(57)【要約】【課題】発電停止時または低率発電時における液体燃料の反応を抑制するとともに、水素ガスの吸収を増大させることにより、エネルギー密度の高い液体燃料電池を提供する。【解決手段】酸素を還元する正極１と、水素吸蔵材料を含む負極２と、正極１と負極２との間に設けられた電解質層（セパレータ３）と、液体燃料４を貯蔵する液体燃料貯蔵部（燃料タンク５）とを含み、負極２の表面部には、液体燃料４から発生する気体（水素ガス４ａ、４ｂ）を集めて保持することができる気体保持部６が設けられ、気体保持部６は、液体燃料４から発生する気体を保持することにより、液体燃料４と負極２との接触を遮断する液体燃料電池とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を還元する正極と、水素吸蔵材料を含む負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵部とを含む液体燃料電池であって、
前記負極の表面部には、液体燃料から発生する気体を集めて保持することができる気体保持部が設けられ、
前記気体保持部は、液体燃料から発生する気体を保持することにより、液体燃料と前記負極との接触を遮断することを特徴とする液体燃料電池。
【請求項２】
前記気体保持部が、前記負極の表面部から、さらに拡張して設けられている請求項１に記載の液体燃料電池。
【請求項３】
前記液体燃料貯蔵部が、脱着可能に形成されている請求項１または２に記載の液体燃料電池。
【請求項４】
前記負極の気体保持部側の表面には撥水処理が施されている請求項１〜３のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項５】
前記撥水処理が、前記負極の表面にフッ素樹脂を塗布することによりなされている請求項４に記載の液体燃料電池。
【請求項６】
前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライドおよびポリクロロトリフルオロエチレンからなる群から選択された少なくとも一つである請求項５に記載の液体燃料電池。
【請求項７】
前記負極の気体保持部側の表面には水素を原子状に解離させる機能および水素を酸化する機能から選択された少なくとも一つの機能を備えた触媒が付与されている請求項１〜６のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項８】
前記触媒が、Ｐｔ、Ｐｄ、ＲｈおよびＮｉからなる群から選択された少なくとも一つの元素を含む請求項７に記載の液体燃料電池。
【請求項９】
前記触媒が、多孔性のカーボンに担持されている請求項７または８に記載の液体燃料電池。
【請求項１０】
前記水素吸蔵材料が、水素吸蔵合金およびカーボンナノチューブから選択されたいずれか一つである請求項１〜９のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項１１】
金属水素化物を含む液体燃料をさらに含み、前記金属水素化物がＮａＢＨ４、ＫＢＨ４、ＬｉＡｌＨ４、ＫＨおよびＮａＨからなる群から選択された少なくとも一つである請求項１〜１０のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項１２】
前記電解質層が、ＫＯＨ、ＮａＯＨおよびＬｉＯＨからなる群から選択された少なくとも一つを溶解した水溶液を含んでいる請求項１〜１１のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項１３】
水素を酸化する機能を有するガス拡散電極を負極としてさらに含む請求項１〜１２のいずれかに記載の液体燃料電池。
【請求項１４】
前記ガス拡散電極が、Ｐｔ、Ｐｄ、ＲｈおよびＮｉからなる群から選択された少なくとも一つの元素を含む請求項１３に記載の液体燃料電池。
【請求項１５】
前記元素が、多孔性のカーボンに担持されている請求項１４に記載の液体燃料電池。
【請求項１６】
前記ガス拡散電極が、フッ素樹脂を含む請求項１４または１５に記載の液体燃料電池。
【請求項１７】
前記フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライドおよびポリクロロトリフルオロエチレンからなる群から選択された少なくとも一つを含む請求項１６に記載の液体燃料電池。
【請求項１８】
複数の発電要素が電気的に接続された発電装置であって、
複数の前記発電要素の少なくとも一つが請求項１〜１７のいずれかに記載の液体燃料電池であることを特徴とする発電装置。
【請求項１９】
前記液体燃料電池以外の発電要素が、水素および酸素から発電する燃料電池である請求項１８に記載の発電装置。
【請求項２０】
少なくとも一つの前記液体燃料電池の気体保持部から、前記水素および酸素から発電する燃料電池の負極に気体を導く機能を備えた請求項１９に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料として液体を用いた液体燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ラップトップコンピュータ、携帯電話などのコードレス機器の普及に伴い、その電源である二次電池はますます小型化、高容量化が要望されている。現在、エネルギー密度が高く、小型軽量化が図れる二次電池としてリチウムイオン二次電池が実用化されており、ポータブル電源として需要が増大している。しかし、使用されるコードレス機器の種類によっては、このリチウム二次電池では未だ十分な連続使用時間を保証する程度までには至っていない。
【０００３】
このような状況の中で、上記要望に応え得る電池の一例として、空気電池、燃料電池などが考えられる（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００４】
空気電池は、空気中の酸素を正極の活物質として利用する電池であり、電池内容積の大半を負極の充填に費やすことが可能であることから、エネルギー密度を増加させるためには好適な電池であると考えられる。しかし、この空気電池には、電解液として使用するアルカリ溶液が空気中の二酸化炭素と反応して劣化してしまうという問題がある。
【０００５】
また、燃料電池については、用いる燃料に関していくつかの候補が挙げられているが、それぞれ種々の問題点を有しており、最終的な決定がいまだなされていない。例えば、燃料として純水素を用いる場合には、水素スタンドなどの燃料供給設備の整備に時間と膨大な資金が必要である。また、水素は非常に軽い可燃性ガスであるためその取り扱いが難しく、安全性の面でも問題がある。さらに、燃料としてガソリンを用い、ガソリンを改質して水素を取り出す場合には改質装置が必要となり、また改質の効率があまり高くないなどの問題もある。また、燃料としてメタノールを用いる場合には、改質メタノールを使用するときにはガソリンと同じような問題が生じ、改質せずにそのままメタノールを燃料として使用すると、出力や効率などが低くなり、さらに燃料であるメタノールが電解質膜を透過してしまう量も大きいという問題がある。
