(57)【要約】  燃料電池１は、液体燃料としてメタノール燃料Ｆを収容する燃料タンク３と、この燃料タンク３からメタノール燃料Ｆが供給されて発電動作する起電部（燃料電池セル）２とを具備する。燃料タンク３は耐メタノール性を有する透明樹脂で形成されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料としてメタノール燃料を収容する燃料タンクであって、耐メタノール性を有する透明樹脂で形成された燃料タンクと、
前記燃料タンクから前記メタノール燃料が供給されて発電動作する起電部と
を具備する燃料電池。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池において、
前記透明樹脂は、ＪＩＳ  Ｋ７１１４に準拠する純メタノールの浸漬試験において、質量変化率が０．３％以下、長さ変化率が０．５％以下、厚さ変化率が０．５％以下を満足することを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池において、
前記透明樹脂は、ＪＩＳ  Ｋ７１０５に準拠する光線透過率測定試験における光線透過率が８５％以上であることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池において、
前記透明樹脂はポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状オレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルペンテン、ポリフェニルサルホンから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項１記載の燃料電池において、
前記透明樹脂はポリエチレンナフタレート、環状オレフィンコポリマーおよびポリフェニルサルホンから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１記載の燃料電池において、
前記起電部は、燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極と前記酸化剤極とに挟持された電解質膜とを有することを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１記載の燃料電池において、
さらに、前記燃料タンクと前記起電部との間に介在され、前記メタノール燃料の気化成分を前記燃料極に供給する気体選択透過膜を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項６記載の燃料電池において、
前記燃料タンクは前記起電部の前記燃料極と対向する面が開口された箱状容器を有し、前記箱状容器全体が前記透明樹脂で形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項８記載の燃料電池において、
前記燃料タンクは燃料カートリッジとの接続機構の取付け部を有し、前記接続機構の取付け部を含めて前記燃料タンク全体が前記透明樹脂で一体的に形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
請求項８記載の燃料電池において、
前記燃料タンクはその内部に立設された支柱部を有し、前記支柱部を含めて前記燃料タンク全体が前記透明樹脂で一体的に形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
請求項１記載の燃料電池において、
前記燃料タンク内にプリズムが設置されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項１２】
請求項１１記載の燃料電池において、
前記プリズムは耐メタノール性を有する透明樹脂で形成されていることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はメタノール燃料を用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや携帯電話等の携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することができるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。【０００３】
エネルギー密度の高いメタノール燃料を用いた直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯機器用の電源として有望視されている。ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、燃料タンク内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。これらのうち、アクティブ方式はＤＭＦＣの高出力化（大電力化）が可能であることから、ノートパソコン等の電源として期待されている。【０００４】
