提供一种燃料电池，在将燃料电池电源装载于便携信息机器或便携机器或作为便携用的二次电池充电电源使用时，可以实现Ａ）不需要用于燃料供给的辅机动力；Ｂ）在任何姿势都可以运行；Ｃ）可以通过简便的操作进行燃料补给；Ｄ）液体燃料的泄漏及渗透小；Ｅ）高输出密度、高能量密度；Ｆ）高安全性及可靠性的液体燃料直接型燃料电池。该燃料电池包含：使液体燃料氧化的阳极、使氧还原的阴极以及在上述阳极和上述阴极之间形成的固体高分子电解质膜，其特征在于：使用与多孔质的阳极对置且由借助毛细管力形成液体燃料输送路径的连续的微孔和不具有液体保持力的连续的微孔构成的多孔质体，利用在阳极中产生的毛细管负压供给液体燃料的燃料电池。
【技术实现步骤摘要】
燃料电池
固体高分子膜电解质型燃料电池(PEM-FC：聚合物电解质膜燃料电池)发电系统一般由在固体高分子电解质膜的两面上配置多孔的阳极及阴极的单位电池串联及根据需要并联的电池、燃料容器、燃料供给装置和空气或氧气供给装置构成。特别是，为了将利用液体燃料的DMFC这种燃料电池作成便携式机器用电源，在着眼于输出密度更高的电池而努力开发高性能的电极催化剂、高性能的电极结构、燃料渗透(cross-over)少的固体高分子膜的同时，也在追求燃料泵及空气吹风机的小型化的极限技术，也在追求不需要燃料供给泵、空气供给吹风机等的辅机动力的系统。在专利文献1中披露了降低或不需要这种辅机动力的发电结构，不需要液体燃料输送动力的所谓的无源型电源。专利文献1：日本专利特开2000-268835号公报。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在将燃料电池电源装载于便携信息机器或便携机器或作为便携用的二次电池充电电源使用时，可以实现A)不需要用于燃料供给的辅机动力、B)在任何姿势都可以运行、C)可以通过简便的操作进行燃料补给、D)液体燃料的泄漏及渗透小、E)高输出密度、高能量密度、F)高安全性及可靠性的液体燃料直接型燃料电池。本专利技术人为了克服上述现有技术的问题而进行了认真的研究，结果专利技术了下面说明的可以以全部姿势运行的燃料供给系统及使用该系统的燃料电池电源系统。即，在包含使液体燃料氧化的阳极、使氧还原的阴极、以及在上述阳极和上述阴极之间形成的固体高分子电解-->质膜的燃料电池中，其特征在于：使用与多孔质的阳极对置且由借助毛细管力形成液体燃料输送路径的连续的微孔和不具有液体保持力的连续的微孔构成的多孔质体，利用在阳极中产生的毛细管负压供给液体燃料的燃料电池。更优选地，在包含使液体燃料氧化的阳极、使氧还原的阴极、以及在上述阳极和上述阴极之间形成的固体高分子电解质膜的燃料电池中，具有与多孔质的阳极对置且由借助毛细管力形成液体燃料输送路径的连续的微孔和不具有液体保持力的连续的微孔构成的多孔质体，其特征在于：在该燃料电池中设有具有毛细管力的空气交换部，由此解决上述问题。本专利技术，可以提供一种在将液体作为直接燃料的燃料电池中，使用多孔质材料，在从可装卸的燃料盒槽起到燃料电池电源的阳极为止利用多孔质材料的毛细管力形成液体燃料输送路径，通过利用在阳极中的发电产生的燃料消耗而发生的毛细管负压供给燃料，不需要辅机动力、在任何姿势都可以运行、可以通过简便的操作进行燃料补给而运行的、液体燃料无泄漏的高安全性及可靠性的液体燃料电池电源。另外，通过使与阳极对置使用的吸取结构体由涉及液体输送的连续的微孔结构部分和输送在阳极中发生的气体成分的连续的微孔部分构成，并使气体输送微孔的半径比液体输送微孔的半径大，就可以进行不存在气体引起的电极反应场的闭塞的高性能的电池运行，可以不出现随着发电的吸取部的压力上升而减少液体燃料的泄漏。并且，由于吸取部是上述二元微孔结构，所以由于液体燃料与MEA的实际接触面积减小而使燃料渗透减小，可以以高输出密度、高能量密度运行。特别是，由于通过使吸取部的材料具有弹性，可以使MEA全面并且长期稳定地而均匀地承受推压压力，所以可以降低电源的内部电阻，提高电源的输出。另外，通过将多孔质的空气交换部设置在电池主体上，作为气泡压力屏障，燃料电池不会发生漏液，无需特别复杂的控制装置就可以从燃料盒槽稳定地供给燃料。-->另外，通过在容纳与阳极对置的吸取部的燃料电池的壁面上设置多个针孔，可以使在阳极附近发生的气体排出而不会漏液，并且通过使针孔的开口面积成为必要的最小限度，可以抑制来自燃料电池外部的空气扩散，使阳极的性能降低成为最小限度。此外，通过将该针孔用多孔质的气液分离膜进行密封，本专利技术的燃料电池电源即使是受到强烈的冲击时也可以防止燃料漏出。附图说明图1为本专利技术的燃料电池发电系统结构图。图2为本专利技术的燃料电池的层叠结构的概略图。图3为示出本专利技术的燃料电池的实施例的剖面结构图。图4为示出在本专利技术中使用的复合集电体的结构的平面图及剖面图。图5为在本专利技术中使用的MEA、阳极及阴极扩散层的结构图。图6为对本专利技术中使用的MEA和扩散层进行了一体化的结构图。图7为示出在本专利技术中使用的发电装置的结构的平面图及剖面图。