(57)【要約】      （修正有）【課題】液体燃料を直接燃料とする燃料電池であって、発電効率が高く、コンパクトで均一な構造を有する燃料電池を提供する。【解決手段】メタノールが供給される燃料極電極を構成する第一の導電性膜１０１と、空気が供給される空気極電極を構成する第二の導電性膜１０２と、第一の導電性膜１０１と第二の導電性膜１０２との間に挟持される電解質膜１０３とを含んで構成されたシート１０４を備え、シート１０４は第一の導電性膜１０１が設けられた側を内側にして、第一の導電性膜１０１に液体燃料を供給するための第一の絶縁材料１０５を介在して二つ折りにされ、且つ、シート１０４の折り目と直交する軸を中心に、第二の導電性膜１０２に空気を供給するための第二の絶縁材料１０６を介在して巻かれており、更に、前記折り目と直交する軸方向における第一の絶縁材料１０５及び前記第二の絶縁材料１０６の断面形状が略三角形である燃料電池１００である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料が供給される燃料極電極を構成する第一の導電性膜と、空気が供給される空気極電極を構成する第二の導電性膜と、前記第一の導電性膜と前記第二の導電性膜との間に挟持される電解質膜とを含んで構成されたシートを備えた燃料電池であって、前記シートは前記第一の導電性膜が設けられた側を内側にして、前記第一の導電性膜に液体燃料を供給するための第一の絶縁材料を介在して二つ折りにされ、且つ、前記シートの折り目と直交する軸を中心に、前記第二の導電性膜に空気を供給するための第二の絶縁材料を介在して巻かれており、更に、前記折り目と直交する軸方向における前記第一の絶縁材料及び前記第二の絶縁材料の断面形状が略三角形である燃料電池。
【請求項２】
液体燃料が供給される燃料極電極を構成する第一の導電性膜と、空気が供給される空気極電極を構成する第二の導電性膜と、前記第一の導電性膜と前記第二の導電性膜との間に挟持される電解質膜とを含んで構成されたシートを備えた燃料電池であって、前記シートは前記第一の導電性膜が設けられた側を内側にして、前記第一の導電性膜に液体燃料を供給するための第一の絶縁材料を介在して第一の折り目に従って二つ折りにされ、且つ、前記シートの第一の折り目と直交する複数の第二の折り目に従って、前記第二の導電性膜に空気を供給するための第二の絶縁材料を介在して表裏交互に折り曲げられており、更に、前記第一の折り目と直交する軸方向における前記第一の絶縁材料及び前記第二の絶縁材料の断面形状が略三角形である燃料電池。
【請求項３】
前記第一の絶縁材料が、スリットを有する請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第二の絶縁材料が、スリットを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第一の絶縁材料の断面形状と前記第二の絶縁材料の断面形状とが組み合わさるようにした請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第一の絶縁材料の断面形状と前記第二の絶縁材料の断面形状とを組み合わせた形状が方形である請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記液体燃料が、メタノール水溶液である請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項８】
液体燃料が供給される燃料極電極を構成する第一の導電性膜と、空気が供給される空気極電極を構成する第二の導電性膜と、前記第一の導電性膜と前記第二の導電性膜との間に挟持される電解質膜とを含んで構成されたシートを、前記第一の導電性膜が設けられた側を内側にして、前記第一の導電性膜に液体燃料を供給するための第一の絶縁材料を介在して二つに折り、更に、前記シートの折り目と直交する軸を中心に、前記第二の導電性膜に空気を供給するための第二の絶縁材料を介在して巻きこむようにした燃料電池の製造方法であって、前記折り目と直交する軸方向における前記第一の絶縁材料及び前記第二の絶縁材料の断面形状が略三角形である燃料電池の製造方法。
【請求項９】