内部気化型等のパッシブ方式は、燃料ポンプのような能動的な燃料移送手段を必要としないことから、特にＤＭＦＣの小型化に対して有利である。例えば、特許文献１や特許文献２には、液体燃料を保持する燃料浸透層と、燃料浸透層中に保持された液体燃料の気化成分を拡散させて燃料極に供給する燃料気化層とを具備するパッシブ型ＤＭＦＣが記載されている。このようなパッシブ型ＤＭＦＣは携帯用オーディオプレーヤや携帯電話等の小型携帯機器の電源として期待されている。【０００５】
パッシブ型ＤＭＦＣにおいては、出力特性の向上やより一層の小型化を図るために、液体燃料として純メタノールを用いたＤＭＦＣの研究並びに実用化が進められている。純メタノール等の液体燃料は、パッシブ型ＤＭＦＣの内部に設置された燃料タンク内に収容され、この燃料タンクから直接気化させることにより燃料極に供給される。燃料タンク内の液体燃料は発電動作に伴って消費されるため、外部から液体燃料を燃料タンク内に補充する必要が生じる。液体燃料の補充時期を確認するために、燃料タンクの少なくとも一部を透明な材料で構成することが提案されている（特許文献３、４参照）。【０００６】
上述したように、パッシブ型ＤＭＦＣでは液体燃料として純メタノールを用いることが検討されている。このため、燃料タンクを構成する透明材料は純メタノールに代表される高濃度の液体燃料に対して耐性を有する必要がある。透明材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等が一般的に用いられている。しかしながら、これら従来の透明樹脂は耐メタノール性に劣り、ＤＭＦＣの燃料タンクに適用した際に溶解やストレスクラッキング等が生じるおそれが大きい。このため、パッシブ型ＤＭＦＣの使用に耐えられないという欠点を有している。【０００７】
一方、耐メタノール性に優れる樹脂材料であっても、透明性が劣る場合にはメタノール燃料の残量を外部から目視することができなくなり、透明な燃料タンク本来の特性が損なわれてしまう。例えば、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂等の一般的なオレフィン系樹脂はある程度の耐メタノール性を有する反面、透明性や機械的強度が乏しく、ＤＭＦＣの透明な燃料タンクの構成材料には不向きである。
【特許文献１】特許第３４１３１１１号公報
【特許文献２】特開２００４−１７１８４４公報
【特許文献３】特許２００１−０９３５５１公報
【特許文献４】特開２００４−３３５３３１公報
【発明の開示】
【０００８】
本発明の目的は、各種濃度のメタノール燃料に対して耐久性を示し、その上でメタノール燃料の残量を外部から良好に目視することが可能な燃料タンクを具備する燃料電池を提供することにある。
【０００９】
本発明の一態様に係る燃料電池は、液体燃料としてメタノール燃料を収容する燃料タンクであって、耐メタノール性を有する透明樹脂で形成された燃料タンクと、前記燃料タンクから前記メタノール燃料が供給されて発電動作する起電部とを具備することを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による燃料電池の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す燃料電池の燃料タンクを示す平面図である。
【図３】図１に示す燃料電池の燃料タンクを示す側面図である。
【符号の説明】
【００１１】
１…パッシブ型ＤＭＦＣ、２…燃料電池セル、３…燃料タンク、４…気体選択透過膜、５…アノード触媒層５、６…アノードガス拡散層、７…カソード触媒層、８…カソードガス拡散層、９…電解質膜、１４…容器状のタンク部、１５…支柱部、１６…接続機構の取付け部、１８…プリズム。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて述べるが、それらの図面は図解のみの目的のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。
【００１３】
図１は本発明の一実施形態によるパッシブ型ＤＭＦＣの構成を示す断面図である。図１に示すパッシブ型ＤＭＦＣ１は内部気化方式を適用したものであり、起電部を構成する燃料電池セル２と、この燃料電池セル２に液体燃料（メタノール燃料）を供給する燃料タンク３と、これら燃料電池セル２と燃料タンク３との間に介在された気体選択透過膜４とから主として構成されている。
【００１４】
燃料電池セル２は、アノード触媒層５とアノードガス拡散層６とを有するアノード（燃料極）と、カソード触媒層７とカソードガス拡散層８とを有するカソード（酸化剤極／空気極）と、アノード触媒層５とカソード触媒層７とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜９とから構成される膜電極複合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を有している。
【００１５】
