(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜と；前記高分子電解質膜の両面に位置するアノード電極およびカソード電極と；前記アノード電極または前記カソード電極のうちの少なくとも一方の面に位置する電極基材と；を含む膜−電極接合体が複数積層されて、
前記膜−電極接合体を貫通して形成された酸化剤供給用通路および燃料供給用通路を含み、前記酸化剤供給用通路は両端が開放されていて、前記燃料供給用通路は片端が閉鎖されて、他端が開放されており、前記酸化剤供給用通路から前記酸化剤が前記アノード電極と前記カソード電極に供給され、前記燃料供給用通路から前記燃料が前記アノード電極と前記カソード電極に供給され、前記酸化剤と前記燃料が前記アノード電極と前記カソード電極で混合されることを特徴とする、燃料混合形燃料電池用スタック。
【請求項２】
前記酸化剤供給通路の酸化剤進行方向と垂直な断面の断面積は１〜２０ｃｍ２であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料混合形燃料電池用スタック。
【請求項３】
前記酸化剤供給通路の酸化剤進行方向と垂直な断面の断面積は１．５ｃｍ２〜３ｃｍ２であることを特徴とする、請求項２に記載の燃料混合形燃料電池用スタック。
【請求項４】
前記燃料供給通路の燃料進行方向と垂直な断面の断面積は１ｃｍ２〜５ｃｍ２であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料混合形燃料電池用スタック。
【請求項５】
前記燃料供給通路の燃料進行方向と垂直な断面の断面積は１ｃｍ２〜２ｃｍ２であることを特徴とする、請求項４に記載の燃料混合形燃料電池用スタック。
【請求項６】
前記燃料供給通路の体積は、前記膜−電極接合体全体の体積の１０％〜２０％を占めることを特徴とする、請求項１に記載の燃料混合形燃料電池用スタック。
【請求項７】
高分子電解質膜と；前記高分子電解質膜の両面に位置するアノード電極およびカソード電極と；前記アノード電極または前記カソード電極のうちの少なくとも一面に位置する電極基材と；を含む膜−電極接合体が複数積層されて、
前記膜−電極接合体を貫通して形成された酸化剤供給用通路および燃料供給用通路を含み、前記酸化剤供給用通路は両端が開放されていて、前記燃料供給用通路は片端が閉鎖されて、他端が開放されており、前記酸化剤供給用通路から前記酸化剤が前記アノード電極と前記カソード電極に供給され、前記燃料供給用通路から前記燃料が前記アノード電極と前記カソード電極に供給され、前記酸化剤と前記燃料が前記アノード電極と前記カソード電極で混合されるスタックと；
燃料を前記スタックの前記燃料供給用通路の開口部に供給する燃料供給部と；
を含むことを特徴とする、燃料混合形燃料電池システム。
【請求項８】
前記酸化剤供給通路の酸化剤進行方向と垂直な断面の断面積は１〜２０ｃｍ２であることを特徴とする、請求項７に記載の燃料混合形燃料電池システム。
【請求項９】
前記酸化剤供給通路の酸化剤進行方向と垂直な断面の断面積は１．５ｃｍ２〜３ｃｍ２であることを特徴とする、請求項８に記載の燃料混合形燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料供給通路の燃料進行方向と垂直な断面の断面積は１ｃｍ２〜５ｃｍ２であることを特徴とする、請求項７に記載の燃料混合形燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料供給通路の燃料進行方向と垂直な断面の断面積は１ｃｍ２〜２ｃｍ２であることを特徴とする、請求項１０に記載の燃料混合形燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料供給通路の体積は、前記膜−電極接合体全体体積の１０％〜２０％を占めることを特徴とする、請求項７に記載の燃料混合形燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料混合形燃料電池システムは、前記燃料供給部から燃料を前記スタックに供給するための流路であって、前記流路内にガラス繊維を含む燃料吸入部をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の燃料混合形燃料電池システム。