【０００６】
そこで、新たな水素燃料源として水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）が注目されてきた。水素化ホウ素ナトリウムは下記反応式により水素を発生させる。
【０００７】
【化１】
ＮａＢＨ４  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  ＮａＢＯ２  ＋  ４Ｈ２
【０００８】
上記加水分解反応はアルカリ水溶液中では起こりにくいため、水素化ホウ素ナトリムをアルカリ水溶液中で安定に保存可能であり、新規な水素燃料源として期待されている。
【０００９】
近年、燃料にＮａＢＨ４、ＫＢＨ４、ＬｉＡｌＨ４、ＫＨ、ＮａＨなどの金属水素化物を用い、水素吸蔵合金を負極に用いたアルカリ燃料電池が開発されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照。）。このアルカリ燃料電池は、負極に燃料が供給されて水素が発生し、この水素を一旦負極に吸収させた後に反応させ、正極では酸素が反応する。水素が負極に吸収貯蔵されることにより、放電レートに応じて水素を反応に用いることができる。また、燃料である金属水素化物は、水溶液などの液体に溶解させて用いられる。特に、ＮａＢＨ４はアルカリ水溶液中で安定であるので、アルカリ水溶液に溶解させて用いられる。このアルカリ燃料電池は、燃料および酸素の供給さえ行えば連続的に使用することができる。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第３４１９９００号明細書
【００１１】
【特許文献２】
特開昭６０−５４１７７号公報
【００１２】
【特許文献３】
米国特許第５５９９６４０号明細書
【００１３】
【特許文献４】
特開２００２−２８９２５２号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上記アルカリ燃料電池に金属水素化物水溶液を燃料として供給すると、燃料である金属水素化物と負極である水素吸蔵合金とが接することにより金属水素化物の加水分解反応が起こり、燃料電池が発電をしていなくても燃料中の金属水素化物の分解反応が継続する。この場合、水素吸蔵合金と金属水素化物との反応で生成した水素は発電に利用されることはなく、燃料を無駄に消費してしまうことになる。このため準備した燃料の一部しか電力として取り出すことができず、燃料電池のエネルギー密度を大きく低下させる原因となっていた。
【００１５】
ここで、燃料の負極への供給をコントロールする補器を用いることで、燃料の無駄な消費は抑制できる。しかし、この場合、補器を具備することにより燃料電池全体の体積が大きくなってしまう。加えて、燃料電池の構造が複雑になり、燃料電池を小型ポータブル電源として用いることが困難となる。
【００１６】
これに対し、正極、電解質層および負極に弾力性を付与し、負極と燃料とが反応して発生する水素ガスを燃料と負極の間に貯めることにより、発電しているときのみ負極と燃料が接触するようにした燃料電池も考えられる。例えば、正極、電解質層および負極の一体化物に弾力性を付与し、水素ガスが発生すると、この一体化物が燃料とは反対側に湾曲することにより、負極と燃料との接触を遮断する方法が考えられる。
【００１７】
しかし、上記方法では負極に水素吸蔵合金を用いた電極では、上記機能を実現できるような弾力性を与えることは難しい。また、上記方法では負極と燃料との間の水素ガスに高い圧力がかかるため、水素ガスが正極側に流出するおそれがある。これを防ぐためには、電解質層にガスを透過しない膜状のイオン伝導性電解質を配置する必要があり、コスト高になる。さらに、上記一体化物が変形を繰り返すため、正極から触媒層、または負極から水素吸蔵合金が脱落しやすくなり、電極の耐久性にも問題がある。
【００１８】
本発明は、発電停止時または低率発電時における液体燃料の反応を抑制するとともに、水素ガスの吸収を増大させることにより、エネルギー密度の高い液体燃料電池を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、酸素を還元する正極と、水素吸蔵材料を含む負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層と、液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵部とを含む液体燃料電池であって、
前記負極の表面部には、液体燃料から発生する気体を集めて保持することができる気体保持部が設けられ、
前記気体保持部は、液体燃料から発生する気体を保持することにより、液体燃料と前記負極との接触を遮断することを特徴とする液体燃料電池を提供する。
【００２０】
また、本発明は、複数の発電要素が電気的に接続された発電装置であって、
複数の前記発電要素の少なくとも一つが上記液体燃料電池であることを特徴とする発電装置を提供する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
本発明の液体燃料電池の一実施形態は、酸素を還元する正極と、水素吸蔵材料を含む負極と、正極と負極との間に設けられた電解質層と、液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵部とを含み、負極の表面部には、液体燃料から発生する気体を集めて保持することができる気体保持部が設けられ、この気体保持部は、液体燃料から発生する気体を保持することにより、液体燃料と負極との接触を遮断することができる。
【００２３】
負極と液体燃料との接触部に液体燃料から発生した気体を集めて保持することができる気体保持部を設けることにより、液体燃料電池の発電停止時または低率発電時において負極と液体燃料とが反応して発電に利用されない水素が発生すると、その水素が気体保持部に蓄積される。この気体保持部に水素が蓄積されると、負極と液体燃料との接触がこの蓄積された水素により遮断され、負極と液体燃料との反応が停止する。これにより、液体燃料の無駄な消費を抑制することができ、液体燃料電池のエネルギー密度を向上できる。なお、液体燃料電池の通常の発電時には気体保持部の水素が消費され、この気体保持部には液体燃料貯蔵部から新たに液体燃料が流入し、再び負極と液体燃料とが接触することにより、負極と液体燃料とが反応して水素が発生し、発電を継続できる。
【００２４】
