(57)【要約】【課題】外気の影響を受けずに安定して発電することができる燃料電池を提供する。【解決手段】  燃料を酸化して電子とプロトンを得る負極、プロトンが通過する電解質層、および負極との間に電解質層を挟んだ、プロトンと電子とを酸素を活物質として還元して水を生成する正極を備えた発電部と、発電部を内部に収容した、気体が透過する通気孔が設けられた筐体と、通気孔を塞ぐ、差圧が１２５Ｐａのときの通気度が１ｃｃ／ｃｍ２・ｓｅｃ以下である通気多孔質からなる多孔質部とを備えた。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を酸化して電子とプロトンを得る負極、該プロトンが通過する電解質層、および該負極との間に該電解質層を挟んだ、該プロトンと該電子とを酸素を活物質として還元して水を生成する正極を備えた発電部と、
前記発電部を内部に収容した、気体が透過する通気孔が設けられた筐体と、
前記通気孔を塞ぐ、差圧が１２５Ｐａのときの通気度が１ｃｃ／ｃｍ２・ｓｅｃ以下である通気多孔質からなる多孔質部とを備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記筐体は、前記発電部と前記多孔質部との間に空間が形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料を収容する燃料タンクと、
前記燃料タンクに収容された燃料を前記負極に供給する燃料供給部とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記燃料タンクは、燃料を補給する補給口を備えたものであることを特徴とする請求項３記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料は、液体燃料であり、
前記燃料タンクは、少なくとも前記燃料が透過する開口が設けられたものであり、
前記燃料供給部は、前記開口に設けられた、前記燃料を気化して前記負極に供給する燃料気化層であることを特徴とする請求項３又は４記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料の燃焼エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機やノート型パソコンなどといった携帯型電子機器の小型化、軽量化、および高機能化に伴って、携帯型電子機器の駆動電源である電池の軽量化および大容量化が進んでいる。携帯型電子機器用の電池としては、駆動電圧が高く、大容量なリチウムイオン電池が一般的に用いられている。
【０００３】
しかし、リチウムイオン電池は、リサイクルが可能である使用済み電池が回収されずに破棄されてしまうことが多く、環境面において問題があるうえ、消費電力が大きいノート型パソコンなどで使用する場合、十分な連続使用時間を保証することができないという問題がある。
【０００４】
この点に関し、近年、燃料の燃焼エネルギーを直接に電気エネルギーに変換する燃料電池が開発されてきている。燃料電池は、負極に燃料を供給するとともに正極に酸素を供給すると、正電極および負電極それぞれに含まれる触媒の作用によって電気化学的な反応が発生し、燃料を供給源として電流を取り出すことができる。燃料電池は、リチウムイオン電池の数倍の大容量を実現することができ、燃料を補給することによって、何度も繰り返し使用できるうえ、長時間にわたって連続発電が可能であり、さらに、発電時に有害物質を発生しないことなどから、環境面においても大変優れているという利点がある。
【０００５】
また、燃料電池は、電解質や燃料の種類によって様々なタイプに分類されるが、携帯型電子機器用の電池としては、室温程度の低温で作動すること、振動に強いこと、大量生産が容易であることなどから、メタノール水溶液を燃料として供給するダイレクトメタノール方式の燃料電池（ＤＭＦＣ）が好適であると考えられている。ダイレクトメタノール方式の燃料電池の中でも、高濃度のメタノールを気化膜を介して負極に直接に供給する自然気化式のパッシブ型ＤＭＦＣが小型化や装置の簡素化という点において得に好ましく、近年、さかんに研究開発が行われている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。
【０００６】
図１は、自然気化式のパッシブ型ＤＭＦＣの概略構成図である。
【０００７】
