(57)【要約】【課題】燃料電池を構成する各燃料電池セルに対応して燃料の供給量を調整することができ、安定した電池出力を得ることができる燃料電池を提供すること目的とする。【解決手段】燃料極、空気極、および燃料極と空気極とに挟持された電解質膜から構成される起電部と、起電部の表面に設けられた導電層とを備える燃料電池セル１０を複数並設した燃料電池セル群１００と、燃料電池セル１０の燃料極側に配設され、液体燃料Ｆを収容し、液体燃料Ｆの気化成分を導出するための開口を有する液体燃料タンク３０と、液体燃料タンク３０の開口部分に配設され、液体燃料タンク３０からの気化成分を透過させる気液分離膜４０と、燃料電池セル１０の燃料極側に、燃料電池セル群１００に面して、気液分離膜４０と所定の間隔をあけて配設され、各燃料電池セル１０へ燃料を分配して供給する燃料分配層５０とを具備する。【選択図】図１
2007157593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極、空気極、および前記燃料極と前記空気極とに挟持された電解質膜から構成される起電部と、
前記起電部の前記燃料極および前記空気極のそれぞれの表面に設けられた導電層と
を備える燃料電池セルを前記燃料電池セルの燃料極が同方向になるように複数並設した燃料電池セル群と、
前記燃料電池セルの燃料極側に配設され、液体燃料を収容し、前記液体燃料の気化成分を導出するための開口を有する燃料供給部と、
前記燃料供給部の開口部分に配設され、前記燃料供給部からの気化成分を透過させる気液分離膜と、
前記燃料電池セルの燃料極側に、前記燃料電池セル群に面して、前記気液分離膜と所定の間隔をあけて配設され、前記各燃料電池セルへ前記気化成分を分配して供給する燃料分配層と
を具備したことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記燃料分配層が、前記燃料電池セル群において外端に配置された燃料電池セルから中央に配置された燃料電池セルに向かって開口面積を減少させて、前記各燃料電池セルに対応して形成された燃料通過口を備えて構成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料通過口が、複数の孔で形成されていることを特徴とする請求項２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記燃料通過口が、スリットで形成されていることを特徴とする請求項２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、特に小型のパッシブ型の燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子技術の進歩により、電子機器の小型化、高性能化、ポータブル化が進んでおり、携帯用電子機器においては、使用される電池の高エネルギ密度化の要求が強まっている。このため、軽量で小型でありながら高容量の二次電池が要求されている。
【０００３】
このような状況のもと、小型の燃料電池が注目を集めている。特に、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）は、水素ガスを使用する燃料電池に比べ、水素ガスの取り扱いの困難さや、有機燃料を改質して水素を作り出す装置などが必要なく、小型化に優れていると考えられる。
【０００４】
ＤＭＦＣでは、燃料極においてメタノールが酸化分解され、二酸化炭素、プロトンおよび電子が生成される。一方、空気極では、空気から得られる酸素と、電解質膜を経て燃料極から供給されるプロトン、および燃料極から外部回路を通じて供給される電子によって水が生成される。また、この外部回路を通る電子によって、電力が供給されることになる。
【０００５】
一般的に、ＤＭＦＣ構成を有する１つの燃料電池セルからの出力は小さいので、所定の出力を得るために、複数の燃料電池セルを電気的に直列に接続して燃料電池を構成している。また、このような構成を有する燃料電池では、例えば、各燃料電池セルが１つの液体燃料タンクに面して配置され、この１つの液体燃料タンクから、例えば、燃料吸い上げ材などを介して各燃料電池セルへ燃料を供給している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−３１７７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のＤＭＦＣからなる燃料電池セルを複数並設して構成された燃料電池では、中央に配置された放熱作用が小さい燃料電池セルと、両端側に配置された放熱作用の大きい燃料電池セルとでは、必要とする燃料の量が異なる。
【０００７】
