(57)【要約】【課題】放熱効果をよくする燃料電池を提供すること。【解決手段】電解質膜と、前記電解質膜の第１面に設けられた燃料極と、前記電解質膜の第２面に設けられた空気極と前記空気極側を覆うように設けられた板状部材とを有する燃料電池において、前記板状部材は、前記空気極を突き抜けるように設けられた凹部と前記凹部に設けられた通気孔を有することを特徴とする。また、電解質膜と、前記電解質膜の第１面に設けられた燃料極と、前記電解質膜の第２面に設けられた空気極と、前記空気極の前記電解質膜と反対の面に設けられたガス拡散層と、前記空気極側を覆うように設けられた板状部材を有する燃料電池において、前記板状部材は、前記ガス拡散層を突き抜けるように設けられた凹部と前記凹部に設けられた通気孔を有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、
前記電解質膜の第１面に設けられた燃料極と、
前記電解質膜の第２面に設けられた空気極と
前記空気極側を覆うように設けられた板状部材とを有する燃料電池において、
前記板状部材は、前記空気極を突き抜けるように設けられた凹部と
前記凹部に設けられた通気孔を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
電解質膜と、
前記電解質膜の第１面に設けられた燃料極と、
前記電解質膜の第２面に設けられた空気極と、
前記空気極の前記電解質膜と反対の面に設けられたガス拡散層と、
前記空気極側を覆うように設けられた板状部材を有する燃料電池において、
前記板状部材は、前記ガス拡散層を突き抜けるように設けられた凹部と
前記凹部に設けられた通気孔を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
前記板状部材は凹部以外の部分にも通気孔を有することを特徴とする請求項１及び２記載
の燃料電池。
【請求項４】
電解質膜と、
前記電解質膜の第１の面に設けられる複数の燃料極と、
前記電解質膜の第２の面に設けられる複数の空気極と、
前記各空気極とそれぞれ前記電解質膜と反対の面に面接触するように設けられた複数のガ
ス拡散層と、
前記各ガス拡散層とそれぞれ面接触するように設けられた複数の集電体と、
前記各集電体に面接触するように設けられた保湿膜と、
前記空気極との間に空気を通過させる複数の通気孔が形成されており前記保湿膜を覆うよ
うに設けられた板状部材と、
前記板状部材はガス拡散層、集電体、保湿膜のからなる層を略垂直に突き抜けるように設
けられ底部が前記空気極と接する複数の凹部と、
前記凹部とガス拡散層とが隣接している部分に設けられた開口部と、
を有していることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
電解質膜と、
前記電解質膜の第１の面に設けられる複数の燃料極と、
前記電解質膜の第２の面に設けられる複数の空気極と、
前記各空気極とそれぞれ面接触するように設けられた複数のガス拡散層と、
前記各ガス拡散層とそれぞれ面接触するように設けられた複数の集電体と、
前記各集電体に面接触するように設けられた保湿膜と、
前記空気極との間に空気を通過させる複数の通気孔が形成されており前記保湿膜を覆うよ
うに設けられた板状部材と、
前記板状部材は空気極、ガス拡散層、集電体、保湿膜のからなる層を略垂直に突き抜ける
ように設けられ底部が前記電解質膜と接する複数の凹部と、
前記凹部と空気極とが隣接している部分に設けられた開口部と、
を有していることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気供給構造を有する燃料電池筐体構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関する燃料電池では空気中の酸素を反応物として使用するために、燃料電池セル
パックの構造は還元反応がおきるカソード電極が外部空気と直接的に接触する構造でなけ
ればならない。しかし、燃料電池セルパックを携帯用電子機器の電源として応用するため
に電子機器に搭載する場合、セルパックと電子機器とが接触している領域において、空気
吸入口が設けられたセルパック外面に設けられた空気吸入口の一部が塞がれてしまったり
、使用者の身体部位や電子機器が位置する環境によってセルパック外面の空気吸入口が塞
がれてしまったりする。その塞がれた部分では、部分的に空気吸入口を通した酸素供給が
行われず、電極反応を起こすことができなくなるおそれがある。
【０００３】
このような問題を解決するためには、セルパックと電子機器とが接触している領域、また
は電子機器の使用環境などに関係なく、外部空気がセルパックに十分に流入されて電極表
面全体に均一に供給される構造でなければならず、かつ、外部からの異物や水分の浸透を
防止できる手段を有する必要がある。
【０００４】
そこで図５のように通気孔が内部側で互いに連結する空気通路を持つセルパックが作ら
れた。
【特許文献１】特開２００３−２８２１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図５の構造ではセルパックの空気通路は空気を必要とする燃料電池内部（
