(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料が液体であることによる設計上の制約を緩めること。例えば燃料耐性が必ずしも高くない機構を保護すること。安全性を向上させること。例えば外郭破損時の燃料による周囲の汚染を低減すること。【解決手段】燃料電池１−５の燃料備蓄装置１−１であって、ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相１−４を備えて、上記燃料相が高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、上記高分子が燃料と互いに緩やかに結合することで燃料に対して親和性を有する高分子である燃料電池の燃料備蓄装置。【選択図】図１
2005190975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が燃料と互いに緩やかに結合することで
燃料に対して親和性を有する高分子である
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
【請求項２】
燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が燃料と互いに緩やかに結合する官能基を備える
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
【請求項３】
燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が網目状の分子構造であり網目構造の内部に燃料分子を閉じ込める
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
【請求項４】
燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が分子間力または水素結合によって燃料と互いに緩やかに結合する
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
【請求項５】
燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が燃料と互いに緩やかに結合することでマイクロカプセルを構成する
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
【請求項６】
燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子吸収剤または増粘剤と単体では液体の燃料とからなる燃料相である
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
高分子が、吸収剤、増粘剤、ゾル化剤、ジェル化剤、カルボキシル基を備えた高分子、スルホン基を備えた高分子、塩化ストロンチウムと酢酸カルシウムとの反応生成物、塩化カルシウムとアルギン酸との反応性生物、ないしポリアクリル酸であることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
燃料がメタノール、エタノールその他のアルコール、
ハイドロカーボン、ボロハロイド、ヒドラジンないしアンモニア水溶液、
であることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
自らと互いに接触する隣接相を備えて、
上記隣接相の燃料親和性と上記燃料相の燃料親和性とが
互いに異なることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
発電停止時に燃料相と隣接相とを引き離す機構を
備えていることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
燃料相に水を導入する手段を備えていることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
発電停止時に水の導入を抑制することを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
燃料相が複数のセルから構成されることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は例えばメタノールなどの自ら単体では液体の燃料を利用した燃料電池の燃料備蓄装置に関わる。例えばメタノール型燃料電池の燃料タンクや燃料カートリッジに関わる。
【背景技術】