しかしながら、従来の燃料電池では、各燃料電池セルが必要とする燃料の量に対応して、燃料を供給することができなかった。これによって、必要以上に燃料が供給された燃料電池セルにおいては、燃料のクロスオーバの発生を助長し、一方、必要な量の燃料が供給されない燃料電池セルにおいては、所定の電池出力が得られないという問題が生じた。さらに、例えば、燃料吸い上げ材などによって、毛管力を利用して燃料を供給する場合には、液体燃料タンク内の燃料の残量が少なくなると、両端側に配置された燃料電池セルに供給される燃料の供給量が不足するなどの問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池を構成する各燃料電池セルに対応して燃料の供給量を調整することができ、安定した電池出力を得ることができる燃料電池を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、燃料極、空気極、および前記燃料極と前記空気極とに挟持された電解質膜から構成される起電部と、前記起電部の前記燃料極および前記空気極のそれぞれの表面に設けられた導電層とを備える燃料電池セルを前記燃料電池セルの燃料極が同方向になるように複数並設した燃料電池セル群と、前記燃料電池セルの燃料極側に配設され、液体燃料を収容し、前記液体燃料の気化成分を導出するための開口を有する燃料供給部と、前記燃料供給部の開口部分に配設され、前記燃料供給部からの気化成分を透過させる気液分離膜と、前記燃料電池セルの燃料極側に、前記燃料電池セル群に面して、前記気液分離膜と所定の間隔をあけて配設され、前記各燃料電池セルへ前記気化成分を分配して供給する燃料分配層とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
この燃料電池によれば、燃料分配層を設けることで、各燃料電池セル毎に液体燃料の気化成分量を調整して供給することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の燃料電池によれば、燃料電池を構成する各燃料電池セルに対応して燃料の供給量を調整することができ、安定した電池出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態について図を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る一実施の形態の直接メタノール型の燃料電池１の断面を模式的に示した図である。図２は、６個の燃料電池セル１０を備えたときの燃料分配層５０の平面図である。また、図３は、図２に示した燃料分配層５０の他の構成を示した平面図である。
【００１４】
図１に示すように、燃料電池１は、複数の燃料電池セル１０からなる燃料電池セル群１００と、液体燃料Ｆを収容し開口を有する液体燃料タンク３０と、液体燃料タンク３０の開口部分に配設された気液分離膜４０と、燃料電池セル群１００に面して、フレーム４５によって気液分離膜４０と所定の間隔をあけて配設された燃料分配層５０とから主に構成されている。
【００１５】
各燃料電池セル１０は、燃料極触媒層１１および燃料極ガス拡散層１２からなる燃料極と、空気極触媒層１３および空気極ガス拡散層１４からなる空気極と、燃料極触媒層１１と空気極触媒層１３との間に挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１５とから構成される膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly ）１６を起電部として構成している。なお、電解質膜１５は、各燃料電池セル１０に共通の構成となっている。
【００１６】
燃料極触媒層１１および空気極触媒層１３に含有される触媒としては、例えば、白金族元素である、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の単体金属、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。具体的には、燃料極触媒層１１として、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など、空気極触媒層１３として、白金やＰｔ−Ｎｉなどを用いることが好ましいが、これらに限定されるものではない。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒、あるいは無担持触媒を使用してもよい。
【００１７】