アノード触媒層５およびカソード触媒層７に含有される触媒としては、例えばＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層５にはメタノールや一酸化炭素に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層７にはＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００１６】
電解質膜９を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸等の無機物等が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜９の構成材料はこれらに限られるものではない。
【００１７】
アノード触媒層５と積層されるアノードガス拡散層６は、アノード触媒層５に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層５の集電体も兼ねている。一方、カソード触媒層７と積層されるカソードガス拡散層８は、カソード触媒層７に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層７の集電体も兼ねている。
【００１８】
アノードガス拡散層６にはアノード導電層１０が積層され、カソードガス拡散層８にはカソード導電層１１が積層されている。これら導電層１０、１１は、例えば金のような導電性金属材料からなるメッシュ、多孔質膜、薄膜等で構成される。電解質膜９とアノード導電層１０およびカソード導電層１１との間には、それぞれゴム製のＯリング１２、１３が介在されており、これらによって燃料電池セル（膜電極複合体）２からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
【００１９】
燃料タンク３の内部には、液体燃料としてメタノール燃料Ｆが収容されている。メタノール燃料Ｆとしては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノールが用いられる。メタノール燃料Ｆは、パッシブ型ＤＭＦＣ１の構成や特性等に応じて適宜選択されるものである。メタノール燃料Ｆは、例えばメタノール濃度が１０％以上１００％未満のメタノール水溶液、さらには純メタノールで構成される。
【００２０】
燃料タンク３は燃料電池セル（膜電極複合体）２のアノード（燃料極）側に配置されている。燃料タンク３はメタノール燃料Ｆを収容する箱状容器を有し、この箱状容器のアノード（燃料極）と対向する面が開口されている。燃料タンク３の開口部と燃料電池セル２との間には気体選択透過膜４が設置されている。メタノール燃料Ｆは燃料タンク３の開口部および気体選択透過膜４を介して燃料電池セル２に供給される。
【００２１】
気体選択透過膜４は、メタノール燃料Ｆの気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離膜である。気体選択透過膜４の構成材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂が挙げられる。燃料電池セル２にはメタノール燃料Ｆの気化成分のみが気体選択透過膜４を介して供給される。メタノール燃料Ｆの気化成分とは、メタノール水溶液を使用した場合にはメタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合気、純メタノールを使用した場合にはメタノールの気化成分を意味する。
【００２２】
メタノール燃料Ｆが収容される燃料タンク３は、耐メタノール性を有する透明樹脂で形成されている。図２および図３は燃料タンク３の一構成例を示している。燃料タンク３は、上面が開口された箱状容器からなるタンク部１４と、このタンク部１４内に立設された複数の支柱部１５と、タンク部１４の下面側に設けられた接続機構（燃料カートリッジとの接続機構）の取付け部１６とを有している。タンク部１４は箱状容器全体が耐メタノール性を有する透明樹脂で形成されている。さらに、タンク部１４に加えて、支柱部１５および接続機構の取付け部１６を含む燃料タンク３全体が、耐メタノール性を有する透明樹脂で一体的に形成されている。
【００２３】
このように、耐メタノール性を有する透明樹脂で燃料タンク３を形成することによって、メタノール燃料Ｆに対する耐久性や信頼性を良好に保つことができる。さらに、タンク全体が耐メタノール性を有する透明樹脂で形成された燃料タンク３によれば、その内部のメタノール燃料Ｆの残量を外部から確実に目視することが可能となる。
【００２４】
燃料タンク３の構成材料である透明樹脂の耐メタノール性に関しては、ＪＩＳ  Ｋ７１１４の「プラスチックの耐薬品性試験方法」に準拠する純メタノールの浸漬試験において、質量変化率が０．３％以下、長さ変化率が０．５％以下、厚さ変化率が０．５％以下を満足することが好ましい。各変化率の値が上記した値を超えると、燃料タンク３にメタノール燃料Ｆを収容して実用に供した際に、燃料タンク３に溶解やストレスクラッキング等が生じるおそれがある。従って、メタノール燃料Ｆが収容される燃料タンク３の実用的な耐久性や信頼性を維持することができない。
