[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及将使液体燃料气化而得的气化燃料供给阳极催化剂层方式的燃料电池。

背景技术

近年，个人电脑、移动电话等各种电器产品随着半导体技术的发展而小型化。燃料电池被尝试用于这些小型电器用电源。燃料电池能够通过仅供给燃料和氧化剂而发电，具有只要更换燃料就能够连续发电的优点，因此如果能够实现小型化，就可以说是对于便携式电器的工作极为有利的系统。特别是直接甲醇型燃料电池(DMFC，direct methanol fuel cell)采用能量密度高的甲醇为燃料，能够在电极催化剂上由甲醇直接获取电流，所以不需要改性器，可实现小型化。DMFC在燃料的处理方面与氢气燃料相比也更为容易，所以有望成为小型电器产品用电源。

作为DMFC的燃料的供给方法，已知的有将液体燃料气化后利用鼓风机等送至燃料电池内的气体供给型DMFC，用泵等直接将液体燃料送至燃料电池内的液体供给型DMFC，还有日本专利公报第3413111号所揭示的内部气化型DMFC等。

日本专利公报第3413111号所揭示的内部气化型DMFC具备保持液体燃料的燃料浸透层，以及用于使被保持于燃料浸透层内的液体燃料中的气化成分扩散的燃料气化层，气化后的液体燃料从燃料气化层被供至燃料极。在日本专利公报第3413111号中，使用甲醇与水以1∶1摩尔比混合的甲醇水溶液作为液体燃料，以气化气体的形式向燃料极供给甲醇和水两者。

该日本专利公报第3413111号中所示的内部气化型DMFC不能得到充分高的输出特性。水与甲醇相比蒸气压低，水的气化速度较甲醇的气化速度慢，因此如果通过气化层向燃料极供给甲醇和水，则相对于甲醇供给量水的相对供给量不足。结果，对甲醇进行内部重整的反应的反应阻力高，所以不能得到充分的输出特性。

发明内容

本发明的目的是使具有被供给液体燃料的气化成分的阳极催化剂层的燃料电池的输出特性提高。

本发明的一个实施方式，提供了燃料电池，它是具有阴极催化剂层、被供给液体燃料的气化成分的阳极催化剂层、设置于上述阴极催化剂层和上述阳极催化剂层之间的质子传导性膜的燃料电池，其中，

上述液体燃料的甲醇浓度高于50摩尔％、且为100摩尔％以下，上述阴极催化剂层和上述阳极催化剂层的合计厚度L与上述质子传导性膜的厚度L₀之比(L∶L₀)大于1∶1、且为5∶1以下。

本发明的另一个方式，提供了燃料电池，它是使用甲醇浓度高于50摩尔％、且为100摩尔以下的液体燃料的燃料电池，其中，

具有阴极催化剂层，被供给上述液体燃料的气化成分的阳极催化剂层，以及设置于上述阴极催化剂层和上述阳极催化剂层之间的质子传导性膜，

上述阴极催化剂层和上述阳极催化剂层的合计厚度作为L，上述质子传导性膜的厚度作为L₀时，厚度L相对于厚度L₀的比(L∶L₀)大于1∶1、且为5∶1以下。

附图的简单说明

[图1]是本发明的一实施方式涉及的直接甲醇型燃料电池的截面示意图。

[图2]是显示实施例1～5和比较例1～3的直接甲醇型燃料电池的电流密度与电池电压之间关系的特性图。

[图3]是显示实施例1～5和比较例1～3的直接甲醇型燃料电池的输出功率密度的经时变化的特性图。

[图4]是显示实施例1～7和比较例1～4的直接甲醇型燃料电池的电流密度和电池电压的关系的特性图。

[图5]是显示实施例1～7和比较例1～4的直接甲醇型燃料电池的输出功率密度的经时变化的特性图。

实施发明的最佳方式

本发明人反复进行认真的研究，结果发现了具有将液体燃料的气化成分供给至阳极催化剂层用的燃料气化层的燃料电池中，通过满足以下的(a)、(b)结构，可以利用阴极催化剂层中的水分向阳极催化剂层充分加水，因此燃料电池的输出特性和输出的经时稳定性得到提高。

(a)液体燃料中的甲醇浓度多于50摩尔％。且在100摩尔％以下。

(b)阴极催化剂层和阳极催化剂层的合计厚度L与质子传导性膜的厚度L₀之比，即阴极催化剂层和阳极催化剂层的合计厚度L相对于质子传导性膜的厚度L₀的厚度比(L∶L₀)比1∶1大、在5∶1以下。厚度比(L∶L₀)表示以质子传导性膜的厚度L₀为1时的合计厚度L的比例。