気体保持部の構造としては、液体燃料が流入する開口部を備えるとともに、発生した気体を負極の液体燃料側の表面に保持することができる構造であれば、特にその種類は限定されるものではない。例えば、負極の液体燃料側の表面に発生した水素ガスを集めることができるように、液体燃料貯蔵部（例えば、燃料タンク）と負極との間に仕切り部材（例えば、仕切り板）によりガス蓄積部を形成する構造、または、負極の表面に複数のセルを形成する構造などにより、気体保持部の機能を発揮させることができる。また、気体保持部は負極の液体燃料側の表面部だけに限定して設けられるものではなく、液体燃料貯蔵部と気体保持部とを繋ぐ開口部より上部に位置していれば、他の位置に拡張して設けることもできる。
【００２５】
気体保持部の材質としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、硬質ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの合成樹脂、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼などの耐食性金属から構成することができるが、液体燃料中で化学的に安定であり、気体を透過しない材料であれば特にその種類は限定されない。
【００２６】
負極の気体保持部側の表面には撥水処理が施されていることが好ましい。気体保持部に蓄積した水素を利用して発電する際、負極表面に撥水処理を施していると負極の水素吸蔵材料への水素の吸収が速やかに起こるからである。
【００２７】
また、この撥水処理は、負極の表面にフッ素樹脂を塗布することによりなされていることが好ましい。フッ素樹脂は撥水性に優れているからである。このフッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリクロロトリフルオロエチレンなどを使用することができる。
【００２８】
また、負極の気体保持部側の表面には水素を原子状に解離させる機能および水素を酸化する機能から選択された少なくとも一つの機能を備えた触媒が付与されていることが好ましい。水素を原子状に解離させる機能を備えた触媒を付与すると、水素吸蔵材料への水素の吸収を促進することができる。また、水素を酸化する機能を備えた触媒を付与すると、水素の酸化を促進して、負極での放電を補助することができる。なお、この触媒は負極に含有させてもよい。
【００２９】
この触媒は、燃料電池の使用温度で水素を原子状に解離させる機能または水素を酸化する機能を備えていればよく、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉなどの金属を用いることができる。この中でも特にＰｔは上記触媒機能に優れているため、好適に用いることができる。
【００３０】
また、この触媒は、多孔性のカーボンに担持されていることが好ましい。触媒を多孔性のカーボンに担持することにより、触媒全体の表面積を増加でき、水素と触媒との反応面積が増加して、水素の解離または酸化反応を促進することができるからである。
【００３１】
また、触媒を担持する担体はカーボンが好ましい。触媒が水素を酸化するときに電子移動を伴うが、その際に導電性を有するカーボンを用いると反応が円滑に進行するからである。
【００３２】
また、水素吸蔵材料としては、水素吸蔵合金またはカーボンナノチューブが好ましい。これらは、水素の吸蔵能力に優れているからである。
【００３３】
また、液体燃料に含まれる金属水素化物としては、負極である水素吸蔵材料と接することにより金属水素化物の加水分解反応が起こる物質であればよく、中でもＮａＢＨ４、ＫＢＨ４、ＬｉＡｌＨ４、ＫＨおよびＮａＨからなる群から選択された少なくとも一つであることが好ましい。これらは、水に容易に溶解でき、また単位質量当たりの水素供給量が多いからである。
【００３４】
また、電解質層としては、ＫＯＨ、ＮａＯＨおよびＬｉＯＨからなる群から選択された少なくとも一つを溶解した水溶液を含んでいることが好ましい。高いイオン伝導性を付与できるからである。
【００３５】
気体保持部に生成した水素を酸化するために、負極の一部に水素を酸化する機能を有するガス拡散電極をさらに配置することも有効である。水素吸蔵材料を含む負極の表面では金属水素化物との触媒反応を行わせ、ガス拡散電極では気体保持部に生成した水素の酸化反応を行わせることにより、負極の表面に水素を酸化する機能を有する層を形成するよりも、効率よく気体保持部に生成した水素を消費することができるからである。
【００３６】
ガス拡散電極は、水素を原子状に解離させる機能または水素を酸化する機能を備えた触媒を含んでいる。その触媒としては、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉなどの金属を用いることができる。この中でも特にＰｔは上記触媒機能に優れているため、好適に用いることができる。
【００３７】
また、この触媒は、多孔性のカーボンに担持されていることが好ましい。触媒を多孔性のカーボンに担持することにより、触媒全体の表面積を増加でき、水素と触媒との反応面積が増加して、水素の解離または酸化反応を促進することができるからである。
【００３８】
また、触媒を担持する担体はカーボンが好ましい。触媒が水素を酸化するときに電子移動を伴うが、その際に導電性を有するカーボンを用いると反応が円滑に進行するからである。
【００３９】
また、ガス拡散電極はフッ素樹脂を含むことが好ましい。フッ素樹脂は撥水性に優れているからである。このフッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリクロロトリフルオロエチレンなどを使用することができる。
【００４０】
一方、一つの液体燃料電池だけでは起電力が１．２３Ｖ以下であり、多くの電子機器を駆動するには起電力が不足する。そこで、複数の液体燃料電池を直列に接続して発電装置を構成することにより、様々な電子機器を駆動することのできる起電力が得られる。
【００４１】
高い起電力の発電装置を構成するために、本発明の液体燃料電池と他の発電要素、例えば、上記液体燃料電池以外の燃料電池、二次電池、キャパシターとを直列に接続することもできる。また、液体燃料電池と並列に、液体燃料電池より短時間の高率放電特性に優れたキャパシターあるいは二次電池を接続することにより、高率放電特性に優れたエネルギー密度の高い発電装置を構成することができる。
【００４２】
液体燃料電池と直列または並列に接続する発電要素としては、燃料として水素および酸素を用いて発電する燃料電池が好ましい。これにより、酸素としては空気中の酸素が利用できるため、酸素用の特別な貯蔵部を必要とすることなく、酸素を還元する電極だけあればよく、エネルギー密度が高い電池を構成できる。また、水素としては本発明の液体燃料電池において、金属水素化物と水素吸蔵合金との反応により発生する水素を利用できるため、液体燃料電池用の金属水素化物用貯蔵部以外の新たな水素用の貯蔵部を必要としない。