【請求項１４】
前記燃料混合形燃料電池システムは、直接酸化形燃料電池であることを特徴とする、請求項７に記載の燃料混合形燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料混合形燃料電池用スタックおよびこれを含む燃料混合形燃料電池システムに係り、より詳しくは、燃料および酸化剤の供給が円滑になって電池効率を向上させることができる燃料混合形燃料電池用スタックおよびこれを含む燃料混合形燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池はメタノール、エタノール、天然ガスのような炭化水素系列（本願ではアルコールも含む）の物質内に含まれている水素を酸化剤と反応させる時の化学反応エネルギーを直接電気エネルギーに変換させる発電システムである。
【０００３】
燃料電池の代表的な例としては、高分子電解質形燃料電池、直接酸化形燃料電池を挙げられる。上記直接酸化形燃料電池で燃料としてメタノールを使用する場合は直接メタノール燃料電池という。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に高分子電解質形燃料電池は、エネルギー密度が大きくて、出力が高いという長所を持っているが、水素ガスの取り扱いに注意を要し、燃料ガスである水素を生産するためにメタンやメタノールおよび天然ガスなどを改質するための燃料改質装置などの付帯設備を必要とする問題がある。
【０００５】
これに反して直接酸化形燃料電池は、反応速度が遅くて、高分子電解質形に比べてエネルギー密度が低く、出力が低くて、多量の電極触媒を使わなければならないが、液体状態である燃料の取り扱いが容易であり、運転温度が低くて、特に燃料改質装置が不要であるという長所がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、燃料および酸化剤の拡散が円滑になって燃料電池の性能を向上させることができる、新規かつ改良された燃料混合形燃料電池用スタックおよび燃料混合形燃料電池用スタックを含む燃料混合形燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、高分子電解質膜と；高分子電解質膜の両面に位置するアノード電極およびカソード電極と；アノード電極またはカソード電極のうちの少なくとも一方の面に位置する電極基材と；を含む膜−電極接合体が一つ以上積層されて、膜−電極接合体を貫通して形成された酸化剤供給用通路および燃料供給用通路を含み、酸化剤供給用通路は両端が開放されていて、燃料供給用通路は片端が開放されており、他端が閉鎖されていることを特徴とする、燃料混合形燃料電池用スタックが提供される。
【０００８】
酸化剤供給通路の酸化剤進行方向と垂直な断面の断面積は１〜２０ｃｍ２であってもよく、酸化剤供給通路の酸化剤進行方向と垂直な断面の断面積は１．５ｃｍ２〜３ｃｍ２であってもよい。
【０００９】
燃料供給通路の燃料進行方向と垂直な断面の断面積は１ｃｍ２〜５ｃｍ２であってもよく、燃料供給通路の燃料進行方向と垂直な断面の断面積は１ｃｍ２〜２ｃｍ２であってもよい。
【００１０】
燃料供給通路の体積は、膜−電極接合体全体の体積の１０％〜２０％を占めていてもよい。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、高分子電解質膜と；高分子電解質膜の両面に位置するアノード電極およびカソード電極と；アノード電極またはカソード電極のうちの少なくとも一面に位置する電極基材と；を含む膜−電極接合体が一つ以上積層されて、膜−電極接合体を貫通して形成された酸化剤供給用通路および燃料供給用通路を含み、酸化剤供給用通路は両端が開放されていて、燃料供給用通路は片端が閉鎖されており、他端が開放されて燃料が供給される開口部であるスタックと；燃料をスタックの開口部に供給する燃料供給部と；を含むことを特徴とする、燃料混合形燃料電池システムが提供される。
