(57)【要約】【課題】  液体燃料を、集電体に効率よく通過させて、十分な発電性能を得ることのできる、燃料電池を提供すること。【解決手段】  電解質層３を挟んで燃料側電極４と酸素側電極５とが対向配置されている単位セル２が、燃料側セパレータ６および酸素側セパレータ７によって画成されながら積層されるスタック構造を有する直接燃料供給型の燃料電池１において、燃料側電極４と燃料側セパレータ６との間に、液体燃料を燃料側セパレータ６側から燃料電極４側へ通過させるための液体燃料通過経路１４が形成されている、気体が通過可能な材料からなる集電体１２を設ける。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と、前記電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極と、前記燃料側電極と前記電解質層の反対側において対向配置され、前記燃料側電極に燃料を供給する燃料供給部材と、前記酸素側電極と前記電解質層の反対側において対向配置され、前記酸素側電極に酸素を供給する酸素供給部材とを備える燃料電池において、
前記燃料側電極と前記燃料供給部材との間には、気体が通過可能な材料からなる集電体が設けられており、
前記集電体には、液体燃料を前記燃料供給部材側から前記燃料側電極側へ通過させるための液体燃料通過手段が、形成されていることを特徴とする、燃料電池。
【請求項２】
前記液体燃料通過手段が、前記集電体の厚さ方向に形成される溝および／または穴であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記液体燃料通過手段が、前記集電体の厚さ方向に形成される親水性部分であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記液体燃料通過手段が、前記集電体の一部に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、詳しくは、液体燃料を燃料側電極に直接供給する直接燃料供給型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、メタノールなどの液体燃料を燃料側電極に直接供給する直接燃料供給型燃料電池の開発が進められている。
【０００３】
このような直接燃料供給型燃料電池は、たとえば、電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極と、燃料側電極と対向配置され、燃料と水との混合液が導入される燃料側通路が形成されている燃料側セパレータと、酸素側電極と対向配置され、酸素が導入される酸素側通路が形成されている酸素側セパレータとを備えている。
【０００４】
そして、このような直接燃料供給型燃料電池では、メタノールなどの燃料と水との混合液を、燃料側セパレータの燃料側通路から、直接、燃料側電極に供給するとともに、酸素側セパレータの酸素側通路から、酸素もしくは空気を酸素側電極に供給して、燃料の電気化学反応によって生じるプロトンを、電解質層中において燃料側電極から酸素側電極に移動させることにより、電気エネルギーを得るようにしている（たとえば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−２３１２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような直接燃料供給型燃料電池には、電極からセパレータへ効率良く電子を伝達するための集電体が、燃料側セパレータと燃料側電極との間、および、酸素側セパレータと酸素側電極との間に配置されている。
【０００６】
しかるに、集電体は、通常、コストおよび取り扱いやすさの観点で、カーボン繊維から、ペーパー状あるいは織物状に形成されたものが用いられており、疎水性を有している。また、触媒反応により生成したガスを、電極からセパレータに形成された通路へ積極的に移動させることを目的として、フッ素樹脂等による撥水処理が施される場合がある。そのため、分子内に疎水基を有していないヒドラジン等の液体燃料は、集電体からの通過が阻害され、その結果、十分な発電性能が得られないという不具合がある。
【０００７】
