(57)【要約】【課題】本発明の目的は、液体供給型燃料電池の保管後等にカソードに付着した液体を除去することを簡便な機構で実現することによって、良好な再起動特性を示す燃料電池とその保管容器を提供することである。【解決手段】高分子電解質膜と、その高分子電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、他方の面に配置されたカソードとを含んでなる燃料電池セルと、燃料電池セルを支持する筐体２０５と、内側上部にワイプ材２０１及び／又はワイパー２０２を備える保管容器２００とからなる燃料電池及びその保管容器である。【選択図】図６
2008147081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜と、該高分子電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、他方の面に配置されたカソードとを含んでなる燃料電池セルと、該燃料電池セルを支持する筐体と、該燃料電池セルを該筐体に実装した燃料電池パックを収納する保管容器とから構成される燃料電池であって、該保管容器内側上部にワイプ材を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
高分子電解質膜と、該高分子電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、他方の面に配置されたカソードとを含んでなる燃料電池セルと、該燃料電池セルを支持する筐体と、該燃料電池セルを該筐体に実装した燃料電池パックを収納する保管容器とから構成される燃料電池であって、該保管容器内側上部にワイパーと、該保管容器底部に該ワイパーによって集められた液体を吸収するための吸水部とを備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池であって、前記保管容器の前記吸水部に吸水材を備え、該吸水材を交換できる機構を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の燃料電池であって、前記保管容器内側に備えられた前記ワイパーの上部にワイプ材を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかに記載の燃料電池であって、前記ワイプ材及び／又はワイパーが交換可能な機構を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の燃料電池であって、前記保管容器内側にカソード閉止部材を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかに記載の燃料電池であって、前記保管容器内側上部にワイプ材及び／又はワイパーを備えることにより、前記燃料電池パックを前記保管容器から取り出す際に、前記ワイプ材及び／又はワイパーが前記燃料電池セルの前記カソード面に接触することによって、前記カソード面に付着した液体を除去することを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれかに記載の燃料電池であって、前記筐体の前記保管容器との接触面にシール材を配することにより、前記保管容器に前記燃料電池パックを収納するだけで前記保管容器が前記燃料電池パックを密閉保管できることを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
液体燃料供給型燃料電池セルを支持筐体に実装した燃料電池パックを収納保管する燃料電池用の保管容器であって、該保管容器の内側上部にワイプ材及び／又はワイパーを備えることを特徴とする保管容器。
【請求項１０】
前記ワイパーを備えることを特徴とする請求項９に記載の保管容器であって、前記保管容器の底部に前記ワイパーによって集められた前記液体を吸収するための吸水部を備えることを特徴とする保管容器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の保管容器であって、前記保管容器の前記吸水部に吸水材を備え、該吸水材を交換できる機構を備えることを特徴とする保管容器。
【請求項１２】
請求項９乃至１１いずれかに記載の保管容器であって、前記ワイプ材及び／又はワイパーが交換可能な機構を備えることを特徴とする保管容器。
【請求項１３】