【００１２】
酸化剤供給通路の酸化剤進行方向と垂直な断面の断面積は１〜２０ｃｍ２であってもよく、酸化剤供給通路の酸化剤進行方向と垂直な断面の断面積は１．５ｃｍ２〜３ｃｍ２であってもよい。
【００１３】
燃料供給通路の燃料進行方向と垂直な断面の断面積は１ｃｍ２〜５ｃｍ２であってもよく、燃料供給通路の燃料進行方向と垂直な断面の断面積は１ｃｍ２〜２ｃｍ２であってもよい。
【００１４】
燃料供給通路の体積は、膜−電極接合体全体の体積の１０％〜２０％を占めていてもよい。
【００１５】
燃料混合形燃料電池システムは、燃料供給部から燃料をスタックに供給するための燃料吸入部をさらに含んでいてもよい。
【００１６】
燃料混合形燃料電池システムは、直接酸化形燃料電池であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、燃料および酸化剤の供給が円滑になって電池効率を向上させることができる。特に、ポンプ無しに燃料および酸化剤を供給できるように構成されていて、燃料電池の小型化、軽量化に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１９】
本発明は、燃料混合形燃料電池用スタックに関するものである。特に、本発明はポンプを使わずに酸化剤を供給するパッシブタイプ（またはａｉｒｂｒｅａｔｈｉｎｇ  ｔｙｐｅという。）の燃料電池に適用されるスタックに関するものである。このようなパッシブタイプは、炭化水素燃料を使用する直接酸化形に適するので、本発明のスタックはパッシブタイプの直接酸化形−燃料混合形燃料電池に適している。
【００２０】
本発明の燃料混合形燃料電池とは、燃料および酸化剤をアノード電極およびカソード電極全てに供給するが、アノード電極には燃料の酸化反応にだけ選択的に作用する触媒を、カソード電極には酸化剤の還元反応にだけ選択的に作用する触媒を使うことによって、アノード電極では燃料の酸化反応だけが、カソード電極では酸化剤の還元反応だけが起こる構造になっている。
【００２１】
このような本発明の燃料混合形燃料電池の構造は、従来の混合注入形燃料電池と同一であるが、本発明では燃料および酸化剤を混合して注入する方式ではなくて、燃料と酸化剤を互いに交差する方向に注入して、スタック内で互いに混合される方式を用いたものである。
【００２２】
つまり、本発明の燃料混合形燃料電池は従来の一般的な燃料電池における、膜−電極接合体の間を隔離してセパレータの役割を担当した二極式プレートが不要であり、燃料のクロスオーバーを考慮する必要がなく、燃料電池のコストを大幅節減でき、燃料電池の小型化にも寄与できる混合注入形燃料電池の長所を用いたことである。また本発明では燃料および酸化剤を混合して注入する混合注入形燃料電池の場合の燃料および空気供給の問題を、酸化剤供給通路を形成することで解決できた。
【００２３】
このような燃料混合形燃料電池において、一般的な燃料電池で燃料および酸化剤を供給する二極式プレートをなくすことによって、燃料および酸化剤を供給する新たな方法の適用が必要である。
【００２４】
本発明の燃料混合形燃料電池用スタックは高分子電解質膜、この高分子電解質膜の両面に位置するアノード電極およびカソード電極を含み、このアノード電極またはカソード電極のうちの少なくとも一方の面に位置する電極基材を含む膜−電極接合体が一つ以上積層されており、また酸化剤供給用通路および燃料供給用通路を含む。
【００２５】
本発明では、高分子電解質膜、アノード電極、カソード電極および電極基材は多孔性であることが、燃料の伝達と、酸化剤供給用通路を通して供給された酸化剤の拡散のために望ましい。
【００２６】
酸化剤供給用通路は、一つ以上の膜−電極接合体を貫通して両端が開放されていて、前記燃料供給用通路は片端が開放されており、他端が閉鎖されている。酸化剤供給用通路と燃料供給用通路は通路が列内で交互に形成されてもよく、酸化剤供給用通路および燃料供給用通路が隊列に形成され、その列の数が同一の値または２列と１列というように他の値を用いて形成されてもよい。最も好ましい例は、酸化剤供給用通路と燃料供給用通路が１列ずつ交互に形成されているものである。