本発明の目的は、このような液体燃料を、集電体に効率よく通過させて、十分な発電性能を得ることのできる、燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、電解質層と、前記電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極と、前記燃料側電極と前記電解質層の反対側において対向配置され、前記燃料側電極に燃料を供給する燃料供給部材と、前記酸素側電極と前記電解質層の反対側において対向配置され、前記酸素側電極に酸素を供給する酸素供給部材とを備える燃料電池において、前記燃料側電極と前記燃料供給部材との間には、気体が通過可能な材料からなる集電体が設けられており、前記集電体には、液体燃料を前記燃料供給部材側から前記燃料側電極側へ通過させるための液体燃料通過手段が、形成されていることを特徴としている。
【０００９】
この燃料電池では、集電体には、液体燃料通過手段が形成されているので、液体燃料を、液体燃料通過手段を介して、燃料供給部材側から燃料側電極側へ通過させることができる。そのため、液体燃料を、集電体に効率よく通過させて、燃料側電極に十分に接触させることにより、発電を促進させることができる。その結果、十分な発電性能を得ることができる。
【００１０】
また、本発明の燃料電池では、前記液体燃料通過手段が、たとえば、前記集電体の厚さ方向に形成される溝および／または穴であることが好適である。
【００１１】
液体燃料通過手段が集電体の厚さ方向に形成される溝および／または穴であると、簡易な方法により確実に液体燃料通過手段を形成することができ、かつ、確実に、液体燃料を集電体に通過させることができる。
【００１２】
また、本発明の燃料電池では、前記液体燃料通過手段が、たとえば、前記集電体の厚さ方向に形成される親水性部分であることが好適である。
【００１３】
液体燃料通過手段が集電体の厚さ方向に形成される親水性部分であると、簡易な方法により確実に液体燃料通過手段を形成することができ、かつ、確実に、液体燃料を集電体に通過させることができる。
【００１４】
また、本発明の燃料電池では、前記液体燃料通過手段が、前記集電体の一部に形成されていることが好適である。
【００１５】
液体燃料通過手段が集電体のすべてに形成されている場合には、液体燃料通過手段を通過した液体燃料が、燃料側電極と接触して触媒反応によりガスを生じても、そのガスが集電体を介して外部に放出されず、液体燃料の供給効率を低下させるおそれがある。
【００１６】
しかし、液体燃料通過手段を集電体の一部に形成すれば、液体燃料を、液体燃料通過手段を介して、燃料供給部材側から燃料側電極側へ効率よく通過させつつ、液体燃料通過手段を通過した液体燃料が燃料側電極と接触して触媒反応により生じたガスを、その集電体における液体燃料通過手段が形成されていない部分から通過させることにより、そのガスを、集電体を介して外部に放出することができ、液体燃料の供給効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池によれば、液体燃料を、集電体に効率よく通過させて、燃料側電極に十分に接触させることにより、発電を促進させることができる。その結果、十分な発電性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１ないし図３は、本発明の燃料電池の一実施形態を示す概略構成図である。この燃料電池１は、たとえば、電気自動車に搭載して、車両駆動用のモータに対して電力を供給するために、ヒドラジン類やアンモニア水などの分子内に疎水基を有していない化合物からなる液体燃料を燃料側電極に直接供給する直接燃料供給型燃料電池として構成されている。
【００１９】
燃料電池１は、図１に示す構成単位である単位セル２を、複数積層したスタック構造とされている。単位セル２は、電解質層３と、電解質層３を挟んで対向配置される燃料側電極４および酸素側電極５と、燃料供給部材としての燃料側セパレータ６および酸素供給部材としての酸素側セパレータ７とを備えている。
【００２０】
電解質層３は、カチオン交換型電解質層であって、液体燃料から生成されるプロトンＨ＋を移動させることができる媒体、たとえば、固体高分子膜、ゼオライト、セラミックス、ガラスなどから形成されており、好ましくは、固体高分子膜から形成されている。固体高分子膜としては、より具体的には、パーフルオロスルホン酸膜（例えば、Ｎａｆｉｏｎ、Ｄｕ  ｐｏｎｔ社）などのプロトン導電性のイオン交換膜などが用いられる。
