(57)【要約】【課題】出力特性に優れた燃料電池セル及び燃料電池セルを備えた燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池セルは、燃料極と、空気極と、電解質膜２７と、を有した膜電極接合体３と、燃料を供給する燃料供給口６４を有した燃料供給部８と、燃料供給口から供給される燃料を拡散して燃料極に供給する燃料拡散部１０と、を備えている。燃料拡散部１０は、異なる燃料吸収性の燃料吸収体を少なくとも２種以上組み合わせて構成されている。【選択図】図１
2009043494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と、空気極と、前記燃料極及び空気極間に挟持された電解質膜と、を有した膜電極接合体と、
前記燃料極に対して燃料を供給する燃料供給口を有した燃料供給部と、
前記燃料極及び燃料供給部間に配置され、前記燃料供給口から供給される燃料を拡散して前記燃料極に供給する燃料拡散部と、を備え、
前記燃料拡散部は、異なる燃料吸収性の燃料吸収体を少なくとも２種以上組み合わせて構成されている燃料電池セル。
【請求項２】
前記異なる燃料吸収性の燃料吸収体を少なくとも２種以上組み合わせての構成は、異なる燃料吸収性の燃料吸収体を燃料極に対して積層して構成するものである請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項３】
前記異なる燃料吸収性の燃料吸収体を少なくとも２種以上組み合わせての構成は、異なる燃料吸収性の燃料吸収体を燃料極に対して平面状に配置して構成するものである請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項４】
異なる燃料吸収性の燃料吸収体を燃料極に対して積層して構成した場合に、燃料極側に配置された燃料吸収体は、燃料供給口側に配置された燃料吸収体より低い燃料吸収性を持っている請求項２に記載の燃料電池セル。
【請求項５】
異なる燃料吸収性の燃料吸収体を燃料極に対して積層して構成した場合に、燃料供給口側に配置された燃料吸収体の燃料吸収率は、燃料極側に配置された燃料吸収体の燃料吸収率の１．５倍以上である請求項３に記載の燃料電池セル。
【請求項６】
前記膜電極接合体は、前記燃料極、空気極及び電解質膜が重なった矩形状の発電領域を有し、
前記燃料拡散部は、前記発電領域に重なった燃料拡散領域を有し、
前記燃料供給口側に配置された燃料吸収体は、前記燃料拡散領域の少なくとも１つの角部に重なって設けられている請求項２に記載の燃料電池セル。
【請求項７】
前記各角部の面積は、前記燃料拡散領域の面積の１％以上である請求項６に記載の燃料電池セル。
【請求項８】
前記燃料吸収体は、それぞれシート状に形成されている請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項９】
前記燃料は、メタノール又はメタノール水溶液である請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項１０】
燃料極と、空気極と、前記燃料極及び空気極間に挟持された電解質膜と、を有した膜電極接合体と、前記燃料極に対して燃料を供給する燃料供給口を有した燃料供給部と、前記燃料極及び燃料供給部間に配置され、前記燃料供給口から供給される燃料を拡散して前記燃料極に供給する燃料拡散部と、を具備した燃料電池セルと、
燃料を収容するとともに燃料を前記燃料供給部に与える燃料供給源と、を備え、
前記燃料拡散部は、異なる燃料吸収性の燃料吸収体を少なくとも２種以上組み合わせて構成されている燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池セル及び燃料電池セルを備えた燃料電池に関し、特に、液体燃料を用いた燃料電池セル及び燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の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、携帯用電子機器を、充電なしで長時間使用可能とするものである。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長時間の作動に極めて有利なシステムといえる。
【０００３】
特に、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）は、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。
【０００４】
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と、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、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。このうち内部気化型ＤＭＦＣは、例えば特許文献１及び特許文献２に記載されている。
【０００５】
内部気化型ＤＭＦＣでは、燃料浸透層中に保持された液体燃料のうち気化成分を燃料気化層（アノードガス拡散層）において拡散させ、拡散された気化燃料がアノード触媒層に供給され、カソード触媒層側からの空気と電解質膜において発電反応する。
【０００６】
なお、液体供給型ＤＭＦＣでは、セルと燃料収容部とを流路を介して接続する技術が知られている（例えば、特許文献３乃至５参照）。液体燃料を、流路を介してセルに供給することによって、流路の形状や径等に基づいて液体燃料の供給量を調整することができる。
【特許文献１】特許第３４１３１１１号公報
【特許文献２】国際公開番号ＷＯ２００６／０５７２８３号公報
【特許文献３】特表２００５−５１８６４６号公報
【特許文献４】特開２００６−８５９５２号公報
【特許文献５】米国特許公開第２００６／００２９８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記燃料電池において、出力が低いことが欠点であるため、発電部の面積を大きくする等し、出力を向上させることが考えられる。しかし、発電部のサイズが大きくなると、液体燃料を発電部に不均一に供給することが困難となる。発電部への液体燃料の供給状態が不均一になると、出力（発電量）が不安定になり、所望の出力を安定して得ることができない恐れがある。
【０００８】
さらに、発電に寄与する発電部の割合が減少し、燃料電池の出力低下が生じる恐れがある。液体燃料が供給されない発電部が足かせとなり、発電性能を十分に発揮できなくなるだけでなく、製品寿命に悪影響を与えることになる。上記したことから、液体燃料の供給状態が不均一であると、燃料電池の性能が低下することになる。  
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、出力特性に優れた燃料電池セル及び燃料電池セルを備えた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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の態様に係る燃料電池セルは、
燃料極と、空気極と、前記燃料極及び空気極間に挟持された電解質膜と、を有した膜電極接合体と、
前記燃料極に対して燃料を供給する燃料供給口を有した燃料供給部と、
前記燃料極及び燃料供給部間に配置され、前記燃料供給口から供給される燃料を拡散して前記燃料極に供給する燃料拡散部と、を備え、
前記燃料拡散部は、異なる燃料吸収性の燃料吸収体を少なくとも２種以上組み合わせて構成している。
【００１０】