【０００２】携帯電子機器などでの長時間駆動要求や多機能化要求を受けて高能力の電力供給源が求められている。このような中で液体燃料を電池活物質とした燃料電池が注目されている。例えばダイレクトメタノール方式の燃料電池が注目されている。【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３３１８７９
【特許文献２】特開２００３−２０３６６８
【特許文献３】特開２００３−１０９６３３
【特許文献４】特公平８−２１３９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】本発明が解決しようとする問題点は、以下である。【０００５】まず燃料が液体であると、燃料タンクなどが破損した際に周囲が広範に汚染される恐れがあるという問題があった。【０００６】また特に携帯電子機器は天地を逆さにして利用されることがある。そのため流動する液体燃料を用いる場合には発電部に天地無用で燃料を安定して供給する機構が別途必要となるという問題があった。【０００７】さらに沸点の低い燃料を利用すると燃料が揮発し、燃料詰め替え時などに外部へ燃料が容易に漏れるという問題があった。【０００８】従来の燃料電池には、燃料への耐性を必ずしも高くはできない機構が存在するという問題があった。あるいは燃料への耐性を追加すると必須の能力が低下するという問題があった。例えばダイレクトメタノール方式の燃料電池において、触媒や電解質は必ずしも高濃度メタノールへの耐性を備えてはいない。すなわち触媒は高濃度メタノールの環境下では発生する一酸化炭素などの中間生成物によって被毒する恐れがある。また一部の電解質は水素イオンの伝播能力を高めると不用のメタノールも伝播してしまうというトレードオフを抱えている。【０００９】そこで耐性が低い機構を保護するため、低濃度のメタノールを利用するという対応が取られることがあった。しかしながら燃料の濃度を下げると燃料タンクの体積が増大してしまうという問題があった。【００１０】あるいは、耐性が低い機構を保護するため、固体多孔質を介在させるという対応が取られていた。すなわち多孔質の毛細管現象を利用して徐々に燃料を供給していた。しかしながらこれらの対応では多孔質の熱膨張率と周囲の材質との熱膨張率の違いから温度変化が繰り返し加えられると多孔質が劣化するという問題があった。また振動や衝撃によって多孔質が周囲の材質から剥離しやすいという問題があった。さらに固体多孔質は容易には変形しないため、特に燃料タンクの容積への制約が大きい携帯電子機器への実装において障害になるという問題があった。
【発明を解決するための手段】
【００１１】本発明は、燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が燃料と互いに緩やかに結合することで
燃料に対して親和性を有する高分子である
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記課題を解決するものである。
【００１２】ここで燃料電池としては、固形高分子電解質を内蔵して、自らが携帯電子機器に搭載される燃料電池を主として例示するが、本発明にかかる燃料電池はそれに留まらない。酸やアルカリを利用した電解質やカーボンナノ構造体を組み込んだ電解質を内蔵した燃料電池も含まれる。また、家屋などに固定されるバックアップ電源用途の燃料電池も含まれる。燃料備蓄装置とは、燃料電池と一体化された構造でもよく、また取り外しや取り付けが可能な構造でもよい。すなわち、燃料電池に組み込まれた燃料タンクや取り外し可能な燃料カートリッジのいずれでも良い。
【００１３】単体で液体の燃料とは、例えば燃料電池の動作補償温度範囲や保存温度範囲で液体となり得る燃料である。具体的には、メタノール、エタノールなどのアルコールがある。また、ボロハロイド、ヒドラジン、ないしアンモニア水溶液あるいはハイドロカーボンなどアルコール以外の液体燃料も含まれる。
【００１４】燃料相への燃料は発電前に予め注入されているとしても良い。また発電中に追注入されるとしても良い。
【００１５】ゾル化、ゲル化ないし固形化とは広くコロイド化などを含む。燃料と高分子のほかに、水など他の成分が介在する場合も含まれる。
【００１６】高分子と燃料との互いの緩やかな結合とは、高分子と燃料分子との分子間で相互に引きつけ合う結合などを示す。例えば水素結合や分子間力などによる結合が含まれる。また高分子の分子構造内部に燃料が取りこまれる場合も含まれる。例えば、高分子が燃料全体を取り囲むカプセルによる結合や、高分子と燃料が互いに絡まり合う結合も含まれる。さらにまた高分子が網目構造などを構成し、その分子構造内部に燃料分子が取りこまれる結合なども含まれる。
【００１７】また本発明は、燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が燃料と互いに緩やかに結合する官能基を備える