【００２７】
酸化剤は開放されている酸化剤供給通路の両端部を通して、容易に膜−電極接合体内部に流入した後に、多孔性の電極、高分子電解質膜および電極基材の気孔を通して膜−電極接合体全体に拡散する。酸化剤は酸化剤供給通路を通して、スタック内部に供給された後に、気孔を通してスタック全体に拡散するので、物質伝達抵抗を大幅に減らして酸化剤の供給および拡散を円滑にすることができる。
【００２８】
このように、開放されている酸化剤供給通路の両端を空気中に露出させるので、酸化剤をポンプを用いずに気圧によってスタックに供給される。
【００２９】
酸化剤供給用通路の酸化剤進行方向と垂直な断面の断面積は１ｃｍ２〜２０ｃｍ２であることが好ましく、１．５ｃｍ２〜３ｃｍ２であることがさらに望ましい。
【００３０】
断面積が２０ｃｍ２を超える場合には、スタックで酸化剤供給用通路が占める体積に対する酸化剤供給用通路の外部面積の比が小さくなって燃料の供給効率が落ち、断面積が１ｃｍ２未満の場合には、酸化剤供給用通路に酸化剤を容易に供給できない問題がある。
【００３１】
燃料供給通路は、一つ以上の膜−電極接合体を貫通して、片端は開放されて他端は閉鎖されるように形成される。燃料は開放されている燃料供給通路の一端を通して、容易にスタック内部に流入した後に、多孔性のアノード電極、カソード電極、高分子電解質膜および電極基材の気孔を通して膜−電極接合体全体に拡散する。このように、燃料は燃料供給通路を通して、スタック内部に供給された後に、気孔を通してスタック全体に拡散するので、物質伝達抵抗を大幅に減らして燃料の供給および拡散を円滑にすることができる。
【００３２】
燃料供給通路の一端は、遮断材によって閉鎖されており、この遮断材は燃料が気孔の反対側端を通して損失されることを防止し、スタックで使用されるほど供給されるようにする役割を果たす。遮断材としては、アクリル樹脂またはテフロン（登録商標）などを使用することができる。また遮断材は、一つ以上の膜−電極接合体が積層されたスタックの一面で燃料供給通路部分にだけ位置してもよく、またスタックの一面に酸化剤供給通路の部分だけを除外して全体的に位置してもよい。
【００３３】
燃料供給通路の一端を燃料タンクと連結させて、ポンプを用いることなく、重力または毛細管現象によって、燃料がスタックに供給されるようにする。
【００３４】
燃料供給用通路の燃料進行方向と垂直な断面の断面積は１ｃｍ２〜５ｃｍ２であることが好ましく、１ｃｍ２〜２ｃｍ２であることがさらに望ましい。断面積が５ｃｍ２を超える場合には、スタックで燃料供給用通路が占める体積に対する燃料供給用通路の外部面積の比が小さくなってスタックの性能が落ち、断面積が１ｃｍ２未満の場合には、燃料供給用通路に燃料を容易に供給することができない問題がある。
【００３５】
燃料通路の体積は、スタック全体の体積の１０％〜２０％を占めることが望ましい。燃料供給通路の体積がスタック全体の体積の２０％を超える場合は、スタックで電池触媒反応が起こる面積が縮小する問題があって、燃料供給通路の体積がスタック全体の体積の１０％未満の場合は燃料供給が円滑に行われない問題がある。
【００３６】
このような本実施形態にかかる酸化剤供給通路および燃料供給通路は、一つ以上の膜−電極接合体を積層した後に、最外郭に位置する膜−電極接合体の一面に遮断材を位置させた後、パンチングする方法で形成することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。但し、パンチング時燃料供給通路の一面は、遮断材で閉鎖されていなければならないので完全開放されないようにしなければならない。
【００３７】
本発明の燃料混合形燃料電池用スタックは、ポンプなしでも燃料および酸化剤をスタック内部に供給できる構造になっていて、小型、軽量の燃料電池に効率的に活用できる。
【００３８】
アノード触媒層には、燃料の酸化反応にだけ選択的に作用できる触媒が使用されるが、白金−ルテニウム合金触媒を用いることが最も望ましい。ただし、本発明の触媒は白金−ルテニウム合金触に限定されるものではない。
【００３９】