電解質膜１５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、例えば、パーフルオロスルホン酸重合体等のフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）、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などの無機物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
燃料極触媒層１１に積層された燃料極ガス拡散層１２は、燃料極触媒層１１に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、燃料極触媒層１１の集電体としての機能も兼ね備えている。一方、空気極触媒層１３に積層された空気極ガス拡散層１４は、空気極触媒層１３に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、空気極触媒層１３の集電体としての機能も兼ね備えている。そして、燃料極ガス拡散層１２には、燃料極導電層１７が積層され、空気極ガス拡散層１４には、空気極導電層１８が積層されている。燃料極導電層１７および空気極導電層１８は、例えば、金などの導電金属材料からなるメッシュなどの多孔質層で構成される。なお、燃料極導電層１７および空気極導電層１８は、それらの周縁から燃料や酸化剤が漏れないように構成される。
【００１９】
燃料極シール材１９は、矩形枠状を有し、燃料極導電層１７と電解質膜１５との間に位置する燃料電池セル群１００の燃料極触媒層１１および燃料極ガス拡散層１２の周囲を囲んでいる。一方、空気極シール材２０は、矩形枠状を有し、空気極導電層１８と電解質膜１５との間に位置する燃料電池セル群１００の空気極触媒層１３および空気極ガス拡散層１４の周囲を囲んでいる。燃料極シール材１９および空気極シール材２０は、例えば、ゴム製のＯリングなどで構成され、膜電極接合体１６からの燃料漏れおよび酸化剤漏れを防止している。なお、燃料極シール材１９および空気極シール材２０の形状は、矩形枠状に限られず、燃料電池セル１０の外縁形に対応するように適宜に構成される。
【００２０】
また、空気極導電層１８上には、燃料電池セル１０の外縁形に対応した形状で構成されたフレーム２１（ここでは矩形のフレーム）を介して、保湿層２２が積層されている。また、保湿層２２上には、酸化剤である空気を取り入れるための空気導入口２４が複数個形成された表面層２３が積層されている。この表面層２３は、膜電極接合体１６を含む積層体を加圧して、その密着性を高める役割も果たしているため、例えば、ＳＵＳ３０４のような金属で形成される。また、フレーム２１は、電気絶縁材料で構成され、具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような熱可塑性ポリエステル樹脂などで形成される。なお、フレーム２１、保湿層２２および表面層２３は、各燃料電池セル１０に共通の構成となっている。
【００２１】
また、保湿層２２は、空気極触媒層１３において生成した水の一部を含浸して、水の蒸散を抑制する役割をなすとともに、空気極ガス拡散層１４に酸化剤を均一に導入することにより、空気極触媒層１３への酸化剤の均一拡散を促す補助拡散層としての機能も有している。この保湿層２２は、例えば、ポリエチレン多孔質膜などの材料で構成される。ここで、浸透圧現象による空気極触媒層１３側から燃料極触媒層１１側への水の移動は、保湿層２２上に設置された表面層２３の空気導入口２４の個数やサイズを変えて、開口面積等を調整することで制御することができる。
【００２２】
なお、燃料電池セル１０は、各燃料電池セル１０の燃料極が同方向になるように複数並設されて燃料電池セル群１００を構成し、各燃料電池セル１０は、電気的に直列に接続されている。
【００２３】
燃料分配層５０は、燃料電池セル１０の燃料極側に燃料電池セル群１００に面して設けられている。この燃料分配層は、各燃料電池セル１０へ燃料を分配して均一に供給するもので、燃料分配層には、各燃料電池セル１０に対応して、燃料を通過させる燃料通過口５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃが形成されている。図２に示すように、燃料通過口５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、複数の孔で構成され、燃料通過口５１ａと燃料通過口５２ａ、燃料通過口５１ｂと燃料通過口５２ｂ、燃料通過口５１ｃと燃料通過口５２ｃは、それぞれ同じ開口面積に形成されている。また、燃料通過口５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃの開口面積は、外端に配置された燃料電池セル１０に対応する燃料通過口５１ｃ、５２ｃの開口面積が一番大きく、中央に配置された燃料電池セル１０に向かって、その開口面積を減少させ、中央に配置された燃料電池セル１０に対応する燃料通過口５１ａ、５２ａの開口面積が一番小さい。このように燃料通過口５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃを形成することで、例えば、放熱作用が比較的小さく、熱がこもり易い中央に配置された燃料電池セル１０に供給する燃料の供給量を絞り、放熱作用の大きい両端側に配置された燃料電池セル１０に供給する燃料の供給量を増やすことができる。