【００２１】
燃料側電極４は、たとえば、触媒が担持されるカーボンなどからなる多孔質電極からなり、その一方の面が電解質層３の一方の面と接触するように配置されている。なお、触媒としては、液体燃料から電子ｅ−を生成させる触媒作用を有するものであって、たとえば、白金族元素（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ）、鉄族元素（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）などの周期表第ＶＩＩＩ族元素や、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの周期表第Ｉｂ族元素など、さらにはこれらの組み合わせなどが用いられる。好ましくは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉが用いられ、また、これらとともに、Ｒｕを用いれば、触媒の被毒を防止することができる。
【００２２】
酸素側電極５は、たとえば、上記した燃料側電極４と同様に、触媒が担持される多孔質電極からなり、その一方の面が電解質層３の他方の面と接触するように配置されている。
【００２３】
燃料側セパレータ６は、ガス不透過の導電性材料から形成されており、燃料側電極４と電解質層３の反対側において対向配置されている。また、図２および図３に示すように、この燃料側セパレータ６には、その角部近傍において、燃料側電極４に液体燃料を供給し、また、未反応の液体燃料を排出するために、燃料側セパレータ６を厚さ方向に貫通する燃料供給孔８ａおよび燃料排出孔８ｂからなる２つの燃料給排孔８が上下に対向するように形成されている。
【００２４】
酸素側セパレータ７は、ガス不透過の導電性材料から形成されており、図１に示すように、酸素側電極５と電解質層３の反対側において対向配置されている。また、図２および図３に示すように、この酸素側セパレータ７には、その角部近傍において、酸素側電極５に酸素（空気）を供給し、また、未反応の酸素（空気）や反応によって生じる水などの生成物を排出するために、酸素側セパレータ７を厚さ方向に貫通する酸素供給孔９ａおよび酸素排出孔９ｂからなる２つの酸素給排孔９が上下に対向するように形成されている。そして、図１に示すように、酸素側セパレータ７には、酸素側電極５と対向する酸素側セパレータ７の一方の面において、酸素（空気）を通過させることのできる酸素側経路１０が設けられている。
【００２５】
酸素側経路１０は、酸素側セパレータ７の厚さ方向において一方の面から窪む凹状をなし、酸素側電極５側に向かって開口する溝１１として形成されている。この酸素側経路１０は、図３に示すように、互いに対向する酸素供給孔９ａおよび酸素排出孔９ｂの間を連絡する、幅方向に延びる直線溝１１ａと略コ字状の折返溝１１ｂとが互いに交互に連続する葛折状に形成されている。また、この酸素側経路１０は、その一端部が、酸素給排孔９の酸素供給孔９ａと連通され、その他端部が、酸素給排孔９の酸素排出孔９ｂと連通されている。
【００２６】
そして、この単位セル２には、図１に示すように、燃料側電極４と燃料側セパレータ６との間、および、酸素側電極５と酸素側セパレータ７との間に、それぞれ、集電体１２が設けられている。
【００２７】
なお、以下において、燃料側電極４と燃料側セパレータ６との間に設けられた集電体１２を燃料側集電体１２ａ、酸素側電極５と酸素側セパレータ７との間に設けられた集電体１２を酸素側集電体１２ｂとし、燃料側集電体１２ａおよび酸素側集電体１２ｂを総称する場合には、各集電体１２とする。
【００２８】
各集電体１２は、たとえば、ペーパー状あるいは織物状のカーボン繊維などのガス透過性材料で形成されており、疎水性を有している。燃料側集電体１２ａには、図２および図３に示すように、その角部近傍において、液体燃料を供給し、また、未反応の液体燃料や反応後の生成物などを排出するために、燃料側集電体１２ａを厚さ方向に貫通する集電体供給孔１３ａおよび集電体排出孔１３ｂからなる２つの集電体給排孔１３が上下に対向するように形成されている。そして、図１に示すように、燃料側集電体１２ａは、その一方の面が燃料側電極４の他方の面と接触するように配置されており、この燃料側集電体１２ａには、燃料側電極４と接触する一方の面に、液体燃料通過手段としての液体燃料通過経路１４が形成されている。