【００４３】
同一発電装置内において、水素を燃料とする燃料電池を、本発明の液体燃料電池と直列あるいは並列に接続する場合、液体燃料電池の気体保持部から、水素を燃料とする燃料電池の水素極部（負極部）へ、水素を導くための導管を設けることが好ましい。これにより、液体燃料電池から発生した水素を利用することで、水素を燃料とする燃料電池のための水素貯蔵部を新たに設ける必要がなくなり、発電装置を小型化できるからである。
【００４４】
液体燃料電池の負極と液体燃料との接触部に液体燃料から発生する気体を集めて保持することができる気体保持部を設けることにより、液体燃料電池の発電停止時または低率発電時において負極と液体燃料とが反応して発電に利用されない水素が発生すると、その水素が気体保持部に蓄積される。この蓄積された水素は導管により他の水素を燃料とする燃料電池の水素極部へ導かれる。この気体保持部および水素極部に水素が蓄積されると、負極と液体燃料との接触がこの蓄積された水素により遮断され、負極と液体燃料との反応が停止する。これにより、液体燃料の無駄な消費を抑制することができ、液体燃料電池のエネルギー密度を向上できる。なお、液体燃料電池の通常の発電時には水素極部および気体保持部の水素が消費され、この気体保持部には液体燃料貯蔵部から新たに液体燃料が流入し、再び負極と液体燃料とが接触することにより、負極と液体燃料とが反応して水素が発生し、発電を継続できる。
【００４５】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００４６】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における液体燃料電池の断面図である。図１に示した液体燃料電池は、図中の底面１１を下側にして設置されて用いる。正極１は、例えば、多孔質炭素粉末に触媒を担持した炭素粉末からなるカーボン層１ｂと、ポリテトラフルオロエチレンからなる気液分離シート１ａとを積層して構成される。正極１は酸素を還元する機能を有しており、多孔質炭素粉末に触媒を担持することによりその性能を向上させることができる。その触媒には、銀、白金、ルテニウム、酸化イリジウム、希土類酸化物、酸化マンガン、または銀、白金、ルテニウムを少なくとも一つ含む合金などが用いられる。また、正極１のカーボン層１ｂには、撥水性を付与するためポリテトラフルオロエチレン樹脂粒子が含有されている。
【００４７】
負極２は、水素吸蔵材料を導電性基体に固着して形成され、燃料を酸化する機能を有している。水素吸蔵材料としては、水素吸蔵合金、またはカーボンナノチューブなどの炭素材料を用いることができ、特に水素吸蔵合金が適している。その水素吸蔵合金としては特にその種類は限定されることはないが、例えば、ＬａＮｉ５で代表されるＡＢ５型水素吸蔵合金、ＺｎＭｎ２またはその置換体で代表されるＡＢ２型水素吸蔵合金、Ｍｇ２Ｎｉまたはその置換体で代表されるマグネシウム系のＡ２Ｂ型水素吸蔵合金、固溶体型バナジウム系水素吸蔵合金などを用い得る。それらの中でも、希土類元素の混合物であるミッシュメタル（Ｍｍ）を用い、且つＮｉの一部をＣｏなどで置換したＭｍＮｉ５系のＡＢ５型水素吸蔵合金が特に好適に用いられる。耐久性および水素の吸蔵・放出の能力に優れているからである。
【００４８】
負極２の導電性基体としては、電解質に対して耐食性を持つ材料からなり、水素吸蔵材料から電気的な接触が得られる基体であればよく、例えば、ニッケル製またはニッケルメッキした鉄製のパンチングメタル、発泡金属体などが用いられる。
【００４９】
負極２の水素吸蔵材料を導電性基体に固着させるための結着剤としては、電解質中で化学的に安定で粘着性を有する材料であればよく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ラテックスなどを用いることができる。中でもポリテトラフルオロエチレンは負極２に撥水性を付与することから好適に用いられる。
【００５０】
本実施形態に用いる電解質としては、液状のものであれば種々のものを用い得るが、特にアルカリ水溶液が好適に用いられる。このアルカリ水溶液としては、例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＬｉＯＨなどのアルカリ金属の水酸化物を１０〜４０質量％程度水に溶解したものが好ましく、複数のアルカリ金属の水酸化物を含んでいる混合電解質も用いることができる。
【００５１】
上記電解質を保持して電解質層を構成するため、正極１と負極２との間にセパレータ３を配置する。セパレータ３の材質は電解質に対して安定であれば特にその種類は限定されず、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンなどからなる不織布が用いられる。また、電解質溶媒に水を用いる場合、セパレータ３の表面を親水化処理することが好ましい。
【００５２】
液体燃料の水素供給源としては金属水素化物が用いられるが、その金属水素化物としては、例えば、ＮａＢＨ４、ＫＢＨ４、ＬｉＢＨ４、ＬｉＡｌＨ４、ＮａＡｌＨ４、ＫＡｌＨ４、ＫＨ、ＮａＨなどが用いられ、特にＮａＢＨ４が好適に用いられる。ＮａＢＨ４は、水またはアルカリ水溶液中で他の金属水素化物より安定であり、また、水素吸蔵合金との反応も穏やかだからである。水素供給源である金属水素化物は、液体電解質に溶解または混合された状態で用いることができる。
【００５３】
正極１、電解質層を構成するセパレータ３および負極２は、それぞれシート状の形状であり、正極１、セパレータ３、負極２の順に積層されて、電極・電解質一体化物を構成している。この電極・電解質一体化物は、積層方向が電池の底面１１と平行になるように配置されている。
【００５４】
負極２のセパレータ３と反対側には液体燃料４を貯蔵する燃料タンク５が隣接して設けられている。燃料タンク５は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、硬質ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの合成樹脂や、ステンレス鋼などの耐食性金属から構成されている。ただし、燃料タンク５を金属で構成する場合で、複数のセルを直列に接続して燃料電池モジュールを構成する場合は、それぞれのセル同士が電気的に短絡しないように燃料タンク５の表面を絶縁体で被覆する必要がある。
【００５５】