【００２４】
ここで、外端の全燃料通過口５１ｃにおける燃料透過量に対する、中央の全燃料通過口５１ａにおける燃料透過量の比率が２０〜８０％となるように燃料通過口５１ａを形成することが好ましい。この燃料透過量の範囲が好ましいのは、外端の全燃料通過口５１ｃにおける開口面積に対する、中央の全燃料通過口５１ａにおける燃料透過量の比率が２０％より小さい場合には、十分な燃料透過量の差が生じないためであり、８０％より大きい場合には、逆に必要以上の燃料を供給し発電を阻害するからである。この場合、外端の全燃料通過口５１ｃにおける燃料透過量に対する、外端と中央との間の全燃料通過口５１ｂにおける燃料透過量の比率は、２０〜８０％とした。また、燃料通過口５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃの形状は、図２に示した円形に限らず、三角形、矩形、多角形などでもよい。さらに、図３に示すように、燃料通過口５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃをスリット形状に形成してもよい。
【００２５】
また、燃料分配層５０は、液体燃料Ｆの気化成分や液体燃料Ｆを透過させない薄板状の材料で構成されている。燃料分配層５０を形成する具体的な材料として、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。
【００２６】
また、図１に示すように、液体燃料Ｆを収容する液体燃料タンク３０の開口部を覆うように配設された気液分離膜４０上には、燃料電池セル１０の外縁形に対応した形状で構成されたフレーム４５（ここでは矩形のフレーム）が配置されている。そして、このフレーム４５の一方の面に、燃料分配層５０が接するように積層配置されている。
【００２７】
また、気液分離膜４０、燃料分配層５０およびフレーム４５で囲まれた気化燃料収容室６０は、気液分離膜４０を透過してきた液体燃料Ｆの気化成分を一時的に収容し、さらに気化成分における燃料の濃度分布を均一にする空間として機能する。ここで、フレーム４５は、上記したフレーム２１と同様に、電気絶縁材料で構成され、具体的には、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような熱可塑性ポリエステル樹脂などで形成される。なお、気液分離膜４０は、それらの周縁から燃料などが漏れないように構成されている。
【００２８】
気液分離膜４０は、液体燃料Ｆの気化成分と液体燃料Ｆとを分離し、その気化成分を燃料極触媒層１１側に透過させるものである。具体的には、気液分離膜４０は、シリコーンゴム、フッ素系樹脂などの材料で構成される。
【００２９】
ここで、液体燃料タンク３０に貯留される液体燃料は、濃度が５０モル％を超えるメタノール水溶液、または純メタノールである。また、純メタノールの純度は、９５重量％以上１００重量％以下にすることが好ましい。また、液体燃料の気化成分とは、液体燃料として液体のメタノールを使用した場合には、気化したメタノールを意味し、液体燃料として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を意味する。
【００３０】
次に、上記した燃料電池１における作用について説明する。
【００３１】
液体燃料タンク３０内の液体燃料（例えば、メタノール水溶液）が気化し、気化したメタノールと水蒸気の混合気が、気液分離膜４０を透過し、気化燃料収容室６０に一旦収容され、濃度分布が均一にされる。気化燃料収容室６０に一旦収容された混合気は、燃料分配層５０に各燃料電池セル１０に対応して形成された燃料通過口５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃを通過して、各燃料電池セル１０内に流入する。
【００３２】
ここで、中央の燃料通過口５１ａ、５２ａの開口面積は、他の燃料通過口５１ｂ、５１ｃ、５２ｂ、５２ｃにおける開口面積よりも小さいため、中央の燃料電池セル１０に供給される混合気の供給量は、他にの配置された燃料電池セル１０に供給される混合気の供給量よりも少なくなる。また、外端にいくにつれて、燃料通過口の開口面積は増加するため、燃料電池セル１０に供給される混合気の供給量は、外端に配置された燃料電池セル１０ほど多くなる。