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記問題を解決するものである。
【００１８】ここで燃料と互いに緩やかに結合する官能基とは、分子間力や水素結合力などで燃料と結合する官能基を含む。燃料と水とが適当な割合で混合された場合に、親水性の官能基によって水が高分子と結合し、さらにその水と燃料とが結合する形態も含まれる。カルボキシル基やスルホン基などのイオン結合力を備えた官能基を含む。
【００１９】また本発明は、燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が網目状の分子構造であり網目構造の内部に燃料分子を閉じ込める
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記問題を解決するものである。
【００２０】ここで高分子が網目状の分子構造であり網目構造の内部に燃料分子を閉じ込めることとは、塩化ストロンチウムと酢酸カルシウムとの反応生成物などによってアルコールを閉じ込めることなどを含む。すなわち市販の固形アルコールを構成する高分子と燃料との結合を含む。また市販の廃油処理剤のように側鎖に燃料分子を閉じ込める結合を含む。
【００２１】また本発明は、燃料電池の燃料備蓄装置であって、
燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が分子間力または水素結合によって燃料と互いに緩やかに結合する
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記問題を解決するものである。
【００２２】上記の高分子は、燃料と反応する官能基や側鎖を備える高分子を含む。また立体網目状の高分子を含む。
【００２３】また本発明は、燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子と単体では液体の燃料とからなる燃料相であって、
上記高分子が燃料と互いに緩やかに結合することでマイクロカプセルを構成する
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記問題を解決するものである。
【００２４】ここでマイクロカプセルとは、アルギン酸と塩化カルシウムとの反応生成物で燃料を被覆するような構造を含む。また燃料と互いに交じり合わない媒質に燃料を分散させて媒質液と燃料との界面で界面重縮合によって高分子薄膜を作る構造も含む。
【００２５】また本発明は、燃料電池の燃料備蓄装置であって、
ゲル化、ゾル化ないし固形化した燃料相を備えて、
上記燃料相が
高分子吸収剤または増粘剤と単体では液体の燃料とからなる燃料相である
ことを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記問題を解決するものである。
【００２６】ここで増粘剤とはポリアクリル酸などを含む。また高分子吸収剤とは生理用品やオムツなどに含まれる高分子を適宜加工したものを含む。
【００２７】また本発明は、上記に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
高分子が、吸収剤、増粘剤、ゾル化剤、ジェル化剤、カルボキシル基を備えた高分子、スルホン基を備えた高分子、塩化ストロンチウムと酢酸カルシウムとの反応生成物、塩化カルシウムとアルギン酸との反応性生物、ないしポリアクリル酸であることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記問題を解決するものである。
【００２８】また本発明は、上記に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
燃料がメタノール、エタノールその他のアルコール、
ハイドロカーボン、ボロハロイド、ヒドラジンないしアンモニア水溶液
であることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記課題を解決するものである。
【００２９】また本発明は、上記に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
自らと互いに接触する隣接相を備えて、
上記隣接相の燃料親和性と上記燃料相の燃料親和性とが
互いに異なることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記課題を解決するものである。
【００３０】ここで隣接相とは、発電を行う発電相を含む。あるいは発電相と燃料相との間に中間相がある場合はその中間相を含む。例えば、発電相と燃料相との間にバルブ、ポンプ、燃料改質を行う改質器、ないしカラムなどの機構がある場合は、これらの機構内に配置される相を含む。すなわち、これらの機構内に配置される空気相、ガラスビーズ相、ないしその他の燃料誘導材質などによって構成される燃料誘導相を含む。