請求項９乃至１２いずれかに記載の保管容器であって、前記保管容器内側にカソード閉止部材を備えることを特徴とする保管容器。
【請求項１４】
請求項９乃至１３いずれかに記載の保管容器であって、前記保管容器の内側上部に前記ワイプ材及び／又はワイパーを備えることにより、前記燃料電池パックを前記保管容器から取り出す際に、前記ワイプ材及び／又はワイパーが前記燃料電池セルのカソード面に接触することによって、該カソード面に付着した前記液体を除去することを特徴とする保管容器。
【請求項１５】
請求項９乃至１４いずれかに記載の前記保管容器に前記燃料電池パックを保管し、燃料電池使用時に前記燃料電池パックを前記保管容器から取り出すことを特徴とする、液体燃料供給型燃料電池の保管方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、特に携帯機器に使用する液体燃料供給型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、アノードに燃料を供給し、カソードに酸化剤とされる酸素を含む空気を供給することにより発電を行う発電装置であり、発電により生成される生成物が水であることから環境への負荷の少ない発電装置として注目を集めている。特に液体燃料を使用した固体高分子型燃料電池は、小型、軽量化が容易であるために、今日では携帯機器をはじめとした種々の電子機器用電源として活発に開発が行われている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池は、高分子電解質膜をアノードとカソードとで挟持した構造の電解質膜−電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ、以下、「ＭＥＡ」という。）を備えている。液体燃料を直接アノードに供給するタイプの燃料電池は、液体燃料供給型燃料電池と呼ばれ、その発電メカニズムは、供給された液体燃料がアノードの触媒上で分解して陽イオン、電子及び中間生成物を生成し、生成した陽イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード側に移動し、生成した電子が外部負荷を経てカソード側に移動し、そして陽イオンと電子がカソードで空気中の酸素と反応して発電する。このとき、反応生成物として二酸化炭素が発生する。例えば、液体燃料としてメタノール水溶液をそのまま使用するダイレクトメタノール型燃料電池（以下、「ＤＭＦＣ」という。）では、下式１で表される反応がアノードで起こり、下式２で表される反応がカソードで起こる。
【０００４】
［式１］
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→６Ｈ＋＋６ｅ−＋ＣＯ２
【０００５】
［式２］
３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ
【０００６】
ＤＭＦＣをはじめとした液体燃料を直接用いる燃料電池においては、起動特性を向上させるためにはＭＥＡを常に燃料で湿潤させておくことが望ましい。特許文献１では、運転の休止期間には水または燃料をアノード側に存在させることによって、長期保管や休止中にＭＥＡを乾燥させない工夫をして再起動時の立ち上がり性能を改善できる方法が開示されている。
【０００７】
理想的なＭＥＡを用いた場合、発電停止時に燃料の消費は起こらないはずであるが、実際には、燃料であるメタノールと水がＭＥＡの固体高分子電解質膜を透過してカソード側から揮発する。この現象は、携帯電話等小型の携帯機器用燃料電池として有望視されているパッシブ型燃料電池では特に顕著になる。この理由は、パッシブ型燃料電池の場合、カソードが外気に露出しているためカソード面からの揮発が起こりやすいためである。この揮発による燃料の浪費を抑えるために、特許文献２ではカソード表面を遮蔽部材によって覆う手段を備えた燃料電池が開示されている。
【０００８】
特許文献３では、ＤＭＦＣの停止時あるいは保管時に、燃料や水分を排出することにより、凍結等による燃料電池の破損や電解質膜のメタノール燃料による劣化を防止する手段を備えた燃料電池が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−７７５１２公報
【特許文献２】特開２００６−１３４５８８公報