【００２５】
透明樹脂の純メタノールの浸漬試験における質量変化率、長さ変化率および厚さ変化率は、以下のようにして測定するものとする。まず、試験片として３０ｍｍ×３０ｍｍ×厚さ２ｍｍの板を用意する。このような試験片の試験前の質量（Ｍ１）、長さ（Ｌ１）、厚さ（Ｔ１）を測定する。次に、試験片を２３±２℃の試験液（濃度９９．８％の純メタノール）中に完全に浸漬し、上記温度を保持して7日間静置する。この後、試験片を試験液から取り出して水洗し、試験片の表面に付着した水分を拭い取った後に、試験後の質量（Ｍ２）、長さ（Ｌ２）、厚さ（Ｔ２）を測定する。長さ（Ｌ１，Ｌ２）は試験片の縦方向および横方向の長さの平均値とする。厚さ（Ｔ１，Ｔ２）は、試験片の中央部と各角部（エッジから５ｍｍ内側）の５箇所の厚さを測定し、それらの平均値とする。
【００２６】
上記した試験片の試験前の質量（Ｍ１）、長さ（Ｌ１）、厚さ（Ｔ１）、および試験後の質量（Ｍ２）、長さ（Ｌ２）、厚さ（Ｔ２）から、質量変化率Ｍ、長さ変化率Ｌおよび厚さ変化率Ｔを下記の式（１）、式（２）、式（３）に基づいて算出する。
Ｍ＝｛（Ｍ２−Ｍ１）／Ｍ１｝×１００（％）  …（１）
Ｌ＝｛（Ｌ２−Ｌ１）／Ｌ１｝×１００（％）  …（２）
Ｔ＝｛（Ｔ２−Ｔ１）／Ｔ１｝×１００（％）  …（３）
【００２７】
透明樹脂の透明性に関しては、ＪＩＳ  Ｋ７１０５−１９８１の「プラスチックの光学的特性試験方法」に準拠する光線透過率測定試験において、光線透過率が８５％以上であることが好ましい。燃料タンク３の構成材料が上記したような耐メタノール性を有していたとしても、光線透過率が８５％未満の場合には燃料タンク３内の燃料残量の視認性が低下する。従って、透明樹脂からなる燃料タンク３本来の特性、すなわち燃料タンク３内のメタノール燃料Ｆの残量を外部から目視で確認するという特性が損なわれることになる。
【００２８】
透明樹脂の光線透過率測定試験は、積分球式光線透過率測定装置を用いて実施する。まず、試験片として５０ｍｍ×５０ｍｍの板を用意する。板厚は原厚とし、試験片は３個とする。装置に標準白色板を取り付けて、装置の指示を１００（Ｔ１）に合わせ、入射光量を調整する。標準白色板を取り付けたままで、試験片を取り付けて全光線透過光量を（Ｔ２）を測定する。標準白色板および試験片を取り外し、ライトトラップを取り付けて装置の散乱光量（Ｔ３）を測定する。ライトトラップを取り付けたままで試験片を取り付けて、装置と試験片による散乱光量（Ｔ４）を測定する。
【００２９】
上記した各測定値（Ｔ１〜Ｔ４）から全光線透過率Ｔｔ、拡散透過率Ｔｄ、平行光線透過率Ｔｐを下記の式に基づいて求める。ここで言う光線透過率は全光線透過率Ｔｔ（％）を指すものである。
Ｔｔ＝Ｔ２（％）                        …（４）
Ｔｄ＝Ｔ４−Ｔ３（Ｔ２／１００）（％）  …（５）
Ｔｐ＝Ｔｔ−Ｔｄ（％）                  …（６）
【００３０】
耐メタノール性（純メタノールの浸漬試験における質量変化率、長さ変化率および厚さ変化率）と透明性（光線透過率測定試験における光線透過率）とを満足する樹脂材料としては、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリメチルペンテン（ＴＰＸ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）等が挙げられる。
【００３１】
これら各樹脂材料の純メタノールの浸漬試験における質量変化率、長さ変化率および厚さ変化率と光線透過率測定試験における光線透過率を表１に示す。なお、表１には一般的な透明樹脂の代表例としてアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）とポリカーボネート（ＰＣ）、また耐薬品性材料の代表例としてポリプロピレン（ＰＰ）の値を併せて示す。
【００３２】
【表１】
2007010815.tif 000002
【００３３】
さらに、上述した各樹脂で作製した燃料タンク３の実用性は例えば以下のようにして評価される。すなわち、金型成形で作製した透明タンクに対して、ＪＩＳ  Ｋ７１１４のプラスチックの耐薬品性試験方法に準拠する形で評価を行う。ただし、ＤＭＦＣの場合、発電すると発熱によりメタノール燃料を収容した透明タンクが温まる。そのことを考慮して、実際の機器使用温度よりも過酷な条件である５０±２℃の試験液（濃度９９．８％の純メタノール）中に透明タンクを完全に浸漬し、上記温度を保持して７日間静置する。
【００３４】
この後、透明タンクを試験液から取り出して水洗し、透明タンクの表面に付着した水分を拭い取った後に、試験後の質量（Ｍ２）、長さ（Ｌ２）、高さ（Ｔ２）を測定する。長さは透明タンクの縦方向および横方向の長さの平均値とする。高さは、透明タンクの中央部と各角部（エッジから１０ｍｍ内側）の５箇所の高さを測定とする。
【００３５】
