本发明专利技术的目的在于，在将燃料电池电源安装在携带信息设备或便携式设备中或作为携带用的二次电池充电电源使用的情况下，提供Ａ）不需要用于燃料供给的辅助设备动力、Ｂ）能进行任何姿势的运转、Ｃ）可用简便的操作进行燃料补给、Ｄ）燃料保持材料的交叉漏泄和渗透少、Ｅ）高输出密度、高能量密度、Ｆ）实现高的安全性和可靠性的液体燃料直接型燃料电池。本发明专利技术提供下述的一种燃料电池，具有：氧化液体燃料的阳极；还原氧的阴极；在上述阳极与阴极之间形成的固体高分子电解质膜；以及液体燃料罐，其特征在于：利用毛细管现象对阳极供给液体燃料，利用由阳极排出气体进行的气体交换来调整供给量。
【技术实现步骤摘要】
燃料电池和使用该燃料电池的设备
本专利技术涉及对阳极供给液体燃料来发电的燃料电池。
技术介绍
固体高分子膜电解质型燃料电池(PEM-FC：PolymerElectrolyte Membrane Fuel Cell)的发电系统一般由将在固体高分子电解质膜的两面上配置了多孔质的阳极和阴极的单位单元串联和根据需要并联连接而构成的电池、燃料容器、燃料供给装置以及空气或氧供给装置构成。特别是，为了将使用液体燃料的DMFC那样的燃料电池用作携带设备用电源，提出了在燃料供给中使用的燃料泵或鼓风机等的辅助设备的小型化或不需要辅助设备的系统。在专利文献1中公开了使用毛细管力对阳极供给燃料的提案作为不需要辅助设备动力的结构。【专利文献1】特开2001-93551号公报
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供对阳极供给燃料而不使用辅助设备、能连续地发电的燃料电池。本专利技术提供下述的一种燃料电池，其特征在于：具备保持液体燃料的燃料容器和对上述燃料容器补给燃料的燃料罐，在上述燃料容器的外壁面上具有单位单元，在内部具有燃料抽吸材料，上述燃料抽吸材料具有利用毛细管力保持上述液体燃料的第1细孔和不保持上述液体燃料的第2细孔，在上述膜电极接合体与上述燃料抽吸材料之间具有燃料抽吸材料，该燃料抽吸材料具有比上述第1细孔小的细孔，利用燃料-气体交换部连接上述燃料容器与上述燃料罐，在上述燃料容-->器和上述燃料罐的至少一方的外壁面上形成有通气孔。按照本专利技术，可提供对阳极供给燃料而不使用辅助设备、能连续地发电的燃料电池。附图说明图1是与本专利技术有关的燃料电池电源的结构图。图2是与本专利技术有关的燃料电池的层叠结构的概略图。图3是示出与本专利技术有关的燃料电池的实施例的剖面结构图。图4是与本专利技术有关的燃料电池电源的剖面图和外观图。图5是示出与本专利技术有关的燃料电池的实施例的剖面结构图。图6是与本专利技术有关的燃料电池电源的剖面图和外观图。图7是示出与本专利技术有关的燃料电池的实施例的剖面结构图。图8是与本专利技术有关的燃料-气体交换部的放大图。图9是与本专利技术有关的燃料抽吸材料的概念图。具体实施方式以下说明与本专利技术有关的实施形态，但本专利技术不限定于以下的实施形态。在将本实施形态中使用的甲醇作为液体燃料的燃料电池(以下称为DMFC)中，用由以下示出的电化学反应将甲醇具有的化学能量直接变换为电能量的形式来发电。在阳极一侧供给的甲醇水溶液依照(式1)反应，分解为二氧化碳、氢离子和电子。CH3OH+H2O→CO2+6H++6e- ...(式1)所生成的氢离子在电解质膜中从阳极朝向阴极一侧移动，依照(式2)在阴极电极上与从空气中扩散来的氧气和电极上的电子反应，生成水。6H++3/2O2+6e-→3H2O ...(式2)因而，伴随发电的全部化学反应，如(式3)中所示，氧使甲醇氧化，生成二氧化碳和水，与甲醇的火焰燃烧的化学反应式相同。-->CH3OH+3/2O2→CO2+3H2O ...(式3)从(式1)可了解，在单位单元的阳极一侧产生二氧化碳。该二氧化碳在(式1)的反应之后立刻溶解在作为燃料供给的甲醇水溶液中。但是，随着反应的进行，二氧化碳超过在甲醇水溶液中可溶解的容许量。其结果，在甲醇水溶液中未溶解完的二氧化碳在阳极附近作为二氧化碳的气泡而产生。该二氧化碳的气泡妨碍对阳极的燃料供给。断绝了对阳极的燃料供给的燃料电池的输出下降，最终不能进行发电。因而，为了使燃料电池连续地发电，重要的是迅速地使该二氧化碳的气泡远离阳极附近，使其不妨碍对阳极的燃料供给。在图1中示出与本实施例有关的燃料电池电源的结构。燃料电池电源由燃料电池1、输出端子3、直流/直流变换器4和控制器5构成。将电池输出经直流/直流变换器4供给负载设备。控制器5得到与燃料罐2的燃料剩余量、直流/直流变换器4等的运转时和停止时的状况有关的信号，控制直流/直流变换器4，根据需要输出警告信号。