また、本発明の他の態様に係る燃料電池は、
燃料極と、空気極と、前記燃料極及び空気極間に挟持された電解質膜と、を有した膜電極接合体と、前記燃料極に対して燃料を供給する燃料供給口を有した燃料供給部と、前記燃料極及び燃料供給部間に配置され、前記燃料供給口から供給される燃料を拡散して前記燃料極に供給する燃料拡散部と、を具備した燃料電池セルと、
燃料を収容するとともに燃料を前記燃料供給部に与える燃料供給源と、を備え、
前記燃料拡散部は、異なる燃料吸収性の燃料吸収体を少なくとも２種以上組み合わせて構成している。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、出力特性及び燃料効率に優れた燃料電池セル及び燃料電池セルを備えた燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながらこの発明の第１の実施の形態に係る燃料電池セル及び燃料電池について詳細に説明する。この実施の形態において、直接メタノール型の燃料電池について説明する。
【００１３】
図１に示すように、燃料電池は、燃料電池セル１と、燃料を収容するとともに燃料を燃料電池セル１に与える燃料供給源２とを備えている。この実施の形態において、燃料電池の燃料供給方式はセミパッシブ方式と呼称される方式である。セミパッシブ方式の燃料電池は、燃料供給源２から膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）３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供給源２に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、燃料電池は、燃料の供給にポンプを使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。このため、燃料電池は、上述したようにセミパッシブ方式と呼称される。  
燃料電池セル１は、膜電極接合体３と、集電体４と、燃料極支持板６と、燃料供給機構７と、フロントカバー１５とを備えている。
【００１４】
図１及び図２に示すように、膜電極接合体３は、燃料極としてのアノード２１と、アノード２１に所定の隙間を置いて対向配置された空気極としてのカソード２４と、アノード２１及びカソード２４間に挟持された電解質膜２７とを有している。互いに重なったアノード２１、カソード２４及び電解質膜２７は発電素子２０を形成している。
【００１５】
この実施の形態において、膜電極接合体３は矩形状の発電領域Ｒ１を有している。発電領域Ｒ１は、発電に有効な１つの有効領域Ｒ２を有している。なお、有効領域Ｒ２は、矩形状であり、この実施の形態においては発電領域Ｒ１と一致している。
【００１６】
また、膜電極接合体３は１つの発電素子２０を有している。発電素子２０は、矩形状であり、発電領域Ｒ１（有効領域Ｒ２）に重なっている。１つの発電素子２０は１つの電解質膜２７で形成されている。
【００１７】
アノード２１は、アノード触媒層２２と、アノード触媒層２２に積層されたアノードガス拡散層２３とを有している。カソード２４は、カソード触媒層２５と、カソード触媒層２５に積層されたカソードガス拡散層２６とを有している。
【００１８】
アノード触媒層２２は、アノードガス拡散層２３を介して供給される燃料を酸化させ燃料から電子とプロトンとを取り出すものである。カソード触媒層２５は、酸素を還元して、電子とアノード触媒層２２において発生したプロトンとを反応させて水を生成するものである。
【００１９】
アノード触媒層２２やカソード触媒層２５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２２には、メタノールや一酸化炭素等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２５には、ＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。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。
【００２０】
電解質膜２７はプロトン導電膜である。電解質膜２７は、アノード触媒層２２において発生したプロトンをカソード触媒層２５に輸送するためのものである。電解質膜２７は、電子伝導性を持たず、プロトンを輸送することが可能なプロトン伝導性の材料で形成されている。
【００２１】
電解質膜２７を形成する材料としては、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等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の材料はこれらに限られるものではない。
【００２２】
アノードガス拡散層２３は、アノード触媒層２２に燃料を均一に供給する役割を果たし、アノード触媒層２２の集電機能を有している。カソードガス拡散層２６は、カソード触媒層２５に酸化剤を均一に供給する役割を果たし、カソード触媒層２５の集機能を有している。アノードガス拡散層２３及びカソードガス拡散層２６は多孔質基材で構成されている。
【００２３】
この実施の形態において、発電領域Ｒ１は、長さＬ１が９２ｍｍ、幅Ｗ１が９２ｍｍである。有効領域Ｒ２は、長さＬ２が９２ｍｍ、幅Ｗ２が９２ｍｍである。電解質膜２７は固体高分子膜で形成されている。電解質膜２７は、長さＬ３が１００ｍｍ、幅Ｗ３が１００ｍｍの正方形である。電解質膜２７は、発電領域Ｒ１の周縁から４ｍｍずつ４方向に突出している。
【００２４】
アノード触媒層２２及びカソード触媒層２５は、電解質膜２７の両面に、白金又は白金とその他の金属からなる触媒を塗布して形成されている。アノードガス拡散層２３及びカソードガス拡散層２６は、アノード触媒層２２及びカソード触媒層２５上に、厚さ０．４ｍｍのカーボンペーパーを配置してそれぞれ形成されている。アノード触媒層２２、アノードガス拡散層２３、カソード触媒層２５及びカソードガス拡散層２６は、有効領域Ｒ２に重なっているため、長さが９２ｍｍ、幅が９２ｍｍである。
【００２５】
図１、図３及び図４に示すように、集電体４は、導電層３０、シール材３８及びシール材３９を備えている。導電層３０は、例えば、金、ニッケル等の金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）又は箔体、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で形成されている。この実施の形態において、導電層３０は、厚さ０．１ｍｍのステンレス板に金メッキを施して形成されている。
【００２６】
導電層３０は、燃料極導電層としてのアノード導電層３１、端子３３、空気極導電層としてのカソード導電層３４及び端子３６を有している。アノード導電層３１及びカソード導電層３４は、互いに電気的に絶縁されている。
【００２７】
アノード導電層３１は、アノードガス拡散層２３の形状に合わせて形成されている。この実施の形態において、アノード導電層３１は矩形状に形成されている。アノード導電層３１は、長さＬ４が９２ｍｍ、幅Ｗ４が９２ｍｍの正方形である。端子３３は、アノード導電層３１の周縁から延出して形成されている。
【００２８】
アノード導電層３１は、複数の燃料通過孔３２を有している。アノード導電層３１は、複数の燃料通過孔３２を有している。燃料通過孔３２は、マトリクス状に並んでいる。燃料通過孔３２は、矩形状に形成されている。
【００２９】
カソード導電層３４は、カソードガス拡散層２６の形状に合わせて形成されている。この実施の形態において、カソード導電層３４は矩形状に形成されている。カソード導電層３４は、長さＬ５が９２ｍｍ、幅Ｗ５が９２ｍｍの正方形である。端子３６は、カソード導電層３４の周縁から延出して形成されている。
