(57)【要約】【課題】  製品燃料内に存在する微量の不純物を効率よく排除し、長期間にわたり安定した発電動作を行うことができる長期安定性能に優れた燃料電池を提供する。【解決手段】  本発明の燃料電池は、カソードと、アノードと、前記カソードとアノードとの間に挟持されて電解質膜とを有する膜電極接合体を備える起電部と、前記前記膜電極接合体の前記アノード側に配置され前記アノードに燃料を供給する燃料供給機構と、燃料を収容すると共に前記燃料供給機構と流路を介して接続された燃料収容部を備えた燃料電池であって、前記燃料収容部から前記燃料供給機構の間に設けられ、前記燃料中に含まれるプロトン移動阻害物質を捕捉する陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂のうちの少なくとも一方を有することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードと、アノードと、前記カソードとアノードとの間に挟持されて電解質膜とを有する膜電極接合体を備える起電部と、前記前記膜電極接合体の前記アノード側に配置され前記アノードに燃料を供給する燃料供給機構と、燃料を収容すると共に前記燃料供給機構と流路を介して接続された燃料収容部を備えた燃料電池であって、
前記燃料収容部から前記燃料供給機構の間に設けられ、前記燃料中に含まれるプロトン移動阻害物質を捕捉する陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂のうちの少なくとも一方を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記陽イオン交換樹脂はＨ型に処理され、前記陰イオン交換樹脂はＯＨ型に処理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。
【請求項３】
前記陽イオン交換樹脂および前記陰イオン交換樹脂の少なくとも一方が前記燃料収容部の内部に配置されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電子機器の電源として用いられる燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の各種電子機器は、半導体技術の発達と共に小型化され、燃料電池をこれらの小型機器用の電源に用いることが試みられている。燃料電池は、燃料と酸化剤を供給するだけで発電することができ、燃料のみを補充・交換すれば連続して発電できるという利点を有している。このため、小型化ができれば携帯電子機器の作動に極めて有利なシステムといえる。特に直接メタノール燃料電池（DMFC；Direct Methanol Fuel Cell）は、エネルギー密度の高いメタノールを燃料に用い、メタノールから電極触媒上で直接電流を取り出せるため、小型化が可能であり、また燃料の取り扱いも水素ガス燃料に比べて容易なことから小型機器用電源として有望であることから、携帯電話、携帯オーディオ、携帯ゲーム機、ノートパソコンなどのコードレス携帯電子機器に最適な電源としてその実用化が期待されている。
【０００３】
DMFCの燃料の供給方法としては、液体燃料を気化してからブロア等で燃料電池内に送り込む気体供給型DMFC、液体燃料をそのままポンプ等で燃料電池内に送り込む液体供給型DMFC、および液体燃料をセル内で気化させる内部気化型DMFC等が知られている。
【０００４】
このうち内部気化型DMFCは、例えば特許文献１あるいは特許文献２に記載されているように、アノード、カソード、プロトン伝導性の電解質膜からなる膜電極接合体（MEA；Membrane Electrode Assembly）と、液体燃料を収容する燃料収容室と、アノードと燃料収容室との間に配置された気化室と、燃料室と気化室との間を仕切る気液分離膜とを備えている。
【０００５】
内部気化型DMFCでは、燃料室に注入された液体燃料が気化した燃料ガス（メタノール蒸気）は、気液分離膜を透過し、気化室中を拡散してアノードに供給される。アノードでは、下式（１）の反応に従って、燃料ガスと水とが電気化学反応を生じて二酸化炭素（CO2）とプロトン（H+；水素イオンともいう）と電子（ｅ−）を生じ、アノードで生じたプロトンはプロトン伝導性の電解質膜を透過してカソードに拡散する。カソードでは下式（２）の反応に従って、大気中の酸素（O2）と、プロトン伝導性膜を透過してきたプロトンと、アノードから外部回路を通ってカソードに流れてきた電子とが電気化学反応を生じて水（H2O）を生成する。カソードで生成した水は、一部がプロトン伝導性膜を通してアノードに拡散し、式（１）の反応に使われる。このようにして、外部から水を補給することなくアノードとカソードにおいて継続して反応を生じさせることができる。
【０００６】
CH3OH＋H2O  →  CO2＋6H+＋6e−    …（１）
O2＋4H+＋4e−  →  2H2O          …（２）
【特許文献１】特開２０００−３３３３０７号公報