負極２と液体燃料４との接触部には、液体燃料４から発生した気体を集めて保持することができる気体保持部６が設けられている。本実施形態の気体保持部６は、液体燃料貯蔵部である燃料タンク５と負極２との間に設けられた仕切り板５ａにより形成され、負極２の下端よりも下方に設けられた開口部６ａを通して燃料タンク５と通じている。液体燃料電池の発電停止時または低率発電時において負極２と液体燃料４が反応して生成する水素ガス４ａ（図１では水素ガスの気泡を示す。）は気体保持部６に集められて水素ガス４ｂとして蓄積され、その蓄積部分において負極２と液体燃料４とは接触しなくなる。その結果、液体燃料４の加水分解反応は停止して水素ガスの発生は抑制される。
【００５６】
次に、燃料電池の通常の発電が開始されると、負極２中の水素濃度が低下するため、負極２の表面から気体保持部６内に蓄積された水素ガス４ｂが吸収される。その結果、気体保持部６内の水素ガス４ｂが減少するため液体燃料４が開口部６ａを通して気体保持部６内に流入して、負極２と液体燃料４とが再び接触して加水分解反応が連続して起こることになる。
【００５７】
また、正極１のセパレータ３と反対側にはカバー板７が設けられており、カバー板７の正極１と接する部分には空気孔８が設けられている。これにより、空気孔８を通して大気中の酸素が正極１と接することができる。
【００５８】
正極１および負極２には集電体９が接続されており、集電体９は、例えば、白金、金などの貴金属や、ニッケルもしくはニッケルメッキをした耐食性金属、またはカーボンなどから構成されている。
【００５９】
燃料タンク５には液体燃料４を供給するための燃料供給口１０が設けられている。液体燃料４は燃料供給口１０から供給されて燃料タンク５に補充される。燃料電池が発電するときは、燃料供給口１０は気液分離膜１０ａにより密閉されて液体燃料４が液体燃料電池より漏れないようにするとともに、気体保持部６の気体が減少した際に大気を燃料タンク５内に導くことで、液体燃料４の移動を円滑にしている。
【００６０】
（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２における液体燃料電池の断面図（ａ）とその一部拡大図（ｂ）である。本実施形態の気体保持部６は、負極２の表面に形成された複数のセルからなり、そのセルの中央部に設けられた開口部６ａを通して燃料タンク５と通じている。また、本実施形態では、セル内から水素ガスが放出されないように開口部６ａの開口径を小さく、例えば２ｍｍ以下にすることが好ましい。さらに、液体燃料電池をどのような方向に設置してもセル内の水素ガスが外部に放出されないようにするためには、開口部６ａの開口径を１ｍｍ以下に形成することがより好ましい。以上で述べた構成以外は、実施形態１と同様の構成である。なお、図３は、本実施形態の気体保持部６の一部を示す正面図である。
【００６１】
本実施形態では、液体燃料電池の発電停止時または低率発電時において負極２と液体燃料４とが反応して生成する水素ガスは各気体保持部６のセル内に集められて蓄積され、負極２と液体燃料４とは接触しなくなる。その結果、液体燃料４の加水分解反応は停止して水素ガスの発生は抑制される。
【００６２】
次に、液体燃料電池の通常の発電が開始されると、負極２中の水素濃度が低下するため、負極２の表面から各気体保持部６のセル内に蓄積された水素ガスが吸収される。その結果、セル内の水素ガスが減少するため、液体燃料４が開口部６ａを通してセル内に流入して、負極２と液体燃料４とが接触して加水分解反応が連続して起こることになる。
【００６３】
（実施形態３）
本実施形態は、負極２の気体保持部６側の表面に撥水処理が施されていること以外は、実施形態１と同様の構成である。この撥水処理は、例えば、負極２の気体保持部６側の表面にポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂のディスパージョンを塗布することにより行うことができる。
【００６４】
（実施形態４）
本実施形態は、負極２の気体保持部６側の表面に、さらに水素を原子状に解離させる機能および水素を酸化する機能を備えた触媒が付与されていること以外は、実施形態３と同様の構成である。この触媒としては、例えば白金微粒子などを用いることができる。
【００６５】
（実施形態５）
本実施形態は、水素を原子状に解離させる機能および水素を酸化する機能を備えた触媒をカーボンに担持して用いたこと以外は、実施形態４と同様の構成である。
【００６６】
（実施形態６）
図４は、本発明の実施形態６における液体燃料電池の断面図である。本実施形態は、負極２の上部をガス拡散電極１３にしたこと以外は、実施形態１と同様の構成である。このガス拡散電極としては、実施形態１のカーボン層１ｂと同様の構成のものを用いることができ、その触媒としては、水素を酸化する機能を有する白金を用いることができる。
【００６７】
（実施形態７）
図５は、本発明の実施形態７における液体燃料電池の断面図である。本実施形態は、実施形態１の気体保持部６の上部に気体保持部６ｂを拡張したこと以外は、実施形態１と同様の構成である。
【００６８】
（実施形態８）
図６は、本発明の実施形態８における液体燃料電池の断面図である。本実施形態は、実施形態１の気体保持部６の下部に気体保持部６ｂを拡張したこと以外は、実施形態１と同様の構成である。
【００６９】
（実施形態９）
図７は、本発明の実施形態９における液体燃料電池の断面図である。本実施形態は、実施形態１の気体保持部６と燃料タンク５とが別々に分離して設けられていること以外は、実施形態１と同様の構成である。
【００７０】
（実施形態１０）
図８は、本発明の実施形態１０における液体燃料電池の断面図である。本実施形態は、実施形態１の燃料タンク５が液体燃料電池本体から取り外し可能にして、燃料タンク５と液体燃料電池本体との接続部に、液体燃料４が漏れないようにＯリング１４を設けたこと以外は、実施形態１と同様の構成である。
【００７１】
（実施形態１１）
図９は、本発明の実施形態１１における発電装置の外観斜視図である。本実施形態は、実施形態１の液体燃料電池を発電要素部２０として１０個用い、内部で電気的に直列に接続して発電装置を構成したものである。なお、図９において、５は燃料タンクに相当する部分である。
【００７２】
（実施形態１２）
本実施形態は、発電要素部２０として、実施形態１の液体燃料電池を１個、および固体高分子型燃料電池を９個用いたこと以外は、実施形態１１と同様の構成である。
【００７３】
図１０は、本発明の実施形態１２における液体燃料電池（ａ）と固体高分子型燃料電池（ｂ）との接続関係を示した断面図である。液体燃料電池（ａ）の気体保持部６は、図１０に示すように固体高分子型燃料電池（ｂ）の気体保持部６と連結されており、液体燃料電池（ａ）の負極２の表面で発生した水素ガス４ａ、４ｂを固体高分子型燃料電池（ｂ）の負極２’において酸化することで、固体高分子型燃料電池（ｂ）も発電することができる。
【００７４】