【００３３】
各燃料電池セル１０内に流入した混合気は、燃料極導電層１７を通過し、さらに燃料極ガス拡散層１２で拡散され、燃料極触媒層１１に供給される。燃料極触媒層１１に供給された混合気は、次の式（１）に示すメタノールの内部改質反応を生じる。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  …式（１）
【００３４】
なお、液体燃料として、純メタノールを使用した場合には、液体燃料タンク３０からの水蒸気の供給がないため、空気極触媒層１３で生成した水や電解質膜１５中の水などがメタノールと上記した式（１）の内部改質反応を生じるか、または上記した式（１）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る。
【００３５】
内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ＋）は、電解質膜１５を伝導し、空気極触媒層１３に到達する。表面層２３の空気導入口２４から取り入れられた空気は、保湿層２２、空気極導電層１８、空気極ガス拡散層１４を拡散して、空気極触媒層１３に供給される。空気極触媒層１３に供給された空気は、次の式（２）に示す反応を生じる。この反応によって、水が生成され、発電反応が生じる。
（３／２）Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  →  ３Ｈ２Ｏ  …式（２）
【００３６】
この反応によって空気極触媒層１３中に生成した水は、空気極ガス拡散層１４を拡散して保湿層２２に到達し、一部の水は、保湿層２２上に設けられた表面層２３の空気導入口２４から蒸散されるが、残りの水は表面層２３によって蒸散が阻害される。特に、式（２）の反応が進行すると、表面層２３によって蒸散が阻害される水量が増し、空気極触媒層１３中の水分貯蔵量が増加する。この場合には、式（２）の反応の進行に伴って、空気極触媒層１３の水分貯蔵量が、燃料極触媒層１１の水分貯蔵量よりも多い状態となる。その結果、浸透圧現象によって、空気極触媒層１３に生成した水が、電解質膜１５を通過して燃料極触媒層１１に移動する反応が促進される。そのため、燃料極触媒層１１への水分の供給を液体燃料タンク３０から気化した水蒸気のみに頼る場合に比べて、水分の供給が促され、前述した式（１）におけるメタノールの内部改質反応を促進させることができる。これによって、出力密度を高くすることができるとともに、その高い出力密度を長期間に亘り維持することが可能となる。
【００３７】
また、液体燃料として、メタノールの濃度が５０モル％を超えるメタノール水溶液、または純メタノールを使用する場合でも、空気極触媒層１３から燃料極触媒層１１に移動してきた水を内部改質反応に使用することができるので、燃料極触媒層１１への水の供給を安定して行うことが可能となる。これによって、メタノールの内部改質反応の反応抵抗をさらに低下することができ、長期の出力特性と負荷電流特性をより向上させることができる。さらに、液体燃料タンク３０の小型化を図ることも可能である。
【００３８】
上記したように、一実施の形態の直接メタノール型の燃料電池１によれば、燃料電池セル群１００に面して、燃料分配層５０を配設し、燃料分配層５０における燃料通過口５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃの開口面積を、外端にいくに伴い増加させることで、それに伴い透過量を増加させることができ、例えば、中央に配置された放熱作用が小さい燃料電池セル１０に供給する燃料の供給量を絞り、両端側に配置された放熱作用が大きい燃料電池セル１０に供給する燃料の供給量を増やすことができる。また、液体燃料タンク３０で気化した気化燃料が、中央に集まりやすい場合でも、中央の燃料通過口５１ａ、５２ａの開口面積を小さくすることで、それに伴い透過量を小さくすることができ、均一に各燃料電池セル１０に液体燃料の気化成分を供給することができる。これによって、各燃料電池セル１０からの出力をほぼ一定にすることができ、安定した電池出力を得ることができるので、燃料電池１における出力特性の信頼性を向上させることができる。
【００３９】
なお、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、または純メタノールを使用した直接メタノール型の燃料電池について説明したが、液体燃料は、これらに限られるものではない。例えば、エタノール水溶液や純エタノールなどのエタノール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、もしくはその他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が収容される。