液体燃料が供給される燃料極電極を構成する第一の導電性膜と、空気が供給される空気極電極を構成する第二の導電性膜と、前記第一の導電性膜と前記第二の導電性膜との間に挟持される電解質膜とを含んで構成されたシートを、前記第一の導電性膜が設けられた側を内側にして、前記第一の導電性膜に液体燃料を供給するための第一の絶縁材料を介在して第一の折り目に従って二つに折り、更に、前記シートの折り目と直交する第二の複数の第二の折り目に従って、前記第二の導電性膜に空気を供給するための第二の絶縁材料を介在させて表裏交互に折り曲げるようにした燃料電池の製造方法であって、前記折り目と直交する軸方向における前記第一の絶縁材料及び前記第二の絶縁材料の断面形状が略三角形である燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料を燃料とする燃料電池及びその製造方法に関し、特にモバイル機器等に搭載可能な小型の燃料電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モバイル機器等では、高性能化に伴って消費電力が年々増大し、エネルギー密度の高い電力源が必要とされている。このため、メタノール等の液体燃料を直接燃料として利用する燃料電池の開発がにわかに脚光を浴びている。液体燃料を直接燃料として利用した燃料電池は、現行のリチウムイオン電池等の二次電池と比較して一桁以上のエネルギー密度が期待できる（例えば、非特許文献１及び２参照。）。
【０００３】
直接燃料として用いられる液体燃料としては、メタノール水溶液（ＣＨ3ＯＨ／Ｈ2Ｏ溶液）が多く使用されている。メタノールを直接燃料として用いた燃料電池では、燃料極電極に燃料であるメタノール水溶液が供給されると、燃料極電極で、ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-の反応が起こり、空気極電極では、３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ-→３Ｈ2Ｏの反応が起こる。この一連の反応では、メタノール１モル当たり、燃料極電極で１３１ｋＪの吸熱反応が、空気極電極では、８５０ｋＪの発熱反応が起こる。また、この燃料電池の反応はセル部の温度が高い場合に活発になり、高い出力が得られる（例えば、非特許文献３参照。）。
【０００４】
更に、高い出力を得るために、自ら発熱した熱によりセル部の温度を高く保つことが可能な巻積み型燃料電池が提案されている（例えば、非特許文献４参照）。
【０００５】
従来の巻積み型燃料電池では、図１１及び１２に示すように、触媒が担持された海綿状の第一の導電性膜３０１と、それに接して形成された電解質膜３０３と、さらに電解質膜３０３上に接して形成された空気極電極になる触媒が担持された海綿状の第二の導電性膜３０２とからなる三層構造のシートを備えており、その三層構造のシートを二つに折り曲げて巻き込むことで構成されていた。また、シートの第一の導電性膜３０１側には長方形の第一の絶縁材料３０５が介在しており、同様に、第二の導電性膜３０２側にも長方形の第二の絶縁材料３０６が介在していた。また、各導電性膜上には金属箔３０７が貼られていた。
【０００６】
図１１及び１２に示すように従来の巻積み型燃料電池３００では、第一の導電性膜３０１は、毛細管現象によって供給されたメタノールから、触媒面で水素イオンと電子及び二酸化炭素とを形成する役割を担っている。第二の導電性膜３０２は、酸素を含む空気が供給され、触媒面で電解質膜を拡散して来た水素イオンと外部回路を通って来た電子が酸素と反応し、水を形成する役割を担っている。電解質膜３０３は、第一の導電性膜３０１で発生した電子と水素イオンとのうち、水素イオンのみを通過させる膜である。従来の巻積み型燃料電池３００では、セル部の容積に比較して表面積を小さくし、反応によって生じた熱をむやみに放熱することが無く、燃料電池の反応を比較的高温に保ち、セル部全体の温度を均一化して高出力の発電を行うために、三層構造のシートを巻き込む際に、中心部を比較的緩くし、周辺部をきつく巻くことが必要であった。
【０００７】
しかしながら，従来の巻積み型燃料電池３００では、液体燃料であるメタノールを毛細管現象により供給しているが、第一の絶縁材料３０５及び第二の絶縁材料３０６は長方形であることから、液体燃料を燃料電池下部より供給するための供給材料の吸い上げ面積が不十分であり、液体燃料を十分に供給することができず、高い出力を得ることが難しいという問題があった。