図１に示す燃料電池１には、発電を行う発電部１０と、発電部１０に燃料を供給する燃料供給部２０と、発電部１０に酸素を供給する酸素供給部３０が備えられている。
【０００８】
発電部１０は、気体燃料を酸化して、電子とプロトンを生成する燃料極触媒層１１と、燃料極触媒層１１で発生したプロトンおよび電子を酸素を活物質として還元して水を生成する空気極触媒層１２と、燃料極触媒層１１と空気極触媒層１２との間に設けられ、燃料極触媒層１１で生成されたプロトンを空気極触媒層１２に輸送する固体電解質層１３とで構成されている。
【０００９】
燃料供給部２０は、燃料極側筐体２１と、液体燃料であるメタノール２２を貯蔵する燃料タンク２３と、メタノール２２を気化して気体燃料を生成する液体燃料気化膜２４と、液体燃料気化膜２４で気化された気体燃料を拡散する気化燃料拡散層２５と、気体燃料を燃料極触媒層１１に供給可能な経路を設けた燃料極集電体２６と、燃料極集電体２６から供給された気化燃料を拡散して、拡散させた気体燃料を燃料極触媒層１１に供給する燃料極ガス拡散層２７と、燃料極触媒層１１における電気化学反応で発生する二酸化炭素を排出する炭酸ガス排出口２８とを備えている。
【００１０】
また、酸素供給部３０は、空気極側筐体３１と、空気極側筐体３１の酸素供給口３１ａから供給された酸素を空気極触媒層１２に供給するための空気極集電体３２と、空気極集電体３２から供給された酸素を拡散して、拡散させた酸素を空気極触媒層１２に供給するための空気極ガス拡散層３３とを備えている。
【００１１】
燃料タンク２３に収容されたメタノール２２は、液体燃料気化膜２４を通過することによって気化され、気化燃料拡散層２５、燃料極集電体２６、および燃料極ガス拡散層２７を介して燃料極触媒層１１に供給される。燃料極触媒層１１では、式（１）に示すような電気化学反応が行われて、気化燃料が酸化されて電子とプロトンとが生成される。
【００１２】
ＣＨ３ＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２  ＋  ６Ｈ＋  ＋  ６ｅ−      ・・・式（１）
また、空気極触媒層１２では、式（２）に示すような電気化学反応が行われて、固体電解質層１３を通過してきたプロトンと、燃料極触媒層１１で発生して携帯電話機などに供給された電子が、空気極側筐体３１の酸素供給口３１ａから供給された空気中の酸素を使って還元される。
【００１３】
６Ｈ＋  ＋  （３／２）Ｏ２  ＋６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ      ・・・式（２）
すなわち、式（１）と式（２）とを合わせると、燃料電池１全体としては、空気極触媒層１２で発生した水が燃料極触媒層１１で利用されるとともに、燃料極触媒層１１で発生したプロトンや電子が空気極触媒層１２で利用されることによって、
ＣＨ３ＯＨ  ＋  （３／２）Ｏ２  →  ＣＯ２  ＋  ２Ｈ２Ｏ      ・・・式（３）
といった化学反応が行われて、燃料であるメタノール２２から電気が生成されることとなる。
【００１４】
ところで、発電時に発生した二酸化炭素は、炭酸ガス排出口２８を通って酸素供給口３１ａから排気され、発生した水は、一部が燃料極触媒層１１で利用されるとともに、余剰な水が気化されて水蒸気の状態で酸素供給口３１ａから排気される。特許文献３には、酸素供給口３１ａに０．１ｍｍ２〜１０ｍｍ２程度の貫通孔を１〜１００個程度備えた燃料電池について記載されている。例えば、貫通孔を０．１ｍｍ２とすると、その孔径はΦ０．１８ｍｍとなり、酸素供給口３１ａをカーボンペーパー（Φ０．２０ｍｍ程度）で塞いだ状態とほぼ同等の状態になると考えられる。このような燃料電池によると、空気中の酸素を確実に燃料電池１内に取り入れ、二酸化炭素や水を効率よく燃料電池の外部に排気することができるとともに、燃料電池の内部にゴミなどの異物が入り込む不具合を回避することができる。
【特許文献１】特開２００４−２０６８８５号公報
【特許文献２】特開２００６−５４０８２号公報
【特許文献３】特開２００２−３７３６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、特許文献３に記載された技術では、風が強い日に携帯電話機などを屋外で利用すると、酸素供給口３１ａの貫通孔から外気Ｑが入り込んで燃料電池１内の水を過剰に気化してしまい、固体電解質層１３が乾燥して十分なイオン伝導性が得られず、燃料電池１の発電出力が大きく劣化する「ドライアウト」が発生する恐れがある。燃料電池は、携帯型電子機器に搭載されて屋外で利用されることが想定されており、外気の影響を受けずに安定して発電する燃料電池の開発が望まれている。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑み、外気の影響を受けずに安定して発電することができる燃料電池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】