【００２９】
液体燃料通過経路１４は、燃料側集電体１２ａの一部において、燃料側集電体１２ａの厚さ方向において一方の面から窪む凹状をなし、燃料側電極４に向かって開口する溝１５として形成されている。この液体燃料通過経路１４は、図２に示すように、互いに対向する集電体供給孔１３ａおよび集電体排出孔１３ｂの間を連絡する、幅方向に延びる直線溝１５ａと略コ字状の折返溝１５ｂとが互いに交互に連続する葛折状に形成されている。また、この液体燃料通過経路１４は、その一端部が、集電体給排孔１３の集電体供給孔１３ａと連通され、その他端部が、集電体給排孔１３の集電体排出孔１３ｂと連通されている。
【００３０】
そして、電解質層３を、燃料側電極４および酸素側電極５と、各集電体１２と、燃料側セパレータ６および酸素側セパレータ７とで順次挟み込むようにして、積層状態とすることにより、燃料側セパレータ６の燃料供給孔８ａと、燃料側集電体１２ａの集電体供給孔１３ａとが対向状に連通されるとともに、燃料側セパレータ６の燃料排出孔８ｂと、燃料側集電体１２ａの集電体排出孔１３ｂとが対向状に連通され、これにより、燃料電池１の単位セル２が構成される。
【００３１】
そして、燃料電池１は、このような単位セル２が、燃料側セパレータ６および酸素側セパレータ７によって画成されながら複数積層されるスタック構造を有している。
【００３２】
なお、実際には、燃料側セパレータ６には、燃料供給孔８ａおよび燃料排出孔８ｂと幅方向において、それぞれ対向するように酸素供給孔９ａおよび酸素排出孔９ｂからなる酸素給排孔９が形成されている。また、燃料側セパレータ６における燃料側集電体１２ａと対向する面と反対側の面には、直線溝１１ａと折返溝１１ｂとが互いに交互に連続する葛折状の酸素側経路１０が形成されている。また、酸素側セパレータ７には、酸素供給孔９ａおよび酸素排出孔９ｂと幅方向においてそれぞれ対向するように燃料供給孔８ａおよび燃料排出孔８ｂからなる燃料給排孔８が形成されている。
【００３３】
さらに、電解質層３における燃料側セパレータ６の燃料供給孔８ａおよび燃料排出孔８ｂと対向する位置には、燃料供給孔８ａおよび燃料排出孔８ｂが形成され、酸素側セパレータ７の酸素供給孔９ａおよび酸素排出孔９ｂと対向する位置には、酸素供給孔９ａおよび酸素排出孔９ｂが形成されている。
【００３４】
そして、スタック構造とされた燃料電池１では、燃料側セパレータ６、酸素側セパレータ７および電解質層３の各燃料給排孔８（燃料供給孔８ａおよび燃料排出孔８ｂ）および各酸素給排孔９（酸素供給孔９ａおよび酸素排出孔９ｂ）が積層方向において連通されている。
【００３５】
この燃料電池１は、図示しないケーシングに収容され、各部材間においてその積層方向に所定の押圧力が加えられた状態で保持されており、燃料供給孔８ａには、図示しない燃料供給手段からの液体燃料が供給されるとともに、酸素供給孔９ａには、図示しない酸素供給手段からの酸素成分が供給される。
【００３６】
そして、燃料供給孔８ａに供給された液体燃料は、集電体供給孔１３ａを通過した後、その一部が、液体燃料通過経路１４において、直線溝１５ａと折返溝１５ｂとを通過しながら、燃料側電極４の他方の面と十分に接触するので、この液体燃料通過経路１４を介して、燃料側セパレータ６側から燃料側電極４側へ液体燃料を効率よく通過する。
【００３７】
より具体的には、このような燃料電池１において、たとえば、液体燃料としてヒドラジンと水との混合液（すなわち、ヒドラジン水溶液）を、燃料供給孔８ａから供給すると、その混合液は、液体燃料通過経路１４を介して、燃料側セパレータ６側から燃料側電極４側へと効率よく通過する。また、酸素（空気）を、酸素供給孔９ａから供給すると、その酸素（空気）は、酸素側経路１０において、直線溝１１ａと折返溝１１ｂとを通過しながら、ガス透過性材料からなる酸素側集電体１２ｂを介して、酸素側セパレータ７側から酸素側電極５側へ通過する。すると、燃料側電極４に直接供給されたヒドラジン水溶液は、触媒作用により下記式（１）の反応が促進される。
【００３８】
Ｎ２Ｈ４→Ｎ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−                （１）