【００３１】また本発明は、上記に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
発電停止時に燃料相と隣接相とを引き離す機構を
備えていることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記課題を解決するものである。
【００３２】燃料相と隣接相とを引き離す機構は、電動アクチュエータを利用するものを含む。またフィードバック制御などの電子回路が不用な機構を含む。
【００３３】また本発明は、上記に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
燃料相に水を導入する手段を備えていることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記課題を解決するものである。
【００３４】また本発明は、上記に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
発電停止時に水の導入を抑制することを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記課題を解決するものである。
【００３５】水を導入する機構及び導入を抑制する機構は、ポンプやバルブを利用しても良く、また単なるカラムを利用しても良い。
【００３６】また本発明は、上記に記載の燃料電池の燃料備蓄装置であって、
燃料相が複数のセルから構成されることを特徴とする燃料電池の燃料備蓄装置を用いて上記課題を解決するものである。
【００３７】セルの分割には、スポンジを利用した分割を含む。また半透膜などを利用した不完全な分割も含む。セル毎に異なった形態で燃料と高分子とが結合しても良い。
【発明の効果】
【００３８】本発明によれば、以下のような効果が得られる。
【００３９】まず燃料タンク外殻などが破損した際に周囲の汚染を低減する効果が得られる。なぜならば、高分子によって燃料がジェル化、ゲル化ないし固形化されることにより、液体の場合に比較して粘性や表面張力が高くなり、燃料の飛散が抑制されるためである。また、隙間などへの浸透が抑制されることによっても汚染が低減される。尚、固形化された場合はよりこれらの効果が高くなる。
【００４０】また燃料を天地無用で発電部に供給する機構を削減できるという効果が得られる。あるいは簡素化できるという効果が得られる。なぜならば、燃料に粘性が加わるため燃料相が発電相により密着することとなり、例え天地が逆になった場合においても両者が容易には離れないためである。また固形化された場合には、例えばバネ機構で燃料相と発電相とを密着させることができるためである。
【００４１】燃料の揮発を低減するという効果が得られる。なぜならば、高分子に保湿剤としての機能を備えさせることが可能であるためである。例えばジェル化やゾル化を行う高分子に保湿剤としての機能を備えさせることができる。
【００４２】さらに燃料への耐性を高くはできない機構を保護するという効果が得られる。あるいは必須機能の能力を低減することなく燃料への耐性を追加するという効果が得られる。なぜならば、燃料相から発電相への燃料の浸透速度などを抑えることにより、発電相への過剰な燃料の浸透が防止されるためである。ここで、燃料相の燃料親和性と発電相の燃料親和性と差を小さくし浸透圧を小さくすることで浸透速度の抑制が実現される。
【００４３】燃料タンクの体積を抑えるという効果が得られる。なぜならば、燃料への耐性が高くない機構を保護することにより、高濃度燃料の利用が実現されるためである。
【００４４】燃料被毒などを低減する保護機構であって、周囲の熱膨張や周囲からの振動に耐性を備えた保護機構が得られるという効果がある。なぜならば、従来の固形多孔質に燃料を浸透させた構造に比較してジェル化あるいはゾル化された燃料相は塑性を備えるためである。
【００４５】また燃料被毒などを低減する保護機構であって、加工や製造が容易な保護機構が得られるという効果がある。なぜならば、ジェル化あるいはゾル化された燃料相は例えば塗布などで加工や製造が実現されるためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】以下に図面を参照して、この発明にかかるモバイル燃料電池の燃料タンクの実施形態について説明する。【００４７】図１を用いて最良の実施形態を説明する。１−１は本発明に関わる燃料備蓄装置の燃料タンクである。また１−２は発電部である。ここで燃料タンクには燃料と高分子とを含む燃料相１−４が備えられる。発電部は触媒、電極１−６及び電解質１−７とからなる発電相１−５が備えられる。