【００１７】
上記目的を達成する本発明の燃料電池は、燃料を酸化して電子とプロトンを得る負極、プロトンが通過する電解質層、および負極との間に電解質層を挟んだ、プロトンと電子とを酸素を活物質として還元して水を生成する正極を備えた発電部と、
発電部を内部に収容した、気体が透過する通気孔が設けられた筐体と、
通気孔を塞ぐ、差圧が１２５Ｐａのときの通気度が１ｃｃ／ｃｍ２・ｓｅｃ以下である通気多孔質からなる多孔質部とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
水が蒸発する際には、水面から近い側から、水蒸気が飽和した水面近傍層、水蒸気の濃度勾配を有する拡散層、および拡散層との相対湿度と環境温度とによって蒸気圧が決定する環境雰囲気層とが形成され、水の蒸発速度は、水面近傍層の飽和蒸気圧、拡散層の厚さ、および環境雰囲気層の環境蒸気圧によって決定される。拡散層の厚さは、環境中の対流によって大きく影響を受け、環境中の対流が大きいほど拡散層の厚さが薄くなり、水の蒸発速度が速くなる。また、環境中の対流がほとんどない場合、拡散層の厚さは、上述した飽和蒸気圧、環境蒸気圧、および空気中の蒸気圧の相互拡散係数を使って算出することができ、ほぼ一定となる。このような分析から、燃料電池内の水分量を制御するためには、燃料電池内の対流を抑えることが必要であり、すなわち、外気の影響を軽減することが必要であることがわかった。
【００１９】
本発明の燃料電池には、差圧が１２５Ｐａのときの通気度が１ｃｃ／ｃｍ２・ｓｅｃ以下である通気多孔質で構成された多孔質部が備えられている。このような多孔質部を備えることによって、燃料電池内における外気の影響を燃料電池の発電性能に影響がないレベルまで抑えられ、発電時に発生した水によって電解質を適度に加湿するとともに、余剰な水を燃料電池外に排気することができ、外気の影響を受けずに安定して発電することができる。
【００２０】
また、本発明の燃料電池において、上記筐体は、発電部と多孔質部との間に空間が形成されたものであることが好ましい。
【００２１】
外気の影響を受けにくい発電部と多孔質部との間の空間に、水蒸気の濃度勾配が生じた不安定な拡散層が形成されることによって、燃料電池内の水分量を精度良く調整することができる。
【００２２】
また、本発明の燃料電池において、燃料を収容する燃料タンクと、
燃料タンクに収容された燃料を負極に供給する燃料供給部とを備えたことが好ましい。
【００２３】
燃料が燃料タンクに貯蔵されることによって、長時間に渡って発電することができる。
【００２４】
また、本発明の燃料電池において、上記燃料タンクは、燃料を補給する補給口を備えたものであることが好ましい。
【００２５】
燃料が補給されることによって、燃料電池を何度も繰り返し使用することができるとともに、連続使用時間を延ばすことができる。
【００２６】
また、本発明の燃料電池において、上記燃料は、液体燃料であり、
上記燃料タンクは、少なくとも燃料が透過する開口が設けられたものであり、
上記燃料供給部は、上記開口に設けられた、燃料を気化して負極に供給する燃料気化層であることが好適である。
【００２７】
この好適な燃料電池によると、液体燃料を負極に供給するためのポンプなどを省くことができ、燃料電池を小型化することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、外気の影響を受けずに安定して発電することができる燃料電池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】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
図２は、本発明の一実施形態が適用された携帯電話機の外観斜視図である。
【００３１】
本実施形態の携帯電話機１００は、充電池が内蔵されており、充電器に接続して充電池を充電しておくことによって、充電池から電力の供給を受けて駆動することができるとともに、燃料電池が内蔵されたクレードル（図３参照）を装着することによって、燃料電池で発電した電力を使って駆動することもできる。