【特許文献３】特開２００５−３２６０２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献２に開示された技術では、燃料電池を保管中にアノードからカソードに透過した燃料は遮蔽部材があるためほとんど揮発せず、カソード表面で凝結してカソードのガス拡散層などを液体で覆ってしまう。この状況で保管後に再発電を行った場合には、カソード表面の液体の層によって酸化剤の供給が妨害されるため、液体の層が蒸発してなくなるまでは出力が向上せず、起動特性が悪くなる。さらに、酸化剤の供給が不十分なまま無理に発電を続けることによって、ＭＥＡが劣化する可能性もある。
【００１１】
また、特許文献２に開示された技術では、遮蔽部材をカソードに密着させるために駆動部等が設けられている。この方法では構造が複雑化し、また、コストも高くなるという課題があった。小型の携帯機器に使用されるパッシブ型燃料電池では補機等の使用を最小限に留めることが求められるため、このような構造を実現することは困難であり、より簡便にカソードを遮蔽し、さらに、保管後にカソードに形成された液体の層が短時間に除去できる構造が求められている。
【００１２】
さらに、カソード表面に液体が凝結している場合、保管後の再発電時にこの液体が燃料電池から漏出する可能性がある。
【００１３】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、液体燃料供給型燃料電池を密封して保管するとともに、その保管後等の使用前にカソードに付着した液体を除去することを簡便な機構で実現することによって、良好な再起動特性を示す燃料電池とそのための保管容器を提供することにある。また、本発明の別の目的は、このカソード表面に付着した液体を燃料電池の外部に漏出させない安全性や信頼性の高い燃料電池とその保管容器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の視点によれば、高分子電解質膜と、その高分子電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、他方の面に配置されたカソードとを含んでなる燃料電池セルと、燃料電池セルを支持する筐体と、燃料電池セルを筐体に実装した燃料電池パックを収納する保管容器とから構成される燃料電池であって、保管容器の内側上部にワイプ材を備えることを特徴とする。これにより、保管後の再起動時に燃料電池パックを保管容器から取り出す際に、このワイプ材が燃料電池セルのカソード面に接触することによって、カソード面に付着した液体を除去することができる。
【００１５】
本発明の第２の視点によれば、高分子電解質膜と、その高分子電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、他方の面に配置されたカソードとを含んでなる燃料電池セルと、燃料電池セルを支持する筐体と、燃料電池セルを筐体に実装した燃料電池パックを収納する保管容器とから構成される燃料電池であって、保管容器の内側上部にワイパーと、保管容器底部にワイパーによって集められた液体を吸収するための吸水部とを備えることを特徴とする。これにより、燃料電池パックを保管容器から取り出す際に、カソード面に付着した液体をワイパーが除去し、ワイパーによって集められた液体を吸水部に吸収させることができる。
【００１６】
本発明の第３の視点によれば、保管容器の吸水部に吸水材を備え、吸水材を交換できる機構を備えることが好ましい。これにより、満水状態に達した吸水材を交換することができる。
【００１７】
本発明の第４の視点によれば、保管容器内側に備えられたワイパーの上部にワイプ材を備えることが好ましい。これにより、カソード表面に付着した液体をより好適に除去できるだけでなく、保管容器外部への液体の飛散を防ぐことができる。
【００１８】
本発明の第５の視点によれば、ワイプ材及び／又はワイパーは交換可能な機構にすることが好ましい。これにより、ワイプ材及びワイパーの特性が低下した場合でもワイプ材及び／又はワイパーを交換するだけで保管容器を継続して使うことができ、また、保管後にカソード面に付着した液体を効率よく除去する機能を維持できる。
【００１９】
本発明の第６の視点によれば、以上の構成に加えて、保管容器の内側にカソード閉止部材を設ける燃料電池が好ましい。これにより、燃料電池の保管中はカソード空間の密閉性をさらに高めることができ、ＭＥＡの性能低下を抑制することができる。また、このカソード面の密閉性向上によってカソード面に付着する液体の量を低減できるので、より効果的にカソード面に付着した液体を除去できる。
