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JPH06188008A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

Info

Publication number
JPH06188008A
JPH06188008A JP5054274A JP5427493A JPH06188008A JP H06188008 A JPH06188008 A JP H06188008A JP 5054274 A JP5054274 A JP 5054274A JP 5427493 A JP5427493 A JP 5427493A JP H06188008 A JPH06188008 A JP H06188008A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
electrode
fuel cell
liquid fuel
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5054274A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuji Yamada
修司 山田
Motoi Kanda
基 神田
Masao Yamamoto
正夫 山本
Nobukazu Suzuki
信和 鈴木
Ryoko Kanazawa
良子 金澤
Akinori Motomiya
明典 本宮
Takeshi Kondo
雄 近藤
Takeshi Uchida
健 内田
Koji Hashimoto
幸二 橋本
Hiroichi Niki
博一 仁木
Kunihiko Sasaki
佐々木  邦彦
Shinji Tsuruta
慎司 鶴田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP5054274A priority Critical patent/JPH06188008A/en
Publication of JPH06188008A publication Critical patent/JPH06188008A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 液体燃料と酸化剤ガスの供給システムを簡易
化し、構造を簡素化し、高効率を維持し、小形化する。 【構成】 燃料極2、酸化剤極3およびこれら両電極
2,3に挟持された電解質層を有する起電部4を複数個
積層したスタック6を備え、燃料として液体燃料を用い
た燃料電池において、スタック6の外周面のうち、燃料
極の端面を含み、かつ垂直方向に流す酸化剤ガスの流れ
と平行に配置された少なくとも一つの面に沿って、酸化
剤ガスの流れと直交するような方向に、起電部4構成部
品の端面に液体燃料が直接接する液体燃料導入路を設
け、液体燃料導入路内の液体燃料は毛管力により燃料極
に供給される燃料電池。
(57) [Summary] (Modified) [Purpose] To simplify the liquid fuel and oxidant gas supply system, simplify the structure, maintain high efficiency, and downsize. A fuel cell using a liquid fuel as a fuel, comprising a stack 6 in which a plurality of electromotive parts 4 each having a fuel electrode 2, an oxidizer electrode 3 and an electrolyte layer sandwiched between these two electrodes 2 and 3 are laminated. Among the outer peripheral surfaces of the stack 6, along the at least one surface including the end surface of the fuel electrode and arranged in parallel with the flow of the oxidant gas flowing in the vertical direction, the flow may be orthogonal to the flow of the oxidant gas. Direction, a fuel cell in which a liquid fuel introduction path in which the liquid fuel directly contacts the end surface of the components of the electromotive section 4 is provided, and the liquid fuel in the liquid fuel introduction path is supplied to the fuel electrode by a capillary force.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の技術分野】本発明は、燃料電池、特に小型化に
適した燃料電池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell suitable for miniaturization.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、単独の発電装置としては効
率がいいことから最近注目されている。燃料電池は、燃
料としてガスを使用するリン酸型燃料電池、溶融炭酸塩
型燃料電池、固体電解質型燃料電池、アルカリ性電解液
型燃料電池等と、燃料として液体を使用するメタノ−ル
燃料電池、ヒドラジン燃料電池等とに大別される。これ
らの燃料電池は、主に電力用発電機や大型機器を動かす
ための動力源を対象にしているため、ガスや液体の燃
料、あるいは酸化剤ガスを電池内に導入するためのコン
プレッサやポンプ等が必要であり、システムとして複雑
であるばかりでなく、これらの導入のために電力を消費
する。
2. Description of the Related Art Fuel cells have recently been attracting attention because they are efficient as a single power generator. Fuel cells include phosphoric acid fuel cells that use gas as fuel, molten carbonate fuel cells, solid electrolyte fuel cells, alkaline electrolyte fuel cells, and methanol fuel cells that use liquid as fuel. It is roughly divided into hydrazine fuel cells and the like. Since these fuel cells are mainly targeted at power sources for operating electric power generators and large equipment, compressors, pumps, etc. for introducing gas or liquid fuel or oxidant gas into the cells. Are required and are not only complex as a system, but also consume power for their implementation.

【0003】液体燃料としてメタノールを用いたメタノ
ール燃料電池を例として説明すると、メタノール燃料電
池のシステムでは、燃料はメタノールタンクからポンプ
で電池本体に送られ、また酸化剤である空気はブロワに
より電池本体に送られる。特にこの電池では、溶解燃料
として、燃料となるメタノールと電解質である例えば希
硫酸との混合液体を、メタノール制御器や酸制御器を介
してポンプで電池本体に圧送するため、そのシステムは
一層複雑になっている。このような複雑さは他の燃料電
池についても同様で、いずれのシステムでも燃料や酸化
剤ガスを送るためにブロワやポンプが必要となる。この
ようなシステムの複雑さは、現在の燃料電池が電力用や
大型機器の動力源等として、大容量の電力を対象にして
いるためであり、これを達成するために大量の燃料や酸
化剤ガスを流さなければならず、よってポンプやブロワ
等が必要となる。
Taking a methanol fuel cell using methanol as a liquid fuel as an example, in a methanol fuel cell system, fuel is sent from a methanol tank to a cell body by a pump, and air, which is an oxidant, is fed to the cell body by a blower. Sent to. In particular, in this battery, a mixed liquid of methanol as a fuel and electrolyte, for example, dilute sulfuric acid as a dissolved fuel is pumped to the battery main body by a pump through a methanol controller or an acid controller, so that the system is more complicated. It has become. This complexity is similar for other fuel cells, and any system requires a blower or pump to deliver fuel or oxidant gas. The complexity of such a system is because current fuel cells are targeted for large amounts of electric power, such as for electric power and as a power source for large equipment.To achieve this, a large amount of fuel and oxidizer are used. Gas must be passed, and therefore a pump, blower, etc. are required.

【0004】一方、社会的な動向として、OA機器、オ
−ディオ機器、無線機器等の各種機器は、半導体技術の
発達と共に小形化され、さらにポータブル性が要求され
ている。このような要求を満足するための発電源として
は、手軽な一次電池や二次電池等が使用されている。し
かし、一次電池や二次電池は、機能上使用時間に制限が
あり、このような電池を用いたOA機器等では当然使用
時間が限定される。これらの電池を使用した場合、電池
の放電が終った後に、電池を交換してOA機器等を動か
すことはできるものの、一次電池ではその重量に対して
使用時間が短く、ポ−タブルな機器には不向きである。
また、二次電池では放電が終ると充電できる半面、充電
のために電源が必要で使用場所が制限されるのみなら
ず、充電に時間がかかるという欠点がある。特に、二次
電池を組み込んだOA機器等では、電池の放電が終って
も電池を交換することが困難なため、機器の使用時間の
制限はまぬがれない。このように、各種小型機器を長時
間作動させるには、従来の一次電池や二次電池の延長で
は対応が難しく、より長時間の作動に向いた電池が要求
されている。
On the other hand, as a social trend, various kinds of equipment such as OA equipment, audio equipment, and radio equipment have been miniaturized with the development of semiconductor technology, and further required to be portable. A simple primary battery, a secondary battery, or the like is used as a power source for satisfying such requirements. However, the primary battery and the secondary battery are functionally limited in usage time, and naturally the usage time is limited in an OA device or the like using such a battery. When using these batteries, after the batteries are discharged, the batteries can be replaced and OA devices etc. can be operated, but with primary batteries, the usage time is short relative to the weight and it becomes a portable device. Is not suitable for.
In addition, a secondary battery can be charged when it is completely discharged, but on the other hand, it requires a power source for charging, which limits the place of use and also has the drawback that it takes time to charge. In particular, in an OA device or the like incorporating a secondary battery, it is difficult to replace the battery even after the battery has been discharged, and thus the operating time of the device cannot be limited. As described above, in order to operate various small devices for a long time, it is difficult to extend the conventional primary battery or secondary battery, and a battery suitable for a longer operation is required.

【0005】このような問題の一つの解決策として、上
述したような燃料電池がある。燃料電池は、燃料と酸化
剤を供給するだけで発電することができるという利点を
有するだけでなく、燃料を交換すれば連続して発電でき
るという利点を有しているため、小形化ができれば消費
電力が小さいOA機器等の小形機器の作動に極めて有利
なシステムといえる。
As one solution to such a problem, there is a fuel cell as described above. Fuel cells not only have the advantage that they can generate electricity simply by supplying the fuel and oxidant, but also have the advantage that they can generate electricity continuously if the fuel is exchanged. It can be said that this system is extremely advantageous for the operation of small equipment such as OA equipment with low electric power.

【0006】燃料電池は、酸化剤として空気が使用でき
るため、酸化剤の観点からは使用場所や使用時間等に制
限を受けることはないが、燃料としてガスを使用する場
合は、OA機器等の消費電力が小さいとはいえ、ガスの
密度を考えると発電に要するガス量は大きく、電池の小
形化には不向きである。これに対して、液体燃料はガス
に比べると密度が高く、小形機器用燃料電池の燃料とし
ては圧倒的に有利である。従って、液体燃料を用いた燃
料電池が小形化できれば、従来にない長時間作動が可能
な小形装置用の電源が実現できる。このような小形装置
用電源を実現する上での障害は、前述したように、従来
の液体燃料を用いたシステムでは、液体燃料を電池本体
に送り込むためにポンプが、また酸化剤ガスを送り込む
ためにブロワ等が必要であるため、システムとしては複
雑で、このままの構造では小形化することが困難なこと
にある。
Since air can be used as an oxidant in a fuel cell, there is no restriction on the place of use or the time of use from the viewpoint of the oxidant. However, when gas is used as the fuel, it can be used in OA equipment or the like. Although the power consumption is small, considering the gas density, the amount of gas required for power generation is large, and it is not suitable for downsizing batteries. On the other hand, liquid fuel has a higher density than gas, and is overwhelmingly advantageous as a fuel for fuel cells for small devices. Therefore, if the fuel cell using the liquid fuel can be miniaturized, it is possible to realize a power source for a compact device that can operate for a long time, which has not been achieved in the past. As described above, the obstacle to realizing the power supply for such a compact device is that, in the system using the conventional liquid fuel, the pump for feeding the liquid fuel into the cell body and the oxidant gas for feeding the liquid fuel. Since it requires a blower etc., the system is complicated, and it is difficult to downsize it with this structure.

【0007】さらに、リン酸型燃料電池や溶融炭酸塩型
燃料電池、さらに固体電解質型燃料電池等の従来の燃料
電池においては、ポンプやブロワで電池に供給されたガ
スは、酸化剤極と燃料極に隣接して設けられたガスチャ
ンネルを通して各電極に導入される。この場合、大量の
燃料ガスと酸化剤ガスをポンプやブロワに負荷を与えな
いように流すという観点から、ガスチャンネルのガス流
路はできるだけ圧損が生じないように大きな溝形状にし
てある。例えば、溶融炭酸塩型燃料電池のガスチャンネ
ルでは、通常 2mmを超えるような深さの溝が形成され
る。このことは、メタノール燃料電池のような液体燃料
を用いる燃料電池でも同じであり、特にメタノール燃料
電池では、上述したリン酸型燃料電池等とは異なり、電
解質層および燃料極に電解質である例えば硫酸と燃料に
なるメタノールとの混合体を流すため、圧損に関しては
ガスを燃料とする場合よりさらに大きな値となる。この
ように、従来の燃料電池は、ポンプやブロワでガスや液
体を送り込むために、ガスチャンネルの溝形状を大きく
せざるを得ず、逆に溝形状を小さくするとポンプやブロ
ワが大きくなる等、これまでの技術の延長では小形化は
達成できないという問題がある。
Further, in conventional fuel cells such as phosphoric acid fuel cells, molten carbonate fuel cells, and solid oxide fuel cells, the gas supplied to the cells by a pump or a blower is an oxidizer electrode and a fuel. It is introduced into each electrode through a gas channel provided adjacent to the pole. In this case, from the viewpoint of flowing a large amount of fuel gas and oxidant gas so as not to give a load to the pump and the blower, the gas channel of the gas channel has a large groove shape so that pressure loss is not generated as much as possible. For example, in a molten carbonate fuel cell gas channel, a groove having a depth of more than 2 mm is usually formed. This is the same in a fuel cell using a liquid fuel such as a methanol fuel cell, and in particular, in a methanol fuel cell, unlike the above-mentioned phosphoric acid fuel cell, etc., an electrolyte such as sulfuric acid is used in the electrolyte layer and the fuel electrode. Since a mixture of methanol and methanol as a fuel flows, the pressure loss becomes larger than that when gas is used as a fuel. As described above, in the conventional fuel cell, in order to feed gas or liquid with a pump or a blower, the groove shape of the gas channel must be increased. Conversely, if the groove shape is decreased, the pump and the blower become large. There is a problem that miniaturization cannot be achieved by extending the technology so far.

【0008】上述したような点に対処し、小形化への対
応を図った燃料電池として、液体燃料の供給に毛管力を
利用した液体燃料電池(特開昭59-66066号公報参照)が
提案されている。この液体燃料電池は、紙、木綿、アス
ベスト、ガラス等の有機あるいは無機繊維材料や、アク
リル、ナイロン等の合成繊維を基材とした毛細管材料の
毛管力で、液体燃料を下部に設けた燃料貯蔵室から上部
に向って一方向に吸い上げてアノードに供給し、かつ酸
化剤ガスを燃料の供給方向と同じ方向に流す平行流方式
の電池である。この電池では、燃料貯蔵室を下部に設け
ると共に、酸化剤ガスを垂直方向に流すために電池の下
部にはガスの取入れ口が必要であり、従って燃料貯蔵室
とスタック底面との間に隙間を設けた構造となってい
る。またこの方式では、毛細管材料の一部を機械的に絞
り込んで燃料の供給を制御できるように、その構成材料
は上述したような柔軟性を有する繊維で構成されてい
る。さらにこの電池は、上述したような電気的に絶縁性
の材料で構成した毛細管材料がアノード側集電体の一部
に、集電体と密着するように埋め込まれた構造となって
いる。
A liquid fuel cell (see Japanese Patent Laid-Open No. 59-66066) that utilizes capillary force to supply liquid fuel is proposed as a fuel cell that addresses the above-mentioned points and responds to miniaturization. Has been done. This liquid fuel cell uses the capillary force of organic or inorganic fiber materials such as paper, cotton, asbestos, glass, etc., and capillary materials based on synthetic fibers such as acrylic, nylon etc. It is a parallel-flow type cell that sucks up one direction from the chamber to supply it to the anode and causes the oxidant gas to flow in the same direction as the fuel supply direction. In this cell, the fuel storage chamber is provided in the lower portion, and a gas inlet is required in the lower portion of the cell in order to flow the oxidant gas in the vertical direction. Therefore, a gap is provided between the fuel storage chamber and the bottom surface of the stack. It has a structure provided. Further, in this system, the constituent material is made of the flexible fiber as described above so that the supply of fuel can be controlled by mechanically squeezing a part of the capillary material. Furthermore, this battery has a structure in which the capillary material made of the electrically insulating material as described above is embedded in a part of the anode side current collector so as to be in close contact with the current collector.