【００４０】
なお、上記した一実施の形態における燃料電池１では、６個の燃料電池セル１０を備える場合について説明したが、設置される燃料電池セル１０の個数はこれに限られるものではなく、設計上または電池出力などの要求に基づいて適宜に変更することができる。
【００４１】
次に、燃料電池１に燃料分配層５０を設けることで、優れた出力特性が得られることを以下の実施例で説明する。
【００４２】
（実施例１）
実施例１で使用した本発明に係る燃料電池を次のように作製した。
【００４３】
まず、白金担持カーボンブラックに、パーフルオロカーボンスルホン酸溶液、水およびメトキシプロパノールを添加し、白金担持カーボンブラックを分散させてペーストを作製した。得られたペーストを空気極ガス拡散層である多孔質カーボンペーパに塗布した。そして、これを常温で乾燥し、空気極触媒層および空気極ガス拡散層からなる空気極を作製した。
【００４４】
また、白金ルテニウム合金微粒子を担持したカーボン粒子に、パーフルオロカーボンスルホン酸溶液、水およびメトキシプロパノールを添加し、カーボン粒子を分散させてペーストを作製した。得られたペーストを燃料極ガス拡散層である多孔質カーボンペーパに塗布した。そして、これを常温乾燥し、燃料極触媒層および燃料極ガス拡散層からなる燃料極を作製した。
【００４５】
電解質膜として、厚さが８０μｍのパーフルオロカーボンスルホン酸膜（Nafion膜、デュポン社製）を用い、この電解質膜を、空気極および燃料極で挟持し、ホットプレスを行って、膜電極接合体（ＭＥＡ）を作製した。なお、電極面積は、空気極、燃料極ともに１個のセル当たり６ｃｍ２とし、６セル分、同一平面上に配置した。
【００４６】
続いて、この膜電極接合体を、空気および気化したメタノールを取り入れるための複数の孔を有する金箔で挟み、燃料極導電層および空気極導電層を形成した。
【００４７】
上記した膜電極接合体（ＭＥＡ）、燃料極導電層、空気極導電層が積層された積層体を形成した。上記した方法で、１枚の電解質膜を共有した６個の燃料電池セルを備える燃料電池セル群を製作した。また、燃料極導電層と電解質膜との間に位置する燃料電池セル群の燃料極触媒層および燃料極ガス拡散層の周囲、および空気極導電層と電解質膜との間に位置する燃料電池セル群の空気極触媒層および空気極ガス拡散層の周囲をゴム製のＯリングで囲んで封止した。
【００４８】
また、液体燃料タンクの開口部を気液分離膜で覆い、その気液分離膜上の周端縁には、燃料電池セルの外縁形に対応した形状で構成されたフレームを配設した。そして、このフレームの一方の面に、燃料分配層を積層配置した。続いて、燃料分配層上に、燃料分配層に形成された燃料通過口に対応させて、燃料電池セルを配置して固定し、燃料電池を製作した。ここで、両外端に配置された燃料電池セルをＦＳ１、ＦＳ６、中央に配置された燃料電池セルをＦＳ３、ＦＳ４、外端と中央の間に配置された燃料電池セルをＦＳ２、ＦＳ５とする。また、各燃料電池セルＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３、ＦＳ４、ＦＳ５、ＦＳ６は、電気的に直列に接続されている。
【００４９】
燃料分配層には、厚さが１００μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のシートを使用した。また、図２に示すように、燃料分配層には、燃料電池セルＦＳ１、ＦＳ６に対応する部分に、孔径が３ｍｍの孔を１５個、燃料電池セルＦＳ２、ＦＳ５に対応する部分に、孔径が２.５ｍｍの孔を１５個、燃料電池セルＦＳ３、ＦＳ４に対応する部分に、孔径が２ｍｍの孔を１５個穿孔した。この場合、外端の燃料電池セルＦＳ１に対応する全燃料通過口における燃料透過量に対する、中央の燃料電池セルＦＳ３に対応する全燃料通過口における燃料透過量の比率は、約０.４４であった。また、気液分離膜には、厚さが１００μｍのシリコーンシートを使用した。
【００５０】
一方、空気極側のフレーム上には多孔質板を配置し、保湿層を形成した。また、この保湿層上には、空気取り入れのための空気導入口（１つの燃料電池セル当り、口径３ｍｍ、口数１５個）が形成された厚さが２ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４）を配置して表面層を形成し、ネジ止めによって固定した。
【００５１】