【０００８】
また、セルを巻き込むことで構成される巻積み型燃料電池では、空気極電極では酸素を消費するが、同様にその供給部の面積が狭く、十分な空気を供給することができないという問題があった。また、供給部の面積を確保するために所望の巻き込み間隔を持たせて巻き込むことも技術上難しいという問題があった。
【非特許文献１】C.Hebling et al.,"Technology and Markets of Portable Fuel Cells," Proceedings of 7th Grove Fuel Cells Symposium, London, O7.1,2001.9
【非特許文献２】日経エレクトロニクス，２００１年１０月２２日号，ｐ．１１７
【非特許文献３】M.Baldauf, 「Status of the development of a direct methanol fuel cell,」、Journal of Power Sources, vol.84.p.161-166,1999
【非特許文献４】千坂光陽ほか、“モバイル機器用巻積型マイクロ燃料電池の構成法と研究，”第１０回燃料電池シンポジウム予稿集，Ｐ１０，２００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、液体燃料を直接燃料とする燃料電池であって、燃料および空気の安定な供給が図れ、発電効率が高く、コンパクトで均一な構造を有する燃料電池およびおその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を解決するために、第一の本発明の燃料電池は、液体燃料が供給される燃料極電極を構成する第一の導電性膜と、空気が供給される空気極電極を構成する第二の導電性膜と、前記第一の導電性膜と前記第二の導電性膜との間に挟持される電解質膜とを含んで構成されたシートを備えた燃料電池であって、前記シートは前記第一の導電性膜が設けられた側を内側にして、前記第一の導電性膜に液体燃料を供給するための第一の絶縁材料を介在して二つ折りにされ、且つ、前記シートの折り目と直交する軸を中心に、第二の導電性膜に空気を供給するための第二の絶縁材料を介在して巻かれており、更に、前記折り目と直交する軸方向における前記第一の絶縁材料及び前記第二の絶縁材料の断面形状が略三角形であるように構成される。
【００１１】
第一の本発明の燃料電池によれば、同一の導電性膜間に各々介在し、液体燃料又は酸素の供給手段となる各絶縁材料の断面形状を略三角形とすることで、絶縁材料の液体燃料又は空気の供給側となる裾部（供給部）の面積を、絶縁材料の先端部よりも大きくすることができる。これにより、十分な量の液体燃料及び酸素を安定して各導電性膜に供給することができ、発電効率を高めることができる。また、断面形状が略三角形の絶縁材料を用いると、各絶縁材料が各電解質間における隙間を埋めるくさびのような役割を果たすため、シートの巻き込み形状（以下、「巻積み形状」と称する場合がある。）を均一なものとすることができ、燃料電池の構造を均一にすることができる。
【００１２】
第二の本発明の燃料電池は、液体燃料が供給される燃料極電極を構成する第一の導電性膜と、空気が供給される空気極電極を構成する第二の導電性膜と、前記第一の導電性膜と前記第二の導電性膜との間に挟持される電解質膜とを含んで構成されたシートを備えた燃料電池であって、前記シートは前記第一の導電性膜が設けられた側を内側にして、前記第一の導電性膜に液体燃料を供給するための第一の絶縁材料を介在して第一の折り目に従って二つ折りにされ、且つ、前記シートの第一の折り目と直交する複数の第二の折り目に従って、第二の導電性膜に空気を供給するための第二の絶縁材料を介在して表裏交互に折り曲げられており、更に、前記第一の折り目と直交する軸方向における前記第一の絶縁材料及び前記第二の絶縁材料の断面形状が略三角形であるように構成される。
【００１３】
第二の本発明の燃料電池によれば、同一の導電性膜間に各々介在し、液体燃料又は酸素の供給手段となる各絶縁材料の断面形状を略三角形とすることで、絶縁材料の液体燃料又は空気の供給側となる裾部（供給部）の面積を、絶縁材料の先端部よりも大きくすることができる。これにより、十分な量の液体燃料及び酸素を安定して各導電性膜に供給することができ、発電効率を高めることができるため、高い出力を得ることができる。また、断面形状が略三角形の絶縁材料を用いると、各絶縁材料が各電解質間における隙間を埋めるくさびのような役割を果たすため、シートの表裏折り曲げ形状を均一なものとすることができ、燃料電池の構造を均一にすることができる。