一方、酸素側経路１０に導入された酸素（空気）は、酸素側集電体１２ｂを介して酸素側電極５に供給されるので、上記式（１）により生成したプロトンＨ＋が、電解質層３を通過するとともに、電子ｅ−が図示しない外部回路を通過して酸素側電極５に到達すると、その酸素側電極５において、下記式（２）に示すように、酸素Ｏ２と反応して水Ｈ２Ｏを生成し、その結果、電気化学的反応によって、起電力が発生する。
【００３９】
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ                （２）
そして、この燃料電池１では、このようにして生じた起電力を、図示しない端子によって、外部に取り出すようにしている。
【００４０】
そして、未反応のヒドラジン水溶液は、液体燃料通過経路１４を通過した後、燃料側集電体１２ａの集電体排出孔１３ｂを介して、燃料排出孔８ｂから排出される。また、燃料側電極４において、触媒反応により生じたガス（Ｎ２）は、液体燃料通過経路１４が形成されていないガス透過性の燃料側集電体１２ａの部分から通過させることにより、外部に放出される。また、未反応の酸素（空気）は、酸素側経路１０を通過した後、酸素排出孔９ｂから排出され、酸素側電極５において、触媒反応により生じた水（Ｈ２Ｏ）は、水蒸気またはミストとなって、酸素側集電体１２ｂを介して酸素側経路１０の溝１１に到達して、酸素排出孔９ｂから外部に排出される。
【００４１】
また、このような燃料電池１において、たとえば、アニオン交換型電解質層からなる電解質層３を用い、液体燃料としてヒドラジンと水との混合液（すなわち、ヒドラジン水溶液）を、燃料供給孔８ａから供給すると、その混合液は、液体燃料通過経路１４を介して、燃料側セパレータ６側から燃料側電極４側へと効率よく通過する。また、酸素（空気）を、酸素供給孔９ａから供給すると、その酸素（空気）は、酸素側経路１０において、直線溝１１ａと折返溝１１ｂとを通過しながら、ガス透過性材料からなる酸素側集電体１２ｂを介して、酸素側セパレータ７側から酸素側電極５側へ通過する。すると、燃料側電極４に直接供給されたヒドラジン水溶液は、その燃料側電極４において、燃料側電極４の触媒作用により、電解質層３を通過してきた水酸化物イオンＯＨ−と、下記式（３）の反応が促進される。
【００４２】
Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−          （３）
一方、酸素側経路１０に導入された酸素（空気）は、酸素側集電体１２ｂを介して酸素側電極５に供給されるので、上記式（３）により生成した電子ｅ−が、図示しない外部回路を通過するとともに、酸素側電極５に到達すると、その酸素側電極５において、下記式（４）に示すように、酸素Ｏ２および水Ｈ２Ｏと反応して水酸化物イオンＯＨ−を生成し、電解質層３を通過することによって燃料側電極４へ供給される。その結果、電気化学的反応によって、起電力が発生する。
【００４３】
Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−                  （４）
そして、この燃料電池１では、このようにして生じた起電力を、図示しない端子によって、外部に取り出すようにしている。
【００４４】
そして、未反応のヒドラジン水溶液および触媒反応により生じた水（Ｈ２Ｏ）は、液体燃料通過経路１４を通過した後、燃料側集電体１２ａの集電体排出孔１３ｂを介して、燃料排出孔８ｂから排出される。また、燃料側電極４において、触媒反応により生じたガス（Ｎ２）は、液体燃料通過経路１４が形成されていないガス透過性の燃料側集電体１２ａの部分から通過させることにより、外部に放出される。また、未反応の酸素（空気）は、酸素側経路１０を通過した後、酸素側セパレータ７の酸素排出孔９ｂから排出される。
【００４５】
このように、この燃料電池１では、燃料側集電体１２ａには液体燃料通過経路１４が形成されているので、液体燃料を、液体燃料通過経路１４を介して、燃料側セパレータ６から燃料側電極４へ通過させることができる。
【００４６】
また、上記した液体燃料通過経路１４は、燃料側集電体１２ａの厚さ方向における溝１５として形成されているので、簡易な方法により、確実に液体燃料通過経路１４を燃料側集電体１２ａに形成することができ、かつ、確実に、液体燃料を燃料側集電体１２ａに通過させることができる。
【００４７】
そのため、液体燃料を、その燃料側集電体１２ａに効率よく通過させて、燃料側電極４に十分に接触させることにより、発電を促進させることができる。その結果、この燃料電池１では、十分な発電性能を得ることができる。