【特許文献２】特開２００５−１２９５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の内部気化型DMFCでは、液体燃料中に陽イオンの不純物（例えば金属イオン）が存在すると、これが触媒層内でプロトンパスを形成するプロトン伝導性の電解質膜（例えばナフィオン膜（デュポン社の登録商標）、フレミオン膜（旭硝子社の登録商標）、あるいはアシプレックス膜（旭化成工業社の登録商標）など）に吸着し、電解質膜の本来の機能であるアノード側からカソード側へのプロトンの移動が阻害される。
【０００８】
また、一旦吸着した陽イオン不純物は電解質膜から解離し難く、長時間連続使用している間に不純物が蓄積して、重大な性能劣化を生じる。特に、携帯電子機器用の小型電源では、循環流路が無く、燃料収容部から燃料分配機構を介して供給された液体燃料が発電反応に消費され尽くして、燃料収容部または燃料分配機構に戻らないようにしているため、不純物が著しく蓄積するおそれがある。
【０００９】
さらに、硝酸銀等の陰イオンが燃料中に存在すると、電解質膜の分解を引き起こして、結果としてプロトンパスを切断するために、この場合においても重大な性能劣化を生じることが懸念される。
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、製品燃料内に存在する微量の不純物を効率よく排除し、長期間にわたり安定した発電動作を行うことができる長期安定性能に優れた燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る液体燃料電池は、カソードと、アノードと、前記カソードとアノードとの間に挟持されて電解質膜とを有する膜電極接合体を備える起電部と、前記前記膜電極接合体の前記アノード側に配置され前記アノードに燃料を供給する燃料供給機構と、燃料を収容すると共に前記燃料供給機構と流路を介して接続された燃料収容部を備えた燃料電池であって、前記燃料収容部から前記燃料供給機構の間に設けられ、前記燃料中に含まれるプロトン移動阻害物質を捕捉する陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂のうちの少なくとも一方を有することを特徴とする。
【００１２】
イオン交換樹脂として陽イオン交換樹脂または陰イオン交換樹脂の一方またはこれらの両方を用いることができる。陽イオン交換樹脂にはＨ型に処理されたものを用いることが好ましい。Ｈ型イオン交換樹脂として例えば三菱化学株式会社製のダイヤイオン：ＰＫ２１６Ｌを用いることができる。一方、陰イオン交換樹脂にはＯＨ型に処理されたものを用いることが好ましい。ＯＨ型イオン交換樹脂として例えば三菱化学株式会社製のダイヤイオン：ＰＡ３１２Ｌを用いることができる。
【００１３】
これらのイオン交換樹脂を用いて除去する対象物は種々の金属イオンおよび金属化合物イオンである。金属イオン（陽イオン）のうち特にＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃａ，Ｚｎ，Ｎａなどが燃料電池の発電に有害で好ましくないとされている。これらの金属イオンがメタノール液中に微量でも存在すると、プロトン伝導体にプロトンの代わりに金属イオンが吸着されてしまい、本来プロトンが移動するサイトを減少させてしまうとになり、プロトンの移動が阻害されてしまうことで燃料電池の出力を低下させるからである。さらに、他の金属イオン、例えばＴｉ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｖ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｓｎ，Ｍｎ，Ｐｂなども除去対象とすることが望ましい。金属イオン（陰イオン）のうち特に硝酸銀などが燃料電池の発電に好ましくないと言われている。
【００１４】
イオン交換樹脂は、燃料収容部から燃料供給機構の間であればいずれの箇所に配置しても本発明の効果を奏することができるが、できるだけ燃料収容部に近い上流側に設けることが好ましく、燃料収容部の内部に配置することが最も好ましい。
【００１５】
なお、本発明の燃料電池に使用される液体燃料は、燃料濃度が８０モル％を超える高濃度メタノール水溶液または純メタノール液であることが望ましい。燃料濃度が８０モル％以下では出力が低下しやすく、液体燃料の供給頻度が増加するからである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料収容部から燃料供給機構の間、好ましくは燃料収容室内に陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂を配置しているので、液体燃料内に存在する金属イオン等の微量不純物を有効に排除でき、長期間にわたり安定した発電動作を確保することができる。このため本発明の燃料電池は、バラツキの少ない安定した発電出力が長期間にわたり得られ、携帯電話、携帯オーディオ、携帯ゲーム機、ノートパソコンなどのコードレス携帯電子機器に用いられる優れた小型の電源となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１８】
先ず、燃料電池の全体構成について図１および図２を参照して説明する。