【0009】上記した液体燃料電池は、毛管力で液体燃
料を燃料極に供給するため、従来の燃料電池よりは小形
化に適するものの、複数の問題を含んでおり、それらの
改善が求められている。例えば、上記公報に記載されて
いるように、液体燃料はアノード(燃料極)中では水平
方向に透過あるいは浸透するものの、上向き方向には毛
細管作用を示さないという構造上の制約を有している。
また上述したように、この方式の電池では、スタック底
面と燃料貯蔵室の間に隙間が必要で、かつ繊維状の毛細
管材料を燃料貯蔵部に挿入する構造であるため、毛細管
材料と燃料貯蔵室とのシ−ルが難しくなると共に、スタ
ックと燃料貯蔵室を一体化して固定する構造にしなけれ
ばならない。しかも、一体化に際しては燃料貯蔵室上部
に、毛細管材料を導入するための複数の入り口を設けな
ければならず、構造が複雑になるばかりでなく、その製
造は極めて困難であるという欠点がある。さらに言うな
らば、この固定構造体においては、酸化剤を流すために
少なくともスタック底面の酸化剤極部分にスリットを開
ける必要があることも構造を複雑にしている。
The above-mentioned liquid fuel cell is suitable for downsizing as compared with the conventional fuel cell because the liquid fuel is supplied to the fuel electrode by the capillary force, but it has a plurality of problems, and improvements thereof are demanded. There is. For example, as described in the above publication, liquid fuel permeates or permeates in the anode (fuel electrode) in the horizontal direction, but has a structural restriction that it does not exhibit a capillary action in the upward direction. .
Further, as described above, in this type of battery, a gap is required between the bottom surface of the stack and the fuel storage chamber, and since the fibrous capillary material is inserted into the fuel storage section, the capillary material and the fuel storage chamber are inserted. It becomes difficult to seal the fuel tank and the fuel tank, and the stack and the fuel storage chamber must be integrally fixed. In addition, in the case of integration, a plurality of inlets for introducing the capillary material must be provided at the upper part of the fuel storage chamber, which not only complicates the structure but also has a drawback that the manufacturing thereof is extremely difficult. Moreover, in this fixed structure, it is necessary to make a slit at least in the oxidant electrode portion on the bottom surface of the stack in order to flow the oxidant, which also complicates the structure.

【0010】また液体燃料は、前述したように、下部か
ら上部へ一方向の毛細管作用で供給されるため、燃料極
の上部まで燃料が供給されるのに時間がかかる上に、電
池の形状に制約を受けることになる。すなわち電流を大
きくするには、電極や電解質板等の起電部品の面積を大
きくする必要があるが、この方式のように高さに制限が
存在する場合は、起電部品の幅を大きくせざるを得ず、
電池形状に制約が生じる。さらに、この電池では絶縁性
の毛細管材料が燃料極側の集電体中の一部に埋め込まれ
ているため、電池反応の結果得られた電子は集電体を流
れざるを得ず、電気が集中するばかりでなく、電気の流
れる経路が長くなって電気的なロスを生ずるという欠点
がある。
Further, since the liquid fuel is supplied from the lower part to the upper part by a unidirectional capillary action as described above, it takes a long time to supply the fuel to the upper part of the fuel electrode and the shape of the cell is changed. You will be constrained. That is, in order to increase the current, it is necessary to increase the area of the electromotive components such as electrodes and electrolyte plates, but if there is a limit to the height as in this method, increase the width of the electromotive components. Inevitably,
There are restrictions on the battery shape. Further, in this battery, the insulating capillary material is embedded in a part of the current collector on the fuel electrode side, so that the electrons obtained as a result of the cell reaction have no choice but to flow through the current collector. In addition to being concentrated, there is a drawback that the path of electricity flow becomes long and electrical loss occurs.

【0011】一方、電池の締め付けに関しては、従来の
大出力、大面積の燃料電池では電池部品間の接触をよく
して性能の向上を図るために、均一に力が加わる大型の
締め付け装置を用いていた。例えば、商用のリン酸型燃
料電池や溶融炭酸塩型燃料電池の電池面積は、おおよそ
5000〜10000cm2 で、これを部品間の接触がよ
くなるように締め付けるためには、概ね15〜30ton
の締め付け荷重を有する装置で締め付けなければならな
い。よって、従来の燃料電池に用いられてきた締め付け
装置は、いずれも複雑で大掛かりな装置であり、小形化
を図ろうとする燃料電池には適さない。
On the other hand, regarding the tightening of the battery, in the conventional high output and large area fuel cell, a large tightening device to which uniform force is applied is used in order to improve the performance by improving the contact between the cell parts. Was there. For example, the cell area of a commercial phosphoric acid type fuel cell or a molten carbonate type fuel cell is about 5000 to 10000 cm 2 , and in order to tighten this so that the contact between parts is good, it is about 15 to 30 tons.
Must be tightened with a device having a tightening load of. Therefore, all the tightening devices used in the conventional fuel cells are complicated and large-scale devices, and are not suitable for the fuel cells that are to be downsized.

【0012】一方、従来の燃料電池のシステムを複雑に
する要因の一つとして電極表面で反応生成物として生成
する水の除去の問題がある。燃料電池においては一方の
電極で、電極反応の生成物として水が生じるが、この水
を電極表面から除去する必要がある。生成物である電極
表面に滞留していることは、補給されるべき物質の供給
を妨げ、結果として反応効率を低下させる。
On the other hand, one of the factors that complicate the conventional fuel cell system is the problem of removing water formed as a reaction product on the electrode surface. In a fuel cell, water is generated as a product of an electrode reaction at one electrode, and this water needs to be removed from the electrode surface. The retention of the product on the surface of the electrode hinders the supply of the substance to be replenished, and as a result, reduces the reaction efficiency.

【0013】特に、パーフルオロカーボンスルホン酸
(商品名:Nafion:Du Pont社製)などのプロトン導電性
膜を電解質として用いた固体高分子電解質型燃料電池
は、比較的低温(室温〜100℃)で作動するため、小
形機器用の電源として期待できるが、このような100
℃以下の低温で作動する燃料電池においては、酸化剤極
で生じる水は液体の状態で生成するため、揮散し難く電
極表面での水の滞留の問題は一層深刻なものとなる。
In particular, a solid polymer electrolyte fuel cell using a proton conductive membrane such as perfluorocarbon sulfonic acid (trade name: manufactured by Nafion: Du Pont) as an electrolyte has a relatively low temperature (room temperature to 100 ° C.). Since it operates, it can be expected as a power source for small equipment.
In a fuel cell that operates at a low temperature of ℃ or less, water generated at the oxidizer electrode is generated in a liquid state, so that it is difficult to volatilize and the problem of water retention on the electrode surface becomes more serious.

【0014】従来の燃料電池では、電池本体の側面に空
気供給ダクトを設け、その反対面に空気排気ダクトを配
置し、この空気排気ダクトの壁面に生成水を結露させて
生成水の回収を行っていた。図42に従来の燃料電池の
概略図を示す。
In the conventional fuel cell, an air supply duct is provided on the side surface of the cell body, an air exhaust duct is arranged on the opposite surface, and the produced water is condensed on the wall surface of the air exhaust duct to recover the produced water. Was there. FIG. 42 shows a schematic diagram of a conventional fuel cell.

【0015】すなわち図42に示すように、燃料電池本
体81の側面に、ブロアー82を取り付けた空気供給ダ
クト83と、その反対側に空気排出ダクト84を設置
し、この空気排出ダクト84の下に生成水回収ダクト5
4を設け、これらを空気入り口86と空気出口87の開
いた電池ケース57内に収納する。空気の供給は、ブロ
アー82にて行ない、生成水を含んだ空気は空気排出ダ
クト84内に送られ、この空気排出ダクト84の内壁面
に生成水が結露し、結露した生成水は下部の生成水回収
タンク85に回収され、排出空気は空気出口87を通っ
て外部に排出される。
That is, as shown in FIG. 42, on the side surface of the fuel cell body 81, an air supply duct 83 to which a blower 82 is attached and an air exhaust duct 84 on the opposite side are installed, and below this air exhaust duct 84. Generated water recovery duct 5
4 are provided, and these are housed in the battery case 57 in which the air inlet 86 and the air outlet 87 are opened. The air is supplied by the blower 82, the air containing the generated water is sent into the air exhaust duct 84, the generated water is condensed on the inner wall surface of the air exhaust duct 84, and the condensed generated water is generated in the lower part. The collected air is collected in the water collecting tank 85, and the discharged air is discharged to the outside through the air outlet 87.

【0016】上記のような生成水の回収方法を、期待さ
れるような小形の燃料電池に適用すると、ブロアー自体
の駆動電力やブロアーの体積が無視できなくなり、高い
充電効率や小型であることなどの長所が失われてしま
う。他にも生成水の回収方法は提案されているが、生成
水をいったん気化させる方法では気化熱に相当するエネ
ルギーを供給する必要があり、原理的にエネルギー効率
は良くならない。
When the above-described method of recovering produced water is applied to an expected small-sized fuel cell, the driving power of the blower itself and the volume of the blower cannot be ignored, resulting in high charging efficiency and small size. Loses its strengths. Although other methods of recovering the generated water have been proposed, the method of once vaporizing the generated water needs to supply energy equivalent to the heat of vaporization, and in principle energy efficiency is not improved.

【0017】したがって小形の燃料電池を実現するため
には、特別な動力やエネルギーを用いることなく、酸化
剤極から生成する水を除去する機構が必要となる。
Therefore, in order to realize a small-sized fuel cell, a mechanism for removing water generated from the oxidizer electrode without using special power or energy is required.

【0018】一方、燃料電池のシステムを複雑にする別
の要因としてその構造上の問題がある。
On the other hand, another factor that complicates the fuel cell system is its structural problem.

【0019】図43にリン酸型燃料電池を例としてその
一般的な積層構造を示す。この場合、酸化剤極38、電
解質層36、燃料極37からなる起電部の相互間にセパ
レータもしくはインターコネクタと呼ばれる導電板39
を置き、これによって各起電部を直列に接続し、必要な
電圧を確保している。この構造はリン酸型燃料電池に限
らず、溶融炭酸塩型燃料電池、さらに固体高分子電解質
型燃料電池などにも応用されている。このような構造の
燃料電池においては、ポンプやブロワなどを用いて電池
に供給された燃料もしくは酸化剤としての空気は、酸化
剤極板と燃料極板に隣接して設けられたセパレータを通
して各電極に導入される。この場合、大量の燃料と酸化
剤ガス等の反応物質をポンプやブロワに負荷を与えない
ように流すという観点から、セパレータまたは電極板の
ガス流路はできるだけ圧損が生じないようにある程度の
深さを有する溝形状にしてある。特にメタノール等の液
体燃料を用いた場合には、上述したリン酸型燃料電池と
は異なり液体状の燃料を流すため、圧損に関しては、ガ
スを燃料とする場合よりさらに大きな値となる。
FIG. 43 shows a general laminated structure of a phosphoric acid fuel cell as an example. In this case, a conductive plate 39 called a separator or interconnector is provided between the electromotive parts including the oxidizer electrode 38, the electrolyte layer 36, and the fuel electrode 37.
, Which connects each electromotive section in series to secure the required voltage. This structure is applied not only to the phosphoric acid type fuel cell but also to a molten carbonate type fuel cell, a solid polymer electrolyte type fuel cell and the like. In the fuel cell having such a structure, the fuel or air as an oxidant supplied to the cell by using a pump, a blower or the like passes through each electrode through an oxidizer electrode plate and a separator provided adjacent to the fuel electrode plate. Will be introduced to. In this case, from the viewpoint of flowing a large amount of fuel and reactants such as oxidant gas without giving a load to the pump or blower, the gas flow path of the separator or electrode plate should have a certain depth so that pressure loss does not occur as much as possible. Is formed into a groove shape. In particular, when a liquid fuel such as methanol is used, unlike the phosphoric acid fuel cell described above, a liquid fuel is flown, so that the pressure loss becomes a larger value than when gas is used as the fuel.

【0020】このように従来の構造の燃料電池では、こ
の反応物質の流路としてセパレータなどに溝等を形成す
る必要があるためある程度の厚さを要し、本来の発電部
である電解質層と燃料および酸化剤極の反応触媒および
集電体以外の占める体積を大きくせざるを得ない。仮
に、流路として作用する電極板ないしセパレータを薄く
小さくしたとしてもこの場合には狭い流路を通して反応
物質を供給するためにポンプ、ブロワなどに負担がかか
り、それらの機構を大きくせざるを得ない。
As described above, in the fuel cell having the conventional structure, it is necessary to form a groove or the like in the separator or the like as the flow path of the reactant, so that a certain thickness is required, and the fuel cell and the electrolyte layer which is the original power generation section are required. There is no choice but to increase the volume occupied by the fuel and the oxidizer electrode other than the reaction catalyst and the current collector. Even if the electrode plate or the separator acting as a flow path is made thin and small, in this case, the pump, blower, etc. are burdened to supply the reactant through the narrow flow path, and the mechanism must be enlarged. Absent.

【0021】このようなことから、本来の起電部である
電解質層と燃料極および酸化剤極の反応触媒および集電
体以外の占める体積をできるだけ小さく抑え、燃料電池
全体の小形化を図る方策として例えば複数の起電部を厚
さ方向に垂直に、すなわち横並べに並べて、その端部で
互いに直列になるように接続する方法が考えられる。こ
の場合には複数の起電部に対し、1つの空間から反応物
質の供給、生成物の回収が行え、またセパレータが不要
になるばかりでなく、電極板にも流路としての機能を持
たせる必要がないため省略ないし薄くすることができ
る。このような考え方はすでに特開昭63−14126
6号公報、特開昭63−141270号公報などに開示
されている。
From the above, a measure for reducing the size of the entire fuel cell by suppressing the volume occupied by the electrolyte layer, which is the original electromotive portion, and the reaction electrode and the current collector of the fuel electrode and the oxidant electrode, as small as possible. As a method, for example, a method of arranging a plurality of electromotive portions vertically in the thickness direction, that is, side by side, and connecting them in series at their ends can be considered. In this case, not only the reactants can be supplied and the products can be collected from one space for a plurality of electromotive parts, but also a separator is not required, and the electrode plate also has a function as a flow path. Since it is not necessary, it can be omitted or thinned. Such an idea has already been disclosed in JP-A-63-14126.
No. 6 and Japanese Patent Laid-Open No. 63-141270.

【0022】しかしながらこのような構成の燃料電池で
は以下に示されるような問題が生じる。
However, the fuel cell having such a structure has the following problems.

【0023】通常の燃料電池では電解質層からの電解質
中の成分の流出・蒸発を補い、あるいは乾燥を防止する
ために供給する反応物質に電解質層中に含有される物と
同種の電解質や水蒸気が混入されている。
In a normal fuel cell, the same kind of electrolyte or water vapor as that contained in the electrolyte layer is added to the reactants supplied in order to compensate the outflow / evaporation of the components in the electrolyte from the electrolyte layer or to prevent the components from drying. It is mixed.

【0024】中でも、前述のパーフルオロカーボンスル
ホン酸(商品名:Nafion Du Pont社製)などのプロトン
導電性膜等を電解質として用いた固体高分子電解質型燃
料電池は、稼働時に、燃料極から酸化剤極へ、イオンと
共に水が流れるので、次第に燃料極側の水分が不足し、
効率が低下する。したがって燃料極に供給する燃料中に
は、メタノール等の液体の場合は液体の電解質を、水素
ガスの場合は、水蒸気を混入させて供給していた。
Among them, a solid polymer electrolyte fuel cell using a proton conductive membrane or the like such as the above-mentioned perfluorocarbon sulfonic acid (trade name: manufactured by Nafion Du Pont) is used as an oxidizer from the fuel electrode during operation. Since water flows along with the ions to the pole, the water content on the fuel electrode side gradually becomes insufficient,
Efficiency is reduced. Therefore, in the fuel supplied to the fuel electrode, liquid electrolyte such as methanol is mixed with liquid electrolyte, and hydrogen gas is mixed with water vapor.

【0025】一方、他方の電極においては水の生成が起
こる。前述の固体高分子型燃料電池においては、酸化剤
極側は、電極反応により生成する水の他、燃料極から流
れてくる水が存在するので水分が過剰になる。
On the other hand, water is produced at the other electrode. In the above-mentioned polymer electrolyte fuel cell, water is excessive on the oxidant electrode side because there is water generated from the electrode reaction and water flowing from the fuel electrode.

