[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池，特别是涉及小型的具有质子传导性固体电解质层的燃料电池。

背景技术

移动电话、便携式信息终端机、笔记本电脑、或数码相机等便携式电子仪器，伴随着多功能化而电力消耗显著增加。因此，人们期望便携式电子仪器中使用的电池达到高输出密度或高能量密度。

另外，笔记本电脑或便携式信息终端机上，现在安装的电池每次充电的驱动时间短，另外，由于充电花费时间，用户的意见很大。现在的便携式电子仪器中安装的电池为锂离子二次电池。人们预测，今后便携式电子仪器要求的能量密度需达到现有的数倍，故希望用新概念的电源代替锂离子二次电池。

燃料电池，是燃料与空气中的氧进行电化学反应，从燃料取出电能的电池。燃料电池中的燃料本身的理论能量密度，与锂离子电池相比可高达数倍。如果与燃料相比使燃料电池的发电部位小、非常有效地进行反应，则有可能能够达到远远超过二次电池的能量密度。从这种背景考虑，作为替代锂离子二次电池的电源，而把目光集中在了燃料电池上。

燃料电池，根据使用的电解质的种类，可以分类为碱型、磷酸型、熔融碳酸盐型、固体氧化物型、固体高分子型。便携式电子仪器中使用的燃料电池，要求采用适于小型化及轻量化的结构，从而操作方便，起动或停止容易，能抗冲击或振动。固体高分子型燃料电池是以高分子膜作为电解质的全固体型燃料电池。另外，固体高分子型燃料电池，具有结构简单，即使在低温下运行、起动或停止运行也迅速的特征，故适于作为便携式电子仪器的燃料电池。特别是小型便携式电子仪器中，由于甲醇的能量密度高及贮藏容易、电池结构简单等，故可以采用以甲醇作燃料的直接甲醇型燃料电池(DMFC)。

在DMFC中，用2个电极挟住具有质子传导性的固体高分子电解质膜，向燃料极侧供给甲醇水溶液。燃料极发生的电化学反应，如下所示，是甲醇与水反应，在直接电极被氧化，生成二氧化碳、质子、电子的反应。CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-。质子透过高分子固体电解质膜，在空气极的催化剂层与氧化合，生成水。此时，燃料极、空气极与外部电路连接，通过发生的电子可取出电力。生成的水从空气极排至体系外。

把甲醇水溶液供给给直接燃料极的所谓液体供给型DMFC，甲醇通过发电而被消耗，液体燃料贮藏部的甲醇浓度逐渐降低。当甲醇浓度达到一定浓度以下时，发电停止，甲醇水溶液中含有的甲醇未用尽。

为了解决此问题，已提出了使甲醇水溶液气化，以气体状态向燃料极的催化剂层供给甲醇的所谓气化供给型DMFC(例如，参见专利文献1)。气化供给型DMFC具有下述有点，即，即使液体燃料贮藏部的甲醇浓度降低，由于甲醇的连续蒸发，液体燃料中的甲醇可以用完。即，当采用相同体积的甲醇水溶液时，气化供给型DMFC与液体供给型DMFC相比，可得到大的电力量。

然而，在气化供给型DMFC中，通过燃料极的反应产生二氧化碳、水等。由于产生二氧化碳，燃料极侧的压力上升，二氧化碳堵塞住燃料供给部流路，使燃料回流，由此，引起不能供给燃料而反应停止的状况。因此，必需将二氧化碳排至燃料电池的外部。而另一方面，作为燃料成分的甲醇又必需留在燃料电池的体系内使反应进行。因此，必需仅把成为不要成分的二氧化碳有效地排至外部。

图1A是现有的燃料电池的平面图。图1B是图1A所示燃料电池的剖面图。如图1A及图1B所示，上述专利文献1中的燃料电池，通过燃料保持层101使甲醇水溶液气化，生成的甲醇气供给与固体电解质层102连接的燃料层103。在燃料极103的催化剂层中进行上述反应，通过反应生成的电子，从与燃料极103连接的端子104取出。在端子104上设置气体放出口105与把液体与气体分离的液体·气体分离膜106。通过该液体·气体分离，将在燃料极103生成的二氧化碳气体排至外部。

专利文献1：特开2002-289224号公报

专利文献2：特开2001-102069号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，虽然专利文献1中公开了液体·气体分离膜106透过二氧化碳气体，但对于液体·气体分离膜106的甲醇气隔断性却没有公开。当液体·气体分离膜106不隔断甲醇气时，甲醇气泄漏至外部，会发生相对于供给的甲醇量来说发电量减少的问题。另外，由于甲醇气的可燃性，当过度泄漏至外部时，有着火或爆炸等发生火灾的危险。

因此，本发明的课题是，提供一种解决了上述课题的新型的有用的燃料电池。