以下、固体高分子型燃料電池（ｂ）について説明する。固体高分子型燃料電池（ｂ）は、水素および酸素から発電する燃料電池であり、正極１’と、負極２’と、それらの間に設けられた固体電解質膜１５とを備えている。その負極２’は、触媒を担持した炭素粉末、プロトン伝導性物質、およびフッ素樹脂バインダから構成することができる。負極２’は水素を酸化する機能を有しており、その触媒には、例えば、白金微粒子や、鉄、ニッケル、コバルト、錫、ルテニウムまたは金などと白金との合金微粒子などが用いられるが、これらに限定されることはない。担体である炭素粉末としては、例えばＢＥＴ比表面積が１０〜２０００ｍ２／ｇのカーボンブラックなどが用いられる。この炭素粉末に上記触媒を例えばコロイド法を用いて担持する。炭素粉末と触媒との質量比は、炭素粉末１００質量部に対して、触媒を５〜４００質量部とすることが好ましい。５質量部未満では十分な触媒活性が得られず、４００質量部を超えると触媒の粒子径が大きくなってしまうため、触媒活性が低下してしまうからである。
【００７５】
上記プロトン伝導性物質としては、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂、スルホン化ポリイミド樹脂などのスルホン酸基を有する樹脂を用いることができるが、これらに限定されることはない。このようなプロトン伝導性物質の量は、上記触媒担持炭素粉末１００質量部に対して、２〜２００質量部とすることが好ましい。２質量部未満では十分なプロトン伝導性が得られず、２００質量部を超えると電子抵抗が大きくなってしまうため、電池性能が低下してしまうからである。
【００７６】
また、上記フッ素樹脂バインダとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリクロロトリフルオロエチレンなどを用いることができる。このバインダの量は、上記触媒担持炭素粉末１００質量部に対して、０．０１〜１００質量部とすることが好ましい。０．０１質量部未満では十分な結着性が得られず、１００質量部を超えると電子抵抗が大きくなってしまうため、電池性能が低下してしまうからである。
【００７７】
次に、これらの材料を用いて負極２’を作製する方法ついて説明する。先ず、上記材料を水と有機溶剤とに均一に分散させる。この分散液中の固形分量は、分散液の全質量に対して１〜７０質量％とするのが好ましい。１質量％未満では十分な粘性が得られず、作業性が悪くなり、７０質量％を超えると粘性が高くなりすぎて、これも作業性が悪くなってしまうからである。上記分散は、例えば、ボールミル、ホモジナイザー、超音波分散機などを用いて行うことができるが、これらに限定されない。分散して得られたスラリーを、拡散層１６に塗布して乾燥する。続いて、熱プレスを行うことで、負極２’が形成される。熱プレスの温度は、１００〜１６０℃とすることが好ましい。プレスの圧力は３〜５０ＭＰａが好ましい。３ＭＰａ未満では電極形成が十分でなく、５０ＭＰａを超えると電極内のポアがつぶれてしまい、電池性能が低下してしまうからである。
【００７８】
拡散層１６は、導電性を有し、ガスを透過する膜状の形態をしていればよく、例えば、多孔性の炭素材料からなるカーボンペーパー、カーボンクロスなどを用いることができる。
【００７９】
また、正極１’は、例えば、負極２’と同様に構成することができる。
【００８０】
固体電解質膜１５は、電子伝導性を持たず、プロトンを輸送することが可能な材料により構成される。例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂膜、具体的には、デュポン社製の“ナフィオン”（商品名）膜、旭硝子社製の“フレミオン”（商品名）膜、旭化成工業社製の“アシプレックス”（商品名）膜などを用いることができる。その他では、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂膜、スルホン化ポリイミド樹脂膜、硫酸ドープポリベンズイミダゾール膜などからも構成することができる。
【００８１】
これらの正極１’、負極２’により固体電解質膜１５を挟持し、熱プレスで圧着する。熱プレスの温度は、１００〜１８０℃に設定することが好ましい。プレスの圧力は３〜５０ＭＰａが好ましい。１００℃未満、３ＭＰａ未満では電極形成が十分でなく、１８０℃または５０ＭＰａを超えると電極内のポアがつぶれてしまい、電池性能が低下してしまうからである。
【００８２】
正極１’および負極２’の固体電解質膜１５と反対側の面には、それぞれ集電板１７が配置されている。集電板１７は、例えば白金、金、ステンレス、ニッケル、または金などと白金との合金などが用いられる。集電板１７には酸素または水素を各電極に透過させるため、多数の孔が設けられている。
【００８３】
負極２’の固体電解質膜１５と反対側には、液体燃料電池（ａ）の液体燃料４と負極２（図の左側）とが反応して発生した水素ガス４ａ、４ｂが導かれる気体保持部６が設けられている。また、気体保持部６の側部には、仕切り板１９ａを介して水位調整用タンク１９が設けられている。水位調整用タンク１９内には、水１８が貯蔵されている。
【００８４】
なお、図１０の（ａ）、（ｂ）においては、同一の符号を付した部分は、同一の構成要素である。
【００８５】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００８６】
（実施例１）
以下のようにして実施形態１（図１）と同様の構造の液体燃料電池を作製した。
【００８７】
正極は次のようにして作製した。カボット（ＣＡＢＯＴ）社製の炭素粉末“ＢＰ−２０００”（商品名）０．２５ｇを３０ｃｍ３の蒸留水に添加して１０分間混合・攪拌した後、濃度６０質量％のポリテトラフルオロエチレンの水性分散液０．１８ｇを添加し、さらに２０分間混合・攪拌した。その後、ｎ−ブタノール８ｃｍ３を添加して２０分間混合・攪拌し、さらに２００℃に加温して２０分間混合・攪拌した後、凝集体を沈降させ、上澄みを除去して、正極触媒ペーストを得た。得られたペーストを４０メッシュのニッケルメッシュ板電極支持体に塗布して乾燥し、ジャパンゴアテックス社製のポリテトラフルオロエチレンシート“ゴアテックス”（商品名、厚さ１００μｍ、空孔率５０％）フィルムに９ＭＰａの圧力で圧着して正極とした。
【００８８】
負極は次のようにして作製した。組成式：ＭｍＮｉ３．４８Ｃｏ０．７４Ｍｎ０．４Ａｌ０．３（Ｍｍは、Ｌａ３３質量％、Ｃｅ４７質量％、Ｐｒ５質量％、Ｎｄ１５質量％からなるミッシュメタル）からなる水素吸蔵合金１００ｇに、５質量％のポリ−Ｎ−ビニルアセトアミド水溶液６ｇ、カルボキシメチルセルロース０．１ｇおよび５０質量％のラテックスの水性分散液１．３ｇを添加して混合し、負極合剤含有ペーストを得た。得られたペーストをニッケル発泡体からなる基体に塗布・充填し、乾燥して負極合剤層を形成した後、加圧成形して負極とした。