【００１９】
燃料電池１は、直接メタノール燃料電池（DMFC）として発電反応により出力する燃料電池部と、この燃料電池部の補助電源として機能する二次電池部（図示せず）とを備えている。燃料電池部は、燃料電池１、燃料収容部５０およびポンプ３１等を備えている。二次電池部は、制御器３２およびリチウム二次電池（図示せず）を備えている。ポンプ３１は燃料収容部５０から燃料分配機構１１までの間の流路５１に設けられ、二次電池部のリチウム二次電池を電源として制御器３２により動作を制御されるようになっている。
【００２０】
燃料電池１において、燃料分配機構１１から起電部１０の膜電極接合体に供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料分配機構１１あるいは燃料収容部５０に戻されることはない。このタイプの燃料電池１は燃料を循環させないことから、従来のアクティブ方式とは異なる方式であり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料の供給にポンプ３１を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なるため、この方式の燃料電池１はいわばセミパッシブ型と呼ぶことができる。
【００２１】
燃料電池１は、外側がカバープレート２１およびフレーム７０で覆われ、内部に膜電飾接合体を含む起電部１０が収納されている。カバープレート２１の端部は燃料分配機構１１の主要部を構成するフレーム７０の外面にかしめ加工され、これにより、起電部１０と燃料分配機構１１とカバープレート２１とが一体化されている。なお、カバープレート２１と燃料分配機構１１とをボルトとナット（図示せず）で締め付けることにより、これらを一体化形成するようにしてもよい。起電部１０の内部の適所にはＯリング８ａ，８ｂが設けられ、カバープレート２１と起電部１０との間がシールされ、内部の燃料が外部に漏れ出さないようにされている。
【００２２】
起電部１０は、短冊状の複数の単電極（単位セル）を有する多極構造の発電要素である。複数の単電極は、ほぼ同一平面上に並んで配置され、直列に電気接続されている。単電極の各々は、膜電極接合体、集電体としてのカソード導電層７ａおよびアノード導電層７ｂを備えている。カソード導電層７ａの側には任意で図示しない保湿板が設けられている。保湿板は、カソード触媒層２において生成した水の蒸散を防止する役割を果たすと共に、カソード拡散層４に酸化剤を均一に導入することによりカソード触媒層２への酸化剤の均一拡散を促す補助拡散層としての役割も果たしている。この保湿板として、好ましくは気孔率が例えば２０〜６０％の多孔性フィルムなどが用いられる。なお、空気導入のために、カバープレート２１の主面に複数の通気孔２２が開口している。空気は、これらの通気孔２２を通って内部に入り、保湿板を透過して、膜電極接合体のカソード触媒層２に供給される。
【００２３】
起電部１０のアノード（燃料極）側には、燃料分配機構１１が配置されている。燃料分配機構１１は流路５１により燃料収容部５０に接続されている。燃料分配機構１１には燃料供給源５０から流路５１を介して液体燃料４９が導入される。流路５１は燃料分配機構１１や燃料収容部５０と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構１１と燃料収容部５０とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料の流路であってもよい。燃料分配機構１１は流路５１を介して燃料収容部５０と接続されていればよい。
【００２４】
燃料分配機構１１は、液体燃料が流入する少なくとも１つの燃料注入口１２と、液体燃料またはその気化成分を起電部１０に供給する複数の燃料供給口１４とを有する燃料分配板（流路板）１３を備えている。燃料分配板１３の内部には、液体燃料の通路として機能する細管（液溜め）４１が形成されている。細管（液溜め）４１は途中で複数に分岐しており、これら分岐した細管４１の各終端部に燃料供給口１４がそれぞれ設けられている。複数の燃料供給口１４は燃料通路として機能する細管４１にそれぞれ直接接続されている。細管４１は例えば内径が０．０５〜５ｍｍの貫通孔であることが好ましい。
【００２５】
燃料注入口１２から燃料分配機構１１に導入された液体燃料は細管４１に入り、この細管４１を介して複数の燃料供給口１４にそれぞれ導かれる。複数の燃料供給口１４には、例えば液体燃料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（図示せず）が配置されており、これにより起電部１０のアノード（燃料極）には液体燃料の気化成分が供給される。従って、液体燃料の気化成分は複数の燃料供給口１４からアノードの複数個所に向けて排出される。
【００２６】