【００３２】
図２に示す携帯電話機１００は、液晶パネル１０１が設けられた上側筐体１００Ａと、ユーザが手で持つ下側筐体１００Ｂとが、ヒンジ１００Ｃを中心に折り畳み自在に接続されている。
【００３３】
上側筐体１００Ａには、電話番号やテレビ番組や撮影画像などが表示される液晶パネル１０１、および内部にスピーカ（図４参照）が配備され、スピーカから発せられる音声を放つための送話口１０２が備えられており、下側筐体１００Ｂには、各種機能の選択や、撮影を行う際のシャッタボタンとして使用される選択ボタン１０４、電話番号等を入力するためのプッシュボタン１０５、内部にマイクロフォン（図４参照）が配備され、声をマイクロフォンに伝えるための受話口１０６、および充電器やクレードル（図３参照）を接続するための充電端子１０７などが備えられている。
【００３４】
図３は、クレードルに装着された状態の携帯電話機１００を示す図である。
【００３５】
クレードル２００は、携帯電話機１００を、通話およびキー操作が可能な状態で保持している。クレードル２００には、図２に示す充電端子１０７と接続される接続部２１０と、燃料電池３００と、開閉自在な蓋２２０とが備えられている。燃料電池３００は、燃料を使って発電する発電部がクレードル２００の内部に収容されており、発電部で発生した各種ガスを排気するとともに、発電部に空気を供給するガス交換部３０１がクレードル２００の側面に露出している。燃料電池３００については、後で詳しく説明する。ガス交換部３０１は、本発明にいう多孔質部の一例に相当する。
【００３６】
続いて、携帯電話機１００の内部構造について説明する。
【００３７】
図４は、携帯電話機１００の内部ブロック図である。
【００３８】
図４に示すように、携帯電話機１００には、ＣＰＵ１１０、ＲＯＭ１１１、不揮発メモリ１１２、ＲＡＭ１１３、マイクデバイス１２１、表示デバイス１２２、スピーカデバイス１２３、キーデバイス１２４、カメラデバイス１２５、時計１２６、近距離デバイス１３１、遠距離デバイス１３２、メディアコントローラ１４０、および充電池１５１が内蔵されており、さらに、図３に示すクレードル２００が装着されることによって、燃料電池３００が接続される。図４に示す各種部品は、バスを介して互いに接続されている。
【００３９】
ＣＰＵ１１０は、各種プログラムを実行する機能を有し、この携帯電話機の全体を制御している。
【００４０】
ＲＯＭ１１１には、ＣＰＵ１１０で実行される各種プログラムやそれら各種プログラムの実行に必要な各種定数が記憶されており、ＣＰＵ１１０は、ＲＯＭ１１１に記憶されたプログラムをＲＡＭ１１３を作業領域として使いながら実行する。
【００４１】
不揮発メモリ１１２には、アドレス帳や受信した電子メールなど、書き換えられることがありうる各種情報が記録されている。
【００４２】
マイクデバイス１２１は、ユーザの声をピックアップするマイクロホンおよびそのマイクロホンでピックアップされた声を処理する機能ブロックである。
【００４３】
スピーカデバイス１２３は、ユーザに向けて音声を出力するスピーカ、およびそのスピーカを駆動する音声信号を生成する機能ブロックである。
【００４４】
カメラデバイス１２５は、写真撮影による画像データの収集を司るブロックであり、表示デバイス１２２は、液晶パネル１０１（図２参照）への画像表示を司るブロックであり、キーデバイス１２４は、ユーザによる各種キー操作を検出するブロックであり、時計１２６は、現在時刻を取得するためのブロックである。
【００４５】
メディアコントローラ１４０は、装填された記録メディア１４１からデータを読み出したり、カメラデバイス１２５で生成された画像データ等を記録メディア１４１に書き込むためのものである。
【００４６】
近距離デバイス１３１は、近距離にある外部装置に、画像や電話番号などを基地局（図示しない）を介さずに赤外線通信によって送信するためのものである。
【００４７】
遠距離デバイス１３２は、基地局（図示しない）を介して通話や電子メールの送受信などを行うためのものである。
【００４８】
充電池１５１は、充電器に接続されることによって蓄電されるものであり、携帯電話機１００に電力を供給する。
【００４９】
燃料電池３００は、燃料を使って発電して、携帯電話機１００に電力を供給するものであり、本発明の燃料電池の一実施形態に相当するものである。
【００５０】
本実施形態の携帯電話機は、基本的には以上のように構成されている。