図１において触媒と電極１−６とは一体となって表記されている。燃料タンクと発電部との間には半透膜１−３が挟まれる。【００４８】まず燃料タンク１−１について詳細に説明する。燃料タンク１−１は単体では液体の燃料と高分子とからなる燃料相１−４を備える。燃料には例えばメタノールを利用する。高分子には上記の燃料と緩やかに結合する高分子を利用する。例えばカルボキシル基やスルホン基などを有する高分子、ポリアクリル酸などの増粘剤、高分子吸収剤、あるいは燃料をカプセル化する高分子を利用する。高分子は選択的にメタノールと結合することが望ましい。【００４９】ここで高分子として、分子量１０００００のポリアクリル酸を利用した場合にメタノールが増粘されることが確かめられている。すなわちポリアクリル酸を利用することで燃料相が構成されることが確認されている。また市販の高分子吸収剤（生理用品や紙オムツ）を利用しても燃料相が構成される。市販の高分子吸収剤ではカルボキシル基などが水酸化ナトリウムやアンモニアによって中和されており、容易にはメタノールを吸収しない。しかしながら、これらの高分子吸収剤は強酸と作用させることによりメタノールを吸収するようになる。具体的には、高分子吸収剤を一旦水で膨潤させ、過剰の塩酸を加える。すると塩酸の作用により膨潤していた高分子吸収剤は再収縮することとなる。このように収縮した高分子吸収剤は水によって膨潤しない。状態の高分子吸収剤を水で繰り返し洗浄して塩酸や塩化ナトリウムなどを取り除く。この洗浄後の高分子吸収剤にメタノールを吸収させることで燃料相が構成されることとなる。また高分子吸収剤とポリアクリル酸とを適宜混合しても燃料相が構成されることが確認されている。【００５０】次に発電部１−２について詳細に説明する。発電部１−２は触媒、電極及び電解質とからなる発電相１−５を備えてなる。電極１−６にはカーボン基材、触媒にはＰｔとＲｕ、電解質１−７にはパーフルオロスルフォンポリマなどの固体高分子電解質を用いる。ここで、電極１−６に触媒を付与した後に２つの電極の間に電解質１−７を挟み、これらを加熱することで一体化させることは既知の技術である。【００５１】さらに半透膜１−３について詳細に説明する。半透膜１−３は必要に応じて燃料タンク１−１の燃料相１−４と発電部１−２の発電相１−５との間に備えられる。また燃料タンク１−１の高分子分子量に応じて分画分子量が選択される。半透膜１−３によって燃料相１−４から発電相１−５に高分子が浸透することが防がれることとなる。【００５２】発電部と半透膜とは既存の製品を用いても実現される。例えば発電部にはデュポン社のナフィオン膜に触媒を塗布した製品を利用し、半透膜にはミリポア社のＰＴＦＥメンブレンフィルタを利用することで実現される。【００５３】燃料相（強酸を作用させた市販高分子吸収剤とポリアクリル酸とメタノールとの混合相）、発電相（ナフィオン膜に白金触媒が塗布された市販の発電相「デュポン社  ナフィオン１１７Ｐｔ  Ｒｕ  陰極０．４ｍｇ／ｃｍ２ＰＴ  陽極２．０ｍｇ／ｃｍ２Ｐｔ−Ｒｕ」）、及び半透膜（市販のフィルタ「ミリポア社  ＰＢＴＫ０４３１０ＮＭＷＬ３０Ｋ」を市販のろ紙で挟み、さらにろ紙を水タンクに接続した機構）を用いることにより、発電が可能である。【００５４】一般に燃料親和性の低い相から高い相へは両相の浸透圧差に応じて燃料が浸透する。両相の浸透圧差を適正化することによって燃料移動の調整を行うことができる。すなわち燃料親和性の差を大きくすることによって、燃料親和性の低い相で燃料の濃度などが抑えられることととなる。【００５５】上述はビーカと半透膜を用いた実験で容易に確認される。すなわち高分子を含む燃料相を半透膜で包み水中に浸した場合と、燃料を半透膜で包み水中に浸した場合とでは、メタノールの濃度上昇の速度などに差が生じることが確認される。【００５６】本発明においては燃料相の燃料親和性の適正化をすることによって燃料相１−４から発電相１−５への燃料の浸透が調整される。すなわち発電相１−５と燃料相１−４との二つの相との間で平衡に達するまで燃料が緩やかに発電相１−５に浸透する。さらに、発電相１−５での燃料消費によって平衡が崩れた場合でも、再び平衡に達するまで消費された分の燃料が補充される。【００５７】燃料親和性の適正化は例えば以下のようにして実現される。まず高分子の官能基の選択により実現される。また選択した官能基を適切に加工して実現される。例えばカルボキシル基などを選択した上で、一部エステル化させたり一部ソーダ化させたりすることで実現される。さらに重合するモノマーの配合を調整することでも可能である。例えば燃料親和性の高いモノマーの割合を増やすとことで、高分子全体の親和性を高くすることができる。
【実施例】