透明タンクの試験前の質量（Ｍ１）、長さ（Ｌ１）、および試験後の質量（Ｍ２）、長さ（Ｌ２）から、質量変化率Ｍと長さ変化率Ｌを前述した式（１）および式（２）に基づいて算出する。さらに、５箇所の高さの変化を比較することによって、透明タンクの反り発生の有無と反りが発生した場合にどの方向に反るのかの傾向をつかむ。
【００３６】
燃料タンク３は上述した実用性の評価試験において、質量変化率が０．３％以下、長さ変化率が０．５％以下であることが好ましい。高さの変化（反り）については、最小高さ部位と最大高さ部位が５箇所の平均高さと比較して１％以内の変化率に納まっていることが好ましい。なお、反りの除去対策として、各種樹脂のガラス転移温度よりもわずかに低い温度まで熱を加え、ゆっくりと除冷するアニール処理を行うことが好ましい。これによって、成形時の残留応力を効果的に取り除くことができる。
【００３７】
透明性の試験に関しては、上記と同様の環境試験を実施する。すなわち、５０±２℃の試験液（濃度９９．８％の純メタノール）中に透明タンクを完全に浸漬し、上記温度を保持して７日間静置する。この後、再度ＪＩＳ  Ｋ７１０５の「プラスチックの光学的特性試験方法」に準拠する光線透過率測定試験において、標準白色板を装着した積分球式光線透過測定器を使用して全光線透過光量を求める。その結果として、透明タンクは透過率の低下の割合が試験前に比べて１％未満であることが好ましい。
【００３８】
表１から明らかなように、上述した各樹脂は耐メタノール性に優れると共に、良好な透明性を有している。このような特性を有する透明樹脂で形成した燃料タンク３によれば、メタノール燃料Ｆが収容される燃料タンク３の実用的な耐久性や信頼性を維持することができる。さらに、燃料タンク３内のメタノール燃料Ｆの残量を長期間にわたって外部から容易に目視で確認することが可能となる。燃料タンク３を構成する透明樹脂は、特にポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）およびポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００３９】
この実施形態では燃料タンク３全体を透明樹脂で一体的に形成しているため、燃料タンク３のどの面およびどの角度からもメタノール燃料Ｆの残量を目視で確認することができる。図３において、符号１７は燃料タンク３を具備するパッシブ型ＤＭＦＣ１が搭載される機器の筐体を示している。機器筐体１７にはその外部から燃料タンク３内の燃料残量を確認することが可能なように、例えばスリット（図示せず）が設けられる。この機器筐体１７のスリットは、燃料タンク３が露出する部分であればどこに形成してよい。従って、ＤＭＦＣ１が搭載される機器筐体１７の設計の自由度等を高めることができる。
【００４０】
燃料タンク３は全体的に透明樹脂で形成されているため、燃料タンク３のどの面からでもメタノール燃料Ｆのタンク内残量を確認することができる。さらに、この実施形態ではタンク内残量の視認性（確認性）を高めるために、燃料タンク３内にプリズム１８を設置している。プリズム１８はタンク内残量の視認方向（図中矢印Ａで示す）に位置するタンク面１４ａと平行となるように設置されている。この場合、機器筐体１７の視認方向の面１７ａにスリット（図示せず）等が設けられる。
【００４１】
燃料タンク３内にプリズム１８を設置することによって、メタノール燃料Ｆの残量の視認性をより一層高めることができる。なお、プリズム１８は燃料タンク３内でメタノール燃料Ｆと接するため、燃料タンク３と同様な特性を有する透明樹脂で形成することが好ましい。すなわち、耐メタノール性と透明性とを有する透明樹脂で形成したプリズム１８を、燃料タンク３内に設置することが好ましい。透明樹脂の耐メタノール性および透明性については前述した通りである。
【００４２】
さらに、この実施形態では燃料タンク３を構成するタンク部１４と複数の支柱部１５と接続機構の取付け部１６とを透明樹脂で一体的に形成しているため、１つの金型で複雑形状のタンクを作製することができる。すなわち、各種形状の燃料タンク３の製造コストを低減することができる。加えて、異種の樹脂部品を組合せて作製したタンクのように、メタノール燃料Ｆが漏洩するおそれがない。これらによって、信頼性の高い燃料タンク３を低コストで提供することが可能となる。
【００４３】
燃料タンク３の内部に設置された複数の支柱部１５は、燃料電池セル２や気体選択透過膜４を支持するものである。複数の支柱部１５は必要に応じてタンク部１４内に設置される。接続機構の取付け部１６には、燃料カートリッジとの接続機構（カップラ等）が設置される。燃料タンク３には取付け部１６に設置された接続機構を介して燃料カートリッジが接続され、この燃料カートリッジからメタノール燃料Ｆが供給される。
【００４４】