【００５１】
続いて、燃料電池３００について詳しく説明する。
【００５２】
図５は、燃料電池３００の概略構成図である。
【００５３】
燃料電池３００は、発電を行う発電部３１０と、発電部３１０に燃料を供給する燃料供給部３２０と、発電部３１０に酸素を供給する酸素供給部３３０とで構成されている。
【００５４】
発電部３１０には、燃料極触媒層３１１、空気極触媒層３１２、および固体電解質層３１３が備えられている。
【００５５】
燃料極触媒層３１１は、気体燃料（本実施形態では、メタノール：ＣＨ３ＯＨ）の供給を受けて電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）を生成するものであり、本発明にいう負極の一例に相当する。
【００５６】
空気極触媒層３１２は、燃料極触媒層３１１で発生したプロトン（Ｈ＋）および電子（ｅ−）を酸素（Ｏ２）を活物質として還元して水（Ｈ２Ｏ）を生成するものであり、本発明にいう正極の一例に相当する。空気極触媒層３１２としては、プロトンと酸素とから水を生成する電気化学反応を生じることが可能な触媒や触媒担持体と、プロトン伝導性高分子固体電解質とを混合したものを、固体電解質層３１３や空気極ガス拡散層３３３（後述する）に塗布したものが適用される。
【００５７】
固体電解質層３１３は、燃料極触媒層３１１と空気極触媒層３１２との間に設けられ、燃料極触媒層３１１で生成されたプロトン（Ｈ＋）を空気極触媒層３１２に輸送するものであり、本発明にいう電解質層の一例に相当する。固体電解質層３１３としては、プロトン伝導性を有する高分子材料などを適用することができ、例えば、パーフルオロスルホン酸系の樹脂膜などが好ましく、具体的には、Ｎａｆｉｏｎ  Ｎ１１２（デュポン社製：登録商標）などを適用することができる。
【００５８】
また、燃料供給部３２０は、燃料極側筐体３２１と、燃料タンク３２３と、液体燃料気化膜３２４と、気化燃料拡散層３２５と、燃料極集電体３２６と、燃料極ガス拡散層３２７と、炭酸ガス排出口３２８とを備えている。
【００５９】
燃料タンク３２３は、液体燃料であるメタノール３２２が貯蔵されたものであり、図３に示すクレードル２００に対して着脱自在に装着されている。燃料タンク３２３は、本発明にいう燃料タンクの一例に相当する。
【００６０】
液体燃料気化膜３２４は、燃料タンク３２３から染み出してきたメタノール３２２を気化して気体燃料を生成するものであり、本発明にいう燃料供給部の一例にあたるとともに、本発明にいう燃料気化層の一例にも相当する。液体燃料気化膜３２４は、燃料であるメタノール３２２と気化燃料拡散層３２５とを分離可能な膜であり、表面張力による分離性を有する多孔質膜や、浸透含浸性を有する非多孔質高分子材料などが好適である。例えば、高濃度メタノール水溶液に対する不溶性という点から、パーフルオロ系樹脂であるＮａｆｉｏｎ（デュポン社製：登録商標）、フレミオン（旭硝子社製）、アシプレックス（旭化成社製）などを用いることができる。
【００６１】
気化燃料拡散層３２５は、液体燃料気化膜３２４で気化された気体燃料を拡散するものである。気化燃料拡散層３２５の端部は、燃料電池３００の発電部３１０外に露出した構成を有しており、その露出部分が、発電部３１０において発生する二酸化炭素を排出する炭酸ガス排出口３２８を形成している。
【００６２】
燃料極集電体３２６は、気体燃料を燃料極触媒層３１１に供給するためのものである。燃料極集電体３２６としては、表面がＡｕメッキされた、導電性を有する耐食性の高い合金（例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６など）を適用することができ、気体燃料や空気中の酸素を燃料極触媒層３１１に導入可能なメッシュ、エキスパンドメタル、発泡金属などといった形状を有していることが好ましい。
【００６３】
燃料極ガス拡散層３２７は、燃料極集電体３２６から供給された気化燃料を拡散して、拡散させた気体燃料を燃料極触媒層３１１に供給するものである。燃料極ガス拡散層３２７は、気体燃料や空気中の酸素を燃料極触媒層３１１に導入可能な多孔質体の形状を有していることが好ましく、燃料極触媒層３１１と燃料極集電体３２６との間に配置された状態で導電性を有する必要がある。このような材料として、例えば、カーボンペーパ（東レ社製）などを適用することができる。
【００６４】
また、酸素供給部３３０は、空気極側筐体３３１と、ガス交換部３０１と、空気極集電体３３２と、空気極ガス拡散層３３３を備えている。