此外，控制器5根据需要可在负载设备上显示电池电压、输出电流、电池温度等的电源的运转状态，在燃料罐2的燃料剩余量成为低于规定值的状况的情况下或阴极一侧的空气扩散量等偏离规定范围的情况下，停止从直流/直流变换器4对负载的电力供给，同时驱动音响、声音、信号灯或文字显示等的异常警报。即使在正常运转时，也接受燃料罐2的燃料剩余量信号，可在负载设备上进行燃料剩余量显示。在图2中示出燃料电池的部件结构。燃料电池1成为在阳极端板18上依次层叠具有用于对阴极扩散供给空气的狭缝21的阴极端板11、设置了连接端子22的阴极集电板12、垫圈14、构成单位单元的MEA(Membrane Electrode Assembly：膜电极接合体)15、垫圈14、具有燃料通过的狭缝21的阳极集电板13、供给材料16、燃料抽吸材料17和燃料罐用垫圈27的结构。阳极端板是没有盖的箱状，利用隔壁划分了燃料室24和燃料罐2。在图2中，MEA的上侧为阴极，下侧为阳极。在阴极端板11和阴极集电板12中，将用于利用热扩散来供给空气的狭缝21设置成分别-->同步。其开口率最好是约30～50％。此外，将狭缝21设置成经供给材料16的细孔通过扩散也对阳极集电板13供给液体燃料。其开口率也最好是约30～50％。阳极端板18与阴极端板11一起成为兼作燃料电池的框体的结构。燃料电池的框体由燃料室24和燃料罐2构成，利用隔壁划分了该2个部分。在隔壁中设置了燃料-气体交换部23，在外壁部中设置了燃料补给口25。利用螺钉19拧紧阴极端板11与阳极端板18来组装燃料电池1。在图3中示出将使用了燃料抽吸材料17的燃料电池的各部件容纳在燃料室内的布局的概要。用隔壁划分了燃料室24和液体燃料罐2，在隔壁中设置了贯通孔。在贯通孔中设置了用于液体燃料供给的燃料-气体交换部31，燃料输送芯32贯通该部分，采取经燃料抽吸材料17和辅助输送材料33接合的结构。另一方面，在燃料罐2的外壁上设置了用于补给液体燃料的燃料补给口25，在燃料电池1发电时用盖34密闭，如果在燃料罐2中没有了燃料，则打开盖34补给燃料。此外，为了对燃料电池有效地供给液体燃料，在燃料罐2的内部包围燃料输送芯32充填了空隙率大于等于75％的燃料保持材料37。在(式4)中示出此时燃料保持材料37、燃料输送芯32、燃料抽吸材料17和阳极具有的毛细管力的关系。P7≤P3≤P1≤PA ...(式4)在此，P7、P3、P1和PA分别为燃料保持材料37、燃料输送芯32、燃料抽吸材料17和阳极的各自的毛细管力。以下，在本实施形态的说明中所使用的公式中，以相同的意义使用相同的文字。通过选择各构件的材料和平均细孔半径以满足(式1)，由燃料罐2补给的液体燃料依次利用毛细管力从燃料保持材料37起充填燃料输送芯32、燃料抽吸材料17和阳极，形成连续的液体燃料输送路径。如果在阳极上因发电而消耗液体燃料，则在连续的液体燃料输送路径中产生消耗的体积部分的负压，该负压成为驱动力，将燃料供给阳极。另一方面，由于燃料罐2的内部除了具有由毛细管形成的燃料输送路径的燃料-气体交换部23以外成为密闭状态，故若对阳极进行燃料供-->给，则成为负压状态。此时，在燃料罐2的内部的负压超过了由燃料-气体交换部23与燃料输送芯32之间形成的空隙的毛细管力决定的压力时，后本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池，其特征在于：在具备保持液体燃料的燃料容器和对上述燃料容器补给燃料的燃料罐的燃料电池框体的外壁面上具有单位单元，在上述燃料容器的内部具有燃料抽吸材料，上述燃料抽吸材料具有利用毛细管力保持上述液体燃料的第１细孔和不保持上述 液体燃料的第２细孔，利用燃料－气体交换部连接上述燃料容器与上述燃料罐，在上述燃料容器的外壁面上形成有通气孔。
【技术特征摘要】
JP 2006-3-27 2006-0844481.一种燃料电池，其特征在于：在具备保持液体燃料的燃料容器和对上述燃料容器补给燃料的燃料罐的燃料电池框体的外壁面上具有单位单元，在上述燃料容器的内部具有燃料抽吸材料，上述燃料抽吸材料具有利用毛细管力保持上述液体燃料的第1细孔和不保持上述液体燃料的第2细孔，利用燃料-气体交换部连接上述燃料容器与上述燃料罐，在上述燃料容器的外壁面上形成有通气孔。2.如权利要求1中所述的燃料电池，其特征在于：上述燃料-气体交换部具有燃料输送芯和气体流路，上述燃料输送芯具有满足下式的细孔，P2＜Po+ρgh＜P4＜P3≤P1，在此，P1是第1细孔具有的毛细管力，P2是第2细孔具有的毛细管力，P3是燃料输送芯的细孔具有的毛细管力，P4是气体流路具有的毛细管力，Po是...
【专利技术属性】
技术研发人员：加茂友一，菅野正义，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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