燃料供給口１４は起電部１０の全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板１３のアノードと接する面に複数設けられている。燃料供給口１４の個数は２個以上であればよいが、起電部１０の面内における燃料供給量を均一化する上で、０．１〜１０個／ｃｍ2の燃料供給口１４が存在するように形成することが好ましい。燃料供給口１４の個数が０．１個／ｃｍ2未満であると、起電部１０に対する燃料供給量を十分に均一化することができない。燃料供給口１４の個数を１０個／ｃｍ2を超えて形成しても、それ以上の効果が得られない。
【００２７】
燃料分配機構１１の内部に積層された液体燃料含浸層を設けるようにしてもよい。液体燃料含浸層として、例えば多孔質ポリエステル繊維、多孔質オレフィン系樹脂等多硬質繊維や、連続気泡多孔質体樹脂が好ましい。液体燃料含浸層は、燃料供給源の液体燃料が減少した場合や燃料電池本体が傾斜して載置され燃料供給が偏った場合においても、気液分離膜２６に均等に液体燃料が供給され、その結果、アノード触媒層３に均等に気化された液体燃料を供給することが可能となる。ポリエステル繊維以外にも、アクリル酸系の樹脂などの各種吸水性ポリマーにより構成してもよく、スポンジまたは繊維の集合体など液体の浸透性を利用して液体を保持することができる材料により構成する。本液体燃料含浸部は，本体の姿勢に関わらず適量の燃料を供給するのに有効である。
【００２８】
燃料分配機構１１から放出された燃料は、上述したように起電部１０のアノード（燃料極）に供給される。起電部１０内において、燃料はアノードガス拡散層５にて拡散してアノード触媒層３に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層３で上式（１）に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層２で生成した水や電解質膜６中の水をメタノールと反応させて上式（１）の内部改質反応を生起させる。あるいは、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。
【００２９】
この反応で生成した電子（ｅ-）は集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード（空気極）に導かれる。また、上式（１）の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は電解質膜６を経てカソードに導かれる。カソードには酸化剤として空気が供給される。カソードに到達した電子（ｅ-）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層２で空気中の酸素と上式（２）にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
【００３０】
膜電極接合体(MEA)は、カソード触媒層２及びカソードガス拡散層４からなる空気極（カソード極）と、アノード触媒層３及びアノードガス拡散層５からなる燃料極（アノード極）と、カソード触媒層２とアノード触媒層３の間に配置されるプロトン伝導性の電解質膜６とを備えている。カソード触媒層２及びアノード触媒層３に含有される触媒としては、例えば、白金族元素の単体金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。アノード触媒には、メタノールや一酸化炭素に対する耐性の強いＰｔ−Ｒｕ、カソード触媒には、白金を用いることが望ましいが、これに限定されるものでは無い。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を使用しても、あるいは無担持触媒を使用してもよい。
【００３１】
電解質膜６は、アノード触媒層３において発生したプロトンをカソード触媒層２に輸送するためのものであり、電子伝導性を持たず、プロトンを輸送することが可能な材料により構成されている。例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂（例えば、パーフルオロスルホン酸重合体）、スルホン酸基を有するハイドロカーボン系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸などがあげられるが、具体的には、デュポン社製のナフィオン膜（登録商標）、旭硝子社製のフレミオン膜（登録商標）、あるいは旭化成工業社製のアシプレックス膜（登録商標）などにより構成されている。なお、ポリパーフルオロスルホン酸系の樹脂膜以外にも、トリフルオロスチレン誘導体の共重合膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、芳香族ポリエーテルケトンスルホン酸膜、あるいは脂肪族炭化水素系樹脂獏などプロトンを輸送可能な電解質膜６を構成するようにしてもよい。
【００３２】