上述した燃料電池セル２のカソード導電層１１上には保湿層１９が積層されており、さらにその上には表面層２０が積層されている。表面層２０は酸化剤である空気の取入れ量を調整する機能を有し、その調整は表面層２０に形成された空気導入口２１の個数やサイズ等を変更することで行われる。保湿層１９はカソード触媒層７で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制する役割を果たすと共に、カソードガス拡散層８に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層７への酸化剤の均一拡散を促進する機能も有している。保湿層１９は例えば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としてはポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体等が挙げられる。
【００４５】
そして、燃料タンク３上に気体選択透過膜４、燃料電池セル２、保湿層１９、表面層２０を順に積層し、さらにその上から例えばステンレス製のカバー２２を被せて全体を保持する。これらによって、パッシブ型ＤＭＦＣ１が構成されている。カバー２２には表面層２０に形成された空気導入口２１と対応する部分に開口が設けられている。なお、燃料タンク３にはカバー２２のかしめ用爪２２ａを受けるテラス２３が設けられている。燃料タンク３はテラス２３を含めて全体が透明樹脂で一体的に形成されている。
【００４６】
上述した構成を有するパッシブ型ＤＭＦＣ１においては、燃料タンク３内のメタノール燃料Ｆが気化し、この気化成分が気体選択透過膜４を透過して燃料電池セル２に供給される。燃料電池セル２内において、メタノール燃料Ｆの気化成分はアノードガス拡散層６で拡散されてアノード触媒層５に供給される。アノード触媒層５に供給された気化成分は、下記の式（７）に示すメタノールの内部改質反応を生じさせる。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  …（７）
【００４７】
なお、メタノール燃料Ｆとして純メタノールを使用した場合には、燃料タンク３から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層７で生成した水や電解質膜９中の水をメタノールと反応させて（７）式の内部改質反応を生起する。あるいは、上記した式（７）の内部改質反応によらず、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００４８】
内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ+）は電解質膜９を伝導し、カソード触媒層７に到達する。表面層２０の空気導入口２１から取り入れられた空気（酸化剤）は、保湿層１９、カソード導電層１１、カソードガス拡散層８を拡散して、カソード触媒層７に供給される。カソード触媒層７に供給された空気は、次の式（８）に示す反応を生じさせる。この反応によって、水の生成を伴う発電反応が生じる。
（３／２）Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ  …（８）
【００４９】
上述した反応に基づく発電反応が進行するにしたがって、燃料タンク３内のメタノール燃料Ｆは消費される。燃料タンク３内のメタノール燃料Ｆの残量は、燃料タンク３が透明樹脂で形成されているため、機器筐体１７の外部から目視で確認することができる。従って、燃料タンク３内の燃料残量の確認結果に基づいて、燃料タンク３に燃料カートリッジ（図示せず）を接続してメタノール燃料Ｆを供給する。このようなパッシブ型ＤＭＦＣ１によれば、メタノール燃料Ｆの供給時期を確実に確認することができるため、各種携帯機器等に安定的に電力を提供することができる。
【００５０】
なお、上述した実施形態においては、本発明の直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）をパッシブ方式の燃料電池に適用した例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、アクティブ方式の燃料電池に適用することも可能である。ただし、パッシブ型ＤＭＦＣでは上述したように燃料タンクが燃料電池セルと一体的に積層されるため、その構成材料としての耐メタノール性を有する透明樹脂がより有効に機能する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の態様に係る燃料電池によれば、メタノール燃料を収容する燃料タンクに実用的な耐久性を付与した上で、燃料タンク内のメタノール燃料の残量を外部から目視することができる。従って、燃料タンクの信頼性と燃料残量の視認性を共に向上させた燃料電池を提供することが可能となる。
【図１】
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【図２】
2007010815.tif 000004
【図３】
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【国際調査報告】
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2007010815.tif 000007
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