【００３０】
カソード導電層３４は、複数の通気孔３５を有している。カソード導電層３４は、複数の通気孔３５を有している。通気孔３５は、マトリクス状に並んでいる。通気孔３５は、矩形状に形成されている。
【００３１】
シール材３８及びシール材３９は、絶縁材料として、例えばゴムで形成されている。シール材３８は、アノード導電層３１の外周を囲むよう枠状に形成され、アノード導電層３１に予め接着又は形成されている。シール材３９は、カソード導電層３４の外周を囲むよう枠状に形成され、カソード導電層３４に予め接着又は形成されている。
【００３２】
アノード導電層３１及びカソード導電層３４は、所定の間隔を置いて対向配置されている。膜電極接合体３は、アノード導電層３１及びカソード導電層３４により挟まれている。
【００３３】
アノード導電層３１は、アノードガス拡散層２３に重なっているとともに接触している。カソード導電層３４は、カソードガス拡散層２６に重なっているとともに接触している。膜電極接合体３の周囲はシール材３８及びシール材３９により規定されるため、導電層３０に対する膜電極接合体３の位置決めは容易になる。
【００３４】
上記したように、膜電極接合体３及び集電体４が組合されることで、燃料の気化成分は、燃料通過孔３２を通ってアノードガス拡散層２３及びアノード触媒層２２に供給される。このため、燃料電池セル１は、燃料の気化成分をアノードガス拡散層２３及びアノード触媒層２２に供給するように形成されている。例えば、アノード導電層３１と、燃料供給機構７との間に、気化膜として図示しない気液分離膜を設けることにより、燃料の気化成分をアノードガス拡散層２３及びアノード触媒層２２に供給することができる。  
ここで、シール材３８は、膜電極接合体３からの燃料の漏れを防止する機能を有している。
【００３５】
酸化剤としての空気は、カソード導電層３４の通気孔３５を通ってカソードガス拡散層２６及びカソード触媒層２５に供給される。ここで、シール材３９は、膜電極接合体３からの酸化剤の漏れを防止する機能を有している。
【００３６】
上述したアノード２１には、燃料として液体燃料８２の気化成分が、燃料通過部である燃料通過孔３２を通過して供給される。カソード２４には、酸化剤としての空気が、通気部である通気孔３５を通って導入される。
【００３７】
ここで、液体燃料８２としては、液体のメタノール等のメタノール燃料、又はメタノール水溶液が挙げられる。液体燃料８２の気化成分とは、液体燃料８２として液体のメタノールを使用した場合、気化したメタノールを意味し、液体燃料８２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。なお、液体燃料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
図１及び図５に示すように、燃料極支持板６は、板状に形成されている。燃料極支持板６は、矩形状の板部５１を有している。板部５１は、アノード２１及び燃料供給機構７間に挟持されている。より詳しくは、板部５１は、アノード導電層３１及び燃料拡散部１０間に挟持されている。なお、燃料拡散部１０については後述する。
【００３８】
燃料極支持板６は、膜電極接合体３、より詳しくはアノード２１に燃料を通過させる複数の燃料通過孔５５を有している。燃料通過孔５５は、板部５１に形成されている。燃料通過孔５５は、マトリクス状に設けられている。燃料極支持板６には、燃料として液体燃料８２の気化成分が供給される。
【００３９】
図１及び図６に示すように、燃料供給機構７は、燃料供給部８と、燃料拡散部１０とを備えている。燃料供給部８は、アノード２１に対して電解質膜２７の反対側に配置されている。燃料供給部８は、アノード２１と対向した側に燃料を供給する燃料供給口６４を有している。燃料拡散部１０は、アノード２１及び燃料供給部８間に配置されている。燃料拡散部１０は、燃料供給口６４から供給される燃料を拡散してアノード２１に供給する。
【００４０】
燃料供給部８はバックカバー９を有している。  
バックカバー９は、矩形状の燃料供給板６１と、燃料供給板６１の周縁部に設けられた矩形枠状の周壁６２とを有している。燃料供給板６１は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）で形成されている。燃料供給板６１は、膜電極接合体３に対向した矩形状の燃料供給面６１Ｓを有している。燃料供給板６１には、１つの燃料注入口６３と、１つの燃料供給口６４と、燃料注入口６３及び燃料供給口６４をつないだ管部６５とが形成されている。
【００４１】
燃料注入口６３は、燃料供給板６１の適所、例えば側面に１つ形成されている。液体燃料８２は、燃料注入口６３から注入される。管部６５は、燃料注入口６３及び燃料供給口６４を連通させている。燃料供給口６４は、燃料供給面６１Ｓに形成されている。燃料供給口６４からは、液体燃料８２又はその気化成分が供給される。この実施の形態において、燃料電池セル１に燃料拡散部１０が設けられているため、燃料供給口６４からは液体燃料８２が供給される。
【００４２】
管部６５は、液体燃料８２の通路として機能する。燃料注入口６３から燃料供給板６１に注入された液体燃料８２は、管部６５を介して燃料供給口６４に導かれる。このため、燃料は、燃料供給口６４から供給される。
【００４３】
この実施の形態において、燃料供給面６１Ｓは、長さＬ６が１００ｍｍ、幅Ｗ６が１００ｍｍの正方形である。燃料供給口６４は、円形の断面形状を有している。燃料供給口６４の中心は、長さ方向における燃料供給面６１Ｓの端縁からの距離ｄ１が２０ｍｍ、幅方向における燃料供給面６１Ｓの端縁からの距離ｄ２が５０ｍｍの点に位置している。
【００４４】
図１及び図７に示すように、フロントカバー１５は、矩形状の板部７１を有している。板部７１はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）で形成されている。板部７１はカソード導電層３４上に設けられている。フロントカバー１５は、膜電極接合体３、より詳しくはカソード２４に酸化剤としての空気を取入れるための複数の通気孔７２を有している。通気孔７２は板部７１に形成されている。通気孔７２は、マトリクス状に設けられている。上記したフロントカバー１５には、酸化剤としての空気が導入される。
【００４５】
燃料電池セル１は、図示しないが、バックカバー９及びフロントカバー１５をネジ止めすることにより封止され、完成する。このため、膜電極接合体３、集電体４、燃料極支持板６及び燃料拡散部１０は、バックカバー９及びフロントカバー１５で挟持されている。
【００４６】
なお、燃料電池セル１は、上記ネジ止め以外の手法を用いて形成しても良い。この場合、図示しないが、フロントカバー１５は、板部７１の周縁から外側に延出した複数の延出部を有していれば良い。燃料電池セル１は、これら延出部がバックカバー９の外面にかしめ加工されることにより完成する。
【００４７】
ここで、カソード２４及びフロントカバー１５間に、図示しない保湿板や表面層を設けても良い。保湿板（図示せず）は、カソード触媒層２５において生成された水の一部を吸収して水の蒸散を抑制し、かつ、カソードガス拡散層２６に空気を均一に導入することによりカソード触媒層２５への空気の均一拡散を促す機能を有している。保湿板には好ましくは気孔率が例えば２０〜６０％の多孔性フィルム等が用いられる。  
表面層（図示せず）は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。
【００４８】