【００６５】
空気極側筐体３３１には、通気孔３３１ａが設けられており、ガス交換部３０１が通気孔３３１ａを塞いでいる。空気極側筐体３３１は、本発明にいう筐体の一例にあたり、通気孔３３１ａは、本発明にいう通気孔の一例に相当する。
【００６６】
ガス交換部３０１は、差圧が１２５Ｐａのときの通気度が１ｃｃ／ｃｍ２・ｓｅｃ以下の通気多孔質からなるものであり、本発明にいう多孔質部の一例に相当する。ガス交換部３０１と発電部３１０との間には、空間Ｐが設けられている。ガス交換部３０１としては、デュラポアメンブレンフィルターＨＶＨＰ１４２５０（日本ミリポア社製：通気度０．１５ｃｃ／ｃｍ２・ｓｅｃ）などを適用することができる。
【００６７】
空気極集電体３３２は、ガス交換部３０１から供給された酸素を空気極触媒層３１２に供給するためのものであり、上述した燃料極集電体３２６と同様の材料を適用することができる。
【００６８】
空気極ガス拡散層３３３は、空気極集電体３３２から供給された酸素を拡散して、拡散させた酸素を空気極触媒層３１２に供給するためのものであり、上述した燃料極ガス拡散層３２７と同様の材料を適用することができる。
【００６９】
図６は、図３に示すクレードル２００に装着された携帯電話機１００の側面側を示す断面図である。
【００７０】
図６に示す断面図は、図５に示す燃料電池３００を図の横方向に切断したときの断面図に相当する。図６に示すように、クレードル２００には蓋２２０が備えられており、蓋２２０をあけて、燃料補給口３２３ａからメタノールを注いで燃料タンク３２３に燃料を補給することができる。燃料補給口３２３ａは、本発明にいう補給口の一例に相当する。また、本実施形態においては、発電体３１０の上下面それぞれと筐体との間にも空間Ｐが設けられている。
【００７１】
燃料タンク３２３に収容されたメタノール３２２は、液体燃料気化膜３２４を通過することによって気化され、気化燃料拡散層３２５、燃料極集電体３２６、および燃料極ガス拡散層３２７を介して燃料極触媒層３１１に供給される。
【００７２】
燃料極触媒層３１１では、気化燃料と水を使って、二酸化炭素と電子とプロトンが生成される。生成された二酸化炭素は、炭酸ガス排出口３２８を通って燃料電池３００外に排気され、生成された電子は、回路部２３０に伝達されて接続部２１０および充電端子１０７を介して携帯電話機１００に供給される。携帯電話機１００から戻ってきた電子は、空気極触媒層３１２に供給される。また、生成されたプロトンは、固体電解質層３１３を通過して空気極触媒層３１２に供給される。
【００７３】
空気極触媒層３１２では、プロトンと電子がガス交換部３０１から供給された空気中の酸素を使って還元されて水が発生する。発生した水は、燃料極触媒層３１１側での電気化学反応に利用されるとともに固体電解質層３１３の加湿にも利用され、余剰な分がガス交換部３０１から排気される。
【００７４】
本実施形態においては、ガス交換部３０１が、差圧が１２５Ｐａのときの通気度が１ｃｃ／ｃｍ２・ｓｅｃ以下の通気多孔質からなるものであり、燃料電池３００の内部は外気Ｑによる対流の影響をほとんど受けないため、携帯電話機１００を風の強い屋外で利用する場合であっても、燃料電池３００内の水分量を適度に保って固体電解質層３１３を加湿することができ、安定して発電することができる。
【００７５】
また、空気極触媒層３１２の付近では、空気極触媒層３１２で発生した水が飽和した水面近傍層、水蒸気の濃度勾配を有する拡散層、および環境温度などによって蒸気圧が決定する環境雰囲気層とが形成されるが、本実施形態においては、発電部３１０とガス交換部３０１との間に空間Ｐが設けられており、外気の影響を受けにくい空間Ｐに拡散層が形成されるため、燃料電池３００内の水分量を精度良く安定させることができる。
【実施例】
【００７６】
以下、本発明の実施例について説明する。
（評価方法）
図５に示す燃料電池３００と同様の構成を有する燃料電池において、ガス交換部３０１を変えた実施例、および比較例を用意した。
【００７７】
発電部３１０を構成する部品は、以下のものを利用した。
【００７８】
燃料極触媒層３１１：Ｐｔ−Ｒｕ合金担持触媒ＴＥＣ６１Ｅ５４（田中貴金属社製）
空気極触媒層３１２：Ｐｔ担持触媒ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ（田中貴金属社製）
固体電解質層３１３：ＮａｆｉｏｎＮ１１２（デュポン社製：登録商標）