【0026】この様な反応物質に混入して供給した水や
電解質、あるいは生成した水は、複数の発電素子間をイ
オン的に結合・短絡させ、電池電圧の低下を引き起こす
原因となる。特に、上記水や電解質が液体の状態で存在
すると、その問題は顕著である。
The water or electrolyte mixed with such a reactant and supplied, or the generated water ionically couples and short-circuits a plurality of power generating elements, which causes a drop in battery voltage. Especially, when the water or the electrolyte is present in a liquid state, the problem is remarkable.

【0027】前述の如く、複数の発電素子を横並びに並
べ、その端部を直列に接続した構成の燃料電池は、燃料
の供給空間、生成物の回収空間を共有し、かつ電極間の
距離が短いためこのような電圧ロスの問題は一層深刻で
ある。
As described above, a fuel cell having a structure in which a plurality of power generating elements are arranged side by side and the ends thereof are connected in series shares a fuel supply space and a product recovery space, and the distance between electrodes is Due to the short length, the problem of such voltage loss is more serious.

【0028】図28に、2個の発電部を横並びに並べか
つ直列に接続した場合の概略図を示す。図28において
37は燃料極、60は電解質層、38は酸化剤極であ
り、2つの起電部55はリード57によって電気的に直
列に接続されている。二つの発電部の燃料極37a、3
7b及び酸化剤極同志は、隣り合っている。燃料の供給
及び生成物の排出は、両発電部とも一つの空間から行う
ことができる。図28においては燃料の供給は燃料流路
58から、酸化剤ガスの供給は酸化剤流路59にて行っ
ている。
FIG. 28 is a schematic view showing a case where two power generating units are arranged side by side and connected in series. In FIG. 28, 37 is a fuel electrode, 60 is an electrolyte layer, 38 is an oxidizer electrode, and two electromotive parts 55 are electrically connected in series by a lead 57. Fuel electrodes 37a, 3 of the two power generation units
7b and the oxidizer poles are next to each other. Both fuel supply and product discharge can be performed from one space in both power generation units. In FIG. 28, the fuel is supplied from the fuel flow path 58 and the oxidant gas is supplied from the oxidant flow path 59.

【0029】この場合、一つの発電部の燃料極37a
と、この発電部の酸化剤極38aと同電位の燃料極37
bとの間には、電位勾配が生じている。また酸化剤極3
8aと酸化剤極38bとの間にも同様に電位の勾配が生
じている。
In this case, the fuel electrode 37a of one power generation section
And the fuel electrode 37 having the same potential as the oxidizer electrode 38a of this power generation unit
A potential gradient is generated between b and b. Also oxidizer pole 3
Similarly, a potential gradient is generated between 8a and the oxidant electrode 38b.

【0030】このとき両起電部表面つまり、燃料流路5
8、酸化剤流路39に電解質として作用する物質が存在
していると前述の電位勾配にしたがってイオンの移動が
起こり、これが漏洩電流として作用して電圧ロスが生じ
る。
At this time, the surfaces of both electromotive parts, that is, the fuel flow path 5
8. If there is a substance acting as an electrolyte in the oxidant flow channel 39, the ions move according to the above-mentioned potential gradient, which acts as a leakage current to cause a voltage loss.

【0031】したがって、上記の如く、複数の発電部を
横並びにして直列に接続し、燃料供給空間、生成物の回
収空間を共通とする構造によって、燃料電池の小形化を
図る場合には、各発電部間に生じる電圧ロスにより電池
の効率が低下してしまうため、このような電圧ロスを低
減する必要がある。
Therefore, as described above, when a plurality of power generating units are arranged side by side in series and the fuel supply space and the product recovery space are common, the size of the fuel cell can be reduced. Since the efficiency of the battery decreases due to the voltage loss that occurs between the power generation units, it is necessary to reduce such voltage loss.

【0032】一方、一般に燃料電池に供給する燃料とし
ては、水素ガス等の気体かメタノール、ヒドラジン等の
液体がある。燃料としてガスを使用する場合は、OA機
器等の消費電力が小さいとはいえ、ガスの密度を考える
と発電に要するガス量は大きく、電池の小型化には不向
きである。これに対して液体燃料はガスに比べると、密
度が高く、小形機器用の燃料電池の燃料としては、圧倒
的に有利である。従って液体燃料を用いた燃料電池が小
形化できれば、従来にない長時間作動が可能な小形装置
用の電源が実現できる。
On the other hand, generally, the fuel supplied to the fuel cell is a gas such as hydrogen gas or a liquid such as methanol or hydrazine. When gas is used as the fuel, although the power consumption of OA equipment and the like is small, the amount of gas required for power generation is large in view of the density of the gas, which is not suitable for downsizing the battery. On the other hand, liquid fuel has a higher density than gas, and is overwhelmingly advantageous as a fuel for fuel cells for small devices. Therefore, if the fuel cell using the liquid fuel can be miniaturized, it is possible to realize a power source for a compact device which can be operated for a long time, which has never been achieved.

【0033】液体燃料の中でも、メタノール、エタノー
ルなどのC1〜C2化合物は安価であり、沸点も適度に
高いので、安全面から手軽に用いることができる。しか
し、そのような電池における技術的難点として、電極触
媒の開発がある。すなわち、メタノールのような炭素を
含む燃料のアノード酸化においては、触媒活性の高い白
金でも、時間の経過と共に反応の中間生成物が電極表面
に強固に吸着する被毒現象が現れ、大幅な触媒能の低下
をもたらすため、実用上重大な問題点となっている。
Among the liquid fuels, C1 to C2 compounds such as methanol and ethanol are inexpensive and have appropriately high boiling points, so that they can be easily used from the viewpoint of safety. However, a technical difficulty in such a battery is the development of an electrode catalyst. That is, in the anodic oxidation of a fuel containing carbon such as methanol, even with platinum having a high catalytic activity, a poisoning phenomenon occurs in which an intermediate product of the reaction is strongly adsorbed on the electrode surface with the passage of time, resulting in a large catalytic activity. Is a serious problem for practical use.

【0034】そのため耐被毒性に優れた電極触媒が検討
されているが、いまだ十分な特性を得るには至っていな
い。そのため、長時間、安定して高出力が得られる燃料
電池は今のところ得られていない。したがってメタノー
ル等の有機燃料を用いた燃料電池の場合、電極表面の被
毒現象を抑制する必要がある。
Therefore, an electrode catalyst having excellent resistance to poisoning has been studied, but sufficient characteristics have not yet been obtained. Therefore, a fuel cell capable of stably obtaining a high output for a long time has not yet been obtained. Therefore, in the case of a fuel cell using an organic fuel such as methanol, it is necessary to suppress the poisoning phenomenon on the electrode surface.

【0035】上述したように、一般的な従来型の燃料電
池はシステムが複雑で、そのままの構成では小形化が困
難であるという問題を有している。一方、毛管力を利用
した従来の液体燃料電池は、構成上は小形化に適するも
のの、構造が複雑でかつ構造上の制約も多いために、例
えば小形機器用の電源等に適するような小形化は達成さ
れていない。また、電池部品の締め付け方法、生成した
水の排出、および起電部間の接続等についても、燃料電
池の小形化への対応が求められている。さらに液体燃料
を用いた場合に電極表面の被毒についても対応が求めら
れている。
As described above, a general conventional fuel cell has a problem that the system is complicated and it is difficult to reduce the size of the fuel cell as it is. On the other hand, although the conventional liquid fuel cell utilizing capillary force is suitable for downsizing in the structure, it has a complicated structure and many structural restrictions, so that it can be downsized, for example, as a power source for small devices. Has not been achieved. Further, regarding the tightening method of the cell parts, the discharge of the generated water, the connection between the electromotive parts, etc., it is required to cope with the downsizing of the fuel cell. Furthermore, when liquid fuel is used, it is required to deal with poisoning on the electrode surface.

【0036】[0036]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の従来の
燃料電池における上記課題を解決し、小形機器の電源と
して有用な小形燃料電池を提供するために行われたもの
で、本発明の目的の第1は、液体燃料および酸化剤ガス
の供給システムを簡易化すると共に、構造を簡素化する
ことによって、高効率を維持した上で小形化することを
可能にした燃料電池を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems in the conventional fuel cell described above and to provide a small fuel cell useful as a power source for small equipment. The first is to provide a fuel cell that simplifies the supply system of liquid fuel and oxidant gas and simplifies the structure to enable miniaturization while maintaining high efficiency. is there.

【0037】目的の第2は、燃料電池の動作に伴って生
成する水の排出を、特別な動力やエネルギーを用いるこ
となく行い小形化に適した燃料電池を提供することにあ
る。さらに、目的の第3は、起電部間のイオン伝導を最
小限に抑え、燃料電池の小型化に適した起電部間の接続
を行っても電圧ロスが少なく十分実用に適した燃料電池
を提供することにある。さらに、目的の第4は、小形の
燃料電池に用いる燃料として適したメタノール等の液体
有機燃料を用いた場合に、電極表面に生じる被毒現象を
抑え、長時間安定した出力が得られる燃料電池を提供す
ることにある。
A second object is to provide a fuel cell suitable for miniaturization by discharging water generated by the operation of the fuel cell without using special power or energy. Further, the third object is to suppress the ionic conduction between the electromotive parts to a minimum and to make the fuel cell suitable for miniaturization of the fuel cell. Even if the electromotive parts are connected to each other, the voltage loss is small and the fuel cell is suitable for practical use. To provide. Further, a fourth object is to suppress the poisoning phenomenon occurring on the electrode surface and obtain a stable output for a long time when a liquid organic fuel such as methanol, which is suitable as a fuel used for a small-sized fuel cell, is used. To provide.

【0038】[0038]

【課題を解決するための手段および作用】本発明は上述
の目的を達成するために行われたもので、目的の第1で
ある原料供給システムの簡易化にする第1の燃料電池
は、燃料極、酸化剤極およびこれら両電極に挟持された
電解質板を有する起電部を複数積層したスタックを具備
し、燃料として液体燃料を用いると共に、酸化剤ガスを
前記スタックの積層面に沿って垂直方向に流すよう構成
した燃料電池において、前記スタックの外周面のうち、
前記燃料極の端面を含み、かつ前記酸化剤ガスの流れと
平行に配置された少なくとも 1つの面に沿って、前記酸
化剤ガスの流れと直交するような方向に、前記燃料極の
端面に前記液体燃料が直接接する液体燃料導入路を設
け、該液体燃料を毛管力で前記燃料極に供給するよう構
成したことを特徴としている。
The present invention has been made in order to achieve the above-mentioned object. The first object of the present invention is to simplify the raw material supply system. A stack of a plurality of electromotive parts each having an electrode, an oxidizer electrode and an electrolyte plate sandwiched between these electrodes, liquid fuel is used as the fuel, and the oxidizer gas is perpendicular to the stack surface of the stack. In a fuel cell configured to flow in a direction, in the outer peripheral surface of the stack,
The end face of the fuel electrode is formed on the end face of the fuel electrode in a direction orthogonal to the flow of the oxidant gas along at least one face including the end face of the fuel electrode and arranged in parallel with the flow of the oxidant gas. It is characterized in that a liquid fuel introduction passage is provided in direct contact with the liquid fuel, and the liquid fuel is supplied to the fuel electrode by a capillary force.

【0039】第2の燃料電池は、燃料極、酸化剤極およ
び両電極に挟持された電解質板を有する起電部をセパレ
ータを介して複数積層したスタックを具備し、燃料とし
て液体燃料を用いると共に、酸化剤ガスを前記スタック
の積層面に沿って垂直方向に流すよう構成した燃料電池
において、前記セパレータの前記酸化剤極と接する面
に、前記酸化剤ガスを垂直方向に流す酸化剤ガス供給溝
を設け、かつ、前記スタックの外周面のうち、前記燃料
極の端面を含み、かつ前記酸化剤ガスの流れと平行に配
置された少なくとも 1つの面に沿って、前記酸化剤ガス
の流れと直交するような方向に、前記燃料極の端面に前
記液体燃料が直接接する液体燃料導入路を設け、前記酸
化剤ガスを前記酸化剤ガス供給溝を介して供給すると共
に、前記液体燃料を前記燃料極となる多孔質体の毛管力
で、該燃料極に供給するよう構成したことを特徴として
いる。
The second fuel cell has a stack in which a plurality of electromotive portions having a fuel electrode, an oxidizer electrode, and an electrolyte plate sandwiched between the electrodes are laminated with a separator interposed therebetween, and a liquid fuel is used as the fuel. A fuel cell configured to flow an oxidant gas in a vertical direction along a stacking surface of the stack, wherein an oxidant gas supply groove that causes the oxidant gas to flow in a vertical direction is provided on a surface of the separator in contact with the oxidant electrode. And at least one of the outer peripheral surfaces of the stack, which includes the end surface of the fuel electrode and is arranged parallel to the flow of the oxidant gas, is orthogonal to the flow of the oxidant gas. In such a direction that a liquid fuel introduction path is provided in which the liquid fuel is in direct contact with the end surface of the fuel electrode, and the oxidant gas is supplied through the oxidant gas supply groove while the liquid fuel is supplied. Serial capillary force of the porous body that becomes the fuel electrode is characterized by being configured to supply to the fuel electrode.

【0040】さらに、第3の燃料電池は、燃料極、酸化
剤極および両電極に挟持された電解質板を有する起電部
をセパレータを介して複数積層したスタックを具備し、
燃料として液体燃料を用いると共に、酸化剤ガスを前記
スタックの積層面に沿って垂直方向に流すよう構成した
燃料電池において、前記セパレータの前記酸化剤極と接
する面に、前記酸化剤ガスを垂直方向に流す酸化剤ガス
供給溝を設け、かつ、前記スタックの外周面のうち、前
記燃料極の端面を含み、かつ前記酸化剤ガスの流れと平
行に配置された少なくとも 1つの面に沿って、前記酸化
剤ガスの流れと直交するような方向に液体燃料導入路を
設けると共に、前記セパレータの前記燃料極と接する面
に、前記液体燃料導入路に向けて一端が開口された液体
燃料供給溝を設け、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供
給溝を介して供給すると共に、前記液体燃料を少なくと
も前記液体燃料供給溝の毛管力で、該燃料極に供給する
よう構成したことを特徴としている。
Further, the third fuel cell comprises a stack in which a plurality of electromotive parts having a fuel electrode, an oxidizer electrode and an electrolyte plate sandwiched between both electrodes are laminated via a separator,
A liquid fuel is used as a fuel, and in a fuel cell configured to flow an oxidant gas in a vertical direction along a stacking surface of the stack, the oxidant gas is applied in a vertical direction to a surface of the separator in contact with the oxidant electrode. A groove for supplying an oxidant gas flowing through the stack, and along the at least one surface of the outer peripheral surface of the stack that includes the end surface of the fuel electrode and is arranged in parallel with the flow of the oxidant gas. A liquid fuel introduction passage is provided in a direction orthogonal to the flow of the oxidant gas, and a liquid fuel supply groove having one end opened toward the liquid fuel introduction passage is provided on a surface of the separator in contact with the fuel electrode. The oxidant gas is supplied through the oxidant gas supply groove, and the liquid fuel is supplied to the fuel electrode at least by the capillary force of the liquid fuel supply groove. It is characterized.