【００４８】
また、液体燃料通過経路１４が燃料側集電体１２ａのすべてに形成されているような場合（たとえば、燃料側集電体１２ａのほぼ全面に溝１５が形成されているような場合）には、液体燃料通過経路１４を通過した液体燃料が、燃料側電極４と接触して触媒反応によりガスを生じても、そのガスが燃料側集電体１２ａを介して外部に放出されず、液体燃料の供給効率を低下させるおそれがある。
【００４９】
しかし、この実施形態のように、液体燃料通過経路１４を燃料側集電体１２ａの一部に形成すれば、液体燃料を、液体燃料通過経路１４を介して、燃料側セパレータ６から燃料側電極４へ効率よく通過させつつ、液体燃料通過経路１４を通過した液体燃料が燃料側電極４と接触して触媒反応により生じたガスを、その燃料側集電体１２ａにおける液体燃料通過経路１４が形成されていない部分から通過させることにより、そのガスを、燃料側集電体１２ａを介して外部に放出することができ、液体燃料の供給効率を向上させることができる。
【００５０】
また、上記の実施形態では、燃料側集電体１２ａの厚さ方向に、液体燃料通過経路１４を溝１５として形成したが、たとえば、図４および図５に示すように、液体燃料通過経路１４を燃料側集電体１２ａの厚さ方向を貫通する穴２０とに形成してもよい。なお、この穴２０は、溝１５と同様に、集電体供給孔１３ａおよび集電体排出孔１３ｂの間を連絡する、幅方向に延びる直線穴２０ａと略コの字状の折返穴２０ｂとが交互に連続する、葛折状に形成されている。また、次に述べるように、たとえば、燃料側セパレータ６に燃料側経路１６を形成し、燃料側集電体１２ａには、液体燃料が厚さ方向において通過可能となるように、液体燃料通過手段としての親水性部分１８を形成してもよい。
【００５１】
図６ないし図８は、そのような燃料電池１の他の実施形態を示す概略構成図を示す。なお、上記した実施形態における構成部材と同一の構成部材には、上記した実施形態における参照符号と同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。
【００５２】
この実施形態における燃料電池１も、図６に示す構成単位である単位セル２を複数積層したスタック構造とされており、単位セル２には、電解質層３と、電解質層３を挟んで対向配置される燃料側電極４および酸素側電極５と、燃料側セパレータ６および酸素側セパレータ７とを備えている。そして、燃料側電極４と燃料側セパレータ６との間、および、酸素側電極５と酸素側セパレータ７との間には、それぞれ、各集電体１２が設けられている。
【００５３】
燃料側セパレータ６は、上記した実施形態と同様に、ガス不透過の導電性材料から形成されており、燃料側電極４と電解質層３の反対側において対向配置されている。また、図７および図８に示すように、この燃料側セパレータ６には、その角部近傍において、燃料側電極４に液体燃料を供給し、また、未反応の液体燃料を排出するために、燃料側セパレータ６を厚さ方向に貫通する燃料供給孔８ａおよび燃料排出孔８ｂからなる２つの燃料給排孔８が上下に対向するように形成されている。そして、この燃料側セパレータ６には、燃料側集電体１２ａと接触する一方の面に、液体燃料が通過することのできる燃料側経路１６が形成されている。
【００５４】
燃料側経路１６は、図６に示すように、燃料側セパレータ６の厚さ方向において一方の面から窪む凹状をなし、燃料側集電体１２ａに向かって開口する溝１７として形成されている。この燃料側経路１６は、図７に示すように、互いに対向する燃料供給孔８ａおよび燃料排出孔８ｂの間を連絡する、幅方向に延びる直線溝１７ａと、略コ字状の折返溝１７ｂとが互いに交互に連続する葛折状に形成されている。また、この燃料側経路１６は、その一方端部が、燃料側セパレータ６の燃料供給孔８ａと連通され、その他方端部が、燃料側セパレータ６の燃料排出孔８ｂと連通されている。
【００５５】
各集電体１２は、上記した実施形態と同様に、たとえば、ペーパー状あるいは織物状のカーボン繊維などのガス透過性材料で形成されており、疎水性を有している。また、燃料側集電体１２ａは、図６に示すように、その一方の面が燃料側電極４の他方の面と接触し、他方の面が燃料側セパレータ６の一方の面と接触するように配置されており、この燃料側集電体１２ａには、親水性部分１８が形成されている。
【００５６】