図１に示すように、燃料供給源２は、燃料収容部８１を備えている。燃料収容部８１には液体燃料８２が収容されている。液体燃料８２としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等の液体燃料が挙げられる。
【００４９】
燃料供給源２は、流路８３及びポンプ８４をさらに備えている。流路８３はチューブ状に形成され、燃料収容部８１及び燃料注入口６３に接続されている。このため、燃料供給機構７には燃料収容部８１から流路８３を介して液体燃料８２が導入される。
【００５０】
ポンプ８４は、流路８３の途中に挿入されている。ポンプ８４は燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料供給源２から燃料供給機構７に液体燃料８２を送液する燃料供給ポンプである。このようなポンプ８４で必要時に液体燃料８２を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めることができる。
【００５１】
燃料供給機構７から膜電極接合体３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供給源２に戻されることはない。この実施の形態の燃料電池は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、燃料電池は、液体燃料８２の供給にポンプ８４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。このため、燃料電池は、上述したようにセミパッシブ方式と呼称される方式を適用している。
【００５２】
ポンプ８４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８２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、ロータリーポンプ（ロータリーベーンポンプ）、電気浸透流ポンプ、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。
【００５３】
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。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。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。
【００５４】
燃料電池を搭載する主たる対象物が小型電子機器であることから、ポンプ８４の送液量は、１０μＬ／分〜１ｍＬ／分の範囲とすることが好ましい。送液量が１ｍＬ／分を超えると一度に送液される液体燃料８２の量が多くなりすぎて、全運転期間に占めるポンプ８４の停止時間が長くなる。このため、膜電極接合体３への燃料の供給量の変動が大きくなり、その結果として出力の変動が大きくなる。
【００５５】
これを防止するためのリザーバをポンプ８４と燃料供給機構７との間に設けてもよいが、そのような構成を適用しても燃料供給量の変動を十分に抑制することはできず、さらに装置サイズの大型化等を招いてしまう。
【００５６】
一方、ポンプ８４の送液量が１０μＬ／分未満であると、装置立ち上げ時のように燃料の消費量が増える際に供給能力不足を招く恐れがある。これによって、燃料電池の起動特性等が低下する。このような点から、１０μＬ／分〜１ｍＬ／分の範囲の送液能力を有するポンプ８４を使用することが好ましい。ポンプ８４の送液量は１０〜２００μＬ／分の範囲とすることがより好ましい。このような送液量を安定して実現する上でも、ポンプ８４には電気浸透流ポンプやダイアフラムポンプを適用することが好ましい。
【００５７】
ポンプ８４は、必要時動作させて燃料供給源２から燃料供給機構７に液体燃料８２を供給する。このように、ポンプ８４で燃料供給源２から燃料供給機構７まで液体燃料８２を送液する場合においても、燃料供給機構７は有効に機能するため、膜電極接合体３に対する燃料供給量を均一化することが可能となる。
【００５８】
また、燃料供給機構７から膜電極接合体３への燃料供給が行われる構成であればポンプ８４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。  
上記したように、燃料電池が形成されている。
【００５９】
次に、上記燃料電池による発電の仕組みについて説明する。  
まず、ポンプ８４を稼動させ、燃料収容部８１から流路８３を介して燃料供給機構７に液体燃料８２を導入させる。この液体燃料８２は燃料供給部８の燃料供給口６４から供給され、燃料拡散部１０によって拡散される。そして、液体燃料８２の気化成分が膜電極接合体３のアノード２１に供給される。この実施の形態において、燃料電池セル１は、燃料拡散部１０を有しているため、燃料はアノード２１に均一に供給される。
【００６０】
膜電極接合体３内において、燃料はアノードガス拡散層２３にて拡散してアノード触媒層２２に供給される。液体燃料８２としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層２２で式（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２５で生成した水や電解質膜２７中の水をメタノールと反応させて式（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。
【００６１】
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  …（１）
この反応で生成した電子（ｅ−）は集電体４を経由して端子３３から外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、端子３６からカソード２４に導かれる。また、式（１）の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ＋）は電解質膜２７を経てカソード２４に導かれる。カソード２４には、酸化剤として空気が、カソード導電層３４の通気孔３５を通って供給される。カソード２４に到達した電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）は、カソード触媒層２５で空気中の酸素と式（２）にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
【００６２】
６ｅ−＋６Ｈ＋＋（３／２）Ｏ２  →  ３Ｈ２Ｏ  …（２）
上記したように、燃料電池による発電が行われる。
【００６３】
次に、この実施の形態の燃料電池の実施例１乃至実施例４を、比較例１及び比較例２と併せて説明する。  
（実施例１）
図１及び図８に示すように、燃料拡散部１０は、第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２を有している。第１燃料吸収体１１は、燃料供給口６４に重ねられ、燃料供給部８側に設けられている。第１燃料吸収体１１は、燃料供給板６１の燃料供給面６１Ｓ上に配置されている。第１燃料吸収体１１は燃料供給口６４に密着している。第２燃料吸収体１２は、膜電極接合体３側に設けられ、第１燃料吸収体１１上に配置されている。
【００６４】
この実施の形態において、第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２は、互いに異なる燃料吸収性を持っている。第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２は、燃料吸収性の異なるポリエチレン多孔体で形成されている。第２燃料吸収体１２の燃料吸収性βは、第１燃料吸収体１１の燃料吸収性αより低い。第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２は、それぞれシート状に形成され、１ｍｍの厚さを有している。