【００１４】
第一および第二の本発明の燃料電池（以下、単に「本発明の燃料電池」と称する場合がある。）に記載の燃料電池は、前記第一の絶縁材料が、スリットを有するように構成することができる。本発明の燃料電池によれば、第一の絶縁材料にスリットを設けることで、毛細管現象による液体燃料の供給面積を拡大することができる。これにより、第一の導電性膜に供給される液体燃料の量を増加させることができる。また、巻積み型の場合には、第一の絶縁材料の厚みによる巻積みにくさを少なくすることができるため、安定した巻積み形状を構成することができる。
【００１５】
本発明の燃料電池は、前記第二の絶縁材料が、スリットを有するように構成することができる。本発明の燃料電池によれば、第二の絶縁材料にスリットを設けることで、酸素の供給路を十分に確保することができる。これにより、第二の導電性膜に供給される酸素の量を増加させることができる。また、巻積み型の場合には、第一の絶縁材料の厚みによる巻き込みにくさを少なくすることができるため、安定した巻積み形状を構成することができる。
【００１６】
本発明の燃料電池は、前記第一の絶縁材料の断面形状と前記第二の絶縁材料の断面形状とが組み合わさるように構成することができる。本発明の燃料電池によれば、シートを介して配置される第一の絶縁材料の断面形状と第二の絶縁材料の断面形状とを、互いに組み合わさる形状とすることで、シートを巻積み構造又は表裏交互に折り曲げ構造を均一に保つことができる。
【００１７】
更に、本発明の燃料電池によれば、前記第一の絶縁材料の断面形状と前記第二の絶縁材料の断面形状とを組み合わせた形状が方形であるように構成することができる。本発明の燃料電池によれば、シートを介して配置される第一の絶縁材料の断面形状と第二の絶縁材料の断面形状とを、互いに組み合わせた際に方形となる形状とすることで、シートを巻積み構造又は表裏交互に折り曲げ構造をより均一に保つことができる。
【００１８】
本発明の燃料電池は、前記液体燃料として、メタノール水溶液を好適に用いることができる。
【００１９】
本発明の第一の燃料電池の製造方法は、液体燃料が供給される燃料極電極を構成する第一の導電性膜と、空気が供給される空気極電極を構成する第二の導電性膜と、前記第一の導電性膜と前記第二の導電性膜との間に挟持される電解質膜とを含んで構成されたシートを、前記第一の導電性膜が設けられた側を内側にして、前記第一の導電性膜に液体燃料を供給するための第一の絶縁材料を介在して二つに折り、更に、前記シートの折り目と直交する軸を中心に、第二の導電性膜に空気を供給するための第二の絶縁材料を介在して巻きこむようにした燃料電池の製造方法であって、前記折り目と直交する軸方向における前記第一の絶縁材料及び前記第二の絶縁材料の断面形状が略三角形である。
【００２０】
本発明の第二の燃料電池の製造方法によれば、液体燃料が供給される燃料極電極を構成する第一の導電性膜と、空気が供給される空気極電極を構成する第二の導電性膜と、前記第一の導電性膜と前記第二の導電性膜との間に挟持される電解質膜とを含んで構成されたシートを、前記第一の導電性膜が設けられた側を内側にして、前記第一の導電性膜に液体燃料を供給するための第一の絶縁材料を介在して第一の折り目に従って二つに折り、更に、前記シートの折り目と直交する第二の複数の第二の折り目に従って、第二の導電性膜に空気を供給するための第二の絶縁材料を介在させて表裏交互に折り曲げるようにした燃料電池の製造方法であって、前記折り目と直交する軸方向における前記第一の絶縁材料及び前記第二の絶縁材料の断面形状が略三角形である。
【００２１】
本発明の第一及び第二の燃料電池の製造方法（以下、単に「本発明の製造方法」と称する場合がある。）によれば、本発明の燃料電池を効率的に製造することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、液体燃料を直接燃料とする燃料電池であって、燃料および空気の安定な供給が図れ、発電効率が高く、コンパクトで均一な構造を有する燃料電池及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第一の実施の形態）