親水性部分１８は、たとえば、プラズマ処理などの化学的処理などによって、燃料側集電体１２ａの厚さ方向において親水性を付与することにより形成されている。この親水性部分１８は、燃料側セパレータ６における燃料側経路１６の、たとえば直線溝１７ａに対向して、燃料側集電体１２ａの一部に形成されており、燃料側集電体１２ａの厚さ方向において、燃料側集電体１２ａの一方の面から他方の面にわたって形成されている。なお、親水性部分１８は、燃料側経路１６に対向して形成することが好ましいが、その形状は特に制限されず、たとえば、図９（ａ）に示すように、燃料側集電体１２ａにおける幅方向に長い細長矩形状のものを、幅方向に直交する方向に互いに所定間隔を隔てて並列状に複数形成してもよいし、図９（ｂ）に示すように、略円形状のものを、燃料側集電体１２ａにおける幅方向および幅方向に直交する方向に互いに所定間隔を隔てて並列状に複数形成してもよい。
【００５７】
このように、親水性部分１８は、簡易な方法により確実に、燃料側集電体１２ａの厚さ方向に形成することができ、かつ、確実に液体燃料を燃料側集電体１２ａに通過させることができる。
【００５８】
また、親水性部分１８が燃料側集電体１２ａのすべてに形成されている場合（たとえば、燃料側集電体１２ａのほぼ全面に親水性部分１８が形成されているような場合）には、親水性部分１８を通過した液体燃料が、燃料側電極４と接触して触媒反応によりガスを生じても、そのガスが燃料側集電体１２ａを介して外部に放出されず、液体燃料の供給効率を低下させるおそれがある。
【００５９】
しかし、親水性部分１８を燃料側集電体１２ａの一部に形成すれば、液体燃料を、親水性部分１８を介して、燃料側セパレータ６から燃料側電極４へ効率よく通過させつつ、親水性部分１８を通過した液体燃料が燃料側電極４と接触して触媒反応により生じたガスを、その燃料側集電体１２ａにおける親水性部分１８が形成されていない部分から通過させることにより、そのガスを、燃料側集電体１２ａを介して外部に放出することができ、液体燃料の供給効率を向上させることができる。
【００６０】
そして、電解質層３を、燃料側電極４および酸素側電極５と、各集電体１２と、燃料側セパレータ６および酸素側セパレータ７とで順次挟み込むようにして、積層状態とすることにより、燃料側経路１６に親水性部分１８が対向配置されて、これにより、燃料電池１の単位セル２が構成される。
【００６１】
そして、このような単位セル２が、燃料側セパレータ６および酸素側セパレータ７によって画成されながら、上記と同様に、複数積層されるスタック構造を有している。
【００６２】
この燃料電池１は、図示しないケーシングに収容され、各部材間においてその積層方向に所定の押圧力が加えられた状態で保持されており、燃料供給孔８ａには、図示しない燃料供給手段からの液体燃料が供給されるとともに、酸素供給孔９ａには、図示しない酸素供給手段からの酸素成分が供給される。
【００６３】
そして、このような燃料電池１において、たとえば、液体燃料としてヒドラジンと水との混合液（すなわち、ヒドラジン水溶液）を、燃料供給孔８ａから供給すると、その混合液は、燃料側セパレータ６の燃料側経路１６において、直線溝１７ａと折返溝１７ｂとを通過しながら、親水性部分１８を介して、燃料側セパレータ６側から燃料側電極４側へと効率よく通過する。また、酸素（空気）を、酸素供給孔９ａから供給すると、その酸素（空気）は、酸素側経路１０において、直線溝１１ａと折返溝１１ｂとを通過しながら、ガス透過性材料からなる酸素側集電体１２ｂを介して、酸素側セパレータ７側から酸素側電極５側へ通過する。これにより、上記と同様な触媒反応が起こり、起電力が生じる。
【００６４】
図１０では、燃料側集電体１２ａとしてカーボン薄層付きカーボンクロスを用い、その燃料側集電体１２ａを全面撥水処理した後、プラズマ処理により部分的に略細長矩形状に複数の親水性部分を形成したもの（実験例１）、燃料側集電体１２ａを全面撥水処理した後、ランダム状に貫通穴を穿孔することにより、円形状に複数の穴を形成したもの（実験例２）、燃料側集電体１２ａを全面親水化処理することにより、全面に親水性部分を形成したもの（実験例３）、および、燃料側集電体１２ａを全面撥水処理したもの（実験例４）の４種類の燃料側集電体１２ａを作製して、燃料電池１を構成し、各燃料電池１の電流電圧特性を測定した結果が示されている。
【００６５】