【0041】またさらに、第4の燃料電池は、燃料極、
酸化剤極およびこれら両電極に挟持された電解質板を有
する起電部を複数積層したスタックを具備し、燃料とし
て液体燃料を用いると共に、酸化剤ガスを前記スタック
の積層面に沿って垂直方向に流すよう構成した燃料電池
において、前記燃料極の前記酸化剤極と接する面に、前
記酸化剤ガスを垂直方向に流す酸化剤ガス供給溝を設
け、かつ、前記スタックの外周面のうち、前記燃料極の
端面を含み、かつ前記酸化剤ガスの流れと平行に配置さ
れた少なくとも 1つの面に沿って、前記酸化剤ガスの流
れと直交するような方向に、前記燃料極の端面に前記液
体燃料が直接接する液体燃料導入路を設け、前記酸化剤
ガスを前記酸化剤ガス供給溝を介して供給すると共に、
前記液体燃料を前記燃料極となる多孔質体の毛管力で、
該燃料極に供給するよう構成したことを特徴としてい
る。
Furthermore, the fourth fuel cell has a fuel electrode,
The stack comprises a stack of a plurality of electromotive parts each having an oxidizer electrode and an electrolyte plate sandwiched between these electrodes, liquid fuel is used as the fuel, and the oxidizer gas is vertically applied along the stack surface of the stack. In a fuel cell configured to flow, an oxidant gas supply groove for flowing the oxidant gas in a vertical direction is provided on a surface of the fuel electrode in contact with the oxidant electrode, and the fuel is included in an outer peripheral surface of the stack. The liquid fuel is applied to the end surface of the fuel electrode along at least one surface including the end surface of the electrode and arranged in parallel with the flow of the oxidant gas, in a direction orthogonal to the flow of the oxidant gas. Is provided in direct contact with the liquid fuel introduction path, while supplying the oxidant gas through the oxidant gas supply groove,
By the capillary force of the porous body that becomes the fuel electrode, the liquid fuel,
It is characterized in that it is configured to supply to the fuel electrode.

【0042】またさらに、第5の燃料電池は、燃料極、
酸化剤極およびこれら両電極に挟持された電解質板を有
する起電部を複数積層したスタックを具備し、燃料とし
て液体燃料を用いると共に、酸化剤ガスを前記スタック
の積層面に沿って垂直方向に流すよう構成した燃料電池
において、前記酸化剤極に、前記酸化剤ガスを垂直方向
に流す酸化剤ガス供給溝を設け、かつ、前記スタックの
外周面のうち、前記燃料極の端面を含み、かつ前記酸化
剤ガスの流れと平行に配置された少なくとも 1つの面に
沿って、前記酸化剤ガスの流れと直交するような方向
に、前記燃料極の端面に前記液体燃料が直接接する液体
燃料導入路を設け、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供
給溝を介して供給すると共に、前記液体燃料を前記燃料
極となる多孔質体の毛管力で、該燃料極に供給するよう
構成したことを特徴としている。
Furthermore, the fifth fuel cell has a fuel electrode,
The stack comprises a stack of a plurality of electromotive parts each having an oxidizer electrode and an electrolyte plate sandwiched between these electrodes, liquid fuel is used as the fuel, and the oxidizer gas is vertically applied along the stack surface of the stack. In the fuel cell configured to flow, the oxidant electrode is provided with an oxidant gas supply groove that causes the oxidant gas to flow in a vertical direction, and the outer peripheral surface of the stack includes an end surface of the fuel electrode, and A liquid fuel introduction path in which the liquid fuel is in direct contact with the end surface of the fuel electrode in a direction orthogonal to the flow of the oxidant gas along at least one surface arranged in parallel with the flow of the oxidant gas. Is provided, and the oxidant gas is supplied through the oxidant gas supply groove, and the liquid fuel is supplied to the fuel electrode by the capillary force of the porous body serving as the fuel electrode. It is.

【0043】またさらに、第6の燃料電池は、燃料極、
酸化剤極およびこれら両電極に挟持された電解質板を有
する起電部を複数積層したスタックを具備する燃料電池
において、前記スタックは、その少なくとも積層方向が
ゴム弾性を示す材料で締め付けられていることを特徴と
している。
Furthermore, the sixth fuel cell has a fuel electrode,
In a fuel cell comprising a stack of a plurality of electromotive parts having an oxidizer electrode and an electrolyte plate sandwiched between these electrodes, the stack is clamped with a material exhibiting rubber elasticity at least in the stacking direction. Is characterized by.

【0044】本発明の以上の燃料電池においては、まず
酸化剤ガスをスタックに対して垂直方向に流すよう構成
しているため、酸化剤ガスを効果的に流すことができ
る。また、液体燃料導入路を、酸化剤ガスの流れと平行
に配置されたスタック外周面に沿って、酸化剤ガスの流
れと直交するような方向に設け、この液体燃料導入路内
に導入された液体燃料を毛管力で燃料極に供給するよう
構成しているため、酸化剤ガスの流れを阻害することな
く、液体燃料の毛管力による確実な供給が可能となる。
また、構造を簡素化することができると共に、構成上の
制約も少ない。これらにより、ポンプやブロワ等の補助
部品を特に用いることなく、酸化剤ガスおよび液体燃料
を円滑に供給することができ、よって小形化を図ること
が可能となる。
In the above fuel cell of the present invention, since the oxidant gas is first made to flow in the direction perpendicular to the stack, the oxidant gas can be effectively flowed. Further, the liquid fuel introduction path is provided along the outer peripheral surface of the stack arranged in parallel with the flow of the oxidant gas in a direction orthogonal to the flow of the oxidant gas, and introduced into the liquid fuel introduction path. Since the liquid fuel is configured to be supplied to the fuel electrode by the capillary force, it is possible to reliably supply the liquid fuel by the capillary force without hindering the flow of the oxidant gas.
In addition, the structure can be simplified and there are few restrictions on the configuration. As a result, the oxidant gas and the liquid fuel can be smoothly supplied without using auxiliary parts such as a pump and a blower, so that the size can be reduced.

【0045】本願の第2の目的である生成水の排出方法
の改善された燃料電池は、下記の構成を有するものであ
る。
A fuel cell having an improved method of discharging produced water, which is a second object of the present application, has the following constitution.

【0046】即ち、燃料極と、酸化剤極と及びこれらの
両電極に挟持された電解質層を有する発電部と、酸化剤
極に接して設けられ酸化剤極から生じる水を吸収する第
1の多孔体と、第1の多孔体に接して設けられ第1の多
孔体が保持する水を吸収する第2の多孔体は水の流れる
方向に沿って平均細孔径が小さくなるように構成されて
いることを特徴とする燃料電池である。
That is, a fuel electrode, an oxidizer electrode, and a power generation section having an electrolyte layer sandwiched between these electrodes, and a first electrode provided in contact with the oxidizer electrode and absorbing water generated from the oxidizer electrode. The porous body and the second porous body, which is provided in contact with the first porous body and absorbs water held by the first porous body, are configured such that the average pore diameter decreases along the direction of water flow. It is a fuel cell characterized in that

【0047】例えば、メタノール等の液体燃料を用いた
燃料電池においては、以下に示す機構で燃料電池として
作動する。
For example, in a fuel cell using a liquid fuel such as methanol, the following mechanism operates as a fuel cell.

【0048】メタノール等の燃料は燃料極に供給され、
酸化剤極には酸素が供給される。メタノールを例とした
場合次のような反応が起こる。
Fuel such as methanol is supplied to the fuel electrode,
Oxygen is supplied to the oxidizer electrode. Taking methanol as an example, the following reaction occurs.

【0049】燃料極(アノード):CH3 OH+H2
→ CO2 +6 H+ +6 e 酸化剤極(カソード): 3/2O2 +6 H+ +6 e →
3 H2 O 全反応:CH3 OH+ 3/2O2 → CO2 +2 H2 O すなわち、燃料極ではメタノールが水と等モル反応し、
炭酸ガスとプロトンを生じ、プロトンは固体高分子電解
質膜を通って燃料極で酸素と反応して3モルの水を生成
する。合計では、メタノールと酸素が反応して2モルの
水を生成する。このような反応をスムースに行わせるに
は少なくとも生成する水をすみやかに除去する必要があ
る。
Fuel electrode (anode): CH 3 OH + H 2 O
→ CO 2 +6 H + +6 e Oxidizer electrode (cathode): 3 / 2O 2 +6 H + +6 e →
3 H 2 O total reaction: CH 3 OH + 3 / 2O 2 → CO 2 +2 H 2 O That is, methanol reacts with water equimolar in the fuel electrode,
Carbon dioxide gas and protons are generated, and the protons pass through the solid polymer electrolyte membrane and react with oxygen at the fuel electrode to produce 3 mol of water. In total, methanol reacts with oxygen to produce 2 moles of water. In order to smoothly carry out such a reaction, it is necessary to promptly remove at least the produced water.

【0050】また、小形機器用の電源を想定した場合、
特別な動力なしにこれを行う必要がある。
When a power source for small equipment is assumed,
You need to do this without any extra power.

【0051】そのために本願発明における、酸化剤極の
構造は多孔体を酸化剤極表面に接するよう設けるか、あ
るいは酸化剤極自体を多孔体とし、多孔体の毛細管現象
の作用で酸化剤極に生じた水を吸収する。さらに水の回
収は、酸化剤極表面に接するよう設けられた多孔体ある
いは多孔体からなる酸化剤極自体よりも毛細管力の強い
多孔体、すなわち平均細孔径が前記多孔体より小さい多
孔体を酸化剤極表面に接するよう設けられた多孔体ある
いは多孔体よりなる酸化剤に接触させる。それにより水
がスムースに酸化剤極表面より除去されるものである。
Therefore, in the present invention, the structure of the oxidizer electrode is such that the porous body is provided so as to contact the surface of the oxidizer electrode, or the oxidizer electrode itself is made into a porous body, and the oxidizer electrode is formed by the action of the capillary phenomenon of the porous body. Absorb the resulting water. Further, the water is recovered by oxidizing a porous body having a capillary force stronger than that of the porous body provided so as to be in contact with the surface of the oxidant electrode or the oxidant electrode itself composed of the porous body, that is, a porous body having an average pore diameter smaller than that of the porous body. It is brought into contact with a porous body provided so as to contact the surface of the agent electrode or an oxidant made of a porous body. As a result, water is smoothly removed from the oxidizer electrode surface.

【0052】本発明は、特に酸化剤極で生成する水が液
体である温度、すなわち約100℃以下の温度で作動す
る燃料電池に適用すると有効である。すなわち、多孔体
の毛細管現象による水の吸収は、水が液体の場合に有効
に作用するためである。
The present invention is particularly effective when applied to a fuel cell which operates at a temperature at which water produced at the oxidizer electrode is liquid, that is, at a temperature of about 100 ° C. or lower. That is, this is because the absorption of water by the capillary phenomenon of the porous body effectively acts when the water is a liquid.

【0053】作動温度が約100℃以下の燃料電池とし
ては、アルカリ型燃料電池、特殊な運転条件下における
リン酸型燃料電池、固体高分子電解質型燃料電池などが
ある。特に固体高分子電解質型燃料電池に使用される固
体高分子電解質はイオン交換能を有する高分子化合物か
らなり、これを膜状に形成したものは電解液の流失が無
く、アノードとカソードの反応物質の混合を防止され、
燃料電池系を小型化、単純化する上で適している。現状
ではプロトン電導性の固体高分子膜が実用化している
が、アニオン電導膜を使用してもよい。
Examples of fuel cells having an operating temperature of about 100 ° C. or lower include alkaline fuel cells, phosphoric acid fuel cells under special operating conditions, and solid polymer electrolyte fuel cells. In particular, the solid polymer electrolyte used in the solid polymer electrolyte fuel cell is composed of a polymer compound having an ion-exchange ability, and the one formed in the form of a membrane has no loss of electrolyte solution and is a reactant of the anode and cathode. Is prevented from mixing
It is suitable for downsizing and simplification of fuel cell systems. At present, a proton conductive solid polymer membrane is put into practical use, but an anion conductive membrane may be used.

【0054】また、燃料電池の小型化を考慮した場合、
燃料としては水素ガス等の使用が可能である。例えば水
素吸蔵合金に吸蔵された水素ガスを用いてもよい。しか
し常温で液体であるメタノール、エタノールのようなア
ルコール類あるいはヒドラジンあるいはアミン酸のよう
な燃料を使用することが実用上好ましい。
In consideration of downsizing of the fuel cell,
Hydrogen gas or the like can be used as the fuel. For example, hydrogen gas stored in a hydrogen storage alloy may be used. However, it is practically preferable to use alcohols such as methanol and ethanol, which are liquid at room temperature, or fuel such as hydrazine or amine acid.

【0055】本願の目的の第3である起電部間の電圧ロ
スの少ない燃料電池は下記のような構成を有している。
即ち、燃料極と酸化剤極およびこれらの電極に挟持され
た電解質層を有する起電部を備え、複数の起電部が直列
に接続され、各起電部の燃料極が共通の燃料流路から燃
料が供給され、かつ各起電部の燃料極の電極面が前記燃
料流路に面しているか、または各起電部の酸化剤極が共
通の酸化剤流路から酸化剤が供給され、かつ各起電部の
酸化剤極の電極面が前記酸化剤流路に面している構造の
燃料電池において、前記の電解質層が吸水性もしくは保
水性物を含有していることを特徴とするものである。
The third object of the present application, the fuel cell with less voltage loss between the electromotive sections, has the following configuration.
That is, a fuel electrode, an oxidizer electrode, and an electromotive portion having an electrolyte layer sandwiched between these electrodes are provided, a plurality of electromotive portions are connected in series, and the fuel electrode of each electromotive portion has a common fuel flow path. Fuel is supplied from the electromotive section and the electrode surface of the fuel electrode of each electromotive section faces the fuel channel, or the oxidant electrode of each electromotive section is supplied with the oxidant from a common oxidant channel. In the fuel cell having a structure in which the electrode surface of the oxidizer electrode of each electromotive section faces the oxidizer channel, the electrolyte layer contains a water-absorbing or water-retaining substance. To do.

【0056】すなわち、以上の燃料電池においては、起
電部の電解質層として通常の電解質の主要構成物質であ
るイオン交換能力を有する化合物の他に、膜内部に水分
を供給・保持し、あるいは濃度勾配にしたがって水分を
通過させることが可能な吸水性もしくは保水性物質を並
存させたものが用いられる。
That is, in the above fuel cell, in addition to the compound having an ion-exchange ability which is a main constituent of an ordinary electrolyte as the electrolyte layer of the electromotive section, water is supplied / retained inside the membrane or the concentration thereof is increased. A substance in which a water-absorbing or water-retaining substance capable of passing water according to a gradient is coexistent is used.

【0057】以上のように本発明に係る電解質層は自ら
吸水性ないし保水性を示すため一方の電極触媒表面で生
成した水を速やかに吸収して触媒表面を常に反応性物質
と接触できる状態に保つと共に、吸収した水は電解質中
を濃度勾配にしたがって拡散し、他方の電極表面の乾燥
を防止する働きも示す。さらにこの過程において電解質
自体も外部からの水分の添加無しに常に有効なイオン解
離、イオン伝導特性を維持できるという優れた性質を示
す。
As described above, the electrolyte layer according to the present invention exhibits water absorption or water retention by itself, so that water generated on one electrode catalyst surface can be quickly absorbed and the catalyst surface can be always brought into contact with the reactive substance. While being kept, the absorbed water diffuses in the electrolyte according to a concentration gradient, and also functions to prevent the other electrode surface from drying. Further, in this process, the electrolyte itself also exhibits excellent properties such that effective ion dissociation and ion conduction characteristics can be always maintained without addition of moisture from the outside.

【0058】したがって、この電解質層を用いた燃料層
では、供給する反応物質中には水を混入させずに電解質
中に水を供給出来、また、酸化剤極において生じた水は
すみやかに吸収されるため、電解質層以外でのイオン伝
導を小さく抑えることができる。
Therefore, in the fuel layer using this electrolyte layer, water can be supplied into the electrolyte without mixing water in the reactant to be supplied, and the water generated in the oxidizer electrode is promptly absorbed. Therefore, it is possible to suppress the ion conduction in the areas other than the electrolyte layer to be small.

【0059】本発明に係る吸水性もしくは保水性物質と
しては、澱粉、アクリロニトリル共重合体、架橋アクリ
ル酸塩、架橋ポリエチレンオキサイド等の吸水性高分子
化合物、シリカヒドロゲル、変成蛋白質(ゼラチン)等
のゲル状化合物などが利用できる。
Examples of the water-absorbing or water-retaining substance according to the present invention include starch, acrylonitrile copolymer, water-absorbing polymer compounds such as cross-linked acrylate and cross-linked polyethylene oxide, silica hydrogel, denatured protein (gelatin) gel. Compounds and the like can be used.