本発明の燃料電池の第一の実施形態について図面を用いて説明する。本実施の形態における燃料電池は、シートを巻き込んで形成した巻積み型の燃料電池である。図１は本発明の燃料電池の主要構成を示した断面図であり、図２は本発明の燃料電池の斜視図である。図１に示すように、燃料電池１００は、メタノールが供給され燃料極電極を形成する第一の導電性膜１０１と、空気が供給され空気極電極を形成する第二の導電性膜１０２と、プロトン伝導性を有する電解質膜１０３とを備え第一の導電性膜１０１と第二の導電性膜１０２との間に電解質膜１０３が挟持された積層構造を有するシート１０４と、第一の絶縁材料１０５と、第二の絶縁材料１０６と、から構成されている。隣り合う第一の導電性膜１０１間には第一の絶縁材料１０５が、また、隣り合う第二の導電性膜１０２間には第二の絶縁材料１０６が介在しており、各導電性膜は金属箔１０７によって電気的に連結されている。更に、図２に示すように、本発明の燃料電池１００は、二つ折りにされたシート１０４を、さらに、その折り目と直行する軸を中心に巻き込んだ形状をしている。
【００２４】
第一の実施の形態における燃料電池１００の構造とともにその製造方法について説明する。図３は、本発明におけるシートを第一の導電性膜側から観察した平面図であり、図４は、本発明におけるシートを第二の導電性膜側から観察した平面図である。図５は、三層に構成された本発明におけるシートの折り返し手順を示した概略図である。
【００２５】
図３に示すように電解質膜１０３の一方の面上には、第一の導電性膜１０１Ａ及び１０１Ｂが熱圧着法等により貼り付けられている。第一の導電性膜１０１Ａおよび１０１Ｂの上には金属箔１０７が貼り付けられており、第一の導電性膜１０１Ａおよび１０１Ｂ間が金属箔１０７によって電気的に連結されるようになっている。
【００２６】
また、図４に示すように、電解質膜１０３の他方の面上には第二の導電性膜１０２Ａ及び１０２Ｂが熱圧着法等により貼り付けられている。即ち、シート１０４には第１及び第二の導電性膜が電解質膜１０３の両面に対称的に配置されている。更に、第二の導電性膜１０２Ａおよび１０２Ｂの上にはそれぞれに金属箔１０７が分割して貼り付けられており、シート１０４が巻き込まれた際に、シート１０４の端部において各第二の導電性膜１０２Ａおよび１０２Ｂ同士が金属箔１０７によって電気的に連結されるようになっている。
【００２７】
電解質膜１０３は、第一の導電性膜１０１で発生した電子と水素イオンとのうち、水素イオンのみを通過させる膜であり、例えば、パーフルオロスルホン酸膜等の高分子膜で構成することができる。上記のパーフルオロスルホン酸膜としては、デュポン社製のナフィオン（Ｒ）等の市販品を好適に用いることができる。
【００２８】
第一の導電性膜１０１は、毛細管現象によって第一の絶縁材料から供給された液体燃料であるメタノールから水素イオンと電子とを放出させる役割を担う。第一の導電性膜１０１は、燃料極電極となる触媒を担持した多孔質構造を有する海綿状材料から形成されている。上記触媒としては、メタノールと水から水素イオンおよび電子を放出させる反応に用いられる公知の触媒を適宜選定して用いることができ、例えば、Ｐｔ、Ｐｔ−Ｒｕ合金等を用いることができる。また、上記海綿状材料としては、多孔質カーボンシート、多孔質プラスチックシート又はガラスウール等が挙げられる。第一の導電性膜１０１は、海綿状材料の多孔質構造中にメタノールを一定時間溜める事で、電池セルからの発熱を十分にメタノールに伝えることができ、メタノールの加熱効率を高めることができる。更に、第一の導電性膜１０１は、例えば、海綿状材料に担持した触媒と、電解質膜１０３に用いられる高分子膜の溶液と、結合剤等とを混合することで形成することができる。
【００２９】
同様に第二の導電性膜１０２には、第二の絶縁材料から酸素を含む空気が供給される。第二の導電性膜１０２は、空気極電極となる触媒を担持しており、第一の導電性膜１０１と同様に多孔質構造を有する海綿状材料で形成することができる。上記触媒としては、酸素と水素イオンと電子とから水を生成する反応として用いられる公知の材料を適宜選定して用いることができ、例えば、Ｐｔ等を用いることができる。また、第一の導電性膜１０１と同様に、第二の導電性膜１０２は海綿状材料に担持した触媒と、電解質膜１０３に用いられる高分子膜の溶液と、結合剤等とを混合することで形成することができる。