【００２０】
本発明の第７の視点によれば、上記燃料電池は、保管容器内側上部にワイプ材及び／又はワイパーを備えることにより、燃料電池パックを保管容器から取り出す際に、ワイプ材及び／又はワイパーが燃料電池セルのカソード面に接触することによって、カソード面に付着した液体を除去することができる。
【００２１】
本発明の第８の視点によれば、上記燃料電池は、筐体の保管容器との接触面にシール材を配することにより、保管容器に燃料電池パックを収納するという動作だけで、保管容器が燃料電池パックをしっかりと密閉保管できることを特徴とする。従来技術に比べると簡便かつ低コストに実現できるという特徴がある。
【００２２】
本発明の第９の視点によれば、保管容器は、液体燃料供給型燃料電池セルを支持筐体に実装した燃料電池パックを収納保管する燃料電池用の保管容器であって、その保管容器の内側上部にワイプ材及び／又はワイパーを備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明の第１０の視点によれば、ワイパーを備えることを特徴とする上記の保管容器は、保管容器の底部にワイパーによって集められた液体を吸収するための吸水部を備えることが好ましい。
【００２４】
本発明の第１１の視点によれば、上記保管容器は、保管容器の吸水部に吸水材を備え、吸水材を交換できる機構を備えることが好ましい。
【００２５】
本発明の第１２の視点によれば、上記保管容器は、ワイプ材及び／又はワイパーが交換可能な機構を備えることが好ましい。
【００２６】
本発明の第１３の視点によれば、上記保管容器は、保管容器内側にカソード閉止部材を備えることが好ましい。
【００２７】
本発明の第１４の視点によれば、上記保管容器は、保管容器の内側上部にワイプ材及び／又はワイパーを備えることにより、燃料電池パックを保管容器から取り出す際に、ワイプ材及び／又はワイパーが燃料電池セルのカソード面に接触することによって、カソード面に付着した液体を除去することができる。
【００２８】
本発明の第１５の視点によれば、液体燃料供給型燃料電池の保管方法は、上記保管容器に燃料電池パックを保管し、燃料電池使用時に燃料電池パックを上記保管容器から取り出すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
上述の如く、本発明では燃料電池パックを密閉収納する保管容器の改良によって、再起動時のカソード表面の液体除去とカソード空間の密閉が簡便に実現できるので、良好な起動特性を有する燃料電池を提供することが可能となる。また、燃料電池パックを保管容器から取り出す際に、カソード表面に吸着した液体の燃料電池外部への漏洩も防止できる。なお、本発明は携帯機器、特に携帯電話などの小型の携帯機器への応用に適している薄型でパッシブタイプの燃料電池において劇的に効果が現れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００３１】
本実施形態の構成について説明する。図１は、本実施形態における、保管容器を含む燃料電池１００の斜視図であり、燃料電池セル１０１、燃料電池セル１０１を支持する筐体１２０、燃料電池セル１０１を筐体１２０に実装した燃料電池パックを収納する保管容器１３０で構成される。なお、燃料電池セル１０１を筐体１２０に実装する方向及び燃料電池パックを保管容器１３０に収納する方向を点線矢印で示している。
【００３２】
図２は図１の各部材の断面図である。図２に示すように、燃料電池セル１０１は、高分子電解質膜１０２と、高分子電解質膜１０２の異なる面に配されたアノード１０３及びカソード１０６と、を含み、アノード１０３に液体の燃料が直接供給される構造となっている。アノード１０３及びカソード１０６は、後述するように、触媒と高分子電解質とを含む触媒層１０５又は１０８を基体１０４又は１０７上に有する構成をとり、それぞれの電極は周囲を同一平面上に樹脂層１０９によって囲まれた構造となっている。樹脂層１０９は基体１０４又は１０７と同じ高さ、あるいは低くなることが好ましい。また、それぞれの電極には引出電極１１０が備えられている。樹脂層１０９の材質としては、熱可塑性樹脂、エラストマー（ゴムを含む）など射出成形可能な素材であればよいので、耐熱温度や硬度等を考慮し、用途に応じて適宜選択すればよい。
【００３３】