【0060】また、電解質としては、固体高分子電解質
の場合に本願発明の顕著な効果が得られる。固体高分子
電解質としては、プロトン導電性固体高分子電解質とし
て、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマー(商品
名:Nafion( 米国Du Pont 社製)スルホン酸基を有する
ポリスチレン系の陽イオン交換膜が挙げられる。
Further, as the electrolyte, the remarkable effect of the present invention can be obtained in the case of a solid polymer electrolyte. Examples of the solid polymer electrolyte include a proton conductive solid polymer electrolyte and a polystyrene cation exchange membrane having a perfluorocarbon sulfonic acid polymer (trade name: Nafion (manufactured by Du Pont, USA) sulfonic acid group.

【0061】このような起電部を用いることにより、本
発明の骨子である酸化剤極および燃料極に供給する反応
物質のいずれの中にも電解質として作用する物質を不可
避混入粒以上は含まず、かつ複数の起電部の端部を互い
に直列に接続した構成である燃料電池を実現することが
できる。
By using such an electromotive unit, no substance unavoidably mixed with the substance acting as an electrolyte is contained in any of the reactants supplied to the oxidizer electrode and the fuel electrode, which are the essence of the present invention. Further, it is possible to realize a fuel cell having a configuration in which the ends of a plurality of electromotive sections are connected in series with each other.

【0062】次に、複数の発電素子の端部を互いに直列
に接続する方法としては各発電素子の集電体を溶接・導
電性接着剤などにより直接接続する方法、反応物質の混
合・漏れ電流を防止するために導電板などを介して接続
する方法、あるいは発電部を作製する際に複数の発電部
を予め直列接続されるように一体化させて作製する方法
などが採用できる。
Next, as a method of connecting the ends of a plurality of power generating elements in series with each other, a method of directly connecting the current collector of each power generating element by welding, a conductive adhesive or the like, mixing of reactants and leakage current In order to prevent this, a method of connecting via a conductive plate or the like, or a method of integrally manufacturing a plurality of power generation units so as to be connected in series in advance when manufacturing the power generation unit can be adopted.

【0063】さらに、これらの方法において電解質の漏
れを抑えるために複数の起電部の接続部分を撥水処理す
ることも有効である。
Further, in these methods, it is also effective to subject the connecting portions of a plurality of electromotive portions to water repellent treatment in order to suppress electrolyte leakage.

【0064】次に本願の目的の第4である電極表面に生
じる被毒現象を抑えるための燃料電池は、燃料極と酸化
剤極及びこれら両電極に挟持された電解質層を備えた燃
料電池において、燃料極をアノーディックに分極させる
機構を備えたことを特徴とするものである。
Next, the fourth object of the present application is to provide a fuel cell for suppressing the poisoning phenomenon occurring on the surface of an electrode in a fuel cell provided with a fuel electrode, an oxidant electrode and an electrolyte layer sandwiched between these electrodes. It is characterized by having a mechanism for anodically polarizing the fuel electrode.

【0065】即ち、本発明においては、燃料電池の運転
時に燃料極表面の被毒生成物が生じた場合に、燃料極に
対極を接続しアノーディックに分極させ、前記被毒生成
物を酸化除去するものである。それにより、長時間安定
した出力の得られる燃料電池が得られる。
That is, in the present invention, when a poisoning product on the surface of the fuel electrode is generated during the operation of the fuel cell, the counter electrode is connected to the fuel electrode and anodically polarized to remove the poisoning product by oxidation. To do. As a result, a fuel cell that can obtain a stable output for a long time can be obtained.

【0066】さらに通常燃料電池においては、燃料極、
酸化剤極および電解質からなる起電部を複数個直列に接
続して用いている。この場合には、前記分極操作を各起
電部ごとにローテーションとして行うことが好ましい。
これにより運転を中断することなく、被毒生成物の除去
を行うことができる。
Further, in a normal fuel cell, the fuel electrode,
A plurality of electromotive parts composed of an oxidizer electrode and an electrolyte are connected in series and used. In this case, the polarization operation is preferably performed as rotation for each electromotive section.
As a result, poisoning products can be removed without interrupting the operation.

【0067】[0067]

【実施例】以下、本発明の実施態様について説明する。
まず、本願の目的の第1である、液体燃料および酸化剤
ガスの供給システムの簡素化、ならびに構造の簡素化に
より、高効率維持した上で小型化された燃料電池につい
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.
First, a fuel cell that has been downsized while maintaining high efficiency by simplifying the liquid fuel and oxidant gas supply system and the structure, which is the first object of the present application, will be described.

【0068】図1は、一実施例の燃料電池の要部構成を
示す一部切り欠き斜視図である。同図において、1は燃
料極(アノード)2と酸化剤極(カソード)3とにより
挟持された電解質板であり、これら電解質板1、燃料極
2および酸化剤極3によって起電部4が構成されてい
る。ここで、燃料極2および酸化剤極3は、燃料や酸化
剤ガスを流通させると共に電子を通すように、導電性の
多孔質体で形成されている。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing the structure of the main part of a fuel cell according to one embodiment. In FIG. 1, reference numeral 1 is an electrolyte plate sandwiched by a fuel electrode (anode) 2 and an oxidant electrode (cathode) 3, and the electromotive portion 4 is constituted by the electrolyte plate 1, the fuel electrode 2 and the oxidant electrode 3. Has been done. Here, the fuel electrode 2 and the oxidant electrode 3 are formed of a conductive porous body so that the fuel and the oxidant gas may flow and electrons may pass therethrough.

【0069】そして、上記したような起電部4をセパレ
ータ5を介して複数積層することにより、電池本体とな
るスタック6が構成されている。このスタック6は、基
本的には起電部4の積層面が垂直方向に対して平行とな
るように設置される。なお、上記セパレータ5は、発生
した電子を伝導する集電板の機能も果たすため、導電性
材料により形成される。さらに必要に応じて、燃料極2
や酸化剤極3と電解質板1との間に、層状、島状、ある
いは粒状等の触媒層を形成することもあるが、本発明は
このような触媒層の有無に制約を受けるものではない。
また、燃料極2や酸化剤極3自体を触媒電極としてもよ
い。
By stacking a plurality of the electromotive sections 4 as described above with the separator 5 in between, a stack 6 which is a battery body is formed. The stack 6 is basically installed so that the laminated surface of the electromotive section 4 is parallel to the vertical direction. Since the separator 5 also functions as a current collector plate that conducts generated electrons, it is made of a conductive material. If necessary, fuel electrode 2
A layered, island-shaped, or granular catalyst layer may be formed between the oxidant electrode 3 and the electrolyte plate 1, but the present invention is not limited by the presence or absence of such a catalyst layer. .
Further, the fuel electrode 2 and the oxidant electrode 3 themselves may be used as the catalyst electrode.

【0070】ここで、本発明の燃料電池において、動力
を必要とせずに酸化剤ガス例えば空気を効果的に流すた
めには、酸化剤ガスがスタック6に対して垂直方向に流
れるような構造とする必要がある。特に、スタック6の
下部から上部に向かって酸化剤ガスを流すことにより、
電池反応を生じた結果発生する熱で、酸化剤ガスは極め
て円滑に流れることになる。そこで、この実施例では、
セパレータ5の酸化剤極3と接する面に、酸化剤ガスを
垂直方向(図中、z方向)に流す酸化剤ガス供給溝7を
連続溝として設けている。
Here, in the fuel cell of the present invention, in order to effectively flow the oxidant gas, for example, air without requiring power, a structure in which the oxidant gas flows vertically to the stack 6 is adopted. There is a need to. In particular, by flowing the oxidant gas from the bottom to the top of the stack 6,
The heat generated as a result of the cell reaction causes the oxidant gas to flow extremely smoothly. So, in this example,
On the surface of the separator 5 in contact with the oxidant electrode 3, an oxidant gas supply groove 7 for flowing the oxidant gas in the vertical direction (z direction in the drawing) is provided as a continuous groove.

【0071】また、ガスの密度は液体に比べると著しく
小さいため、電池反応に必要な液体燃料と酸化剤ガスの
バランスを考えると、液体燃料の供給より酸化剤ガスの
供給を増す構造にすることが効率、性能、ひいては電池
の小形化のために有利である。この観点からは、酸化剤
ガス供給溝7の断面積を大きくするほど有利になるが、
溝断面積を大きくするために溝幅を大きくし過ぎると、
電気的な接触面積が小さくなってロスが生じ、また深さ
を深くし過ぎると、電極厚さもしくはセパレータ5の厚
さが厚くなって小型化には不利となる。また、溝の断面
積を小さくして溝数を多くすると、ガス供給溝7内での
酸化剤ガスの圧力損失が大きくなり、酸化剤ガスを円滑
に流すことが困難となる。従って、溝7の幅としては
0.5〜20mm程度が、また溝7の深さとしては0.2
〜2mm程度が好ましい。なお、これら酸化剤ガス供給溝
7の形状は、後述する燃料ガスの供給方法等を考慮して
決定するものとする。
Further, since the density of gas is significantly smaller than that of liquid, considering the balance between the liquid fuel and the oxidant gas necessary for the cell reaction, the structure should be such that the supply of the oxidant gas is increased rather than the supply of the liquid fuel. Is advantageous for efficiency, performance, and further miniaturization of the battery. From this viewpoint, the larger the cross-sectional area of the oxidant gas supply groove 7, the more advantageous it becomes.
If the groove width is made too large to increase the groove cross-sectional area,
If the electrical contact area becomes small and loss occurs, and if the depth is made too deep, the electrode thickness or the separator 5 becomes thick, which is disadvantageous for downsizing. Further, if the cross-sectional area of the groove is reduced and the number of grooves is increased, the pressure loss of the oxidant gas in the gas supply groove 7 increases and it becomes difficult to smoothly flow the oxidant gas. Therefore, the width of the groove 7 is about 0.5 to 20 mm, and the depth of the groove 7 is 0.2 mm.
It is preferably about 2 mm. The shapes of these oxidant gas supply grooves 7 are determined in consideration of the fuel gas supply method described later.

【0072】上述したように、この実施例におけるセパ
レータ5は、酸化剤ガスを流すチャンネルとしての機能
を併せ持つものである。このように、セパレータとチャ
ンネルの両方の機能を有する部品5(以下、チャンネル
兼用セパレータと記す)を用いることにより、より部品
点数を削減することができ、小形化をより一層図ること
が可能となる。なお、上記セパレータ5に代えて通常の
チャンネルを用いることも可能である。
As described above, the separator 5 in this embodiment also has a function as a channel for flowing the oxidizing gas. As described above, by using the component 5 having both the functions of the separator and the channel (hereinafter referred to as the channel-cum-separator), the number of components can be further reduced, and the size can be further reduced. . It is also possible to use a normal channel instead of the separator 5.

【0073】上記したようなチャンネル兼用セパレータ
5は、孔のない金属板で形成してもよいし、また多孔質
体であってもよく、液体燃料と酸化剤ガスとを分離し得
るものであればよい。なお、多孔質体を用いる場合に
は、液体燃料が酸化剤極3に侵入しないように、チャン
ネル兼用セパレータ5の燃料極側の面および酸化剤極側
の面の少なくとも一方の孔を塞ぐことが好ましい。さら
に、酸化剤ガスの流れをよくするために、多孔質体から
なるチャンネル兼用セパレータ5の孔径は、酸化剤極3
となる多孔質体の孔径より大きく設定することが好まし
い。
The channel / separator 5 as described above may be formed of a metal plate having no holes, or may be a porous body, as long as it can separate the liquid fuel and the oxidant gas. Good. When a porous body is used, at least one of the fuel electrode side surface and the oxidant electrode side surface of the channel / cum-separator 5 may be closed so that the liquid fuel does not enter the oxidant electrode 3. preferable. Further, in order to improve the flow of the oxidant gas, the pore diameter of the channel / separator 5 made of a porous material is set to the oxidant electrode 3
It is preferable to set the diameter larger than the pore diameter of the porous body.

【0074】さらに、酸化剤ガス供給溝7の形は、上述
したような条件を満足するものであれば特に制約を受け
るものではなく、例えば図2に示すように、金属薄板を
プレスや圧延等で折り曲げ加工したチャンネル兼用セパ
レータ8を用いることも可能である。このようなセパレ
ータ8は、酸化剤極3側に酸化剤ガス供給溝7が設けら
れると共に、燃料極2側にも連続溝9を設けることがで
きる。また、チャンネル兼用セパレータ5(8)に酸化
剤ガス供給溝7を設けると共に、酸化剤極3にも酸化剤
ガスを垂直方向に流す溝を設けることも可能である。
Further, the shape of the oxidant gas supply groove 7 is not particularly limited as long as it satisfies the above-mentioned conditions. For example, as shown in FIG. 2, a thin metal plate is pressed or rolled. It is also possible to use the channel-combined separator 8 which is bent by. In such a separator 8, the oxidant gas supply groove 7 is provided on the oxidant electrode 3 side, and the continuous groove 9 can be provided on the fuel electrode 2 side. Further, it is possible to provide the oxidant gas supply groove 7 in the channel / separator 5 (8) and also provide the oxidant electrode 3 with a groove for flowing the oxidant gas in the vertical direction.

【0075】上記したスタック6の少なくとも1つの側
面には、この面に沿って液体燃料導入路10が形成され
るように、燃料導入路構成部材11が設置されている。
そして、上記液体燃料導入路10内に導入された液体燃
料(通常、電解質である例えば希硫酸と燃料となるメタ
ノールとの混合液体)は、スタック6の側面から毛管力
で燃料極2に供給される。ここで、酸化剤ガスを下部か
ら上部に向って流す際に、液体燃料導入路10をスタッ
ク6の上部もしくは下部に設けると、スタック6の構造
が極めて複雑となる。よって、液体燃料導入路10は、
スタック6の外周面のうち、上下面を除いた4つの面の
いずれかに沿って設けると共に、酸化剤ガスの流れと直
交するような方向(図中、x方向)に設けることが重要
である。また、液体燃料導入路10中の液体燃料を毛管
力でスタック6の側面から燃料極2に供給するために
は、上記した4つのスタック側面のうち、起電部4の端
面で構成される2つの側面の少なくとも一方(例えば側
面4a)に沿って、液体燃料導入路10を設ける。すな
わち、上記液体燃料導入路10は、スタック6の外周面
のうち、起電部4の端面で構成される面、換言すると燃
料極2の端面を含む面で、かつ酸化剤ガスの流れと平行
に配置された少なくとも1つの面4aに沿って、酸化剤
ガスの流れと直交するような方向に設けられている。ま
た、毛管力で液体燃料を燃料極2に供給するために、液
体燃料導入路10内に導入された液体燃料が、上記起電
部端面4aに直接接触するような構成とされている。
At least one side surface of the above-mentioned stack 6 is provided with a fuel introduction passage constituting member 11 so that the liquid fuel introduction passage 10 is formed along this surface.
Then, the liquid fuel (usually a mixed liquid of electrolyte, for example, dilute sulfuric acid and methanol that serves as a fuel) introduced into the liquid fuel introducing passage 10 is supplied to the fuel electrode 2 from the side surface of the stack 6 by a capillary force. It Here, when the liquid fuel introduction passage 10 is provided in the upper part or the lower part of the stack 6 when the oxidant gas flows from the lower part to the upper part, the structure of the stack 6 becomes extremely complicated. Therefore, the liquid fuel introduction passage 10 is
It is important to provide along the outer peripheral surface of the stack 6 along any one of the four surfaces excluding the upper and lower surfaces and in the direction (x direction in the drawing) orthogonal to the flow of the oxidant gas. . Further, in order to supply the liquid fuel in the liquid fuel introduction path 10 from the side surface of the stack 6 to the fuel electrode 2 by the capillary force, one of the four side surfaces of the stack, which is the end surface of the electromotive section 4, is formed. The liquid fuel introduction passage 10 is provided along at least one of the two side surfaces (for example, the side surface 4a). That is, the liquid fuel introduction passage 10 is a surface of the outer peripheral surface of the stack 6 that is formed by the end surface of the electromotive section 4, in other words, a surface that includes the end surface of the fuel electrode 2, and is parallel to the flow of the oxidant gas. Is provided along the at least one surface 4a arranged in the direction perpendicular to the flow of the oxidant gas. Further, in order to supply the liquid fuel to the fuel electrode 2 by the capillary force, the liquid fuel introduced into the liquid fuel introducing passage 10 is configured to come into direct contact with the electromotive portion end face 4a.