【００３０】
金属箔１０７としては、ニッケル合金やステンレス、アルミニウム等を好適に使用することができ、特に耐蝕性の点からステンレスが好ましい。また、ステンレス表面に金メッキを金属箔１０７として用いることで接触抵抗の低減を図ることもできる。
【００３１】
次に、燃料電池１００の製造方法について説明する。図５（ａ）に示すように、シート１０４の両面に金属箔１０７を貼り付けた後、点線Ａを折り目として矢印ａの方向に向かって二つ折りにする。この際、シート１０４は図５（ｂ）に示すように、向かい合う第一の導電性膜１０１間に第一の絶縁材料１０５を挟み込むようにして二つ折りにされる。第一の絶縁材料１０５は、折り目Ｂと直交する軸方向の断面形状（図５（ｂ）におけるＣＣ’断面形状；以下、単に「断面形状」と称する場合がある。）が略三角形であり、メタノール（液体燃料）を第一の導電性膜１０１に供給する役割を担い、折り曲げにより谷になる方向（図５（ｂ）における矢印Ｄ）にくさびをさすように挟み込まれる。ここで、「折り目と直交する軸」とは、シート１０４の折り目と直交し、折り目からシートの端部に向かう直線を意味する。シート１０４を二つ折りにした後、シート１０４の第二の導電性膜１０２が設けられてる一方の側に第二の絶縁材料１０６を貼り付ける（図５（ｂ））。第二の絶縁材料１０６の断面形状も同一の略三角形であり、第一の絶縁材料１０５とは逆向きに貼り付けられる。次いで、シート１０４の折り目と直交する軸を中心として、シート１０４を順次巻き込むことで、図１に示す断面を有する巻積み型の燃料電池１００が構成される。
【００３２】
次に、液体燃料を供給するための第一の絶縁材料１０５及び第二の絶縁材料１０６について図６及び図７を用いて説明する。図６は、本発明における絶縁材料の断面形状の例を示す説明図であり、図７は、本発明における絶縁材料の断面形状を説明するための概略図である。本発明における第１及び第二の絶縁材料は、略三角形の断面形状を有する。ここで「略三角形」とは、二等辺三角形や直角三角形に限られず、例えば、シートの折り目側から端部側に向かって第一の断面形状の幅（絶縁材料の厚さ）が連続的又は段階的に広がるものを含む概念であり、例えば、図６に示すものが挙げられる。即ち、本発明における絶縁材料の断面形状は、図７に示すように紙面上方から下方に向かって（図７における矢印Ｅ）、連続的又は段階的に幅（絶縁材料の厚さ）が増加した形状であればよい。第一の導電性膜を例に説明すると、図７（ａ）に示すように、断面形状（三角形）の底辺の長さ（液体燃料の供給側における第一の絶縁材料の厚さ）を２ａとし、断面形状（三角形）の高さ（第一の絶縁材料の幅）をｂとした際、該三角形の面積はａｂとなる。
【００３３】
これに対し、底辺の長さをａとし、高さをｂとする長方形（図７（ｂ）参照）の断面形状を有する従来の絶縁材料と比較すると、断面形状の面積はどちらも同じａｂとなるが、第一の導電性膜に対する液体燃料の供給量は本発明における第一の絶縁材料の方が増加する。これは、どちらの絶縁材料も液体燃料を底辺側から毛細管現象を用いて供給するが、単純に底辺と底面積とは比例関係にあると考えられるためであり、断面形状の底辺が長くなると、絶縁材料の底面積が大きくなる。従来の絶縁材料は、本発明における絶縁材料と比して底面積、即ち供給面積が狭いにもかかわらず、本発明における絶縁材料と、断面形状の面積が同一であることから、絶縁材料全体に液体燃料が供給されにくく、液体燃料の供給量が減少してしまう。従って、本発明における第一の絶縁材料の単位容積当たりの液体燃料供給量は従来の絶縁材料に比して増加し、燃料電池の発電効率を増すことができ、単位容積当たりの出力が高い燃料電池を構成することができる。
【００３４】
また、図８（ａ）に示すように第一の絶縁材料１０５にはスリットが入ったものが用いられる。これによれば、スリット部による毛細管現象により燃料供給量を増加させることができる。また、第一の絶縁材料１０５に、スリットを入れることで、シートに挟んで巻き込む際に、各絶縁材料の厚みから生じる内径と外径との差による巻き込みにくさを減少させることが可能であり、より安定した巻き込みを実現することができる。図８は、本発明における絶縁材料の形状を説明するための斜視図である。
【００３５】