高分子電解質膜１０２は、アノード１０３とカソード１０６とを隔てるとともに、両者の間で水素イオンを移動させる役割を有する。このため、高分子電解質膜は、水素イオンの導電性が高い膜であることが好ましい。また、化学的に安定であって機械的強度が高いことが好ましい。高分子電解質膜を構成する材料としては、スルホン基、リン酸基、ホスホン基、ホスフィン基などの強酸基や、カルボキシル基などの弱酸基などの極性基を有する有機高分子が好ましく用いられる。こうした有機高分子として、スルホン化ポリ（４−フェノキシベンゾイル−１，４−フェニレン）、アルキルスルホン化ポリベンゾイミダゾールなどの芳香族含有高分子、ポリスチレンスルホン酸共重合体、ポリビニルスルホン酸共重合体、架橋アルキルスルホン酸誘導体、フッ素樹脂骨格及びスルホン酸からなるフッ素含有高分子などの共重合体、アクリルアミド−２−メチルプロパンスルフォン酸のようなアクリルアミド類とｎ−ブチルメタクリレートのようなアクリレート類とを共重合させて得られる共重合体、スルホン基含有パーフルオロカーボン（ナフィオン（登録商標、デュポン社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成ケミカルズ社製））、カルボキシル基含有パーフルオロカーボン（フレミオン（登録商標）Ｓ膜（旭硝子社製））などが例示される。
【００３４】
アノード１０３及びカソード１０６は、基体１０４及び１０７に触媒が付着した構成を有し、その具体的構成としては種々の態様を採用することができる。基体１０４及び１０７としては、発泡金属、金属不織布等の多孔質金属やカーボンペーパー等を用いることができる。このうち、多孔質金属は良好な集電性が得られるために、より好ましい材料である。
【００３５】
触媒層１０５及び１０８については、たとえば、多孔質金属に、触媒及び水素イオン導電性樹脂を含む触媒樹脂が付着した構成とすることができる。また、多孔質金属に、触媒を含むめっき層が形成された構成とすることもできる。
【００３６】
アノード１０３やカソード１０６に用いられる触媒としては、白金、ロジウム、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ルテニウム、レニウム、金、銀、ニッケル、コバルト、リチウム、ランタン、ストロンチウム、イットリウムなどが例示され、これらを単独または二種類以上組み合わせて用いることができる。アノード１０３及びカソード１０６の触媒は同じものを用いても異なるものを用いてもよい。
【００３７】
触媒を導電粒子に担持する場合、当該導電粒子としては炭素粒子を好ましく用いることができる。炭素粒子としては、アセチレンブラック（デンカブラック（登録商標、電気化学工業社製）、Ｖｕｌｃａｎ（登録商標）ＸＣ７２（Ｃａｂｏｔ社製）など）、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンなどが例示される。炭素粒子の粒径は、たとえば、０．０１〜０．１μｍ、好ましくは０．０２〜０．０６μｍとする。
【００３８】
水素イオン導電性樹脂としては、前述の高分子電解質膜１０２の構成材料として例示したものを用いることができ、たとえば、スルホン基含有パーフルオロカーボン（ナフィオン、アシプレックス）等を好ましく用いることができる。
【００３９】
多孔質金属に触媒を付着させるには種々の方法が考えられるが、たとえば以下のような方法を用いることができる。まず、炭素粒子へ触媒を担持する。これは、一般的に用いられている含浸法によって行うことができる。次に、触媒を担持させた炭素粒子と高分子電解質粒子を溶媒に分散させ、ペースト状とした後、これを基体に塗布、乾燥させることによってアノードやカソードを得ることができる。ここで、炭素粒子の粒径は、たとえば０．０１〜０．１μｍとする。また、触媒粒子の粒径は、たとえば１ｎｍ〜５０ｎｍとする。また、高分子電解質粒子の粒径は、たとえば０．０５〜１μｍとする。炭素粒子と高分子電解質粒子とは、たとえば、重量比で２：１〜４０：１の範囲で用いられる。また、ペースト中の水と溶質との重量比は、たとえば、１：２〜１０：１程度とする。基体へのペーストの塗布方法については特に制限がないが、たとえば、刷毛塗り、スプレー塗布、及びスクリーン印刷等の方法を用いることができる。ペーストは、約１μｍ〜２ｍｍの厚さで塗布される。ペーストを塗布した後、熱プレスによって、アノード及びカソードを高分子電解質膜に接着することによってＭＥＡが作製される。加熱温度及び加熱時間は、用いる材料によって適宜に選択されるが、たとえば、加熱温度１００℃〜２５０℃、加熱時間３０秒間〜３０分間とすることができる。