【００６５】
第１燃料吸収体１１は、長さＬ１１が９２ｍｍ、幅Ｗ１１が９２ｍｍの矩形状である。第２燃料吸収体１２は、長さＬ１２が７２ｍｍ、幅Ｗ１２が５２ｍｍの矩形状である。長さ方向において、第１燃料吸収体１１の側縁及び第２燃料吸収体１２の側縁は、同一平面状に位置し、第１燃料吸収体１１の他の側縁及び第２燃料吸収体１２の他の側縁は、燃料供給口６４を挟み、２０ｍｍの距離ｄ３を置いて位置している。
【００６６】
燃料供給口６４の中心は、長さ方向における第１燃料吸収体１１の側縁からの距離ｄ５が１６ｍｍ、幅方向における第１燃料吸収体１１の側縁からの距離ｄ６が４６ｍｍの点に位置している。  
幅方向において、第２燃料吸収体１２の両側縁は、それぞれ第１燃料吸収体１１の側縁に２０ｍｍの距離ｄ４を置いて位置している。
【００６７】
燃料拡散部１０は、この燃料拡散部に重なった矩形状の燃料拡散領域Ｒ４を有している。この燃料拡散領域Ｒ４は、発電領域Ｒ１に重なっている。第１燃料吸収体１１は、燃料拡散領域Ｒ４の４つの角部に完全に重なって設けられている。第２燃料吸収体１２は、燃料拡散領域Ｒ４の４つの角部から外れて設けられている。
【００６８】
上記した燃料拡散部１０を用いることにより、アノード２１に対する燃料供給量をより一層平均化することができる。すなわち、燃料供給板６１の燃料供給口６４から噴出した液体燃料８２は、第１燃料吸収体１１に吸収され、第１燃料吸収体１１の内部で面内方向に拡散される。液体燃料８２が拡散され易い個所の第１燃料吸収体１１上には第２燃料吸収体１２が配置されている。
【００６９】
これにより、燃料は燃料拡散部１０によって均一に拡散される。燃料（燃料ガス）は燃料拡散部１０からアノード２１に供給されるため、燃料供給量を一層平均化することが可能となる。
【００７０】
燃料拡散部１０を用いることにより、燃料供給板６１に注入された液体燃料８２を方向や位置に拘わりなく、アノード２１に均等に拡散させることができる。このため、膜電極接合体３における発電反応の均一性を高めることができる。
【００７１】
すなわち、アノード２１の面内における燃料の分布が平準化され、膜電極接合体３での発電反応に必要とされる燃料を全体的に過不足なく供給することができる。従って、燃料電池の大型化や複雑化等を招くことなく、膜電極接合体３で効率的に発電反応を生起させることができる。これによって、燃料電池の出力を向上させることが可能となる。言い換えると、燃料を循環させないパッシブ型燃料電池の利点を損なうことなく、出力やその安定性を高めることができる。
【００７２】
（実施例２）
図１及び図９に示すように、第２燃料吸収体１２は、長さＬ１２が９２ｍｍ、幅Ｗ１２が９２ｍｍの矩形状である。第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２は、完全に重なっている。第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２は、０．５ｍｍの厚さを有している。  
上記した以外、実施例２において、燃料電池は実施例１と同様に形成されている。
【００７３】
上記した燃料拡散部１０を用いることにより、アノード２１に対する燃料供給量をより一層平均化することができる。すなわち、燃料供給板６１の燃料供給口６４から噴出した液体燃料８２は、第１燃料吸収体１１に吸収され、第１燃料吸収体１１の内部で面内方向に拡散される。液体燃料８２が拡散され易い個所を含む第１燃料吸収体１１上全体に第２燃料吸収体１２が配置されている。  
これにより、燃料は燃料拡散部１０によって均一に拡散される。このため、実施例２において、燃料電池は、実施例１と同様、燃料供給量を一層平均化することが可能となる。
【００７４】
（実施例３）
図１及び図１０に示すように、燃料拡散部１０は、第１燃料吸収体１１、第２燃料吸収体１２及び第３燃料吸収体１３を有している。第３燃料吸収体１３は、燃料供給口６４に重ねられ、膜電極接合体３側に設けられ、第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２上に配置されている。
【００７５】
第３燃料吸収体１３は、第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２と異なる燃料吸収性を持っている。第３燃料吸収体１３は、ポリエチレン多孔体で形成されている。第３燃料吸収体１３の燃料吸収性γは、第２燃料吸収体１２の燃料吸収性βより低い。第３燃料吸収体１３はシート状に形成されている。第３燃料吸収体１３は、長さＬ１３が９２ｍｍ、幅Ｗ１３が９２ｍｍの矩形状である。第３燃料吸収体１３は、第１燃料吸収体１１に完全に重なっている。
【００７６】
第１燃料吸収体１１、第２燃料吸収体１２及び第３燃料吸収体１３は、それぞれ０．５ｍｍの厚さを有している。第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２において、その他は、実施例１と同様に形成されている。  
上記した以外、実施例３において、燃料電池は実施例１と同様に形成されている。
【００７７】
上記した燃料拡散部１０を用いることにより、アノード２１に対する燃料供給量をより一層平均化することができる。すなわち、燃料供給板６１の燃料供給口６４から噴出した液体燃料８２は、第１燃料吸収体１１に吸収され、第１燃料吸収体１１の内部で面内方向に拡散される。液体燃料８２が拡散され易い個所の第１燃料吸収体１１上には第２燃料吸収体１２が配置されている。
【００７８】
これにより、燃料は第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２によって均一に拡散される。第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２上に、第３燃料吸収体１３が設けられている。燃料は第３燃料吸収体１３によって一層均一に拡散される。このため、実施例３において、燃料電池は、実施例１と同様、燃料供給量を一層平均化することが可能となる。
【００７９】
（実施例４）
図１及び図１１に示すように、燃料拡散部１０は、第１燃料吸収体１１、第２燃料吸収体１２及び第４燃料吸収体１４を有している。第４燃料吸収体１４は、燃料供給口６４に重ねられ、燃料供給部８側に設けられ、燃料供給板６１に燃料供給面６１Ｓ上に配置されている。第４燃料吸収体１４は燃料供給口６４に密着している。
【００８０】
第４燃料吸収体１４は、第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２と異なる燃料吸収性を持っている。第４燃料吸収体１４は、ポリエチレン多孔体で形成されている。第４燃料吸収体１４の燃料吸収性δは、第１燃料吸収体１２の燃料吸収性αより高い。第４燃料吸収体１４はシート状に形成されている。第４燃料吸収体１４は、長さＬ１４が９２ｍｍ、幅Ｗ１４が９２ｍｍの矩形状である。第４燃料吸収体１４は、第１燃料吸収体１１に完全に重なっている。第４燃料吸収体１４は、燃料拡散領域Ｒ４の４つの角部に完全に重なって設けられている。
【００８１】
第１燃料吸収体１１、第２燃料吸収体１２及び第４燃料吸収体１４は、それぞれ０．５ｍｍの厚さを有している。第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２において、その他は、実施例１と同様に形成されている。  
上記した以外、実施例４において、燃料電池は実施例１と同様に形成されている。
【００８２】