ガス交換部３０１として、以下のものを利用した。
【００７９】
表１は、ガス交換部３０１を構成する材料を示す表である。
【００８０】
【表１】
2008243578.tif 000003
【００８１】
表１に示す材料を１枚または複数枚重ねて通気度を調整した３つの実施例と２つの比較例を用意した。
【００８２】
表２は、実施例と比較例の通気度を示す表である。
【００８３】
【表２】
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【００８４】
上記部品で構成された燃料電池を評価用燃料電池システムに設置し、環境風速５ｍ／ｓｅｃ、および環境風速１ｍ／ｓｅｃにおける燃料電池の出力値を測定した。環境風速１ｍ／ｓｅｃにおける測定出力値のうち最も出力の大きい値を該燃料電池の最大出力値とし、環境風速５ｍ／ｓｅｃにおける測定出力値が最大出力値の７０％以上である場合に、評価結果は良好であると判定した。
（評価結果）
図７は、評価結果を示すグラフである。
【００８５】
グラフの横軸は、表２に示す通気度を示しており、グラフの縦軸は、燃料電池の測定出力値を示している。
【００８６】
また、環境風速１ｍ／ｓｅｃ時の実施例及び比較例の評価結果は、黒塗りの四角でプロットされており、環境風速５ｍ／ｓｅｃ時の実施例及び比較例の評価結果は、黒塗りのひし形でプロットされており、環境風速１ｍ／ｓｅｃ時の比較例２の評価結果は、白抜き四角でプロットされており、環境風速５ｍ／ｓｅｃ時の比較例２の評価結果は、白抜きのひし形でプロットされている。
【００８７】
図７に示すように、環境風速５ｍ／ｓｅｃ時においては、実施例１，２，３では測定出力値が最大出力値の７０％を超えており、評価結果は良好であると判定されたが、比較例１，２では、測定出力値が最大出力値を大幅に下回っており、評価結果は不良と判定された。これは、比較例１，２では、ガス交換部３０１の通気度が高いため、環境風速５ｍ／ｓｅｃといった強風時には、風によって固体電解質層３１３が乾燥してしまい、良好なイオン伝導性を得られないためであると考えられる。
【００８８】
以上の結果から、本発明の有用性が確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】自然気化式のパッシブ型ＤＭＦＣの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態が適用された携帯電話機の外観斜視図である。
【図３】クレードルに装着された状態の携帯電話機を示す図である。
【図４】携帯電話機の内部ブロック図である。
【図５】燃料電池の概略構成図である。
【図６】図３に示すクレードルに装着された携帯電話機の側面側を示す断面図である。
【図７】評価結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９０】
１００    携帯電話機
１００Ａ    上側筐体
１００Ｂ    下側筐体
１００Ｃ    中間筐体
１０１    液晶パネル
１０２    送話口
１０４    選択ボタン
１０５    プッシュボタン
１０６    受話口
１１０    ＣＰＵ
１１１    ＲＯＭ
１１２    不揮発メモリ
１１３    ＲＡＭ
１２１    マイクデバイス
１２２    表示デバイス
１２３    スピーカデバイス
１２４    キーデバイス
１２５    カメラデバイス
１２６    時計
１３１    近距離デバイス
１３２    遠距離デバイス
１４０    メディアコントローラ
１５１    充電池
２００    クレードル
２１０    接続部
２２０    蓋
３００    燃料電池
３０１    ガス交換部
３１０    発電部
３１１    燃料極触媒層
３１２    空気極触媒層
３１３    固体電解質層
３２０    燃料供給部
３２１    燃料極側筐体
３２３    燃料タンク
３２３ａ    燃料補給口
３２４    液体燃料気化膜
３２５    気化燃料拡散層
３２６    燃料極集電体
３２７    燃料極ガス拡散層
３２８    炭酸ガス排出口
３３０    酸素供給部
３３１    空気極側筐体
３３２    空気極集電体
３３３    空気極ガス拡散層
【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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