毛管構造を移動することで、毛管構造を中断することなどが考えられる。
【００２４】
本発明によると、少なくとも１つの流体燃料を少なくとも１つの燃料貯留部から膜電極ユニットへ伝達する直接酸化型燃料電池の作動方法が提供される。少なくとも１つの流体燃料の伝達は、毛管力と蒸発吸引とを利用する少なくとも１つの毛管構造により行われる。ゆえに、この伝達は自由対流伝達である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
以下に、本発明の主題を図面を参照しながら詳述するが、以下の説明は本発明の主題を説明する特定の実施形態に限定する意図は持たない。
【００２６】
【図１】燃料を自由対流伝達する直接酸化型燃料電池の発明の変形例を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明による第１の直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）１の断面図である。ＤＭＦＣは、エッジ長（edge length）が８ｃｍ×４ｃｍおよび高さが１．５ｃｍの矩形に形成される。ＤＭＦＣ１はｚ軸方向の複数の層として形成される。ＤＭＦＣ１は、カソードユニットとアノードユニットとに分けられ、該カソードユニットと該アノードユニットとの間にプロトン伝導性膜(proton-conducting membrane)２が存在する。
【００２８】
アノードユニット自体は、貯留チャンバ３とアノードチャンバとに分けられる。
【００２９】
アノードチャンバは、流場６および気体拡散層７を有する。流場６は貯留チャンバ３に隣接しており、気体拡散層７はアノード側でプロトン伝導性膜２に隣接している。
【００３０】
流場６は、金メッキステンレス鋼を有する並列チャネル構造として構成される。チャネルは貯留チャンバ３から気体拡散層７へと、ｚ方向に延在する。気体は流場６を均質に流れ、気体拡散層７へと伝導する。
【００３１】
ＤＭＦＣの作動中に印加された電圧は、流場６によりタップされる。この理由から、流場６は、流場中間空間６ａおよび電流コレクタ領域６ｂという２つの領域に分けられる。電流コレクタ６ｂは気体拡散層に電気的に接触する。
【００３２】
気体拡散層７は、不織炭素繊維を含むが、これは高度に多孔質であるので、反応物への伝達、および反応物からの除去を効果的に行うことができる。加えて、気体拡散層７は導電性を有する。細かい炭素繊維を多数利用することで、気体拡散層７は、アノードに対して、密に隣接する接点で均質に接触することができる。
【００３３】
ＤＭＦＣ１のカソードユニットは、アノードユニットと類似した層構成を有しており、気体拡散層１０はカソード側でプロトン伝導性膜２に隣接している。最も隣接する層は流場１１である。気体拡散層１０および流場１１がカソードユニットを形成する。
【００３４】
ＤＭＦＣ１はアノード側で端板１２により封止される。ＤＭＦＣ１はさらにカソード側でも端板１３により封止される。カソード側の端板１３には部分的に孔が開いている。これにより、電池作動中の酸素供給が保証される。
【００３５】
立方ＤＭＦＣ１の外縁部は、電池筐体１４により封止される。
【００３６】
電池筐体１４上の流場６の領域には、不図示の圧力逃がし弁が配置されてよい。圧力逃がし弁は、２バールの気圧により開状態になって、アノードチャンバで生じた二酸化炭素を外部に放出する。
【００３７】
さらに、ＤＭＦＣはタンク１５を含む。タンク１５は、メタノールまたはメタノールと水との混合液を受け取る。タンク１５は、燃料１６を伝達すべく、毛管構造を介して貯留チャンバ３に接続される。
【００３８】
プロトン伝導性膜２は、スルホン化重合体を有する。さらに、プロトン伝導性膜２のアノード側は、プラチナ−ルテニウム（原子比率５０対５０）から形成される触媒８で被膜され、カソード側は、プラチナから形成される触媒９で被膜される。可能な限り大きな表面積を有するように、触媒８および触媒９は多孔質である。
【００３９】
貯留チャンバ３には吸収構造５が充たされる。本発明の一変形例は、貯留チャンバ３へ扇形に広がる毛管構造１６の個々の毛管を基礎とする。
【００４０】
本発明によるＤＭＦＣ１は、純粋なメタノール、またはメタノールと水との混合液により作動可能である。
【００４１】
作動する際には、例えばメタノールと水との混合液をタンク１５に充たす。供給パイプ６および吸収構造５の吸引効果により、混合液はタンク１５から、供給パイプ１６を通り貯留チャンバ３へと吸引されて、貯留チャンバ３に供給される。
【００４２】
メタノール混合液から蒸発した気体は、流場６内を通る。気体は流場６により気体拡散層７を通ることで均質に供給される。
【００４３】
最後に、気体はアノード（つまり、膜２のアノード側の触媒層８）へ移動する。
【００４４】
カソード側では、酸素が、ＤＭＦＣ１の外部から、カソード側の孔の開いた端板１３ｗを経て膜のカソード側の触媒９へと通る。
【００４５】
以下に示す反応の結果、アノード側で二酸化炭素が生成され、カソード側で水が生成される。割合が多くなりすぎると電池の作動を制限することのある二酸化炭素を、圧力逃がし弁により外部に逃がす。水は外気に吸収される。
【００４６】
記載した処理は、メタノールの混合液が貯留チャンバ３内に吸引されている間は行われ続ける。これによりＤＭＦＣ１を継続的に作動できる。
【００４７】
特に、処理は完全に自動で開始されるので、電池の作動の維持には、メタノール混合液を伝達する外部の能動手段（例えばポンプ）がなんら必要とされない。このような電池は小型でコンパクトな構成を有することができ、特に後者をバッテリの代替として利用できる。
【００４８】
代替例として、流場６および１１、および拡散層７および１０を、微細構造の流場で置き換えることもできる。微細構造は、気体拡散層および流場の両方の特性を組み合わせたものである。
【００４９】
また別の代替的実施形態としては、アノードユニットが加熱部材を備えてもよい。加熱部材を備えると、メタノールの蒸発率、またはメタノールと水との混合液の蒸発率を調整することができる。この結果、ＤＭＦＣの出力を制御することができ、特に安定させることができる。
【００５０】
気体メタノールは貯留チャンバ３からアノードチャンバへ流れるので、多くの場合アノードの反応面を適切な形状構造で変化させて様々な用途に合わせることができる。例えば、流場の電流コレクタ６ｂの配置（ウェブの高さまたは幅、中間空間のサイズ）、気体拡散層７の厚み、または微細構造の流場の形状（開口率（opening ratio）など）により達成することができる。適切な構造上の措置をとることで、広範に、かつ完全にメタノールをアノードで酸化するようメタノールの流れを調節することができる。理想的には、アノードに供給されるメタノールの量は、電子化学酸化反応で実際に消費される量に等しい。そうすると、メタノールのクロスオーバ、およびそれに起因する損失が本質的に避けられる。特に作動中にアノード側の略純粋なメタノールとともに必要となる水が、拡散によりカソードから膜２を通りアノードへと移動する。このようにして、高濃度メタノールを利用する作動が可能となり、膜の高エネルギー密度という利点が活用される。
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【国際調査報告】
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