【0076】これらによって、酸化剤ガスの流れを阻害
することなく、燃料極2の端部全面を液体燃料と接する
構造とすることができ、液体燃料導入路10中の液体燃
料を毛管力で円滑に燃料極2に供給することが可能とな
る。そして、この実施例の燃料電池は、酸化剤ガスの供
給方向(z方向)と液体燃料のスタック6端面への導入
方向とを基本的には直交させているために、構造を簡素
化することができると共に、構造上の制約が少なく、よ
って小形化することが可能となる。
As a result, the entire surface of the end of the fuel electrode 2 can be brought into contact with the liquid fuel without obstructing the flow of the oxidant gas, and the liquid fuel in the liquid fuel introducing passage 10 can be smoothly moved by the capillary force. Can be supplied to the fuel electrode 2. In the fuel cell of this embodiment, the supply direction (z direction) of the oxidant gas and the introduction direction of the liquid fuel to the end surface of the stack 6 are basically orthogonal to each other, so that the structure is simplified. In addition to the above, there are few structural restrictions, and it is possible to reduce the size.

【0077】なお、上記燃料導入路構成部材11は、ス
タック6の締め付け部材と共通としてもよいし、また別
途設けることも可能である等、その構成や材料は特に限
定されるものではない。ただし、燃料導入路構成部材1
1のスタック6側面と接する部分は、電池間の短絡を防
ぐために、絶縁されていなければならない。これは、例
えば燃料導入路構成部材11自体を絶縁材料で構成した
り、あるいは燃料導入路構成部材11とスタック6との
間に絶縁材料を介在させることにより行う。
The fuel introducing passage constituting member 11 may be common to the fastening member of the stack 6 or may be separately provided, and the constitution and material thereof are not particularly limited. However, the fuel introduction path constituent member 1
The portion of the stack 1 that contacts the side surface of the stack 6 must be insulated in order to prevent a short circuit between the cells. This is done, for example, by constructing the fuel introducing passage constituting member 11 itself with an insulating material or by interposing an insulating material between the fuel introducing passage constituting member 11 and the stack 6.

【0078】上述した液体燃料導入路10の形状は、基
本的には図示を省略した燃料貯蔵タンクから液体燃料が
導入され、この導入された液体燃料が燃料極2に毛管力
で供給されるものであればよい。燃料貯蔵タンクから液
体燃料導入路10に液体燃料を供給する方法の一つに、
燃料貯蔵タンクの液体燃料を自然落下させて、液体燃料
導入路10に導入する方法がある。この方法は、スタッ
ク6の上面より高い位置に燃料貯蔵タンクを設けなけれ
ばならないという構造上の制約を除けば、液体燃料導入
路10に確実に液体燃料を導入することができる。他の
方法としては、液体燃料導入路10の毛管力で、燃料貯
蔵タンクから液体燃料を引き込む方法が挙げられる。こ
の方法によれば、燃料貯蔵タンクと液体燃料導入路10
との接続点、つまり液体燃料導入路10に設けられた燃
料入口の位置を、スタック6の上面より高くする必要が
なくなり、例えば上記自然落下法と組み合せると、燃料
タンクの設置場所を自在に設定することができるという
利点がある。
The above-described shape of the liquid fuel introducing passage 10 is basically such that the liquid fuel is introduced from a fuel storage tank (not shown), and the introduced liquid fuel is supplied to the fuel electrode 2 by capillary force. If One of the methods for supplying the liquid fuel from the fuel storage tank to the liquid fuel introduction path 10
There is a method in which the liquid fuel in the fuel storage tank is naturally dropped and introduced into the liquid fuel introduction passage 10. This method can reliably introduce the liquid fuel into the liquid fuel introduction passage 10 except for the structural restriction that the fuel storage tank must be provided at a position higher than the upper surface of the stack 6. Another method is to draw the liquid fuel from the fuel storage tank by the capillary force of the liquid fuel introducing passage 10. According to this method, the fuel storage tank and the liquid fuel introduction path 10
It is not necessary to make the position of the connection point with the fuel inlet provided in the liquid fuel introduction path 10 higher than the upper surface of the stack 6. For example, when combined with the above-mentioned free fall method, the installation location of the fuel tank can be set freely. It has the advantage of being configurable.

【0079】液体燃料導入路10に毛管力を付与するに
は、液体燃料の種類や燃料導入路構成部材11の材質に
よって異なるものの、液体燃料導入路10の隙間(図
中、tで示す)を0.2〜5mm程度とすることが好まし
い。液体燃料導入路10の隙間tが0.2mm未満となる
と、液体燃料の供給不足を生じるおそれがあり、また 5
mmを超えると、十分な毛管力が得られないおそれが生じ
る。さらに、電池の作動を長期間止めた際に、液体燃料
導入路10内の液体燃料は揮散して無駄になることや、
揮散に伴う臭気等を考慮すると、液体燃料導入路10の
体積は小さい方が有利である。また、毛管力を向上させ
ることも考慮して、液体燃料導入路10の隙間tは3mm
以下とすることがより好ましい。
In order to apply a capillary force to the liquid fuel introducing passage 10, although it depends on the type of liquid fuel and the material of the fuel introducing passage constituting member 11, a gap (indicated by t in the figure) of the liquid fuel introducing passage 10 is formed. It is preferably about 0.2 to 5 mm. If the gap t of the liquid fuel introduction passage 10 is less than 0.2 mm, the liquid fuel may be insufficiently supplied.
If it exceeds mm, there is a possibility that sufficient capillary force may not be obtained. Furthermore, when the operation of the battery is stopped for a long time, the liquid fuel in the liquid fuel introduction passage 10 is volatilized and wasted,
Considering the odor and the like caused by volatilization, it is advantageous that the volume of the liquid fuel introduction passage 10 is small. Further, in consideration of improving the capillary force, the clearance t of the liquid fuel introducing passage 10 is 3 mm.
The following is more preferable.

【0080】ただし、毛管力で液体燃料導入路10に導
入された液体燃料を、引き続き円滑に毛管力で燃料極2
に供給するためには、液体燃料導入路10の毛管力より
燃料極2への毛管力のほうが大きくなるように設定する
ことが重要である。さらに、液体燃料導入路10の毛管
力を向上させるために、その内部に絶縁性の多孔質体や
繊維を配置してもよい。この場合、上記液体燃料導入路
10の隙間tは5mmを超えてもよい。なお、液体燃料導
入路10の数は、スタック6の側面に沿って1つに限定
されるものではなく、他方のスタック側面にも液体燃料
導入路10を形成することも可能である。
However, the liquid fuel introduced into the liquid fuel introducing passage 10 by the capillary force is continuously and smoothly applied by the capillary force to the fuel electrode 2
In order to supply the liquid to the fuel electrode 2, it is important to set the capillary force to the fuel electrode 2 to be larger than the capillary force of the liquid fuel introduction passage 10. Further, in order to improve the capillary force of the liquid fuel introduction passage 10, an insulating porous body or fiber may be arranged inside thereof. In this case, the clearance t of the liquid fuel introducing passage 10 may exceed 5 mm. The number of the liquid fuel introduction passages 10 is not limited to one along the side surface of the stack 6, and the liquid fuel introduction passages 10 may be formed on the other stack side surface.

【0081】また、上述したような燃料貯蔵タンクは、
電池本体から着脱可能とすることができる。これによ
り、燃料貯蔵タンクを交換することで、電池の作動を継
続して長時間行うことが可能となる。この場合、電池交
換時にも装置を継続して作動させるために、燃料貯蔵タ
ンクを切り離した際に、電池内に燃料が残っている必要
がある。このような燃料貯蔵部は、液体燃料導入路10
と燃料極2への供給部、あるいは燃料極2自体であり、
燃料貯蔵タンクの交換時間を考えると、残存する燃料の
量は少なくとも1分以上は装置を作動できる量とするこ
とが望ましい。また、燃料貯蔵タンクから液体燃料導入
路10への液体燃料の供給は、上述したような自然落下
や、タンク内の内圧等で液体燃料を押し出すような構成
としてもよいし、また液体燃料導入路10の毛管力で燃
料を引き出すような構成とすることもできる。この場
合、自然落下やタンク内の内圧による場合には、燃料貯
蔵タンクの出口隙間は液体燃料導入路10の隙間に制約
されないが、毛管力による場合は液体燃料導入路10の
隙間より燃料貯蔵タンクの出口隙間を大きくすることが
望ましい。
Further, the fuel storage tank as described above is
It can be detachable from the battery body. As a result, by replacing the fuel storage tank, it becomes possible to continue the operation of the battery for a long time. In this case, in order to continue the operation of the device even when the battery is replaced, the fuel needs to remain in the battery when the fuel storage tank is disconnected. Such a fuel storage unit is provided in the liquid fuel introduction passage 10
And the supply portion to the fuel electrode 2 or the fuel electrode 2 itself,
Considering the replacement time of the fuel storage tank, it is desirable that the amount of remaining fuel be such that the device can operate for at least 1 minute or more. Further, the liquid fuel may be supplied from the fuel storage tank to the liquid fuel introducing passage 10 by the above-mentioned spontaneous fall or by pushing out the liquid fuel due to the internal pressure in the tank or the like. It is also possible to adopt a configuration in which the fuel is drawn out by the capillary force of 10. In this case, the outlet gap of the fuel storage tank is not restricted by the gap of the liquid fuel introduction passage 10 in the case of spontaneous fall or the internal pressure in the tank, but in the case of capillary force, the exit gap of the fuel storage tank is more than the gap of the liquid fuel introduction passage 10 It is desirable to increase the outlet clearance of the.

【0082】上述したような方法によって、液体燃料導
入路10内に導入された液体燃料は、毛管力により燃料
極2に供給される。この液体燃料を燃料極2側に引き込
むための毛管力としては、まず燃料極2となる多孔質体
自体の毛管力が挙げられる。このような毛管力を利用す
る場合、多孔質体である燃料極2の孔を連結させた、い
わゆる連続孔とし、その孔径を制御すると共に、液体燃
料導入路10側の燃料極2側面から少なくとも他の一面
まで連続した連通孔とすることにより、液体燃料を横方
向でも円滑に毛管力で供給することが可能となる。ま
た、電池面積が大きくなると、液体燃料の供給速度が遅
くなるばかりでなく、液体燃料の入り口側で集中的に電
池反応が進行するため、液体燃料導入路10から遠くな
るほど燃料の供給量が減少するおそれがある。このよう
な場合には、前述した条件を満足する他方のスタック面
にも液体燃料導入路10を設けることが有効である。
The liquid fuel introduced into the liquid fuel introducing passage 10 by the above-described method is supplied to the fuel electrode 2 by the capillary force. As the capillary force for drawing the liquid fuel to the fuel electrode 2 side, first, the capillary force of the porous body itself that becomes the fuel electrode 2 can be mentioned. When utilizing such a capillary force, the holes of the fuel electrode 2 which is a porous body are connected to form a so-called continuous hole, the diameter of the hole is controlled, and at least from the side surface of the fuel electrode 2 on the liquid fuel introducing passage 10 side. By forming the communication hole continuous to the other surface, the liquid fuel can be smoothly supplied by the capillary force even in the lateral direction. Further, when the cell area becomes large, not only the liquid fuel supply speed slows down, but also the cell reaction progresses intensively at the inlet side of the liquid fuel, so that the fuel supply amount decreases as the distance from the liquid fuel introduction passage 10 increases. May occur. In such a case, it is effective to provide the liquid fuel introduction passage 10 also on the other stack surface that satisfies the above-mentioned conditions.

【0083】燃料極2となる多孔質体の孔径等は、液体
燃料導入路10内の液体燃料を引き込み得るものであれ
ばよく、特に限定されるものではないが、液体燃料導入
路10の隙間を考慮した上で、0.2〜300μm 程度
とすることが好ましい。また、多孔質体における孔の連
続性の指標となる孔の体積は、35〜80%程度とする
ことが好ましい。孔径を0.2μm より小さくすると、
燃料極2の製造が困難となり、また300μm を超える
と毛管力が低下してしまう。また、孔の体積が35 %未
満となると連続孔の量が減り、閉鎖された孔が増えるた
め、毛管力を十分に得ることができなくなる。逆に、孔
の体積が80%を超えると、連続孔の量は増加するもの
の、強度的に弱くなると共に製造が困難となる。実用的
には、孔径は0.5〜100μm の範囲、また孔の体積
は45〜75%の範囲とすることが望ましい。
The pore diameter and the like of the porous body which becomes the fuel electrode 2 may be any as long as the liquid fuel in the liquid fuel introduction passage 10 can be drawn in, and is not particularly limited, but the gap of the liquid fuel introduction passage 10 is not limited. In consideration of the above, it is preferable that the thickness is about 0.2 to 300 μm. Further, the volume of pores, which is an index of the continuity of pores in the porous body, is preferably about 35 to 80%. If the pore size is smaller than 0.2 μm,
It becomes difficult to manufacture the fuel electrode 2, and if it exceeds 300 μm, the capillary force decreases. Further, if the volume of the pores is less than 35%, the amount of continuous pores decreases and the number of closed pores increases, so that it is not possible to obtain sufficient capillary force. On the contrary, when the volume of the pores exceeds 80%, the amount of the continuous pores increases, but the strength becomes weak and the production becomes difficult. Practically, it is desirable that the pore diameter be in the range of 0.5 to 100 μm and the pore volume be in the range of 45 to 75%.

【0084】また、液体燃料を毛管力で燃料極2内に引
き込むためには、燃料極2中の空気が引き込まれた液体
燃料で追い出されるように、液体燃料導入路10側の側
面以外の側面の少なくとも一つを開放することが好まし
い。ただし、燃料極2の上記した面以外の側面は、液体
燃料の揮発を抑制する上で塞ぐことが好ましい。
Further, in order to draw the liquid fuel into the fuel electrode 2 by the capillary force, side surfaces other than the side surface on the liquid fuel introduction path 10 side are arranged so that the air in the fuel electrode 2 is expelled by the drawn liquid fuel. It is preferable to open at least one of the above. However, it is preferable to close the side surfaces of the fuel electrode 2 other than the above-mentioned surfaces in order to suppress volatilization of the liquid fuel.

【0085】液体燃料を燃料極2側に引き込むための毛
管力としては、上述した燃料極2となる多孔質体自体の
毛管力に限らず、例えば図3に示すように、チャンネル
兼用セパレータ5の燃料極2と接する面に、液体燃料供
給溝12を連続溝として水平方向(図中、y方向)に設
け、この液体燃料供給溝12の毛管力を利用して液体燃
料を燃料極2側に引き込むよう構成することも可能であ
る。この場合、液体燃料導入路10は、少なくとも液体
燃料供給溝12の開放端部と液体燃料が直接接するよう
に設けるものとする。また、液体燃料供給溝12の毛管
力と燃料極2となる多孔質体自体の毛管力とを併用する
ことも可能である。
The capillary force for drawing the liquid fuel to the fuel electrode 2 side is not limited to the above-mentioned capillary force of the porous body itself which becomes the fuel electrode 2, and for example, as shown in FIG. The liquid fuel supply groove 12 is provided as a continuous groove in the horizontal direction (y direction in the drawing) on the surface in contact with the fuel electrode 2, and the capillary force of the liquid fuel supply groove 12 is used to move the liquid fuel to the fuel electrode 2 side. It can also be configured to retract. In this case, the liquid fuel introduction passage 10 is provided so that at least the open end of the liquid fuel supply groove 12 is in direct contact with the liquid fuel. It is also possible to use the capillary force of the liquid fuel supply groove 12 and the capillary force of the porous body itself which becomes the fuel electrode 2 in combination.