【００５８】前述は最良の実施例とその説明である。以下にその他の実施例を述べる。【００５９】まず相構成についてその他の例を述べる。最良の実施例は液体の燃料とゲル化剤で構成される単一の相である。しかしながら複数相を混合してもよい。例えば水溶液とジェル化された燃料とで構成される相（液相とジェル相との混合相）でもよい。あるいはスポンジ状の固体相にジェル化された燃料を浸透させて構成される混合相（固体相とジェル相との混合相）でもよい。【００６０】次に高分子や燃料の分布についてその他の例を述べる。最良の実施例は、燃料とゲル化剤とは均一に分布して説明された。しかしながらこれらの分布は必ずしも均一である必要はない。スポンジや半透膜によって燃料相を適宜しても良い。例えばスポンジによって燃料相は複数のセルから構成されることとなる。分割した燃料相においてそれぞれで異なる機能を実現してもよい。すなわち燃料相を２つに分割して大量の燃料の保持する機能と発電層に穏やかに燃料を供給する機能とを分けて実現しても良い。これらは２つに分割した燃料相に異なる高分子を配合することで実現される。【００６１】さらに燃料と高分子との緩やかな結合について例を述べる。最良の実施例で示したポリアクリル酸は、主鎖に多数のカルボキシル基が備わっている。ポリアクリル酸が単体の場合は、主鎖が小さく絡まった糸まり状と呼ばれる構造となる。またカルボキシル基の間に水分子や燃料分子が侵入した場合は、主鎖が伸びて棒状と呼ばれる構造に変化をする。特にカルボキシル基がイオン化した際にその構造変化が顕著となる。棒状になった高分子が互いに干渉することによって、溶液の粘性、表面張力あるいは浸透圧などが変化する。すなわちポリアクリル酸は高分子の官能基の作用によって穏やかに燃料と結合することができる。またポリアクリル酸を架橋することで高分子吸収剤が構成される。高分子吸収剤においては溶液がカルボキシル基の間に侵入することによって膨潤するため、さらに強力に燃料と結合することができる。【００６２】燃料がアルコールなど水酸基を持つ場合は、水素結合によって燃料と結合することができる。分子量が大きい燃料では、分子間力などで結合することができる。【００６３】複雑な分子構造の内部に燃料を取り込むことによって、穏やかに結合する高分子を用いても良い。例えば、長い側鎖に燃料を絡める高分子や網目構造の内部に燃料を取り込む高分子がある。長い側鎖を持つ高分子としては市販の廃油処理剤がある。また網目構造の高分子としては、塩化ストロンチウムと酢酸カルシウムの反応性生物がある。これらの高分子では、分子構造を調整することで燃料親和性の最適化が実現される。例えば高分子の架橋量や平均分子量などに応じて網目構造自体が変形するため、燃料親和性の調整が容易に実現される。【００６４】さらに、マイクロカプセルを利用しても良い。例えば、塩化カルシウムとアルギン酸とを用いることで燃料のカプセル化が実現される。あるいは燃料と互いに交じり合わない媒質に燃料を分散させて媒質液と燃料との界面で界面重縮合によって高分子薄膜を作ることでもカプセル化が実現される。【００６５】発電部に必要に応じて改質器を備えても良い。例えば燃料にメタノールを利用しメタノールの選択酸化によって水素を生成する改質器を備えるとする。改質器へのメタノールが過剰に供給されると一酸化炭素などの中間生成物が多量に発生し、供給が不足すると水素までもが酸化されてしまう。改質器を備えた場合、燃料相に直接接するのは改質器となる。つまり燃料相に含まれる高分子の燃料親和性を適正化することで同様に改質器への燃料の浸透が調整されることとなる。【００６６】発電や改質において水が必要とされる場合がある。このような場合は燃料タンクに予め水を混ぜておいても良い。さらに発電中に水が生成する場合は発電中に生成した水を燃料タンクに導入しても良い。生成した水を燃料タンクに導入する機構としてはポンプがある。また水高分子吸収体を発電相と燃料相との双方に接触するように配置することによっても水が導入される。尚、水高分子吸収体を配置することによって水を循環させる技術自体は既知のものである。（特開２００３−２０３６６８）【００６７】ここで発電時には発電相に燃料が連続的に供給され発電停止時にはその供給が抑制される調整機構が備わっていることが望ましい。そのような調整機構により不要な燃料の消費が抑えられるためである。そのような調整機構を備えた例を示す。【００６８】まず発電時に燃料相と発電相と接触させ、発電停止時に両相を引き離すことで調整機構が実現される。例えば発電時に発生する水を吸収する水高分子吸収剤とバネを利用する。すなわち水高分子吸収剤の膨潤を利用して燃料相と発電相とを接触させ、水高分子吸収剤が乾燥した際にはバネの応力を用いて両者を引き離すことで実現される。電動マイクロアクチュエータなどを利用しても同様な機能が実現される。【００６９】また発電停止時に発電相と燃料相との間に介在する半透膜を乾燥させることによっても調整機構が実現される。