(57)【要約】【課題】携帯形小型電子機器用電源やコンピューター用電源として使用できる液体燃料直接供給形燃料電池を得る。【解決手段】プロトン導電性の高分子電解質よりなる電解質１１を介して負極１２と正極１３とが配され、前記負極１２に液体燃料が供給され、前記正極１３に酸化剤ガスが供給されるように構成されたセル２０を備え、前記正極１３に酸化剤ガスを供給する構成として、空気中の酸素が取り入れられる開口２を設け、かつ前記開口２を覆ってフッ素樹脂を含む多孔性の撥水性膜４が設けられてなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトン導電性の高分子電解質よりなる電解質を介して負極と正極とが配され、前記負極に液体燃料が供給され、前記正極に酸化剤ガスが供給されるように構成されたセルを備えた液体燃料直接供給形燃料電池において、前記正極に酸化剤ガスを供給する構成は空気中の酸素が取り入れられる開口であって、かつ前記開口を覆ってフッ素樹脂を含む多孔性の撥水性膜が設けられていることを特徴とする液体燃料直接供給形燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の液体燃料直接供給形燃料電池において、空気の自然拡散または自然対流によって酸素が正極に供給される構成を備えたことを特徴とする液体燃料直接供給形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体燃料直接供給形燃料電池に関するもので、さらに詳しく言えば、携帯電話等の携帯形小型電子機器用電源、コンピューター等の小型コンシューマ用電源に適した液体燃料直接供給形燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題や資源問題への対策が重要になってきており、その対策のひとつとして、有機溶媒と水からなる液体燃料を直接供給して発電を行うことができる液体燃料直接供給形燃料電池の開発が活発に行われている。特に、液体燃料としてメタノール水溶液を用い、これを改質、ガス化せずに直接発電に利用する直接メタノール形燃料電池は、構造がシンプルで、小型化、軽量化が容易であることから、上記した用途に有望である。
【０００３】
上記した用途には、従来より、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池等の二次電池が使用されてきたが、これらの機器は電源を入れた状態で使用されることが多いため、上記した二次電池ではエネルギー密度が十分であるとは言えなかった。
【０００４】
このような背景下で、上記した用途に液体燃料直接供給形燃料電池を用いる試みが開始されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１５７６３号公報
【０００６】
上記した特許文献１には、このような小型機器用に適した燃料電池が開示されている。
【０００７】
上記した用途に燃料電池を用いた場合、その起電反応は、負極に液体燃料としての、濃度が３％程度のメタノール水溶液を供給し、正極に酸化剤ガスとしての空気を供給することによって進行し、負極側に二酸化炭素が生成し、正極側に水が生成して、外部に排出される。このような起電反応を進行させる機構として、空気を自然拡散または自然対流によって正極に供給する方法があり、ポンプ等を用いないために出力が得にくいといった短所がある反面、ポンプ等を駆動するための電力を必要としないために発電効率を高くすることができる、シンプルでコンパクトな構成ができる、ポンプ等を駆動する音がしない静かな発電機が得られる、といった長所があることから、上述した、携帯形小型電子機器用電源に最適なものとして注目されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した燃料電池では、起電反応の進行に伴って正極側に生成する水が漏出することがあり、この燃料電池を携帯形小型電子機器内に電源として組み込む場合には、このような水の漏出が機器の誤動作や故障の原因になることが懸念されており、このような問題を解決することが不可欠であった。
【０００９】
前述した特許文献１には、このような問題を解消するものとして、単位電池の連結部に、生成した水を吸収して放出する生成水吸収放出部を設け、この生成水吸収放出部を一括して外装材によってシールすることが開示されている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、請求項１記載の発明は、プロトン導電性の高分子電解質よりなる電解質を介して負極と正極とが配され、前記負極に液体燃料が供給され、前記正極に酸化剤ガスが供給されるように構成されたセルを備えた液体燃料直接供給形燃料電池において、前記正極に酸化剤ガスを供給する構成は空気中の酸素が取り入れられる開口であって、かつ前記開口を覆ってフッ素樹脂を含む多孔性の撥水性膜が設けられていることを特徴とし、請求項２記載の発明は、前記液体燃料直接供給形燃料電池において、空気の自然拡散または自然対流によって酸素が正極に供給される構成を備えたことを特徴とするものであり、これにより、燃料電池の起電反応時には、空気中の酸素が多孔性の撥水性膜を透過して開口から取り入れられ、起電反応の進行に伴って生成した生成水はこの膜の撥水作用によって外部に漏出することはない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、その実施の形態に基づいて説明する。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る液体燃料直接供給形燃料電池は、図３に示したセル２０からなる。すなわち、前記セル２０は、電解質１１の一方の面に負極１２の一方の面を、電解質１１の他方の面に正極１３の一方の面を設けてなり、かつ前記負極１２の他方の面に負極側セパレータ１４を設け、前記正極１３の他方の面に正極側セパレータ１５を設け、この負極側セパレータ１４と正極側セパレータ１５とで前記負極１２、電解質１１および正極１３を挟持してなる。そして、前記負極側セパレータ１４には、負極１２に接する面に液体燃料としてのメタノール水溶液を流す溝１４ａが形成され、前記正極側セパレータ１５には、酸化剤ガスとしての空気を自然拡散または自然対流によって導入するための開口２と該開口２に通じる溝１５ａが形成されている。