上記した燃料拡散部１０を用いることにより、アノード２１に対する燃料供給量をより一層平均化することができる。すなわち、燃料供給板６１の燃料供給口６４から噴出した液体燃料８２は、第４燃料吸収体１４に吸収され、拡散された後、第１燃料吸収体１１に吸収され、第１燃料吸収体１１の内部で面内方向に拡散される。液体燃料８２が拡散され易い個所の第１燃料吸収体１１上には第２燃料吸収体１２が配置されている。
【００８３】
これにより、燃料は第１燃料吸収体１１、第２燃料吸収体１２及び第４燃料吸収体１４によって均一に拡散される。このため、実施例４において、燃料電池は、実施例１と同様、燃料供給量を一層平均化することが可能となる。
【００８４】
（比較例１）
比較例１において、燃料電池の燃料拡散部１０は、第１燃料吸収体１１で構成されている。第１燃料吸収体１１は、実施例１と同様に形成されている。比較例１において、上記燃料拡散部１０以外、燃料電池は実施例１と同様に形成されている。
【００８５】
（比較例２）
比較例２において、燃料電池の燃料拡散部１０は、第２燃料吸収体１２で構成されている。第２燃料吸収体１２は、長さＬ１２が９２ｍｍ、幅Ｗ１２が９２ｍｍの矩形状である。その他、第２燃料吸収体１２は、実施例１と同様に形成されている。比較例２において、上記燃料拡散部１０以外、燃料電池は実施例１と同様に形成されている。
【００８６】
ここで、本願発明者等は、第１燃料吸収体１１、第２燃料吸収体１２、第３燃料吸収体１３及び第４燃料吸収体１４の燃料吸収性を評価した。
【００８７】
図１２に示すように、評価する際、第１燃料吸収体１１、第２燃料吸収体１２、第３燃料吸収体１３及び第４燃料吸収体１４をそれぞれ幅１０ｍｍに切り出した試料を用意する。なお、各試料の厚さは１ｍｍである。用意した各試料の先端部を１０ｍｍ、メタノールに浸漬する。そして、各試料が３０ｍｍの高さまで吸い上げるのにかかった時間を測定した。測定した時間を基に、第１燃料吸収体１１、第２燃料吸収体１２、第３燃料吸収体１３及び第４燃料吸収体１４の燃料吸収性を評価した。
【００８８】
各試料の吸い上げ時間を測定したところ、第１燃料吸収体１１は１０秒、第２燃料吸収体１２は２０秒、第３燃料吸収体１３は３０秒及び第４燃料吸収体１４は６秒であった。このため、第１燃料吸収体１１、第２燃料吸収体１２、第３燃料吸収体１３及び第４燃料吸収体１４の燃料吸収率の関係は、上述した通りであり、次に示す式で表すことができる。
【００８９】
γ＜β＜α＜δ
また、本願発明者は、実施例１乃至実施例４、並びに比較例１及び比較例２の複数種類の燃料電池を評価した。
【００９０】
評価する際、燃料電池を各種５０個ずつ用意し、それぞれ５０個の燃料電池の出力を測定した。そして、測定した出力を基に、各種燃料電池の出力平均値を算出した。最後に、算出した出力平均値を基に、各種燃料電池の出力相対値を算出した。
【００９１】
出力を測定する際、燃料として５質量％のメタノール水溶液を用い、燃料収容部８１に収容されたメタノール水溶液をポンプ８４を用いて燃料供給口６４まで液送し、０．２Ｖの定電圧で発電を行い、出力を測定した。なお、この比較例１の燃料電池の出力相対値を１００とした。
【００９２】
図１３に示すように、実施例１乃至実施例４の燃料電池は、比較例１の燃料電池より出力が高いことが分かる。比較例２の燃料電池は、比較例１の燃料電池より出力が低下した。このため、実施例１乃至実施例４において、出力特性に優れた燃料電池を得ることができた。
【００９３】
上記したように構成された燃料電池によれば、燃料電池セル１は、膜電極接合体３と、燃料供給部８と、燃料拡散部１０とを備えている。燃料供給部８は、燃料供給口６４を有している。
【００９４】
実施例１において、燃料拡散部１０は、第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２を有している。液体燃料８２は、第１燃料吸収体１１に吸収され、第１燃料吸収体１１の内部で面内方向に拡散される。液体燃料８２が拡散され易い個所の第１燃料吸収体１１上には第２燃料吸収体１２が配置されている。
【００９５】
実施例２において、燃料拡散部１０は、第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２を有している。液体燃料８２は、第１燃料吸収体１１に吸収され、第１燃料吸収体１１の内部で面内方向に拡散される。液体燃料８２が拡散され易い個所を含む第１燃料吸収体１１上全体に第２燃料吸収体１２が配置されている。
【００９６】
実施例３において、燃料拡散部１０は、第１燃料吸収体１１、第２燃料吸収体１２及び第３燃料吸収体１３を有している。液体燃料８２は、第１燃料吸収体１１に吸収され、第１燃料吸収体１１の内部で面内方向に拡散される。液体燃料８２が拡散され易い個所の第１燃料吸収体１１上には第２燃料吸収体１２が配置されている。
【００９７】
これにより、燃料は第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２によって均一に拡散される。第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２上に、第３燃料吸収体１３が設けられている。
【００９８】
実施例４において、燃料拡散部１０は、第１燃料吸収体１１、第２燃料吸収体１２及び第４燃料吸収体１４を有している。液体燃料８２は、第４燃料吸収体１４に吸収され、拡散された後、第１燃料吸収体１１に吸収され、第１燃料吸収体１１の内部で面内方向に拡散される。液体燃料８２が拡散され易い個所の第１燃料吸収体１１上には第２燃料吸収体１２が配置されている。
【００９９】
このため、液体燃料８２の面方向への拡散は促進される。これにより、燃料はアノード２１に均一に供給される。このため、膜電極接合体３における発電反応の均一性を高めることができる。上記したことから、燃料電池の出力を向上でき、出力の安定性を高めることができる。
【０１００】
燃料拡散部１０の燃料吸収体は、膜電極接合体３側より燃料供給部８側の方が高い燃料吸収率を持っている（γ＜β＜α＜δ）。このため、液体燃料８２の面方向への拡散の均一化を容易に実現することができる。  
第１燃料吸収体１１は、燃料拡散領域Ｒ４の４つの角部に重なって設けられている。このため、燃料が届き難い角部にも燃料を一層拡散させることができ、燃料拡散領域Ｒ４全域に燃料を均一に拡散させることができる。  
上記したことから、出力特性に優れた燃料電池セル１及び燃料電池セル１を備えた燃料電池を得ることができる。
【０１０１】
次に、この発明の第２の実施の形態に係る燃料電池セル及び燃料電池について詳細に説明する。この実施の形態において、他の構成は上述した第１の実施の形態の実施例１と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１０２】
図１４に示すように、膜電極接合体３は発電領域Ｒ１を有している。発電領域Ｒ１は、発電に有効な４つの有効領域Ｒ２を有している。これらの有効領域Ｒ２は、矩形状であり、長軸を有し、間隔を置いて位置している。膜電極接合体３は、有効領域Ｒ２間に３つの非有効領域Ｒ３を有している。発電領域Ｒ１及び全非有効領域Ｒ３は、燃料拡散領域Ｒ４に完全に重なっている。
【０１０３】
また、膜電極接合体３は４つの発電素子２０を有している。発電素子２０は、矩形状であり、長軸を有し、それぞれ有効領域Ｒ２に重なっている。４つの発電素子２０は共通の電解質膜２７で形成されている。なお、電解質膜２７は有効領域Ｒ２に重なっていれば良い。このため、電解質膜２７は有効領域Ｒ２毎に分割して形成されても良い。
【０１０４】
図１５乃至図１７に示すように、集電体４の導電層３０は、アノード導電層３１、カソード導電層３４及び導電部材３７を有している。  