カソード触媒層には、酸化剤の還元反応に対する選択性を有する触媒であれば、制限なく使用できる。そのうちの、鉄−テトラフェニルポルフィリン（Ｆｅ−ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌｐｏｒｐｈｙｒｉｎ；Ｆｅ−ＴＰＰ）、コバルト−テトラフェニルポルフィリン（Ｃｏ−ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌｐｏｒｐｈｙｒｉｎ；Ｃｏ−ＴＰＰ）、鉄−テトラメトキシフェニルポルフィリン（Ｆｅ−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｏｘｙｐｈｅｎｙｌｐｏｒｐｈｙｒｉｎ；Ｆｅ−ＴＭＰＰ）、コバルト−テトラメトキシフェニルポルフィリン（Ｃｏ−ｔｅｔｒａｍｅｔｈｏｘｙｐｈｅｎｙｌｐｏｒｐｈｙｒｉｎ；Ｃｏ−ＴＭＰＰ）、鉄−フタロシアニン（Ｆｅ−ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ；Ｆｅ−ＰＣ）、コバルト−フタロシアニン（Ｃｏ−ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ；Ｃｏ−ＰＣ）、Ｒｕ−Ｓ、Ｒｕ−Ｓｅ、Ｒｕ−Ｍｏ−Ｓ、Ｒｕ−Ｍｏ−Ｓｅ、Ｒｕ−Ｗ−ＳおよびＲｕ−Ｗ−Ｓｅからなる群より選択される触媒は、酸化剤の還元反応に対する高い活性と選択性を持つので使用が有利である。
【００４０】
特に、鉄−テトラフェニルポルフィリン、コバルト−テトラフェニルポルフィリン、鉄−テトラメトキシフェニルポルフィリン、コバルト−テトラメトキシフェニルポルフィリン、鉄−フタロシアニンおよびコバルト−フタロシアニンは、熱処理することによってさらに優れた効果を示すことができる。
【００４１】
アノード触媒層およびカソード触媒層に含まれる触媒は、触媒自体で（担体に担持せずに）用いてもよく、担体に担持させて使ってもよい。この担体としては、例えばアセチレンブラック、デンカブラック、活性炭素、ケッチェンブラック、黒鉛のような炭素を用いてもよく、また例えばアルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニアなどの無機物微粒子を用いてもよいが、炭素を用いることが最も望ましい。
【００４２】
カソードおよびアノード触媒層にはバインダーが含まれるが、このバインダーとしては一般に燃料電池の触媒層でバインダーとして使われる物質はどんなものでも用いることができ、その代表的な例として、例えばポリテトラフルオロエチレン、フッ化ポリビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、セルロースアセテート、ポリ（パーフルオロスルホン酸）等がある。
【００４３】
高分子電解質膜には、アノード触媒層で生成された水素イオンをカソード触媒層に移動させるイオン交換の機能を持ち、水素イオン伝導性に優れた高分子を使うことができる。
【００４４】
高分子の代表的な例としては、側鎖にスルホン酸基、カルボキシル酸基、燐酸基、ホスホン酸基およびこれらの誘導体からなる群より選択される陽イオン交換基を有する高分子樹脂を挙げることができる。
【００４５】
高分子樹脂の代表的な例としては、フッ素系高分子、ベンズイミダゾール系高分子、ポリイミド系高分子、ポリエーテルイミド系高分子、ポリフェニレンスルフィド系高分子、ポリスルホン系高分子、ポリエーテルスルホン系高分子、ポリエーテルケトン系高分子、ポリエーテル−エーテルケトン系高分子またはポリフェニルキノキサリン系高分子の群から選択される１種以上を含むことができ、さらに好ましくはポリ（パーフルオロスルホン酸）、ポリ（パーフルオロカルボン酸）、スルホン酸基を含むテトラフルオロエチレンとフルオロビニルエーテルの共重合体、脱フッ素化された硫化ポリエーテルケトン、アリールケトン、ポリ（２、２´−ｍ−フェニレン）−５、５´−ビベンズイミダゾール（ｐｏｌｙ（２、２´−（ｍ−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ）−５、５´−ｂｉｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）またはポリ（２、５−ベンズイミダゾール）のうちの選択される１種以上を挙げることができる。一般に高分子電解質膜は、１０μｍ〜２００μｍの厚さを有する。ただし、燃料混合形燃料電池では燃料のクロスオーバーが問題にならないので、水素イオン伝導性を高めるために高分子電解質膜の厚さを１０μｍ〜１００μｍにすることがさらに望ましい。