【００７０】さらに、発電時に燃料相に水を供給して発電停止時に水の供給を抑えることでも実現される。発電時に発生する水をポンプなどで循環させても良い。ここで水を導入した場合は導入された水によって燃料相から燃料が溶かし出される。また水の導入を停止した場合は、燃料の供給が止まることとなる。【００７１】必要に応じて燃料備蓄装置を燃料電池から取り外しと再取り付け可能なカートリッジとする。【００７２】携帯型の燃料電池では、フィードバック回路などの電子回路を備えないパッシブと呼ばれる機構が望ましいとされる。以下に本発明を利用したパッシブの機構の燃料電池を示す。【００７３】具体的には発電時に発生する水を水高分子吸収剤に吸収させて水高分子吸収剤の体積を増加させ、この体積変動をシリンダの駆動に利用する。また水の循環にはカラムを利用する。以下に図２を用いて詳細に説明をする。２−１は燃料タンクであり、２−２は発電部である。燃料タンク２−１と発電部２−２との間に半透膜２−３が配置されている。燃料タンク２−１には燃料相２−４が、また発電部２−２には発電相２−５が備えられている。【００７４】水の循環を行うためカラム２−９が配置されるとする。カラム２−９の先には半透膜２−３と高分子吸収剤２−８が配置されている。またカラム２−９の内部は親水性高分子やガラスビーズなどが詰められている。高分子吸収剤２−８は膨潤と乾燥とによって体積変化を行うものを利用するとする。高分子吸収剤２−８の先にはシリンダ２−１０が配置される。高分子吸収剤２−８の体積変化に伴うシリンダ２−１０の移動によりパッシブな機構が実現されることとなる。その他シリンダ２−１０の先には空間２−１２が配置され、空間２−１２の先は半透膜２−３が配置される。またシリンダの稼動範囲内には窓２−１１が配置される。【００７５】以下に動作を説明する。発電時には発電相２−５から水が発生し、カラム２−９を通じて半透膜２−３と高分子吸収剤２−８とが加湿される。高分子吸収剤２−８が加湿されると膨潤するためシリンダ２−１０が移動することとなる。シリンダ２−１０が移動すると窓２−１１が開き、開いた窓からはその後に発生する過剰の水分が外部に放出されることとなる。また半透膜２−３が加湿されることで燃料相２−４と半透膜２−３とが密着し燃料相からの燃料の浸透が開始されることとなる。【００７６】発電停止時には水の発生が止まり、半透膜２−３と高分子吸収剤２−８とへの新たな水の補充が止まる。しかしながら、窓２−１１を通じて水分が外部に放出され続けるため、高分子吸収剤２−８は徐々に乾燥することとなる。高分子吸収剤２−８が乾燥するとシリンダ２−１０は移動することとなる。そのためシリンダ２−１０の移動に伴い空間２−１２が陰圧となる。空間２−１２が陰圧となると、空間２−１２の先に配置された半透膜２−３の水分が吸い出され、半透膜は脱水されることとなる。半透膜２−３が脱水されることにより燃料相２−４と半透膜２−３とに隙間が生じ、燃料の浸透の抑制が行われる。すなわち発電停止時には過剰な燃料の供給が抑制されることとなる。またシリンダ２−１０が移動することで窓２−１１が閉じ容器が密閉される。つまり過剰な水分の放出も同時に抑制されることとなる。【００７７】ここで、高分子吸収剤２−８の体積変化は秒や分の時間オーダで進行する変化である。そのため燃料相２−１からの発電相２−２への浸透が速い場合には、上記の例は実施できない。なぜならば半透膜２−３の脱水時に新たな液体燃料が燃料相２−１から半透膜２−３に補充されてしまうためである。例えば燃料が液体の場合は上記の機構では過剰な燃料の供給は抑制できない。しかしながら本方式においては高分子によって燃料相２−１の燃料親和性の適正化が行われ、燃料の浸透速度が遅くなっている。そのため比較的緩やかな速さの体積変動や圧力変動によっても燃料の供給と停止とが制御されることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】以上のように本発明にかかる電池は、電子機器電力供給システムに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】燃料タンクを備えた電池
【図２】燃料タンクを備えた電池
【符号の説明】
【００８０】１−１    燃料タンク
１−２    発電部
１−３    半透膜
１−４    燃料相
１−５    発電相
１−６    電極
１−７    電解質
２−１    燃料タンク
２−２    発電部
２−３    半透膜
２−４    燃料相
２−５    発電相
２−６    電極
２−７    電解質
２−８    高分子吸収剤
２−９    カラム
２−１０  シリンダ
２−１１  窓
２−１２  空間
２−１３  バネ
【図１】
2005190975.tif 000003
【図２】
2005190975.tif 000004