アノード導電層３１は、第１乃至第４アノード導電層３１ａ〜３１ｄを有している。第１乃至第４アノード導電層３１ａ〜３１ｄは、それぞれアノードガス拡散層２３の形状に合わせて形成されている。
【０１０５】
この実施の形態において、第１乃至第４アノード導電層３１ａ〜３１ｄは、矩形状に形成され、長軸を有し、互いに間隔を置いて位置している。第１乃至第４アノード導電層３１ａ〜３１ｄは、互いに電気的に絶縁されている。
【０１０６】
第１乃至第４アノード導電層３１ａ〜３１ｄは、それぞれ複数の燃料通過孔３２を有している。燃料通過孔３２は、第１乃至第４アノード導電層３１ａ〜３１ｄの長軸に沿った方向に互いに間隔を置いて並んでいる。燃料通過孔３２は等間隔に形成されている。燃料通過孔３２は矩形状に形成されている。第１アノード導電層３１ａには端子３３が形成されている。
【０１０７】
カソード導電層３４は、第１乃至第４カソード導電層３４ａ〜３４ｄを有している。第１乃至第４カソード導電層３４ａ〜３４ｄは、それぞれカソードガス拡散層２６の形状に合わせて形成されている。
【０１０８】
この実施の形態において、第１乃至第４カソード導電層３４ａ〜３４ｄは、矩形状に形成され、長軸を有し、互いに間隔を置いて位置している。第１乃至第４カソード導電層３４ａ〜３４ｄは、互いに電気的に絶縁されている。
【０１０９】
第１乃至第４カソード導電層３４ａ〜３４ｄは、それぞれ複数の通気孔３５を有している。通気孔３５は、第１乃至第４カソード導電層３４ａ〜３４ｄの長軸に沿った方向に互いに間隔を置いて並んでいる。通気孔３５は等間隔に形成されている。通気孔３５は矩形状に形成されている。第４カソード導電層３４ｄには端子３６が形成されている。
【０１１０】
第２アノード導電層３１ｂ及び第１カソード導電層３４ａ、第３アノード導電層３１ｃ及び第２カソード導電層３４ｂ、並びに第４アノード導電層３１ｄ及び第３カソード導電層３４ｃは、それぞれ導電部材３７を介して電気的に接続されている。
【０１１１】
導電層３０は二つ折りにされている。アノード導電層３１及びカソード導電層３４は、所定の間隔を置いて対向配置されている。膜電極接合体３は、導電層３０の内部空間に収容され、アノード導電層３１及びカソード導電層３４により挟まれている。
【０１１２】
第１乃至第４アノード導電層３１ａ〜３１ｄは、それぞれアノードガス拡散層２３に重なっているとともに接触している。第１乃至第４カソード導電層３４ａ〜３４ｄは、それぞれカソードガス拡散層２６に重なっているとともに密着している。４つの発電素子２０は、導電層３０により直列に接続されている。膜電極接合体３の周囲はシール材３８及びシール材３９により規定されるため、導電層３０に対する膜電極接合体３の位置決めは容易になる。
【０１１３】
上記したように、膜電極接合体３及び集電体４が組合されることで、燃料の気化成分は、燃料通過孔３２を通ってアノードガス拡散層２３及びアノード触媒層２２に供給される。酸化剤としての空気は、通気孔３５を通ってカソードガス拡散層２６及びカソード触媒層２５に供給される。
【０１１４】
上記したように構成された燃料電池によれば、燃料電池セル１は、膜電極接合体３と、燃料供給部８と、燃料拡散部１０とを備えている。燃料供給部８は、燃料供給口６４を有している。
【０１１５】
この実施の形態において、燃料拡散部１０は、第１燃料吸収体１１及び第２燃料吸収体１２を有している。液体燃料８２は、第１燃料吸収体１１に吸収され、第１燃料吸収体１１の内部で面内方向に拡散される。液体燃料８２が拡散され易い個所の第１燃料吸収体１１上には第２燃料吸収体１２が配置されている。
【０１１６】
このため、液体燃料８２の面方向への拡散は促進される。これにより、燃料はアノード２１に均一に供給される。このため、膜電極接合体３における発電反応の均一性を高めることができる。上記したことから、燃料電池の出力を向上でき、出力の安定性を高めることができる。
【０１１７】
膜電極接合体３は４つの発電素子２０を有し、これら発電素子２０は直列に接続されている。このため、燃料電池の出力を一層向上させることができる。  
上記したことから、出力特性に優れた燃料電池セル１及び燃料電池セル１を備えた燃料電池を得ることができる。
【０１１８】
なお、この発明は上記実施の形態そのまま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可能である。また、上記実施の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。
【０１１９】
例えば、第１燃料吸収体１１、第２燃料吸収体１２、第３燃料吸収体１３及び第４燃料吸収体１４は、ポリエチレン多孔体に限らず、多孔質の樹脂、カーボン、布のような織物、吸収性を持つ不織布等で形成されても良い。
【０１２０】
燃料拡散部１０において、燃料吸収体間に燃料吸収率の差を有していれば良いが、燃料吸収体間の燃料吸収率の差は、１．５倍以上であることが好ましい。但し、第４燃料吸収体１４の燃料吸収性δは、第１燃料吸収体１２の燃料吸収性αと同一でも良く、この場合、上述した実施例４と同一の効果を得ることができる。
【０１２１】
第１燃料吸収体１１及び第４燃料吸収体１４は、燃料拡散領域Ｒ４の少なくとも１つの角部に重なって設けられていれば良く、これにより、角部にも燃料を一層拡散させることができる。ここで、各角部の面積は、燃料拡散領域Ｒ４の面積の１％以上であれば良く、より好ましくは４％以上であれば上記した効果を得ることができる。
【０１２２】
言い換えると、各角部は、燃料拡散領域Ｒ４の辺の長さに対して１０％長さ角の範囲以上、より好ましくは２０％長さ角の範囲以上の面積であれば上記した効果を得ることができる。  例えば、上述した実施例１において、各角部は、２０ｍｍ×２０ｍｍの面積を有している。燃料拡散領域Ｒ４は、９２ｍｍ×９２ｍｍの面積を有している。実施例１の各角部は２１．８％長さ角の面積を有しているため、上記範囲内である。
【０１２３】
また、図６に示した燃料供給口６４の個数や位置を工夫し、膜電極接合体３の特定個所により多くの燃料を供給するよう燃料供給板６１を設計しても良い。製品への燃料電池装着上の都合から燃料電池セル１の半分の部位の放熱がよくなってしまうような場合、従来では温度分布が生じてしまい、平均出力の低下が避けられない。これに対して、燃料供給口６４及び管部６５の形成パターンを調整し、予め放熱のよい部分に燃料供給口６４を密に配置することによって、その部分での発電に伴う発熱を多くすることができる。これによって、面内の発電度合いを均一化することができ、出力低下を抑制することが可能となる。
【０１２４】
液体燃料８２を燃料収容部８１から燃料供給機構７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８２を燃料収容部８１から燃料供給機構７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８３を用いることによって、毛細管現象で燃料収容部８１から燃料供給機構７まで送液することもできる。  
集電体４は必要に応じて設けられていれば良い。
【０１２５】
流路８３は燃料供給機構７や燃料供給源２と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料供給機構７と燃料収容部８１とを積層して一体化する場合、これらをつなぐ液体燃料８２の流路であってもよい。燃料供給機構７は流路８３を介して燃料収容部８１と接続されていれば良い。
【０１２６】