【００８９】
電解質は３０質量％のＫＯＨ水溶液を用い、セパレータは厚さ１２０μｍのスルホン化ポリプロピレン製の不織布を用い、液体燃料は１．６質量％のＮａＢＨ４のアルカリ水溶液を用いた。液体燃料のアルカリ水溶液としては、２９．５質量％のＫＯＨ水溶液を用いた。
【００９０】
その他、燃料タンク、仕切り板およびカバー板は、ポリプロピレンで作製し、集電体はニッケル製のものを使用し、気液分離膜はポリテトラフルオロエチレン製のものを使用した。
【００９１】
なお、気体保持部の容積は、燃料タンクの容積の１３％とした。
【００９２】
（実施例２）
実施形態２（図２）の構造を採用したこと以外は、実施例１と同様にして液体燃料電池を作製した。気体保持部のセルは、以下のようにして作製した。
【００９３】
厚さ３０μｍのＮｉメッキ鋼板をエンボス加工によりピッチ２ｍｍの凹凸を形成した。凸部の高さは０．４ｍｍであった。この凸部の中心を直径０．６ｍｍに打ち抜いて開口部を形成した。開口部を設けた凸部とは反対側の面を負極表面に圧着させることにより、気体保持部のセルを形成した。
【００９４】
（実施例３）
負極の気体保持部側の表面に、濃度６０質量％のポリテトラフルオロエチレンの水性分散液を塗布したこと以外は、実施例１と同様にして液体燃料電池を作製した。なお、ポリテトラフルオロエチレンの塗布量は、３ｍｇ／ｃｍ２とした。
【００９５】
（実施例４）
負極の気体保持部側の表面に、さらに粒子径０．４μｍの白金粉末を塗布したこと以外は、実施例３と同様にして液体燃料電池を作製した。なお、白金粉末の塗布量は、２ｍｇ／ｃｍ２とした。
【００９６】
（実施例５）
負極の気体保持部側の表面に、さらに３０質量％の白金微粒子を担持させた粒子径０．５ｍｍ以下のカーボンを塗布したこと以外は、実施例３と同様にして液体燃料電池を作製した。なお、カーボンの塗布量は、７ｍｇ／ｃｍ２とした。
【００９７】
（実施例６）
実施形態６（図４）の構造を採用したこと以外は、実施例１と同様にして液体燃料電池を作製した。ガス拡散電極は実施例１のカーボン層（図４の１ｂ）と同様の方法で作製した。ただし、カーボンの代わりに５質量％の白金微粒子を担持させた活性炭を用いた。なお、白金の塗布量は、４ｍｇ／ｃｍ２とした。また、ガス拡散電極の大きさは、負極とほぼ同一とした。
【００９８】
（実施例７）
実施形態７（図５）の構造を採用したこと以外は、実施例５と同様にして液体燃料電池を作製した。なお、気体保持部の全容積は、燃料タンクの容積の１６％とした。
【００９９】
（実施例８）
実施形態８（図６）の構造を採用したこと以外は、実施例５と同様にして液体燃料電池を作製した。なお、気体保持部の全容積は、燃料タンクの容積の１６％とした。
【０１００】
（実施例９）
実施形態９（図７）の構造を採用したこと以外は、実施例５と同様にして液体燃料電池を作製した。なお、気体保持部の容積は、燃料タンクの容積の１３％とした。
【０１０１】
（実施例１０）
実施形態１０（図８）の構造を採用したこと以外は、実施例５と同様にして液体燃料電池を作製した。なお、気体保持部の容積は、燃料タンクの容積の３０％とした。
【０１０２】
（実施例１１）
実施形態１１（図９）の構造を採用し、実施例６で作製した液体燃料電池を、正極が側面に並ぶように１０個配置した。それぞれの液体燃料電池は電気的に直列に接続して発電装置を構成した。
【０１０３】
（実施例１２）
実施例６で作製した液体燃料電池を１個、および他の固体高分子型燃料電池を９個用いたこと以外は、実施例１１と同様にして発電装置を作製した。また、液体燃料電池の気体保持部は、図１０に示したように固体高分子型燃料電池の気体保持部と連結した。それぞれの液体燃料電池および固体高分子型燃料電池は電気的に直列に接続して発電装置を構成した。
【０１０４】
本実施例で用いた固体高分子型燃料電池は、次のようにして作製した。正極は、先ず、ライオンアクゾ社製の”ケッチェンブラックＥＣ”（商品名）を５０質量部、平均粒子径３ｎｍの白金微粒子を５０質量部担持した白金担持カーボンを１０質量部、エレクトロケム（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ）社製のプロトン伝導性物質”ナフィオン”（商品名、固形分濃度５質量％）溶液を７５質量部、フッ素樹脂バインダとしてダイキン社製のポリテトラフルオロエチレンエマルジョン溶液”Ｄ１”（商品名、エマルジョン濃度６０質量％）を１０質量部および水を５質量部準備した。これらをホモジナイザーで混合・分散し、拡散層であるカーボンクロスに白金量が０．３ｍｇ／ｃｍ２になるように塗布して乾燥した。次に、１２０℃、１０ＭＰａの条件で２分間熱プレスを行い電極として成型し、正極を得た。
【０１０５】
負極は、先ず、上記”ケッチェンブラックＥＣ”を５０質量部、平均粒子径３ｎｍの白金ルテニウム合金微粒子（合金質量比１：１）を５０質量部担持した白金担持カーボンを１０質量部、上記”ナフィオン”溶液を７５質量部、上記ポリテトラフルオロエチレンエマルジョン溶液”Ｄ１”を５質量部および水を１０質量部準備した。これらをホモジナイザーで均一に混合・分散し、拡散層であるカーボンクロスに白金ルテニウム合金量が０．３ｍｇ／ｃｍ２になるように塗布して乾燥した。次に、１２０℃、１０ＭＰａの条件で２分間熱プレスを行い電極として成型し、負極を得た。
【０１０６】
固体電解質膜は、デュポン社製の”ナフィオン１１７”（商品名）を用い、正極および負極でこの固体電解質膜を挟持し、１２０℃、１０ＭＰａの条件で３分間熱プレスを行った。
【０１０７】
集電板は、厚さ１ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３１６）に金製のリード線を取り付けたものを用いた。
【０１０８】
（比較例１）
図１１は、比較例１における従来の液体燃料電池の断面図である。本比較例は、気体保持部および気液分離膜を備えていないこと以外は、実施例１と同様の構成である。ただし、燃料供給口１０は、樹脂栓１０’ａで封口した。本比較例では、液体燃料４と負極２とは常に接触しているため、液体燃料電池の発電停止時においても水素ガス４ａ（図１１では水素ガスの気泡を示す。）が発生し続けることになり、液体燃料４の一部が無駄に消費されることになる。
【０１０９】
（比較例２）
図１２は、比較例２における従来の液体燃料電池の断面図である。本比較例では、燃料タンク５に発生した水素ガス４ａ（図１２では水素ガスの気泡を示す。）を排出するための気液分離膜１２ａおよび気液分離孔１２ｂを設けたこと以外は、比較例１と同様の構成である。
【０１１０】