上記したように形成された燃料電池の液体燃料タンクに、純メタノールを１０ｍｌ注入し、温度２５℃、相対湿度５０％の環境の下、燃料電池全体の出力が１.８Ｖとなるように設定したときの各燃料電池セルＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３、ＦＳ４、ＦＳ５、ＦＳ６の出力電圧を測定した。また、５０時間後の燃料電池の出力電圧を測定し、後述する比較例１における５０時間後の燃料電池の出力電圧を１００としたときの、相対的な出力電圧を求めた。
【００５２】
表１に出力電圧の測定結果を示す。また、５０時間後の燃料電池の相対的な出力電圧は、１５０であった。
【００５３】
（実施例２）
実施例２で使用された燃料電池は、燃料分配層に、厚さが１００μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のシートを使用し、図３に示すように、燃料電池セルＦＳ１、ＦＳ６に対応する部分に、幅が１．５ｍｍ、長さが７０ｍｍのスリットを、燃料電池セルＦＳ２、ＦＳ５に対応する部分に、幅が１ｍｍ、長さが７０ｍｍのスリットを、燃料電池セルＦＳ３、ＦＳ４に対応する部分に、幅が０．５ｍｍ、長さが７０ｍｍのスリットを開口したこと以外は、上記した実施例１で使用された燃料電池の構成と同じである。この場合、外端の燃料電池セルＦＳ１に対応する全燃料通過口における燃料透過量に対する、中央の燃料電池セルＦＳ３に対応する全燃料通過口における燃料透過量の比率は、０.４４程度であった。また、出力電圧の測定方法および測定条件は、実施例１における測定方法および測定条件と同じである。
【００５４】
表１に出力電圧の測定結果を示す。また、５０時間後の燃料電池の相対的な出力電圧は、１４５であった。
【００５５】
（比較例１）
比較例１で使用された燃料電池は、実施例１における燃料電池から燃料分配層を取り除いた構成であり、それ以外は、上記した実施例１で使用された燃料電池の構成と同じである。また、出力電圧の測定方法および測定条件は、実施例１における測定方法および測定条件と同じである。
【００５６】
表１に出力電圧の測定結果を示す。また、上記したように、比較例１で測定された５０時間後の燃料電池の出力電圧を１００とした。
【００５７】
【表１】
2007157593.tif 000003
【００５８】
（実施例および比較例の測定結果の検討）
表１に示すように、本発明に係る燃料分配層を備えた燃料電池を使用した実施例１および実施例２における各燃料電池セルＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３、ＦＳ４、ＦＳ５、ＦＳ６の出力電圧は、比較例１における各燃料電池セルＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３、ＦＳ４、ＦＳ５、ＦＳ６の出力電圧よりもばらつき小さく、各燃料電池セルＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３、ＦＳ４、ＦＳ５、ＦＳ６においてほぼ同じ出力電圧が得られていることがわかった。さらに、実施例１および実施例２における５０時間後の燃料電池の出力電圧は、比較例１における５０時間後の燃料電池の出力電圧よりも高いことがわかった。
【００５９】
この結果から、燃料電池に燃料分配層を備えることで、燃料電池を構成する各燃料電池セルＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３、ＦＳ４、ＦＳ５、ＦＳ６からの出力をほぼ一定にすることができ、安定した電池出力を得ることができることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】一実施の形態の直接メタノール型の燃料電池の断面図。
【図２】６個の燃料電池セルを備えたときの燃料分配層の平面図。
【図３】図２に示した燃料分配層の他の構成を示した平面図。
【符号の説明】
【００６１】
１…燃料電池、１０…燃料電池セル、１１…燃料極触媒層、１２…燃料極ガス拡散層、１３…空気極触媒層、１４…空気極ガス拡散層、１５…電解質膜、１６…膜電極接合体、１７…燃料極導電層、１８…空気極導電層、１９…燃料極シール材、２０…空気極シール材、２１，４５…フレーム、３０…液体燃料タンク、５０…燃料分配層、５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ…燃料通過口、６０…気化燃料収容室、２２…保湿層、２３…表面層、２４…空気導入口、１００…燃料電池セル群、Ｆ…液体燃料。
【図１】
2007157593.tif 000004
【図２】
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【図３】
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