図１に示した燃料供給源２は、ポンプ８４を制御する制御部を有していても良い。燃料供給用（送液用）のポンプ８４の制御は、例えば燃料電池の出力を参照して行うことが好ましい。燃料電池の出力は制御部で検出され、この検出結果に基づいてポンプ８４に制御信号が送られる。ポンプ８４は制御部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８４の動作は燃料電池の出力に加えて、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。
【０１２７】
ポンプ８４の具体的な動作制御方法としては、例えば燃料電池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８４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８４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、燃料電池からの出力の変化率がプラスの場合にポンプ８４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８４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。
【０１２８】
燃料電池としての安定性や信頼性を高めるため、図１に示した燃料供給源２は、燃料遮断バルブを有していても良い。燃料遮断バルブは、ポンプ８４と直列に配置することが好ましい。燃料遮断バルブは、例えばポンプ８４と燃料供給機構７との間の流路８３に挿入されている。燃料遮断バルブは、ポンプ８４と燃料収容部８１との間に設置しても機能上の支障はない。
【０１２９】
ただし、燃料遮断バルブをポンプ８４と燃料収容部８１との間の流路８３に設置した場合、例えば長期保管時にポンプ８４の燃料が蒸発すると、燃料収容部８１からの液体燃料８２の吸出し機能に支障が生じる恐れがある。このようなことから、燃料遮断バルブはポンプ８４と燃料供給機構７との間の流路８３に設置し、長期保管時等におけるポンプ８４からの液体燃料８２の蒸発を防止することが好ましい。
【０１３０】
このように、燃料収容部８１と燃料供給機構７との間に燃料遮断バルブを挿入することによって、燃料電池の未使用時にも不可避的に発生する微量な燃料の消費や上述したポンプ再運転時の吸い込み不良等を回避することができる。これらは燃料電池の実用上の利便性の向上に大きく貢献するものである。
【０１３１】
さらに、燃料遮断バルブは、図１に示したポンプ８４に代えて配置していても有効である。例えば、燃料供給機構７と燃料収容部８１とを接続する流路８３に燃料遮断バルブを挿入する。このような構成を適用することによって、膜電極接合体３に対する燃料の供給を制御し、燃料電池の出力制御性を高めることができる。この場合の燃料遮断バルブの動作制御は、上述したポンプ８４の動作制御と同様に実施することができる。
【０１３２】
図１に示した燃料電池において、燃料収容部８１や流路８３に、燃料収容部８１内の圧力を外気とバランスさせるバランスバルブを装着することが好ましい。バランスバルブは、例えば燃料収容部８１に設置されている。図示しないが、バランスバルブは、バルブ可動片と、燃料収容部８１内の圧力に応じてバルブ可動片を動作させるスプリングと、バルブ可動片をシールして閉状態とするシール部とを有している。
【０１３３】
バランスバルブを燃料収容部８１等に設置することによって、液体燃料８２の供給に伴って発生する燃料収容部８１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８１内が減圧状態になると、ポンプ８４による液体燃料８２の吸い込みが不安定になり、送液量が変動しやすくなる。
【０１３４】
このような送液量の変動をバランスバルブを設置することで解消することができる。従って、燃料電池の動作安定性を向上させることが可能となる。なお、バランスバルブを流路８３に設置する場合には、バランスバルブを燃料収容部８１とポンプ８４との間に挿入することが好ましい。
【０１３５】
この発明は、直接メタノール型の燃料電池に限定されるものではなく、他の燃料電池に適用可能である。そして、液体燃料８２も、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料８２は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。
【０１３６】
液体燃料８２は、膜電極接合体３に対応していれば良い。液体燃料８２は、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、その他の液体燃料であっても良い。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。  
また、膜電極接合体へ供給される液体燃料においても、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】
【０１３７】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係る燃料電池を示す断面図。
【図２】図１に示した膜電極接合体を示す平面図。
【図３】図１に示したアノード導電層を示す平面図。
【図４】図１に示したカソード導電層を示す平面図。
【図５】図１に示した燃料極支持板を示す平面図。
【図６】図１に示したバックカバーを示す概略断面図。
【図７】図１に示したフロントカバーを示す平面図。
【図８】上記第１の実施の形態に係る燃料電池の実施例１の燃料拡散部を示す平面図。
【図９】上記第１の実施の形態に係る燃料電池の実施例２の燃料拡散部を示す分解斜視図。
【図１０】上記第１の実施の形態に係る燃料電池の実施例３の燃料拡散部を示す分解斜視図。
【図１１】上記第１の実施の形態に係る燃料電池の実施例４の燃料拡散部を示す分解斜視図。
【図１２】上記燃料拡散部の各燃料吸収体の燃料吸収率を測定している状態を説明するための図。
【図１３】上記第１の実施の形態に係る燃料電池の実施例１乃至実施例４、並びに比較例１及び比較例２の燃料電池の出力相対値を表で示した図。
【図１４】この発明の第２の実施の形態に係る燃料電池の膜電極接合体を示す平面図。
【図１５】上記第２の実施の形態に係る燃料電池の導電層を展開して示す平面図。
【図１６】図１５に示した導電層が二つ折りになっている状態を示す斜視図。
【図１７】図１５及び図１６に示した導電層が図１４に示した膜電極接合体を挟み込む様子を示す断面図。
【符号の説明】
【０１３８】
１…燃料電池セル、２…燃料供給源、３…膜電極接合体、４…集電体、６…燃料極支持板、７…燃料供給機構、８…燃料供給部、９…バックカバー、１０…燃料拡散部、１１…第１燃料吸収体、１２…第２燃料吸収体、１３…第３燃料吸収体、１４…第４燃料吸収体、１５…フロントカバー、１６…シール材、２０…発電素子、２１…アノード、２２…アノード触媒層、２３…アノードガス拡散層、２４…カソード、２５…カソード触媒層、２６…カソードガス拡散層、２７…電解質膜、３０…導電層、３１…アノード導電層、３２…燃料通過孔、３３…端子、３４…カソード導電層、３５…通気孔、３６…端子、３７…導電部材、３８，３９…シール材、５１…板部、５５…燃料通過孔、６１…燃料供給板、６１Ｓ…燃料供給面、６２…周壁、６３…燃料注入口、６４…燃料供給口、６５…管部、６６…空隙部、７１…板部、７２…通気孔、８１…燃料収容部、８２…液体燃料、８３…流路、８４…ポンプ、Ｒ１…発電領域、Ｒ２…有効領域、Ｒ３…非有効領域、Ｒ４…燃料拡散領域。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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