[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及对便携设备的工作有效的水平放置的燃料电池。

背景技术

近年来随着半导体技术的发展，已经使诸如个人电脑、便携式电话等各种电子设备被小型化，并且已经尝试在这些小型设备中使用燃料电池。

燃料电池具有仅通过提供燃料和氧化剂就可发电，以及仅通过更换燃料就可持续发电的优点。因此，如果燃料电池被小型化，则它们将是对运行便携式电子设备非常有利的系统。具体地，直接甲醇燃料电池(DMFC)使用具有高能量密度的甲醇作为燃料并且能够基于电极催化剂从甲醇直接提取电流。因此，这些电池能够被小型化。此外，该燃料的运输与氢气燃料的运输相比更容易，因此DMFC有望成为小型设备的电源，并且被期待成为最适用于诸如笔记本个人计算机、便携式电话、便携式音频播放器、以及便携式控制台等无线便携设备的电源而投入实际应用。

关于向DMFC供应燃料的方法已知的有：液体燃料气化后通过鼓风机将该气化的燃料供给燃料电池的气体供给型DMFC；通过泵将液体燃料供给燃料电池的液体供给型DMFC；以及液体燃料在电池内气化的内部气化型DMFC。

专利文献1至5各公开了一种燃料电池，该燃料电池设置有用保护膜覆盖的单个或者多个干电池，并且围绕这些干电池放置有液态燃料箱，其中该干电池是由阳极和阴极形成的膜电极组(MEA)，该阳极设置有具有质子传导性的固体电解质膜、覆盖有离子交换树脂的具有承载催化剂的碳微粒的催化剂层电极，以及向催化剂层电极供应反应燃料并收集电荷的气体扩散层，该阳极从燃料和水生成电荷和质子；该阴极设置有覆盖有离子交换树脂的具有承载催化剂的碳微粒的催化剂层电极以及向催化剂层电极供应氧并传导电荷的气体扩散层，该阴极从质子和氧生成水。

专利文献1：日本专利特许2003-317791号公报；

专利文献2：日本专利特许2004-014148号公报；

专利文献3：日本专利特开2002-015763号公报；

专利文献4：日本专利特开2004-235084号公报；

专利文献5：日本专利特许2004-103262号公报。

发明内容

然而，由于每个干电池的DMFC的工作电压低至约0.3至0.5伏特，因此需要将多个干电池串联排列以加进设备中。具体地，当这些干电池被加入诸如笔记本个人计算机、便携式电话、便携式音频播放器、便携式游戏控制台等小型便携设备时，需要将多个干电池串联排列在同一平面。此外，在DMFC中实际是通过向阳极侧供应燃料提取电流的，因此当施加电流负荷时必须尽可能均匀地向干电池供应燃料。

然而，在不具有诸如泵等辅助设备的所谓的被动型DMFC中，其通过利用毛细管现象和重力的自然供应系统来供应燃料，并由此存在对取决于设备的工作状况燃料供应平衡被打乱的担心。这引起燃料存在量以及浓度不均匀，导致电池间电压产生变化，从而引起极性反转。

例如，在设置有用于容纳液体燃料的液体燃料容纳室和向阳极提供液体燃料的气化组分的气液分离膜的气体供给型燃料电池中，当从在与图5所示的燃料电池100的干电池的位置相对应处形成的燃料供应端口114向气液分离膜供应液体燃料时，从在左侧和中央侧上的电极彼此毗邻的位置依次使阳极催化剂层电极112(E1至E6)与气化的液体燃料接触以发电。然而，在燃料充分扩散到整个电池以前，在图中右侧的阳极催化剂层电极E3至E6未开始发电或者仅仅产生少量电，因此发电行为根据燃料供应端口114所在位置与各个催化剂层电极E1至E6的相对距离的不同而改变。

此外，当燃料电池100一旦停止之后再次开始工作时，各个阳极催化剂层电极E1至E6内残留的燃料量彼此不同，并且因此使得各个电池的发电行为的发生不同，从而无法获得期望的发电性能。

提出本发明是为了解决上述问题，并且本发明的目标是提供一种燃料电池，该燃料电池不仅不发生电池间发电行为的变化，而且还具有良好的发电性能。

一种燃料电池，该燃料电池设置有：多个串联连接的设置有电解质膜、阳极、阴极的干电池，该电解质膜介于相向放置的阳极和阴极之间；放置在所述的多个干电池阳极侧用于容纳液体燃料的液体燃料容纳室；以及介于该阳极和液体燃料容纳室之间用于向阳极供应液体燃料的气化组分的气液分离膜，该燃料电池包括：

多个催化剂层电极，该催化剂层电极被放置成使得阳极和阴极的每个催化剂层电极平行放置在实质同一平面上，并且每个催化剂层电极均具有特定纵横比的形状；

液体燃料浸渍层，该液体燃料浸渍层在气液分离膜的液体燃料容纳室一侧上叠层；以及