【００４０】
以上は炭素粒子担持触媒を利用した例であるが、白金ブラック等の白金粒子をそのまま用いたり、多孔質金属に直接触媒を形成する構成とすることもできる。
【００４１】
多孔質金属に直接触媒を形成する場合、たとえば、電気めっき、無電解めっき等のめっき法、真空蒸着、化学蒸着（ＣＶＤ）等の蒸着法などを用いて多孔質金属表面に触媒となる金属を付着させて形成することができる。
【００４２】
以上のような方法で得られる燃料電池セルの複数個を同一平面上に並べて直列または並列に接続した燃料電池スタックとすることも可能である。この場合、複数の燃料電池セルの電極の周囲が樹脂層によって囲まれた構造としてもよい。例として、図３に２つの燃料電池セルを直列接続した場合を示す。図３に示される燃料電池スタックでは、第一の燃料電池セルのアノード１５２ａが隣の第二の燃料電池セルのカソード１５３ｂと金属リベット１５１を介して接続されている。
【００４３】
図２に戻って、燃料電池セル１０１が実装される筐体１２０は、燃料電池セル１０１に燃料を供給するための燃料槽１２１を備えている。また、上部には燃料の注入口及びガス抜き口１２２が設けられている。後述するように、保管容器１３０の出口と接する部分に、空気の出入りの遮断するためのシール材１２３が設けられている。
【００４４】
筐体１２０の材質は、電気絶縁性を確保でき、燃料に対する耐性を有する材料であれば用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアセタール（ＰＯＭ：ポリオキシメチレン）等の樹脂を用いることができる。表面を樹脂等で被覆すれば金属を用いることもできる。
【００４５】
燃料槽１２１にはメタノール水溶液など液体燃料が収容されるが、図４に示すように、燃料槽の中に液体燃料保持部１２４を設けてもよい。液体燃料保持部１２４は細孔が３次元的に連続した発泡体構造を有し、その孔径は、３０μｍ以上１００μｍ以下のもので、気孔率は５０％以上９５％以下が望ましい。また、液体燃料保持部１２４は、弾性力と耐酸性を有する材料であることが好ましい。上述のような機能を有する液体燃料保持部１２４の材料として、具体的には、耐メタノール特性のあるポリウレタンや架橋したポリビニルアルコール重合体から成る高分子材料などが挙げられる。液体燃料保持部１２４に加えて、図４に示すように、液体燃料保持部１２４と燃料電池セル（図示せず）との間に気液分離膜１２５を設けてもよい。気液分離膜１２５は、液体燃料をアノードに気化供給するために設けられる。気液分離膜１２５は、電気絶縁性の材料であり、高分子多孔質体である。具体的には、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂などが挙げられる。気液分離膜１２５としては、絶縁性であり必要な燃料供給量ができるものであれば他のものも使用することができる。例えば、高分子多孔質体にイオン伝導体を注入した細孔フィリング膜など部分的に絶縁性も有する膜も用いることができる。
【００４６】
シール材１２３は弾性変形可能なもので、液体燃料に対する耐性、及び、気体に対する気密性を有する材料であることが好ましい。こうした材料としては、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム等のエラストマー等があげられる。シール材１２３をエチレンプロピレンゴムとする場合、エチレンとプロピレンの共重合体（ＥＰＭ）またはエチレンとプロピレンと第三成分との共重合体（ＥＰＤＭ）を用いることができる。また、加硫ゴムとすることもできる。
【００４７】
図２に示す保管容器１３０は、燃料電池セル１０１を燃料槽１２１を有する筐体１２０に実装した燃料電池パックを密閉収納する機能を有する。保管容器１３０の内側には上部（取り出し口付近）にワイプ材１３１が設置される。この上部とは、少なくとも燃料電池パックを収納した場合の、カソード部上端部よりも上側（取り出し口側）であることを意味する。カソード表面に凝結した液体を吸い取るためである。
【００４８】