【0086】上記液体燃料供給溝12の形状は、毛管力
が発揮できれば特に制約を受けるものではないが、少な
くとも溝12による毛管力を燃料極2の毛管力より小さ
くする必要がある。もし溝12の毛管力が燃料極2のそ
れより大きいと、液体燃料導入路10中の液体燃料は、
液体燃料供給溝12内には供給されるものの、燃料極2
には供給することができなくなる。液体燃料供給溝12
の形状は、チャンネル兼用セパレータ5の構成材料と液
体燃料との濡れ性によって異なるものの、その幅は0.
2〜10mmの範囲とすることが好ましい。
The shape of the liquid fuel supply groove 12 is not particularly limited as long as the capillary force can be exerted, but at least the capillary force of the groove 12 needs to be smaller than the capillary force of the fuel electrode 2. If the capillary force of the groove 12 is larger than that of the fuel electrode 2, the liquid fuel in the liquid fuel introducing passage 10 becomes
Although it is supplied into the liquid fuel supply groove 12, the fuel electrode 2
Can no longer be supplied to. Liquid fuel supply groove 12
Although the shape depends on the wettability between the constituent material of the channel / separator 5 and the liquid fuel, its width is 0.
It is preferably in the range of 2 to 10 mm.

【0087】液体燃料供給溝12の幅が10mmを超える
と、毛管力が小さくなり、結局燃料極2の毛管力が主体
となって、液体燃料供給溝12を形成した意味がなくな
る。逆に、溝12の幅が0.2mm未満となると、毛管力
は向上するものの、液体燃料の供給が電池反応に追い付
かなくなる上に、通常の製法では溝を切るのが難しく、
特殊な製法が必要になる。溝の深さについても同様で、
溝の深さとしては0.1〜2mmの範囲とすることが好ま
しい。特に、溝12の深さを深くしすぎると、チャンネ
ル兼用セパレータ5の肉厚を厚くせざるを得ず、その結
果小型化を阻害することとなる。さらに、燃料の供給を
止めて発電を中止した際に、多量の液体燃料が残存して
いると、揮散して無駄になるばかりでなく、揮散に伴っ
て臭気を発するおそれがあるため、溝の深さは1mm以下
とすることがより好ましい。また溝の幅は、同様な理由
に加えて電気的な接触を多くするため、5mm以下とする
ことがより好ましく、望ましくは3mm以下である。
When the width of the liquid fuel supply groove 12 exceeds 10 mm, the capillary force becomes small, and eventually the capillary force of the fuel electrode 2 becomes the main component, and it is meaningless to form the liquid fuel supply groove 12. On the contrary, if the width of the groove 12 is less than 0.2 mm, the capillary force is improved, but the supply of the liquid fuel does not catch up with the cell reaction, and it is difficult to cut the groove by the usual manufacturing method.
A special manufacturing method is required. The same applies to the depth of the groove,
The depth of the groove is preferably in the range of 0.1 to 2 mm. In particular, if the depth of the groove 12 is too deep, the thickness of the channel / separator 5 must be increased, and as a result, miniaturization is hindered. Furthermore, when a large amount of liquid fuel remains when the fuel supply is stopped and power generation is stopped, not only is it volatilized and wasted, but also odor may be emitted due to volatilization. The depth is more preferably 1 mm or less. The width of the groove is more preferably 5 mm or less, and more preferably 3 mm or less, in order to increase electrical contact in addition to the same reason.

【0088】また、上記液体燃料供給溝12は、液体燃
料導入路10からその毛管力で液体燃料を引き込むもの
であるため、前述したように、燃料貯蔵タンクから液体
燃料導入路10にその毛管力で液体燃料を導入する場合
には、液体燃料導入路10の毛管力より液体燃料供給溝
12の毛管力のほうが大きくなるように設定する。この
ような毛管力の差は、基本的には液体燃料導入路10と
液体燃料供給溝12の断面積、およびセパレータ5の構
成材料と燃料導入路構成部材11の材料で決まるもので
あるが、望ましくは液体燃料導入路10の隙間tより液
体燃料供給溝12の幅および深さの少なくとも一方を小
さくすることが好ましい。このように、液体燃料供給溝
12の形状は、燃料極2となる多孔質体や液体燃料導入
路10の形状を考慮した上で設定するものとする。ま
た、液体燃料供給溝12の形状は、酸化剤ガス供給溝7
の形状をも考慮する必要があり、例えば酸化剤ガス供給
溝7の幅および深さが液体燃料供給溝12のそれより
1.1〜20倍程度となるように設定することが好まし
い。さらに望ましくは1.2〜10倍程度である。
Further, since the liquid fuel supply groove 12 draws the liquid fuel from the liquid fuel introduction passage 10 by its capillary force, as described above, the liquid fuel introduction groove 10 is drawn from the fuel storage tank to the liquid fuel introduction passage 10. When introducing the liquid fuel with, the capillary force of the liquid fuel supply groove 12 is set to be larger than the capillary force of the liquid fuel introduction passage 10. Such a difference in capillary force is basically determined by the cross-sectional areas of the liquid fuel introduction passage 10 and the liquid fuel supply groove 12, and the constituent material of the separator 5 and the material of the fuel introduction passage constituent member 11. Desirably, at least one of the width and the depth of the liquid fuel supply groove 12 is smaller than the gap t of the liquid fuel introduction passage 10. As described above, the shape of the liquid fuel supply groove 12 is set in consideration of the shapes of the porous body to be the fuel electrode 2 and the liquid fuel introduction passage 10. The shape of the liquid fuel supply groove 12 is the same as that of the oxidant gas supply groove 7.
The shape and the shape of the liquid fuel supply groove 7 should be taken into consideration. For example, the width and depth of the oxidant gas supply groove 7 are preferably set to be 1.1 to 20 times larger than that of the liquid fuel supply groove 12. More preferably, it is about 1.2 to 10 times.

【0089】上記液体燃料供給溝12は、必ずしも水平
に設けなければならないものではなく、垂直方向(z方
向)に向かって45度〜90度の範囲で傾けて形成してもよ
い。ただし、傾きが大きくなると、液体燃料供給溝12
の形成領域が狭くなり、それだけ有効な燃料供給路は減
少することになるため、傾きとしては30度以下にするこ
とが望ましい。なお、液体燃料導入路10をスタック6
の両面に設ける場合はこの限りでない。
The liquid fuel supply groove 12 does not necessarily have to be provided horizontally, but may be formed by inclining in the range of 45 to 90 degrees in the vertical direction (z direction). However, when the inclination becomes large, the liquid fuel supply groove 12
Since the formation region of is reduced and the effective fuel supply path is reduced accordingly, the inclination is preferably 30 degrees or less. In addition, the liquid fuel introduction path 10 is stacked in the stack 6
This is not the case when it is provided on both sides of.

【0090】このように、チャンネル兼用セパレータ5
に例えば水平方向に延びる液体燃料供給溝12を設ける
ことによって、燃料極2の端部全面から液体燃料が燃料
極2に供給されると共に、溝12を通して燃料極2の横
方向にも同時に燃料を供給できるため、液体燃料導入路
10内の液体燃料を、より一層円滑に燃料極2に供給す
ることが可能となる。これにより、起電部4全面で均一
に電池反応を進行させることが可能となり、高効率を達
成することができる。なお、上記した実施例では、チャ
ンネル兼用セパレータ5に酸化剤ガス供給溝7と液体燃
料供給溝12の両方を形成したものについて説明した
が、燃料極2および酸化剤極3に対して個々にチャンネ
ルを設置してもよい。このような場合には、両チャンネ
ル間にガスを透過させない導電性板を設置したり、少な
くとも一方のチャンネルの面の孔を塞ぐ等によって、液
体燃料と酸化剤ガスとの分離を図るようにする。ただ
し、部品点数の削減、ひいてはより一層の小形化を可能
とするためには、チャンネルを兼用することが好まし
い。
As described above, the separator 5 also serving as the channel is used.
For example, by providing the liquid fuel supply groove 12 extending in the horizontal direction, the liquid fuel is supplied to the fuel electrode 2 from the entire end portion of the fuel electrode 2, and the fuel is simultaneously supplied in the lateral direction of the fuel electrode 2 through the groove 12. Since the liquid fuel can be supplied, the liquid fuel in the liquid fuel introducing passage 10 can be supplied to the fuel electrode 2 more smoothly. As a result, the battery reaction can be made to proceed uniformly over the entire surface of the electromotive section 4, and high efficiency can be achieved. In addition, in the above-described embodiment, the description has been given of the case where both the oxidant gas supply groove 7 and the liquid fuel supply groove 12 are formed in the channel / separator 5; May be installed. In such a case, it is possible to separate the liquid fuel and the oxidant gas by installing a gas-impermeable conductive plate between the channels or by closing a hole on the surface of at least one of the channels. . However, in order to reduce the number of parts and further reduce the size, it is preferable that the channels are also used.

【0091】また、液体燃料導入路10から燃料極2に
毛管力で液体燃料を引き込むにあたって、毛管力の向上
は重要である。毛管力は、前述したように毛管通路の隙
間が小さく、かつ毛管通路の液体燃料に対する濡れ性が
大きいほど大きくなる。毛管通路の液体燃料に対する濡
れ性を大きくする観点からは、毛管力を起こす毛管部表
面の改良が有効で、特に該表面に酸化被膜を設けること
が有効である。すなわち、燃料極2の多孔質体内表面や
チヤンネル兼用セパレータ5に設けた液体燃料供給溝1
2の内面に酸化被膜を設けることによって、毛管力は著
しく大きくなり、液体燃料を電池内に引き込む速度が速
くなるばかりでなく、液体燃料の到達距離を延ばすこと
ができる。これにより、燃料電池の面積が大きくても対
応できるようになるばかりでなく、電池を立ち上げる際
の所要時間を短くすることができる。ただし、上記酸化
被膜は、多孔質体の空孔率を低下させないように形成す
ることが好ましい。特に、液体燃料導入路10と接する
燃料極2の端面では、酸化被膜の形成により液体燃料の
入口を塞がないようにすることが重要である。
Further, when the liquid fuel is drawn from the liquid fuel introducing passage 10 into the fuel electrode 2 by the capillary force, it is important to improve the capillary force. As described above, the capillary force increases as the gap between the capillary passages decreases and the wettability of the capillary passage with respect to the liquid fuel increases. From the viewpoint of increasing the wettability of the capillary passage to the liquid fuel, it is effective to improve the surface of the capillary portion that causes the capillary force, and it is particularly effective to provide an oxide film on the surface. That is, the liquid fuel supply groove 1 provided on the porous inner surface of the fuel electrode 2 or the channel / separator separator 5
By providing the oxide film on the inner surface of 2, the capillary force is significantly increased, and not only the speed of drawing the liquid fuel into the cell is increased, but also the reaching distance of the liquid fuel can be extended. This not only makes it possible to cope with a large area of the fuel cell, but also shortens the time required to start the cell. However, the oxide film is preferably formed so as not to reduce the porosity of the porous body. In particular, it is important not to block the inlet of the liquid fuel by forming an oxide film on the end surface of the fuel electrode 2 which is in contact with the liquid fuel introducing passage 10.

【0092】ところで、燃料極2は、電池反応の結果発
生した電子を伝導しなければならない。従って、燃料極
2表面に設けられる酸化被膜は、上記電子伝導を阻害し
てはならない。燃料極2に設ける酸化被膜が絶縁性であ
るならば、燃料極2のセパレータ5やチャンネル等と接
触する面の表面を除いて酸化被膜を形成する。また、液
体燃料供給溝12内に酸化被膜を設ける場合において
も、その内表面に限定して酸化被膜を形成する。
By the way, the fuel electrode 2 must conduct electrons generated as a result of the cell reaction. Therefore, the oxide film provided on the surface of the fuel electrode 2 should not interfere with the electron conduction. If the oxide film provided on the fuel electrode 2 is insulative, the oxide film is formed except for the surface of the fuel electrode 2 that is in contact with the separator 5 or the channel. Further, even when an oxide film is provided in the liquid fuel supply groove 12, the oxide film is formed only on the inner surface thereof.

【0093】また、液体燃料導入路10への液体燃料の
導入を毛管力で行う場合には、液体燃料導入路10の内
表面についても酸化被膜の形成が有効である。
Further, when the liquid fuel is introduced into the liquid fuel introducing passage 10 by the capillary force, it is effective to form an oxide film on the inner surface of the liquid fuel introducing passage 10.

【0094】このような酸化被膜の形成方法としては、
酸化雰囲気中や水蒸気雰囲気中で温度を上げて金属の表
面を酸化させる方法や、アルカリ等の薬品で処理する方
法等が挙げられる。また、酸化被膜の除去は、その部分
を機械的方法、例えば研摩や切削等により行うことがで
きる。
As a method of forming such an oxide film,
Examples include a method of raising the temperature in an oxidizing atmosphere or a steam atmosphere to oxidize the surface of the metal, a method of treating with a chemical such as an alkali, and the like. The oxide film can be removed by a mechanical method such as polishing or cutting.

【0095】上記した各実施例においては、チヤンネル
兼用セパレータ5を介して起電部4を積層したスタック
6を有する燃料電池について説明したが、本発明の燃料
電池においてセパレータやチャンネルは必ずしも必要な
ものではない。例えば、図4に示すように、電解質板1
を燃料極2と酸化剤極3とで挟持した起電部4を、直接
複数積層してスタック13を構成することも可能であ
る。この際、酸化剤ガス供給溝7は、例えば図4に示し
たように、燃料極2の酸化剤極3と接する面に垂直方向
に連続溝として形成したり、また図5に示すように、酸
化剤極3の燃料極2と接する面に垂直方向に形成する。
また、図6に示すように、酸化剤極3の電解質板1と接
する面に酸化剤ガス供給溝7を設けてもよい。さらに
は、酸化剤ガス供給溝7は電解質板1や燃料極2に接し
ていなくともよい。このように、燃料極2や酸化剤極3
に直接、酸化剤ガス供給溝7を形成することによって
も、酸化剤ガスを円滑に流すことができる。なお、これ
ら以外の構成、すなわち液体燃料導入路10等は、前述
した実施例の燃料電池と同様な構成とされている。そし
て、上記構成とすることにより、部品点数をより削減す
ることができるため、より一層小形化を図ることができ
る。
In each of the above-mentioned embodiments, the fuel cell having the stack 6 in which the electromotive portions 4 are laminated via the separator / channel separator 5 has been described. is not. For example, as shown in FIG.
It is also possible to form a stack 13 by directly laminating a plurality of electromotive portions 4 sandwiched between the fuel electrode 2 and the oxidant electrode 3. At this time, the oxidant gas supply groove 7 is formed as a continuous groove in the direction perpendicular to the surface of the fuel electrode 2 which is in contact with the oxidant electrode 3, as shown in FIG. 4, or as shown in FIG. The oxidizer electrode 3 is formed in a direction perpendicular to the surface in contact with the fuel electrode 2.
Further, as shown in FIG. 6, an oxidant gas supply groove 7 may be provided on the surface of the oxidant electrode 3 that contacts the electrolyte plate 1. Furthermore, the oxidant gas supply groove 7 may not be in contact with the electrolyte plate 1 or the fuel electrode 2. In this way, the fuel electrode 2 and the oxidant electrode 3
By directly forming the oxidant gas supply groove 7 in the above, the oxidant gas can be smoothly flowed. The other configurations, that is, the liquid fuel introduction passage 10 and the like are similar to those of the fuel cell of the above-described embodiment. Further, with the above configuration, the number of parts can be further reduced, so that further downsizing can be achieved.