実施例１〜１０、比較例１、２の各電池に液体燃料をフル充填し、正負端子間をオープンにした状態で観察した。その結果、実施例１〜１０の電池では、すべて観察開始から１０分以内に水素ガスの発生は停止した。これに対し、比較例１の電池では水素ガスの発生が継続し、電池内の圧力が上昇して正極のポリエチレンテレフタレートシートが破損し、電池として機能しなくなった。一方、比較例２の電池は、気液分離孔を設けたので電池内の圧力は上昇しなかったが、液体燃料中の水素化ホウ素ナトリウムがすべて加水分解されるまで水素ガスの発生が継続した。
【０１１１】
次に、実施例１〜１０および比較例２の各電池から使用済みの液体燃料を全て排出した後、新たに液体燃料をフル充填し、１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で電池電圧が０．５Ｖになるまで定電流放電を行い、放電容量を測定した。その結果を表１に示す。放電容量は、実施例１の放電容量を１００％としたときの相対値で示した。
【０１１２】
【表１】
2004207208.tif 000003
【０１１３】
表１において、実施例１、２に比べて実施例３の放電容量が大きいのは、負極表面に撥水処理を施したことにより、負極による水素ガスの吸収量が増加したためと考えられる。また、実施例３に比べて実施例４の放電容量が大きいのは、負極表面の撥水処理に加えて、白金触媒を塗布したことにより、さらに負極による水素ガスの吸収量が増加したためと考えられる。さらに、実施例４に比べて実施例５の放電容量が大きいのは、負極表面の撥水処理、白金触媒塗布に加えて、触媒をカーボンに担持させたので、触媒の反応面積が増大し、さらに負極による水素ガスの吸収量が増加したためと考えられる。
【０１１４】
一方、実施例６が実施例５より大きい放電容量を示したのは、負極の上部に水素を酸化する機能を有するガス拡散電極を配置したことにより、水素酸化能力および分極特性が向上したためと考えられる。実施例７、８および９は実施例５とは気体保持部の構造が異なるが、実施例５とほぼ同じか、または少し大きい放電容量であった。この結果から、気体保持部が負極の表面に位置しており、気体保持部と液体燃料貯蔵部の仕切り板の下部に開口部を有していれば、放電容量を維持または増加させる効果が得られることが分かる。
【０１１５】
また、実施例１０は実施例５と同様な構造であるが、液体燃料貯蔵部が取り外して交換できるようになっている。放電容量は実施例８、９と同程度であり、放電容量の増加が認められた。また、液体燃料貯蔵部を取り外して交換できることから、燃料の入れ替えが簡便になるという効果も得られた。
【０１１６】
実施例１１では実施例６の液体燃料電池を１０個直列に接続して発電装置を構成した。その結果、開回路電圧９．５Ｖ、駆動電圧６〜９．５Ｖになり、高い電力が得られた。実施例１２では実施例６の液体燃料電池を１個と固体高分子型燃料電池を９個直列に接続した結果、開回路電圧９．５Ｖ、駆動電圧６〜９．５Ｖになり、高い電力が得られた。さらに、液体燃料電池の気体保持部と９個の固体高分子型燃料電池の気体保持部とを連結することにより、固体高分子型燃料電池は液体燃料電池の負極で発生する水素ガスを燃料として発電できた。加えて、実施例１１の場合、１０個の液体燃料電池の液体燃料貯蔵部に、別々に燃料を補給しなければならなかったが、実施例１２では発電装置内の液体燃料電池の数が１個であるので、燃料は１個の液体燃料貯蔵部に供給するだけで燃料補給が完了するので、燃料交換が簡便になった。
【０１１７】
なお、実施例１に比べて比較例２の放電容量が小さいのは、比較例２では気体保持部を設けていないので、放電電流の大きさに関係なく一定量の液体燃料が負極と反応しつづけ、放電反応に使用されなかった水素ガスが電池外に放出されたためと考えられる。これに対して、実施例１では気体保持部を設けているので、放電反応に使用されなかった水素ガスは電池内に蓄積されるとともに、水素ガスの蓄積部分近傍の負極からは水素ガスが発生しなくなるため、液体燃料が効率よく使用できたものと考えられる。
【０１１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、発電停止時または低率発電時における液体燃料の反応を抑制するとともに、水素ガスの吸収を増大させることにより、エネルギー密度の高い液体燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１における液体燃料電池の断面図である。
【図２】本発明の実施形態２における液体燃料電池の断面図（ａ）とその一部拡大図（ｂ）である。
【図３】本発明の実施形態２の気体保持部の正面図である。
【図４】本発明の実施形態６における液体燃料電池の断面図である。
【図５】本発明の実施形態７における液体燃料電池の断面図である。
【図６】本発明の実施形態８における液体燃料電池の断面図である。
【図７】本発明の実施形態９における液体燃料電池の断面図である。
【図８】本発明の実施形態１０における液体燃料電池の断面図である。
【図９】本発明の実施形態１１および１２における発電装置の外観斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態１２における液体燃料電池と固体高分子型燃料電池の接続関係を示した断面図である。
【図１１】比較例１における従来の液体燃料電池の断面図である。
【図１２】比較例２における従来の液体燃料電池の断面図である。
【符号の説明】
１、１’  正極
１ａ  気液分離シート
１ｂ  カーボン層
２、２’  負極
３    セパレータ
４    液体燃料
４ａ  水素ガスの気泡
４ｂ  蓄積された水素ガス
５    燃料タンク（液体燃料貯蔵部）
５ａ  仕切り板（仕切り部材）
６    気体保持部
６ａ  開口部
６ｂ  拡張した気体保持部
７    カバー板
８    空気孔
９    集電体
１０    燃料供給口
１０ａ  気液分離膜
１０’ａ  樹脂栓
１１    底面
１２ａ  気液分離膜
１２ｂ  気液分離孔
１３    ガス拡散電極
１４    Ｏリング
１５    固体電解質膜
１６    拡散層
１７    集電板
１８    水
１９    水位調整用タンク
１９ａ  仕切り板
２０    発電要素部
【図１】
2004207208.tif 000004
【図２】
2004207208.tif 000005
【図３】
2004207208.tif 000006
【図４】
2004207208.tif 000007
【図５】
2004207208.tif 000008
【図６】
2004207208.tif 000009
【図７】
2004207208.tif 000010
【図８】
2004207208.tif 000011
【図９】
2004207208.tif 000012
【図１０】
2004207208.tif 000013
【図１１】
2004207208.tif 000014
【図１２】
2004207208.tif 000015