カソード触媒層２はカソードガス拡散層４上に積層され、かつアノード触媒層３はアノードガス拡散層５上に積層されている。カソードガス拡散層４はカソード触媒層２に酸化剤を均一に供給する役割を担うものであるが、カソード触媒層２の集電体も兼ねている。一方、アノードガス拡散層５はアノード触媒層３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３の集電体も兼ねている。カソード導電層７ａの内側の面はカソードガス拡散層４に接し、アノード導電層７ｂの内側の面はアノードガス拡散層５に接している。これらのカソード導電層７ａ及びアノード導電層７ｂには、例えば、金、ニッケルなどの電気特性と化学安定性に優れた金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）または箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材などをそれぞれ使用することができる。
【００３３】
矩形枠状のカソードシール材８ａは、カソード導電層７ａと電解質膜６との間に位置すると共に、カソード触媒層２及びカソードガス拡散層４の周囲を囲んでいる。一方、矩形枠状のアノードシール材８ｂは、アノード導電層７ｂと電解質膜６との間に位置すると共に、アノード触媒層３及びアノードガス拡散層５の周囲を囲んでいる。カソードシール材８ａ及びアノードシール材８ｂは、膜電極接合体からの燃料漏れ及び酸化剤漏れを防止するためのＯリングである。
【００３４】
膜電極接合体のアノード側にはカバープレート２１が設けられている。カバープレート２１は、膜電極接合体を燃料電池１内の所定の位置に位置決め支持するための支持部材である。カバープレート２１には複数の通気孔２２が開口している。
【００３５】
気液分離膜２６は、液体燃料（例えばメタノール溶液）の気化成分のみを透過させて、液体燃料そのものは透過させない性質を有するものである。この気液分離膜２６により燃料分配機構１１と起電部１０とが仕切られている。気液分離膜２６にはシリコンシートやＰＴＦＥ膜などの多孔膜、例えば厚さ０．０１ｍｍのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）シートを用いる。ここで、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ガスを意味する。
【００３６】
燃料収容室５０の出口にはイオン交換樹脂３０が取り付けられている。本実施形態のイオン交換樹脂３０では陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを組み合わせて燃料収容室５０の出口に取り付けているが、ここに陽イオン交換樹脂または陰イオン交換樹脂のいずれか一方のみを取り付けるようにしてもよい。例えば、陽イオン交換樹脂を燃料収容室５０の出口に取り付け、陰イオン交換樹脂を燃料分配機構１１の燃料注入口１２に取り付けることができる。また、例えば、陰イオン交換樹脂を燃料収容室５０の出口に取り付け、陽イオン交換樹脂を燃料分配機構１１の燃料供給口１４に取り付けることができる。なお、後述するように、陽イオン交換樹脂はＨ型に処理されていることが好ましい。一方、陰イオン交換樹脂はＯＨ型に処理されていることが好ましい。
【００３７】
ポンプ３１の種類は特に限定されるものではないが、少量の液体燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、電気浸透流ポンプ（ＥＯポンプ）、ロータリーポンプ（ロータリーベーンポンプ）、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ロータリーポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。
【００３８】
燃料電池１は、燃料収容部５０や流路５１に燃料収容部５０内の圧力を外気とバランスさせるバランスバルブ６０を備えていることが好ましい。バランスバルブ６０は、燃料収容部５０内の圧力に応じてバルブ可動片６１を動作させるスプリング６２と、バルブ可動片６１をシールして閉状態とするシール部６３とを有している。
【００３９】
燃料収容部５０から液体燃料が燃料分配機構１１に供給され、燃料収容部５０の内圧が減圧状態になると、バランスバルブ６０のバルブ可動片６１が外圧を受け、スプリング６２の反発力に打ち勝ってシール部６３が開放される。このバランスバルブ６０の開放状態に基づいて、外気が内外圧力差を減少するよう導入される。内外の圧力差が解消されると、再度バルブ可動片６１が移動して、シール部６３が密閉される。
【００４０】
このように動作するバランスバルブ６０を燃料収容部５０等に設置することによって、液体燃料の供給に伴って発生する燃料収容部５０の内圧低下に起因する送液量の変動を抑制することができる。すなわち、燃料収容部５０内が減圧状態になると、ポンプ３１による液体燃料の吸い込みが不安定になり、送液量が変動しやすくなる。このような送液量の変動をバランスバルブ６０により解消することができる。従って、燃料電池１の動作安定性を向上させることが可能となる。
【００４１】
さらに、燃料電池としての安定性や信頼性を高めるために、ポンプ３１と直列に燃料遮断バルブ３３を配置することが好ましい。燃料遮断バルブ３３はポンプ３１と燃料供給源５０との間に設置しても機能上の支障はない。
【００４２】