ガス拡散層）からは離れており、十分な空気供給は難しいと考えられる。また、空気不足
（酸素不足）になると空気極過電圧が増加し、その分燃料電池本体の電圧及び電力の出力
の減少につながる。よって本発明の目的は燃料電池内部へ多くの空気をとりこめるような
構造にすることで空気の供給をしやすくすること、さらに空気と接触しやすくすることで
放熱効果をよくする燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の第１面に設けられた燃料極と、
前記電解質膜の第２面に設けられた空気極と前記空気極側を覆うように設けられた板状部
材とを有する燃料電池において、前記板状部材は、前記空気極を突き抜けるように設けら
れた凹部と前記凹部に設けられた通気孔を有することを特徴とする。
【０００７】
（２）本発明の燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の第１面に設けられた燃料極と、
前記電解質膜の第２面に設けられた空気極と、前記空気極の前記電解質膜と反対の面に設
けられたガス拡散層と、前記空気極側を覆うように設けられた板状部材を有する燃料電池
において、前記板状部材は、前記ガス拡散層を突き抜けるように設けられた凹部と前記凹
部に設けられた通気孔を有することを特徴とする。
【０００８】
（３）本発明の燃料電池は、前記板状部材は凹部以外の部分にも通気孔を有することを特
徴とする。
【０００９】
（４）本発明の燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の第１の面に設けられる複数の燃
料極と、前記電解質膜の第２の面に設けられる複数の空気極と、前記各空気極とそれぞれ
前記電解質膜と反対の面に面接触するように設けられた複数のガス拡散層と、前記各ガス
拡散層とそれぞれ面接触するように設けられた複数の集電体と、前記各集電体に面接触す
るように設けられた保湿膜と、前記空気極との間に空気を通過させる複数の通気孔が形成
されており前記保湿膜を覆うように設けられた板状部材と、前記板状部材はガス拡散層、
集電体、保湿膜のからなる層を略垂直に突き抜けるように設けられ底部が前記空気極と接
する複数の凹部と、前記凹部とガス拡散層とが隣接している部分に設けられた開口部と、
を有していることを特徴とする。
【００１０】
（５）本発明の燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の第１の面に設けられる複数の燃
料極と、前記電解質膜の第２の面に設けられる複数の空気極と、前記各空気極とそれぞれ
面接触するように設けられた複数のガス拡散層と、
前記各ガス拡散層とそれぞれ面接触するように設けられた複数の集電体と、前記各集電体
に面接触するように設けられた保湿膜と、前記空気極との間に空気を通過させる複数の通
気孔が形成されており前記保湿膜を覆うように設けられた板状部材と、前記板状部材は空
気極、ガス拡散層、集電体、保湿膜のからなる層を略垂直に突き抜けるように設けられ底
部が前記電解質膜と接する複数の凹部と、前記凹部と空気極とが隣接している部分に設け
られた開口部と、を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料電池内部へ空気を円滑に補給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１、２を参照しながら本発明の第1の実施の形態について説明する。
【００１３】
図１は本発明の第1の実施の形態に係る燃料電池を示す斜視図、図２は断面図である。
【００１４】
図１、２に示すように、本発明に関する燃料電池１はそれぞれ板状の長方形をした燃料極
７、電解質膜９、空気極１１、ガス拡散層１３、集電体１５、保湿膜１７、上部板状部材
１９から構成されている。
【００１５】
基本的にはこの順番でそれぞれの平面が積層されて接続されているが、上部板状部材１９
は複数の溝状の凹部２２を有している。この溝状の凹部２２は前記板状の長方形部材の一
辺と平行に並べられて設けられており、保湿膜１７、集電体１５、ガス拡散層１３、空気
極１１を突き抜け凹部２２の底部が電解質膜９に達するような深さに形成されている。さ
らに溝状の凹部２２はガス拡散層１３との間に開口部Ｂ２３を有している。
【００１６】
上部板状部材１９の溝状の凹部２２以外の部分にも開口部Ａ２１が設けられている。
【００１７】
電池の燃料はメタノール等の揮発性のある液体燃料が用いられる。燃料極７の材質は、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．メタノールや一酸化炭素に対する耐性の強いPt-Ruが望ましいがこれに
限定されるものではない．炭素材料のような伝導性担持体を使用する担持触媒を使用して
も良い。
【００１８】