【００４６】
電極基材は、触媒層を支持する役割を果たしながら、触媒層で燃料および酸化剤を拡散させて、触媒層で燃料および酸化剤が簡単に接近できるようにする役割を果たす。
【００４７】
電極基材としては、例えば炭素紙、炭素布、炭素フェルトまたは金属布（高分子繊維として形成された布の表面に金属フィルムが形成されたもの（ｍｅｔａｌｉｚｅｄ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｆｉｂｅｒ）又は繊維状態の金属布で構成された多孔性のフィルム）を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００４８】
図１は、本発明の一実施形態による燃料混合形燃料電池用スタックを概略的に示す斜視図である。
【００４９】
スタック１０は、高分子電解質膜１５、この高分子電解質膜１５の両面に位置するアノード電極１３およびカソード電極１７を含み、また、アノード電極１３に位置する電極基材１１を含む膜−電極接合体が一つ以上積層されて形成される。
【００５０】
スタック１０には、積層された電極１１、アノード電極１３、高分子電解質膜１５およびカソード電極１７を貫通して、両端が開放された酸化剤供給通路（１０ａ）と、積層された電極基材１１、アノード電極１３、高分子電解質膜１５およびカソード電極１７を貫通して、一端が開放された燃料供給通路（１０ｂ）が形成される。燃料供給通路（１０ｂ）の一端は遮断材（図示せず）で閉鎖されている。酸化剤は、酸化剤供給通路（１０ａ）の開放された両端を通して、スタック１０内部に供給されて酸化剤供給通路（１０ａ）と接している気孔を通して、スタック１０の全領域に拡散される。また、燃料は燃料供給通路（１０ｂ）と連結された終端を通して、スタック１０内部に供給されて燃料供給通路（１０ｂ）と接している気孔を通して、スタック１０の全領域に拡散されながら、アノード電極およびカソード電極１３、１７に供給される。
【００５１】
アノード電極１３およびカソード電極１７には燃料および酸化剤が全て伝達されるが、アノード電極１３には燃料の酸化反応に選択性を有する触媒が含まれるので燃料の酸化反応だけが起こり、カソード電極１７には酸化剤の還元反応に選択性を有する触媒が含まれるので酸化剤の還元反応だけが起こる。燃料の酸化反応を通して発生した水素イオンは、高分子電解質膜１５を通じて、アノード電極１３でカソード電極１７に移動して、隣接した膜−電極接合体のアノード電極から伝達された電子および酸化剤と反応して、水を生成しながら電気を発生するようになる。
【００５２】
本発明はまた、燃料混合形燃料電池システムを提供するが、本発明の燃料混合形燃料電池システムは上記本発明のスタックおよび燃料供給部を含む。
【００５３】
上記燃料供給部は燃料を貯蔵し、貯蔵された燃料をスタックに供給する所で燃料タンクを含み、スタックへの燃料供給がさらに活発に行われるようにするために燃料吸入部をさらに含むことができる。上記燃料吸入部は燃料タンクの燃料を吸収して、スタックに供給する機能をすることであり、ガラス繊維が用いることができ、その他にも燃料に対して化学的に安定な物質をどのようなものでも用いることができる。
【００５４】
本発明の燃料混合形燃料電池システムは、液状の炭化水素燃料を使用する直接酸化形燃料電池に好適に用いることができ、直接酸化形燃料電池のうちの直接メタノール燃料電池にさらに好適に用いることができる。炭化水素燃料としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールまたは天然ガスなどがある。
【００５５】
図２は、本発明の一実施形態による燃料混合形燃料電池システムの概略的な構造を示した説明図である。図２を参照してさらに詳細に説明すれば次の通りである。