【００１３】
なお、図３に示したセル２０では、負極側セパレータ１４の溝１４ａと正極側セパレータ１５の溝１５ａとが表裏において方向が異なるように一体化して負極１２、電解質１１および正極１３とともに積層しているが、負極側セパレータ１４と正極側セパレータ１５とを表裏に溝１４ａと溝１５ａとを形成した１枚のセパレータにしてもよい。なお、前述した負極側セパレータ１４の溝１４ａと正極側セパレータ１５の溝１５ａとは表裏において方向が異なるように一体化しているが、これらは必ずしも方向が異ならなくてもよい。また、前記負極側セパレータ１４と正極側セパレータ１５は、これを介して隣接するセル間の導電性と気密性が確保できる材質がよく、具体的にはカーボン、カーボンと樹脂の複合材料、ステンレスなどの金属の表面にカーボンの被覆層を設けたものがよい。
【００１４】
そして、図１に示したように、このようなセル２０が収納容器１０に収納されてなり、前記収納容器１０に設けられた導入口１から前記溝１４ａを通ってメタノール水溶液が導入されて負極１２に供給され、前記開口２から前記溝を通って空気が正極１３に供給されるように構成されている。このように、メタノール水溶液が負極１２に供給され、空気が正極１３に供給されると、電解質１１を介した電気化学反応で外部に起電力が得られるとともに、反応に伴って負極１２側で生成した二酸化炭素は収納容器１０に設けられた排出口３から排出され、正極側で生成した水は前記開口２から排出されるものであるが、本発明は、図１に示した如く、前記開口２を覆ってフッ素樹脂を含む多孔性の撥水性膜４を設けている。
【００１５】
すなわち、このような撥水性膜４を設けることにより、空気は撥水性膜４を通って自然拡散または自然対流によって正極１３に導入することができ、生成した水は撥水性膜４の撥水作用によって液体成分は外部に漏出せずに水蒸気のみが外部に放出される。そして、液体成分は撥水性膜４の近傍の、空気の流通の妨げにならない場所に吸水シートや吸水カセットを設けておいて、これに集めるようにすればよい。
【００１６】
図２は、本発明の他の実施の形態に係る液体燃料直接供給形燃料電池を示しており、図１のものとの相違点は、電解質１１、負極１２および正極１３を重ね合わせた積層体（ＭＥＡ）を巻回して収納容器１０に収納したものである。
【００１７】
上記した各実施の形態の撥水性膜４は、前述したように、液体成分を通過させずに、水蒸気などの気体成分を通過させる性質のものであれば特に制限されずに適用できる。具体的には、フッ素樹脂を含んだ、多孔性のテフロン（登録商標）シートやゴアテックス（商品名）などがよく、その厚さは数百ミクロンから１ｍｍ程度、平均孔径は数百ミクロン程度のものが好ましい。また、前記撥水性膜４は、強度を高めるために支持材で挟持したり、支持材と一体化してもよい。このような撥水性膜４を使用することによって水蒸気、酸素などの気体は通過するものの、水などの液体は漏出することはない。また、このようなフッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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（ＰＦＡ）、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（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）などが使用できる。
【００１８】
また、上記した各実施の形態では、液体燃料にメタノール水溶液を用いた直接メタノール形燃料電池について説明したが、メタノール水溶液のみでなく、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ジメチルエーテル等の有機溶媒を用いた液体燃料直接供給形燃料電池にも応用することができる。
【００１９】
さらに、上記した各実施の形態では、空気を自然拡散または自然対流によって正極１３に導入するものであるが、小型のポンプやモーター等を用いて強制的に空気を正極１３に導入するものにも適用することができるほか、本発明の趣旨を逸脱しない、多様な実施の形態が考えられる。たとえば、図１、図２に示した実施の形態では、上下方向に開口２を設け、この開口２を覆ってフッ素樹脂を含む多孔性の撥水性膜４を設けているが、収納容器１０の側面や外周面に開口を設けて、該側面や外周面に撥水性膜を設けることもできる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、撥水性膜によって、生成水の漏出が防止でき、燃料電池を任意の方向で使用することが可能になり、特に、酸化剤ガスとしての空気を自然拡散または自然対流によって供給する液体燃料直接供給形燃料電池を、携帯電話等の携帯形小型電子機器用電源やコンピューター用電源として寄与するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る液体燃料直接供給形燃料電池の構造を示した図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る液体燃料直接供給形燃料電池の構造を示した図である。
【図３】本発明の液体燃料直接供給形燃料電池のセルを示した図である。
【符号の説明】
１    導入口
２    開口
３    排出口
４    撥水性膜
１０    収納容器
１１    電解質
１２    負極
１３    正極
１４    負極側セパレータ
１５    正極側セパレータ
２０    セル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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