また、電解質膜９の材質は、例えばスルホン酸基を有するフッ素系樹脂，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。さらに空気極１１の材質は例えば白金族元素の単体金属（Pt, Ru, R
h, Ir, Os, Pd等），白金族元素を含有する合金など．炭素材料のような伝導
性担持体を使用する担持触媒を使用できる。保湿膜１７の材質には例えばポリエチレン製
多孔質フィルムなどが挙げられる。
【００１９】
燃料極７と空気極１１は電解質膜９を挟んで対応する位置に配置される。また、前記電解
質膜９とともに電圧を発生させるための層からなる起電部２５を備えている。燃料極７側
から供給された燃料は電解質膜９を通過する。その際、燃料極７では電気化学反応
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が起こる。ガス拡散層１３は周囲から空気を取り込んで空気極１１に供給しており、電
解質膜９を通過したＨ＋と空気極１１に供給された空気中の酸素とが接触しさらに電気化
学反応
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をすることで電圧を出力する。
【００２０】
ここで空気極１１への空気の供給の仕方について述べる。
【００２１】
酸素は開口部Ａ２１から入り、保湿膜１７、集電体１５、ガス拡散層１３を通って空気極
１１へ達するほか、本発明では溝状の凹部２２に設けられた開口部Ｂ２３からも入ること
ができる。よってより空気極に近いところから空気（酸素）を供給することができる。
【００２２】
次に図４を参照して従来構成と比較しながら本発明の効果を説明する。
【００２３】
Ｘ軸が電流密度、Ｙ軸がそれぞれ電圧と出力電力密度を示している。電流密度が高くなる
につれ、出力電力密度及び電圧は低くなっている。これは電流密度が高くなるにつれて燃
料極７及び空気極１１等での反応が活発になり反応で使用する酸素が不足した結果、反応
を起すためのエネルギーが大きくなり、空気極過電圧が増加するためである。
【００２４】
そこで空気すなわち酸素を取り入れやすい本発明の構成を使用することで図中矢印で示
すように出力電力密度及び電圧が上昇していることが分かる。
【００２５】
さらに出力電力密度の最大値が上昇していることも分かる。出力電力密度の最大値が上
昇すると、効率良く電力が出力できる。電流密度は高ければいいものというわけではなく
、出力電力密度が最大値となるときの値に設定するため、少ない電流密度でより高い出力
電力密度を得ることができるからである。
【００２６】
本発明の構成によって酸素を供給すると出力電力密度の最大値及びそのときの電流値に対
応する電圧が上昇していることが確認できる。よって過度なエネルギー消費を防ぐことが
でき、効率よく出力電圧を発生させることができることが分かる。
【００２７】
さらに、この溝状の凹部２２は前記長方形の部材の一辺と平行に並べられて設けられてお
り、カバーの一部を障害物が覆っても覆われていない部分から外気を取り込むことにより
、カバーが覆われた部分の下の層にも溝をつたって燃料電池内部に空気が供給されるため
、安定した空気供給をすることができる。
【００２８】
次に第2の実施の形態について図３を参照しながら述べる。
【００２９】
第１の実施の形態では、上部板状部材１９の凹部２２の底部が電解質膜９に達するような
深さであったものを第2の実施の形態では凹部の底部が空気極１１に達するような深さに
形成している。開口部Ｂ２３がガス拡散層１３と隣接する場所に設けられているのは第１
の実施例と同様である。起電部２５どうしの間は凹部２２を有する場合と、単に離間して
いるだけの場合とがある。
【００３０】
また、実施の形態では溝の開口部Ｂ２３はガス拡散層１３との間に設けられている場合を
記載したが、この他に溝の開口部Ｂ２３が集電体１５との間にあっても保湿膜１７との間
にあってもよい。
【００３１】
よってカバーの一部を障害物が覆っても覆われていない部分から外気をガス拡散層等の燃
料電池内部の層に直接取り込むことにより、空気極、ガス拡散層にも空気が行き渡るよう
にすることが可能である。
【００３２】
燃料電池内の層と空気とが接することから放熱効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第1の実施例の形態に係る燃料電池を示す斜視図。
【図２】本発明の第1の実施例の形態に係る燃料電池を示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施例の形態に係る燃料電池を示す断面図。
【図４】電流密度と電圧、出力電力密度との関係を示す図。
【図５】従来の燃料電池セルパックを示す図。
【符号の説明】
【００３４】
７…燃料極、９…電解質膜、１１…空気極、１３…ガス拡散層、１５…集電体、１７…保
湿膜、１９…上部板状部材、２１…開口部Ａ、２２…凹部、２３…開口部Ｂ
【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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