なお、その他の測定条件については、以下に示すとおりである。なお、燃料側セパレータ６は、実験例１、３、４については燃料側経路１６が形成されているものを、実験例２については燃料側経路１６が形成されていないものを、それぞれ用いた。
【００６６】
（測定条件）
セル面積                    ：１０ｃｍ２
セル温度                    ：８０℃
燃料側セパレータ供給原料    ：１０重量％ヒドラジン水溶液
液体燃料供給流速            ：２ｍｌ／ｍｉｎ（加圧なし）
酸素側セパレータ供給原料    ：酸素（８０℃加湿）
酸素供給流速：４００ｍｌ／ｍｉｎ（加圧  ０．５ＭＰａ）
図１０に示すように、実験例１〜実験例３の燃料側集電体１２ａを用いた燃料電池１では、電流値が０〜２００ｍＡ／ｃｍ２の広い範囲において、約０．２〜約１．２Ｖの電圧が得られているのに対して、実験例４の燃料側集電体１２ａを用いた燃料電池１では、０〜６０ｍＡ／ｃｍ２未満の狭い範囲において、約０．２〜約１．０Ｖの電圧しか得られず、実験例１〜実験例３に比べると、十分な発電性能が得られていないことがわかる。
【００６７】
これは、実験例４の燃料側集電体１２ａを用いた燃料電池１では、その燃料側集電体１２ａの全面が撥水処理されているため、ヒドラジン水溶液が燃料側電極４に十分に接触せず、発電効率が低下しているものと考えられる。これに対して、実験例１〜実験例３の燃料側集電体１２ａを用いた各燃料電池１では、親水性部分または穴を有しているために、このような親水性部分または穴を介して、ヒドラジン水溶液が燃料側電極４に十分に接触して、発電効率が向上したものと考えられる。
【００６８】
この結果からもわかるように、この燃料電池１では、液体燃料を、燃料側集電体１２ａに効率よく通過させて、燃料側電極４に十分に接触させることにより、発電を促進させることができる。その結果、この燃料電池１では、十分な発電性能を得ることができる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の燃料電池は、自動車に限らず、たとえば、船舶、航空機など、負荷変動を伴なうその他のデバイスに搭載してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の燃料電池の一実施形態（液体燃料通過手段が溝である態様）における単位セルの概略を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す単位セルを示す一方向の要部分解斜視図である。
【図３】図１に示す単位セルを示す他方向の要部分解斜視図である。
【図４】本発明の燃料電池の他の実施形態（液体燃料通過手段が穴である態様）における単位セルの概略を示す概略構成図である。
【図５】図４に示す単位セルを示す一方向の要部分解斜視図である。
【図６】本発明の燃料電池の他の実施形態（液体燃料通過手段が親水性部分である態様）における単位セルの概略を示す概略構成図である。
【図７】図６に示す単位セルを示す一方向の要部分解斜視図である。
【図８】図６に示す単位セルを示す他方向の要部分解斜視図である。
【図９】集電体の親水性部分の形状を示す正面図であり、図９（ａ）は、並列に配列された細長矩形状の親水性部分、図９（ｂ）は、並列に配列された複数の円状の親水性部分を示す。
【図１０】処理の異なる集電体を用いた燃料電池の電流電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１    燃料電池
３    電解質層
４    燃料側電極
５    酸素側電極
６    燃料側セパレータ
７    酸素側セパレータ
１２ａ  燃料側集電体
１４    液体燃料通過経路
１５    溝
１８    親水性部分
２０    穴
【図１】
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【図２】
2005276564.tif 000004
【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】
2005276564.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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