本発明で用いられる第一の絶縁材料の性質としては、水分含有量が多く、また液体燃料の吸い上げが早く、浸透性の高いものが望まれる。第一の絶縁材料としては、例えば、ろ紙やキッチンペーパー等の多孔質紙やマイクロファイバーを用いたナイロンとポリエステルとの複合素材、非木材繊維であるケナフペーパー、天然繊維である木綿や毛、化学繊維であるレーヨン等が好適である。
【００３６】
次に、第二の絶縁材料１０６について説明する。
第二の絶縁材料は、第一の絶縁材料１０５と同様に略三角形の断面形状を有する。図８(ｂ)に示すように、従来型の絶縁材料とは異なり、第二の絶縁材料１０６は第一の絶縁材料１０６に対して上下反転してシートに組み込まれる。これにより、第一の絶縁材料１０５共にシートに巻き込んだ際に、安定した巻き込みを行うことができる。また、第二の絶縁材料１０６も第一の絶縁材料１０５と同様にスリットを有しており、巻き込む際の形状均一性を高めている。第二の絶縁材料１０６は、第一の絶縁材料１０５と同様に、従来型の絶縁材料と比較して空気の入口面積が大きいことから、第二の導電性膜１０２に空気を十分に供給でき、発電量を増加させることができる。
【００３７】
第二の絶縁材料１０６としては、空気含有量を高めるために多孔質のものが好ましい。具体的な材料としては、スポンジ、多孔質紙、ダンボール等の紙類、セラミックス多孔体等を好適に用いることができる。
【００３８】
また、第一の絶縁材料１０５と第二の絶縁材料１０６とは、燃料電池として組み込んだ際の形状均一性を高めるために、互いの断面形状が組み合わさることが好ましい。図６を用いて設明すると、図６における（１），（２），（７），（９）及び（１１）は、各々を第一及び第二の絶縁材料として同一の形状を用いる場合に用いられる断面形状であり、各々上下反転したものを組み合わせると方形となる断面形状である。また、第一の絶縁材料の断面形状と第二の絶縁材料の断面形状とで異なる形状を用いることもでき、例えば、図６における（３）と（４）、（５）と（６）、（７）と（８）、（９）と（１０）は、前者と後者の上下反転したものを組み合わせることができる。尚、これらの組合せはこれに限定されるものではない。本発明においては、第一の絶縁材料の断面形状と第二の絶縁材料の断面形状と組み合わせた際に１つの方形となるように大きさを決めることで、より一層の巻き込みやすさを実現することができる。本発明における絶縁材料の断面形状としては、図６における（９）または（１１）を断面形状として有するものが好ましい。例えば、図６における（１）の断面形状の場合には、高さが４０ミリメートルのセルの場合、それぞれの絶縁材料の幅を４ミリメートル、高さを５０ミリメートルとすればよい。
【００３９】
本発明の燃料電池による発電機構について図１を用いて説明する。図示を省略する燃料タンクから供給されたメタノールが第一の絶縁材料１０５を透過して第一の導電性膜１０１に供給されると、第一の導電性膜１０１内でメタノールが触媒とが接触し、水素イオンと電子とＣＯ2とを放出する。この際、燃料電池１００の内部は第二の導電性膜１０２から発生する熱によって加熱されており、メタノールの供給によって電池セルの温度が低下することがなく、電池セルの温度を比較的高温に維持することができる。
【００４０】
第一の導電性膜１０１で放出された水素イオンは電解質膜１０３を通過して第二の導電性膜１０２に到達し、第二の導電性膜１０２において酸素と反応して水を生成する。一方、第一の導電性膜１０１で放出された電子は、金属箔１０７を通じて移動し、この電子の移動により、本発明の燃料電池は外部装置等に電力を供給することができる。
【００４１】
なお、第一の導電性膜１０１で生成したＣＯ2及び第二の導電性膜１０２で生成した水は、燃料電池の外部に排出される。
【００４２】
本実施の形態における燃料電池によれば、液体燃料及び空気の供給量を増加することができるため、単位容積当たりの発電量を向上させることができる。また、電池セルの巻き込み強度を中心部と周辺部とによる巻きの強度を変化させる必要がないので、均一な巻積み構造を形成することができる。
【００４３】
また、電池セルの巻き込みの際、円形状の内周部と外周部では伸び率が異なるので、シートを形成する際は各材料と共に金属箔について可攪性等を考慮して材料を選定することが好ましい。
【００４４】