なお、液体燃料としては、必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、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使用される。特に燃料濃度が８０モル％を超えるメタノール水溶液または純メタノール液であることが好適である。
【００４３】
なお、液体燃料を燃料収容部５０から燃料分配機構１１まで送る機構は特に限定されるものではない。例えば、使用時の設置場所が固定される場合には、重力を利用して液体燃料を燃料収容部５０から燃料分配機構１１まで落下させて送液することができる。また、多孔体等を充填した流路５１を用いることによって、毛細管現象で燃料収容部５０から燃料分配機構１１まで送液することができる。また、燃料分配機構１１から膜電極接合体への燃料供給が行われる構成であればポンプ３１に代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。
【００４４】
燃料供給用（送液用）のポンプ３１の制御は、燃料電池１の出力を参照して行うことが好ましい。燃料電池１の出力は制御器３２で検出され、この検出結果に基づいてポンプ３１に制御信号が送られる。ポンプ３１は制御器３２から送られる制御信号に基づいてオン／オフが制御される。ポンプ３１の動作は燃料電池１Ｂの出力に加えて、温度情報や電力供給先である電子機器の運転状態情報等に基づいて制御することで、より安定した運転が達成できる。
【００４５】
ポンプ３１の具体的な動作制御方法としては、例えば燃料電池１からの出力が所定の規定値より高くなった場合にポンプ３１を停止または送液量を低下させ、出力が規定値より低くなった場合にポンプ３１の運転を再開または送液量を増加させる方法が挙げられる。別の動作制御方法としては、燃料電池１からの出力の変化率がプラスの場合にポンプ３１の運転を停止または送液量を低下させ、出力の変化率がマイナスになった場合にポンプ３１の運転を再開または送液量を増加させる方法が挙げられる。
【００４６】
なお、この実施の形態の燃料電池では、燃料収容部５０から膜電極接合体への燃料供給が行われる構成であればポンプ３１を除き燃料遮断バルブ３３を流路５１による液体燃料の供給を制御するために使用してもよい。
【００４７】
次に、図３と表１を参照して本発明の実施例と比較例とを対比しながら本発明の効果を説明する。
【００４８】
図３は図１に示す燃料電池１の構成において、燃料収容部５０の燃料出口に表１に示す８つの実施例１〜８と２つの比較例１，２の陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂のうちの少なくとも一方を配置した場合について、横軸に発電開始からの経過時間（ｈｒ）をとり、縦軸に出力維持率（％）をとって、出力維持率の経時変化をそれぞれ調べた結果を示す特性線図である。図中にて特性線Ｅ１〜Ｅ８はそれぞれ実施例１〜８の結果を示し、特性線Ｃ１，Ｃ２はそれぞれ比較例１、２の結果を示す。図から明らかなように、比較例１，２（特性線Ｃ１，Ｃ２）に比べて実施例１〜８（特性線Ｅ１〜Ｅ８）のほうが出力維持率の低下が少ないことが分かる。
【００４９】
表１に実施例１〜８と比較例１，２の構成および評価結果をそれぞれ対比して示した。出力維持率９５％以上だった実施例３を最高評価として二重丸で示し、次に出力維持率９０％以上９５％未満と低下の割合が少なかった実施例１，２，７，８を優良評価として丸で示し、次に出力維持率８０％以上９０％未満との低下の割合が少なかった実施例４，５，６を合格評価として三角で示し、出力維持率８０％以下と低下の割合が大きかった比較例１，２を不合格評価としてバツ印で示した。
【表１】
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【００５０】
以上、種々の実施の形態を挙げて説明したが、本発明は上記各実施の形態のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、膜電極接合体へ供給される液体燃料の蒸気においても、全て液体燃料の蒸気を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係る液体燃料電池を示す内部透視断面図。
【図２】燃料分配機構を示す斜視図。
【図３】各種の実施例および比較例の液体燃料電池における出力維持率の経時変化を示す特性線図。
【符号の説明】
【００５２】
１…燃料電池、２…カソード触媒層、３…アノード触媒層、
４…カソードガス拡散層、５…アノードガス拡散層、６…電解質膜（プロトン伝導膜）、
７ａ…カソード導電層、７ｂ…アノード導電層、８ａ，８ｂ…Ｏリング（シール部材）、
１０…起電部、１１…燃料分配機構、１２…燃料注入口、１３…流路板、
１４…燃料導入口、
２１…カバープレート、２２…通気孔、２６…気液分離膜、
３０…イオン交換樹脂、３１…ポンプ、３２…制御器、３３…遮断バルブ、
４１…液溜め（細管）、４９…液体燃料、
５０…燃料収容部、５１…流路、６０…バランスバルブ、７０…フレーム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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