【００５６】
本発明の一実施形態にかかる燃料混合形燃料電池システムは、スタック１０と燃料をスタック１０に供給する燃料供給部２０を含んで構成される。
【００５７】
燃料を供給する燃料供給部２０は、燃料を貯蔵する燃料タンク２１を含み、燃料タンク２１に連結して設けられる燃料吸入部２２を備える。燃料タンク２１の燃料は、重力によってスタック１０に供給されて、燃料吸入部２２は燃料タンク２１から燃料をさらに円滑にスタック１０に供給するために備えられることであり、選択的に本発明の燃料混合形燃料電池システムに備えられる。燃料吸入部２２は、ガラス繊維のような燃料吸入材を含んで、燃料タンク２１に貯蔵された燃料をスタック１０に伝達するようになる。
【００５８】
酸化剤は、別途の酸化剤保存タンクやポンプを用いずに酸化剤供給通路（１０ａ）を空気中に露出させて、空気が流入できるようにする。
【００５９】
スタック１０に流入した燃料および酸化剤は、燃料供給通路（１０ｂ）および酸化剤供給通路（１０ａ）を通じて、スタック１０の内部に供給され、カソード電極およびアノード電極並びに高分子電解質膜および電極基材の気孔を通して、スタック１０の全領域で拡散しながら、アノード電極で起こる燃料の酸化反応と、カソード電極で起こる酸化剤の還元反応を通して電気を発生するようになる。
【００６０】
また、図２に示すように、燃料供給通路の片端は閉鎖されており、燃料供給通路の他端は開放されて、燃料吸入部２２を通じて燃料タンク２１に連結されており、燃料が供給される開口部に存在するようになる。
【００６１】
以下、本発明の望ましい実施形態および比較例を記載する。しかしながら、下記の実施形態は本発明の望ましい一実施形態であるだけであって、本発明が下記の実施形態に限定されるものではない。
【００６２】
（第１の実施形態）
アルゴンガス雰囲気で７５０℃の温度で４時間の間熱処理した鉄−テトラフェニルポルフィリン０．３４ｇ、５重量％ポリパーフルオロスルホネートバインダー２．０８ｇおよびイソプロピルアルコールと水の混合溶媒（混合比９：１）７．４ｍｌを混合して、触媒スラリーを製造した。この触媒スラリーを炭素紙電極基材に塗布して、電極基材にカソード電極を形成した。
【００６３】
白金−ルテニウムブラック０．３４ｇ、ポリパーフルオロスルホネートバインダー２．０８ｇおよびイソプロピルアルコールと水の混合溶媒（混合比９：１）７．４ｍｌを混合して触媒スラリーを製造した。この触媒スラリーを炭素紙電極基材に塗布して、電極基材にアノード電極を形成した。
【００６４】
電極基材にそれぞれ形成されたアノード電極とカソード電極をナフィオン（パーフルオロスルホン酸のDuPont社商品名）高分子電解質膜上にそれぞれ位置させた後、１２５℃で２００ｋｇｆ/ｃｍ２の圧力で３分間熱圧着して、膜−電極接合体を製造して単位セルにした。製造された単位セルにパンチングする方法で２ｃｍ２の断面積を有する酸化剤供給通路および１ｃｍ２の断面積を有する燃料供給通路をそれぞれ形成して、膜−電極接合体を製造した。
【００６５】
上記のように製造された膜−電極接合体を積層してスタックを製造して、酸化剤供給通路の両端は開放させて、燃料供給通路の片端は燃料タンクに連結させて、他端はテフロン（登録商標）遮断材で閉鎖させた。
【００６６】
スタックを用いた燃料電池システムは同じ出力の既存システムに比べて、体積がはるかに小さくなる利点がある。
【００６７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態による燃料混合形燃料電池用スタックの概略的断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による燃料混合形燃料電池システムの概略的な構造を示した図面である。
【符号の説明】
【００６９】
１０    スタック
１０ａ  酸化剤供給通路
１０ｂ  燃料供給通路
１１    電極基材
１３    アノード電極
１５    高分子電解質膜
１７    カソード電極
【図１】
0004644688.tif 000002
【図２】
0004644688.tif 000003