图8为示出本专利技术的燃料盒槽连接器的剖面图及安装后的剖面图。图9为示出本专利技术的燃料电池的实施例的外观及剖面图。图10为示出在本专利技术中使用的复合集电体的结构的平面图及剖面图。图11为示出在本专利技术中使用的发电装置的结构的平面图及剖面图。图12为示出本专利技术的燃料电池的燃料室内的结构的剖面图。图13为本专利技术的燃料盒槽连接器的剖面图及安装剖面图。图14为示出本专利技术的燃料电池的燃料室内的结构的剖面图。图15为在本专利技术的燃料电池中使用的燃料盒槽的剖面图。-->图16为本专利技术的燃料盒槽连接器的剖面图及安装剖面图。(附图标记说明)1...燃料电池；2...燃料盒槽；3...输出端子；4...排气用针孔；5...直流/直流变换器；6...控制器；11...发电装置；12...燃料室框体；13a、13b...阴极端板；14...燃料吸取结构体；15...输送用中芯；16...阴极狭缝；17...阳极狭缝；18...螺钉；19...垫片；21...液体燃料；22...燃料输送用中芯；23...输送用中芯；24...空气孔；25...盒槽用连接器；26...收集器；27...收集器散热片；31...复合集电体；32...集电板；33...互连器；34...树脂膜；40...MEA；41...电解质膜；42a...阳极；42c...阴极；43a...阳极扩散层；43c...阴极扩散层；44a...阳极扩散层基板；44c...阴极扩散层基板；45...疏水层；46...密封件；51...狭缝阀；52...辅助输送件；61...盒槽保持器；62...空气交换部；63...绝缘板；64...多孔质绝缘板；71...液体燃料保持部；72...连接器；73...盖罩；74...固定用突起；75...固定用沟槽；76...中绵；77...中芯具体实施方式以下对本专利技术的实施方式予以说明，但本专利技术并不限定于以下的实施方式。在本实施方式中使用的甲醇为液体燃料的燃料电池中，在以下所示的电化学反应中以将甲醇具有的化学能直接变换为电能的形式发电。在阳极侧，供给的甲醇水溶液遵照(1)式发生反应分解为二氧化碳气体、氢离子及电子。 ...(1)生成的氢离子在电解质膜中从阳极移动到阴极侧，在阴极电极上与从空气中扩散来的氧气和电极上的电子按照(2)式发生反应而生成水。 ...(2)因此，伴随发电的整个化学反应，如(3)式所示，甲醇受到氧-->的氧化而生成二氧化碳气体和水，化学反应式与甲醇着火燃烧一样。 ...(3)单位电池的开路电压约为1.2V，但由于燃料浸透电解质膜的影响实质上为0.85～1.0V，虽然没有特别的限定，但在实用负载运行下的电压被选择为在0.2～0.6V左右的区域。所以，在作为实际电源使用时，按照负载机器的要求，将单位电池串联使用而得到规定的电压。单个电池的输出电流密度因电极催化剂、电极结构及其它影本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池，具有使液体燃料氧化的阳极、使氧还原的阴极、以及在上述阳极和上述阴极之间形成的固体高分子电解质膜，其特征在于：使用与多孔质的阳极对置且由借助毛细管力形成液体燃料输送路径的连续的微孔和不具有液体保持力的连续的微孔构成的多孔质体，利用在阳极中产生的毛细管负压供给液体燃料。
【技术特征摘要】
JP 2005-9-28 2005-2818461.一种燃料电池，具有使液体燃料氧化的阳极、使氧还原的阴极、以及在上述阳极和上述阴极之间形成的固体高分子电解质膜，其特征在于：使用与多孔质的阳极对置且由借助毛细管力形成液体燃料输送路径的连续的微孔和不具有液体保持力的连续的微孔构成的多孔质体，利用在阳极中产生的毛细管负压供给液体燃料。2.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：该多孔质体是由从金属、陶瓷、高分子树脂中选择的至少一种材料构成的。3.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：形成该多孔质材料的液体燃料输送路径的连续微孔具有的毛细管力PC满足以下的关系：PO+ρgh≤PC≤PA其中，从外部施加的压力为PO，液体燃料的粘度为ρ，重力加速度为g，在多孔质体中保持的液体燃料的落差为h，而PA为多孔质阳极的毛细管力。4.如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于：形成该多孔质材料的液体燃料输送路径的连续微孔具有的平均微孔半径rC满足以下关系：2σcosθC/(PO+ρgh)≥rC≥rA(cosθC/cosθA)其中，液体燃料的界面张力为σ，θC、θA分别为多孔质体和液体燃料的...
【专利技术属性】
技术研发人员：加茂友一，相马宪一，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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