更に、前記した実施の形態においては、電解質膜１０３の長さを調節することにより円筒を発展させた任意の楕円型を構成することができ、小型モバイル機器等への適応度が高い。
【００４５】
（第二の実施の形態）
次に本発明の第二の実施の形態について図９及び１０を用いて説明する。本実施の形態における燃料電池は、第一の実施の形態において用いたれたシートを表裏交互に折り曲げた燃料電池である。第一の実施の形態における部材と共通するものには同じ番号を付し、その説明を省略する。図９は、第二の実施の形態におけるシートの平面図であり、図１０は、第二の実施の形態におけるシートの折り返し手順を示した概略図である。
【００４６】
図９（ａ）に示すように、電解質膜１０３上には、第一の導電性膜１０１が所定の間隔をおいて熱圧着法等によって貼りつけられている。また、第一の導電性膜１０１の表面には金属箔１０７が貼り付けられている。同様に図９（ｂ）に示すように、電解質膜１０３上には第二の導電性膜１０２が所定の間隔をおいて熱圧着法等によって貼り付けられており、その上には金属箔１０７が貼り付けられている。尚、第二の導電性膜１０２上の金属箔１０７は、折り目となる破線Ｆを境に２つに分けられている。
【００４７】
次に図９に示すシート１０４を、図９中破線Ｆで示す線（第一の折り目）に沿って２つ折りとして、図１０に示すようにシート１０４を折り重ねる。この際、シート１０４は図１０（ａ）に示すように、向かい合う第一の導電性膜１０１間に第一の絶縁材料１０５を挟み込むようにして二つ折りにされる。次いで、シート１０４を図１０（ｂ）に示すよう、折り目（第二の折り目）に併せて第二の絶縁材料１０６を介在させ、第二の折り目に従って表裏交互に折り曲げることで本実施の形態における燃料電池に用いられるシート１０４を形成することができる。この際、シート１０４を折り曲げることによって形成される複数の矩形状のセルは、金属箔１０７によって各導電性膜同士が接続されている。
【００４８】
また、本実施の形態においても、図１０（ｂ）に示すように、第二の絶縁材料１０６は断面形状が第一の絶縁材料１０５の断面形状と上下反転した関係にある。
【００４９】
以上の様に本実施の形態においても、断面形状が略三角形の絶縁材料を用いることで、液体燃料及び空気の供給量を増加することができるため、単位容積当たりの発電量を向上させることができる。また、シートを折り畳む際に各絶縁材料の断面形状が組み合わされるように構成されることから、均一な構成の燃料電池を作製することができる。
【００５０】
尚、本発明における絶縁材料は、必ずしも一枚のシート状の物である必要はなく、例えば、複数の絶縁材料をシートの長尺方向に配列したようなものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】第一の実施の形態における燃料電池の主要構成を示した断面図である。
【図２】第一の実施の形態における燃料電池の斜視図である。
【図３】第一の実施の形態におけるシートを第一の導電性膜側から観察した平面図である。
【図４】第一の実施の形態におけるシートを第二の導電性膜側から観察した平面図である。
【図５】三層に構成された第一の実施の形態におけるシートの折り返し手順を示した概略図である。
【図６】第一の実施の形態における絶縁材料の断面形状の例を示す説明図である。
【図７】第一の実施の形態における絶縁材料の断面形状を説明するための概略図である。
【図８】第一の実施の形態における絶縁材料の形状を説明するための斜視図である。
【図９】第二の実施の形態におけるシートの平面図である。
【図１０】第二の実施の形態におけるシートの折り返し手順を示した概略図である。
【図１１】従来の巻積み型燃料電池の断面図である。
【図１２】従来の巻積み型燃料電池の斜視図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００      燃料電池
１０１      第一の導電性膜
１０２      第二の導電性膜
１０３      電解質膜
１０４      シート
１０５      第一の絶縁材料
１０６      第二の絶縁材料
１０６      導電性膜
１０７      金属箔
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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