ワイプ材１３１は、保管容器１３０から燃料電池パックを取り出す際に燃料電池セル１０１のカソード１０６表面に接触しながら、カソード１０６表面に凝結した液体を速やかに吸い取る機能を有している。したがって、ワイプ材としては弾性変形が可能であることが望ましい。また、保管容器１３０中に燃料電池パックが存在しないとき、すなわち、保管容器１３０が大気中に放置されているときは吸収した液体を外部に蒸散できる性能を有する吸水材を用いることが望ましい。さらに、燃料に対する化学的耐久性を有することがより好ましい。吸水材としては、ポリエステル、レーヨン、ナイロン、綿、セルロース等から成る布、紙のほか、吸水性ポリマーを含む材料を用いることができる。
【００４９】
ワイプ材１３１は大きさ、材料、構成等、適宜変更することができる。また、図示しないが、燃料電池パックの出し入れに伴って経時変化を起こす場合も想定して、交換できる機構を設けてもよい。
【００５０】
図５は保管容器の別の形態を示している。この保管容器２００では、ワイプ材の代わりに燃料電池セルのカソードに溜まった液体を集めるためのワイパー２０２が設けられている。保管容器２００から燃料電池を取り出す際には、このワイパー２０２がカソード表面に付着した液体を除去し、底面に落とす。ワイパー２０２は弾性変形が可能で、撥水性を有し、液体燃料に対する耐性を有する材料とすることが好ましい。例として、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。また、ワイプ材同様、ワイパー２０２にも交換可能な機構を設けてもよい。
【００５１】
保管容器２００の底面に、ワイパー２０２によって集められた液体を吸収するための吸水部を設けることが好ましい。その吸水部には吸水材２０４を設置することができる。これにより、保管容器２００の底面に集められた液体は吸水材２０４に吸収される。吸水材２０４は一度吸収した液体を再び液体で放出しない性質を有するものが好ましく、たとえば、吸水性ポリマー、あるいはこれを含む布を用いることができる。
【００５２】
保管容器２００は分離できる構造にしてもよい。図５に示されている保管容器２００の筐体２０５は分離できるようになっていて、底面及び吸水材２０４を含む筐体２０７は吸水材が満水状態になった場合、新しいものに交換できるようになっている。筐体２０６及び２０７の間にはシール材２０８が設けられており、これは先述のシール材１２３と同様、空気の出入りを遮断するために設けられたものである。なお、図示しないが、満水状態か否かを知覚できるインジケーターを設けてもよい。
【００５３】
保管容器２００の筐体２０５の内側は撥水性を持つことが好ましい。そうすれば、液体を確実に吸水材２０４に誘導できる。
【００５４】
ワイパーとワイプ材を併用しても良い。図６は図５に示された保管容器２００に備えられたワイパー２０２の上部にワイプ材２０１を設けた場合を示している。この場合、ワイプ材２０１はカソード表面にわずかに残った液体を除去するだけでなく、燃料電池パックの出し入れの際に、液体が保管容器外部に飛散することを防ぐ役割を果たす。
【００５５】
ここでは図示しないが、ワイパーとワイプ材には交換可能な機構を設けてもよい。こうすれば、ワイプ材及びワイパーを交換することによって、カソードに付着した液体を除去する機能を維持できる。
【００５６】
図７は保管容器１３０及び２００の内側にカソード閉止部材１３２及び２０３を設けたものである。カソード閉止部材はワイプ材又はワイパーより奥部（低部）に備えられ、燃料電池セルのカソード表面を確実に隙間なく遮蔽する。カソード閉止部材によってカソード表面での気液平衡が保たれるため、燃料電池の保管中に燃料が電解質膜を透過してカソード側へ到達する量を抑制することができる。その結果、ワイプ材又はワイパーによって除去される液体量を最小限に留めることができる。
【００５７】
カソード閉止部材１３２及び２０３は燃料電池セルのカソードの表面を隙間なく覆う面積を有するとともに弾性変形可能な材料であることが望ましい。また、カソード閉止部材１３２及び２０３の材料は、液体燃料に対する耐性を有する材料であることが好ましい。こうした材料としては、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム等のエラストマー等があげられる。カソード閉止部材１３２をエチレンプロピレンゴムとする場合、エチレンとプロピレンの共重合体（ＥＰＭ）またはエチレンとプロピレンと第三成分との共重合体（ＥＰＤＭ）を用いることができる。また、加硫ゴムとすることもできる。
【００５８】
図８は図７に示された保管容器１３０に、燃料電池セル１０１を筐体１２０に実装した燃料電池パックを密閉収納した場合の断面図である。
【００５９】
発電を終えた燃料電池パックは保管容器１３０に密閉収納され、再発電時まで保管される。保管中はカソード閉止部材１３２が燃料電池セル１０１のカソード面に密着するので、燃料のカソードへの透過は抑制される。また、筐体１２０に設けられたシール材１２３は、保管容器１３０の出口上端面と面接触するために、外部からの空気の侵入及び内部からの液体の蒸発を防ぐ役割を果たす。一方、再発電時には燃料電池パックは保管容器１３０から取り出される。その際に、保管容器１３０出口付近に設けられたワイプ材１３１がカソード表面に付着した液体を除去する。なお、保管容器１３０は燃料電池パックの発電中には大気中に放置される。ワイプ材１３１によって吸収された液体は速やかに蒸散するので、ワイプ材１３１は乾燥状態に戻る。
【実施例】
【００６０】
図３に示された燃料電池スタックを作成した。各燃料電池セルのサイズは２０ｍｍ×４０ｍｍである。これを図２に示された筐体１２０に実装して燃料電池パックを作製した。この燃料電池パックの燃料槽１２１に燃料となる２０％メタノール水溶液を約１２ｍｌ加えた後、出力密度３０ｍＷ／ｃｍ２での定電力発電を３０分実施した。発電終了後、この燃料電池パックを図７に示された保管容器１３０に収納し、１２時間保管した。その後、燃料を継ぎ足し、保管容器１３０から燃料電池パックを取り出して、カソード表面の液体が除去されていることを確認の上、再び３０ｍＷ／ｃｍ２での定電力発電を実施した。図９は定電力発電開始直後の出力の推移である。
【００６１】
図９の通り、上述の改良を加えることによって、所望の出力を短時間のうちに得ることができる。一方、改良前、すなわち、保管容器にワイプ材とカソード閉止部材を設けなかった場合には、保管後にカソード表面が液体で覆われていた。この場合には、酸化剤である酸素のカソード触媒層への拡散が起こりにくい状態になっている。その結果、改良前の燃料電池パックは保管後に短時間で所望の出力を取り出せないだけでなく、カソードへの酸素の拡散が不安定であるために出力も安定しないという問題が発生した。さらに、改良を施さなかった場合においては、保管後の発電開始前に保管容器から燃料電池パックを取り出した際に、カソードから液体が滴り落ちるという問題も発生した。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係る、保管容器を含む燃料電池の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１の各部材の断面図の模式図である。
【図３】同一平面上に直列接続された２つの燃料電池セル（スタック）の断面図の模式図である。
【図４】別の形態の筐体を示す断面図の模式図である。
【図５】別の形態の保管容器を示す断面図の模式図である。
【図６】また別の形態の保管容器を示す断面図の模式図である。
【図７】さらに別の形態の保管容器を示す断面図の模式図である。
【図８】保管容器に収納した状態の燃料電池セル及び筐体の断面図の模式図である。
【図９】改良前後の保管容器を用いた燃料電池スタックの定電力発電運転における起動開始直後の出力変化を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１００  燃料電池
１０１  燃料電池セル
１０２  高分子電解質膜
１０３  アノード
１０４  基体
１０５  触媒層
１０６  カソード
１０７  基体
１０８  触媒層
１０９  樹脂層
１１０  引出電極
１２０  筐体
１２１  燃料槽
１２２  燃料注入口及びガス抜き口
１２３  シール材
１２４  液体燃料保持部
１２５  気液分離膜
１３０  保管容器
１３１  ワイプ材
１３２  カソード閉止部材
１５０  平面燃料電池スタック
１５１  金属リベット
１５２ａ  第一の燃料電池セルのアノード
１５２ｂ  第二の燃料電池セルのアノード
１５３ａ  第一の燃料電池セルのカソード
１５３ｂ  第二の燃料電池セルのカソード
２００  保管容器
２０１  ワイプ材
２０２  ワイパー
２０３  カソード閉止部材
２０４  吸水材（又は吸水部）
２０５  筐体
２０６  分離筐体上部
２０７  分離筐体下部
２０８  シール材
【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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