【0096】また、上記したように燃料極2と酸化剤極
3とが直接接するような構成とする場合には、燃料極2
から酸化剤極3に液体燃料が引き込まれることを防止す
る必要がある。酸化剤極3に液体燃料が引き込まれる
と、酸化剤ガスが流れにくくなり、電池反応を阻害する
ことになるためである。上記した酸化剤極3への液体燃
料の侵入を防止する方法としては、基本的には酸化剤極
3となる多孔質体の孔径を、液体燃料を毛管現象で引き
込まないような大きさに制御すればよい。ただし、適用
する機器によっては、上記孔径を毛管現象で液体燃料を
引き込むような大きさにしなければならない場合があ
る。そのような場合には、酸化剤ガス供給溝7が燃料極
2または酸化剤極3のいずれに形成されているかにかか
わらず、燃料極2となる多孔質体の酸化剤極3側の面の
孔を塞げばよい。ただし、酸化剤極3に酸化剤ガス供給
溝7を設ける場合、酸化剤極3の溝7を除く燃料極2側
の面の孔を塞いでもよいが、液体燃料が酸化剤ガス供給
溝7の側面を通して酸化剤極3に侵入するおそれがあ
り、この場合は酸化剤極3の燃料極2との接触面および
酸化剤ガス供給溝7の側面の孔を塞ぐことが好ましい。
When the fuel electrode 2 and the oxidant electrode 3 are in direct contact with each other as described above, the fuel electrode 2
Therefore, it is necessary to prevent the liquid fuel from being drawn into the oxidizer electrode 3. This is because if the liquid fuel is drawn into the oxidant electrode 3, it becomes difficult for the oxidant gas to flow, which hinders the cell reaction. As a method for preventing the inflow of the liquid fuel into the oxidant electrode 3 described above, basically, the pore diameter of the porous body which becomes the oxidant electrode 3 is controlled to a size such that the liquid fuel is not drawn in by the capillary phenomenon. do it. However, depending on the equipment to be applied, there are cases where the above-mentioned pore size must be sized so as to draw the liquid fuel by the capillary phenomenon. In such a case, regardless of whether the oxidant gas supply groove 7 is formed in the fuel electrode 2 or the oxidant electrode 3, the surface of the porous body that becomes the fuel electrode 2 on the oxidant electrode 3 side is All you have to do is close the hole. However, when the oxidant electrode 3 is provided with the oxidant gas supply groove 7, the holes on the surface of the oxidant electrode 3 on the side of the fuel electrode 2 other than the groove 7 may be closed. There is a possibility that it may enter the oxidant electrode 3 through the side surface. In this case, it is preferable to close the contact surface of the oxidant electrode 3 with the fuel electrode 2 and the hole on the side surface of the oxidant gas supply groove 7.

【0097】上記孔を塞ぐ方法としては、燃料極2と酸
化剤極3との導通を阻害しない材料をスラリー状にして
塗布したり、当該面に研摩や研削等の加工を施し、その
際に多孔質体に生ずる塑性変形で孔を塞ぐ方法や、さら
には電子ビームやレーザにより当該面を溶融、凝固させ
る方法等が挙げられる。また、酸化剤ガス供給溝7を酸
化剤極3に形成する場合には、燃料極2と酸化剤極3と
の界面に、液体燃料を通さない例えば金属板等の導電性
材料を挟むことによっても、酸化剤極3に液体燃料が侵
入することを防止することができる。
As a method of closing the holes, a material that does not hinder the conduction between the fuel electrode 2 and the oxidizer electrode 3 is applied in the form of slurry, or the surface is subjected to polishing, grinding, or the like. Examples thereof include a method of closing the holes by plastic deformation generated in the porous body, and a method of melting and solidifying the surface with an electron beam or a laser. When the oxidant gas supply groove 7 is formed in the oxidant electrode 3, a conductive material such as a metal plate that does not allow liquid fuel to pass through is sandwiched at the interface between the fuel electrode 2 and the oxidant electrode 3. Also, it is possible to prevent the liquid fuel from entering the oxidant electrode 3.

【0098】ところで、上記した各実施例の燃料電池
は、いずれも液体燃料導入路10中の液体燃料が多孔質
体である酸化剤極3の端部や電解質板1の端部に直接接
する構造となっている。特に、酸化剤極3は、多孔質体
でなければガスを電解質板1に供給できないため、その
端部で液体燃料と接する場合には、液体燃料が酸化剤極
3に毛管力で引き込まれ、引き込まれた液体燃料は酸化
剤ガスの通路を閉塞させることとなる。従って、液体燃
料が酸化剤極3の端部から入り込むのを防ぐ必要があ
る。
In each of the fuel cells of the above-described embodiments, the liquid fuel in the liquid fuel introduction passage 10 is in direct contact with the end of the oxidizer electrode 3 or the end of the electrolyte plate 1 which is a porous body. Has become. In particular, since the oxidizer electrode 3 cannot supply gas to the electrolyte plate 1 unless it is a porous body, the liquid fuel is drawn into the oxidizer electrode 3 by capillary force when it comes into contact with the liquid fuel at its end. The drawn liquid fuel blocks the passage of the oxidant gas. Therefore, it is necessary to prevent the liquid fuel from entering from the end of the oxidizer electrode 3.

【0099】酸化剤極3への液体燃料の侵入の防止は、
基本的には酸化剤極3となる多孔質体の孔径を、液体燃
料を毛管力で引き込まないような大きさに制御すればよ
い。ただし、適用する機器によっては、上記孔径を毛管
力で液体燃料を引き込むような大きさとしなければなら
ない場合がある。このような場合の液体燃料の侵入防止
は、例えば酸化剤極3の液体燃料導入路10側の面の孔
を塞いだり、あるいは酸化剤極3の液体燃料導入路10
と接する面をシ−ル部材で覆う等の方法により行う。こ
れらの具体的な方法としては、例えば金属、無機物、セ
ラミックス、有機物等の板、箔、膜等で側面を被覆した
り、これらの単独もしくは複合粉末等をスラリ−状に塗
布する方法等が例示される。また、前述した塑性変形を
利用する方法や溶融、凝固させる方法を適用することも
可能である。
To prevent the liquid fuel from entering the oxidizer electrode 3,
Basically, the pore size of the porous body that becomes the oxidizer electrode 3 may be controlled to a size that does not draw the liquid fuel by the capillary force. However, depending on the equipment to be applied, there are cases where the hole diameter must be set to a size that allows the liquid fuel to be drawn in by a capillary force. In such a case, the liquid fuel can be prevented from entering by, for example, closing a hole in the surface of the oxidizer electrode 3 on the liquid fuel introduction passage 10 side, or by injecting the liquid fuel introduction passage 10 of the oxidizer electrode 3.
The surface contacting with is covered with a seal member or the like. Specific examples of these methods include a method of coating the side surface with a plate, foil, film or the like of metal, inorganic material, ceramics, organic material, etc., or a method of applying these single or composite powders in a slurry form. To be done. Further, it is also possible to apply the above-mentioned method utilizing plastic deformation or the method of melting and solidifying.

【0100】また、後者の酸化剤極3の側面をシ−ル部
材で覆う方法としては、セパレータ5やチャンネル等を
用いる場合には、例えば図7に示すように、酸化剤極3
および電解質板1の側面に位置するように、燃料極2と
チャンネル兼用セパレータ5とでシ−ル部材14を挟む
方法が挙げられる。この場合、シ−ル部材14が電子伝
導性を持っていると、燃料極2間の短絡が起って出力が
得られなくなるため、シ−ル部材14は絶縁性材料で形
成する。なお、シ−ル部材14は、必ずしも燃料極2と
チャンネル兼用セパレータ5との間に挟まなければなら
ないものではなく、例えば燃料極2間に挟んだり、ある
いは酸化剤極3の側面のみに挟むこともできる。
As the latter method of covering the side surface of the oxidizer electrode 3 with a seal member, when the separator 5 or the channel is used, for example, as shown in FIG.
Another method is to sandwich the seal member 14 between the fuel electrode 2 and the separator 5 serving also as a channel so as to be located on the side surface of the electrolyte plate 1. In this case, if the seal member 14 has electronic conductivity, a short circuit occurs between the fuel electrodes 2 and an output cannot be obtained. Therefore, the seal member 14 is made of an insulating material. Note that the seal member 14 does not necessarily have to be sandwiched between the fuel electrode 2 and the channel / cumulative separator 5, but may be sandwiched between the fuel electrode 2 or only the side surface of the oxidizer electrode 3. You can also

【0101】また、セパレータやチャンネル等を用いな
い場合には、例えば図8に示すように、燃料極2間に同
様なシール部材14を挟むことにより、酸化剤極3の側
面をシ−ル部材で覆うことができる。この際、シール部
材14を酸化剤極3の側面のみに挟むこともできる。
When a separator or a channel is not used, the side surface of the oxidizer electrode 3 is sealed by sandwiching a similar seal member 14 between the fuel electrodes 2 as shown in FIG. Can be covered with. At this time, the seal member 14 may be sandwiched only on the side surface of the oxidizer electrode 3.

【0102】ところで、起電部4を積層したスタック6
(13)では、起電部4間の電気的な接触を確保するた
め、スタック6(13)を締め付けなければならない。
この場合、上記シール部材14をゴム弾性を有する材料
で構成することにより、換言すれば起電部4を締め付け
た際に、起電部4部品やチャンネル兼用セパレータ5
(以下、スタック構成部品と記す)間に挟んだシール部
材14がゴム弾性的に変形することにより、上記した電
気的な接触を確実に得ることができると共に、液体燃料
のシール効果を得ることができる。
By the way, a stack 6 in which the electromotive sections 4 are laminated
In (13), the stack 6 (13) must be tightened in order to secure electrical contact between the electromotive sections 4.
In this case, the sealing member 14 is made of a material having rubber elasticity, in other words, when the electromotive section 4 is tightened, the parts of the electromotive section 4 and the channel-cum-separator 5 are used.
By elastically deforming the seal member 14 sandwiched between (hereinafter, referred to as stack constituent parts) rubber, it is possible to surely obtain the above electrical contact and obtain a liquid fuel sealing effect. it can.

【0103】すなわち、スタック構成部品間に挟む材料
が変形しない剛体材料の場合、この剛体材料の厚さがそ
れにより覆われるスタック構成部品の厚さより薄けれ
ば、スタック構成部品と剛体材料との間に隙間ができる
ため、液体燃料のシールはできない。逆に、剛体材料の
厚さがそれにより覆われるスタック構成部品の厚さより
厚ければ、スタック6(13)を締め付けても、酸化剤
極3や電解質板1等の間に隙間ができて、電気的な接触
が確保できなくなる。原理的には、上記した厚さが同じ
であれば、電気的な接触と液体燃料のシールの両立は可
能であるが、実際には起電部4部品の厚さを厳密に一定
にすることは困難である。
That is, in the case where the material sandwiched between the stack constituent parts is a rigid material which does not deform, if the thickness of this rigid material is smaller than the thickness of the stack constituent part covered by it, the space between the stack constituent parts and the rigid material is reduced. Liquid fuel cannot be sealed because there is a gap. On the contrary, if the thickness of the rigid material is thicker than the thickness of the stack component covered by it, even if the stack 6 (13) is tightened, a gap is created between the oxidizer electrode 3 and the electrolyte plate 1, etc. The electrical contact cannot be secured. In principle, if the above-mentioned thickness is the same, it is possible to achieve both electrical contact and liquid fuel sealing, but in practice, the thickness of the electromotive section 4 components should be kept strictly constant. It is difficult.

【0104】これに対して、スタック構成部品間に挟む
シール部材14にゴム弾性を持たせることにより、スタ
ック6(13)を締め付けた際にシール部材14の変形
で、スタック構成部品の厚さとシール部材14の厚さの
差を吸収させることができる。これにより、電気的な接
触と液体燃料のシール性を確実に得ることとが可能とな
る。ゴム弾性材料としては、例えば生ゴムやテフロン製
のゴム等、ゴム弾性を発揮するものであれば種々の材料
を使用することができる。
On the other hand, by providing the seal member 14 sandwiched between the stack constituent parts with rubber elasticity, the seal member 14 is deformed when the stack 6 (13) is tightened, and the thickness and the seal of the stack constituent parts are reduced. The difference in thickness of the member 14 can be absorbed. This makes it possible to ensure electrical contact and liquid fuel sealing performance. As the rubber elastic material, various materials can be used as long as they exhibit rubber elasticity, such as raw rubber and Teflon rubber.

【0105】また、上述したようにスタック構成部品間
にシール部材14を挟む場合、酸化剤極3への液体燃料
の侵入をさらに確実に防止するためには、図9に示すよ
うに、酸化剤極3とシール部材14との間に隙間15を
形成し、シール部材14と酸化剤極3とが直接接しない
ような構成とすることが効果的である。これにより、万
一シールの不具合部から液体燃料が洩れた際にも、液体
燃料が直接酸化剤極3に引き込まれるのを避けることが
できる。さらに、液体燃料の酸化剤極3への混入防止を
確実にするには、酸化剤極3の側面の孔を塞ぐことであ
る。
Further, when the seal member 14 is sandwiched between the stack components as described above, in order to prevent the liquid fuel from entering the oxidizer electrode 3 more reliably, as shown in FIG. It is effective to form a gap 15 between the electrode 3 and the seal member 14 so that the seal member 14 and the oxidant electrode 3 do not come into direct contact with each other. As a result, even if the liquid fuel leaks from the defective portion of the seal, it is possible to prevent the liquid fuel from being directly drawn into the oxidant electrode 3. Further, in order to ensure that the liquid fuel is prevented from entering the oxidant electrode 3, it is necessary to close the hole on the side surface of the oxidant electrode 3.

【0106】なお、酸化剤極3の液体燃料導入路10と
反対側の側面は、ゴム弾性を有するシール部材を必ずし
も設ける必要はなく、絶縁性の電池収納部材の一部をシ
ール材として兼用してもよい。この場合、酸化剤極3へ
の液体燃料の侵入を防ぐ観点から、少なくとも酸化剤極
3の端部と電池収納部材との間に隙間を設けることが好
ましい。
It is not always necessary to provide a seal member having rubber elasticity on the side surface of the oxidizer electrode 3 opposite to the liquid fuel introduction passage 10, and a part of the insulative battery accommodating member also serves as a seal member. May be. In this case, from the viewpoint of preventing the liquid fuel from entering the oxidant electrode 3, it is preferable to provide a gap at least between the end of the oxidant electrode 3 and the battery housing member.

【0107】ところで、図1ないし図9においては、燃
料極2、電解質板1および酸化剤極3が平面で接してい
る場合を示したが、電池面積を大きくするために、それ
ぞれの接触面を曲線状としてもよい。図10には、燃料
極2と電解質板1との接触面が波状である場合を示す。
波状面は、燃料極2と電解質板1との接触面、もしくは
酸化剤極3と電解質板1との接触面の少なくとも一方に
形成されていればよいが、電池反応の観点からは燃料極
2と電解質板1との接触面が波形をしていることがより
好ましい。
1 to 9, the case where the fuel electrode 2, the electrolyte plate 1 and the oxidizer electrode 3 are in contact with each other on a plane is shown. However, in order to increase the cell area, the respective contact surfaces are It may be curved. FIG. 10 shows a case where the contact surface between the fuel electrode 2 and the electrolyte plate 1 is wavy.
The corrugated surface may be formed on at least one of the contact surface between the fuel electrode 2 and the electrolyte plate 1 or the contact surface between the oxidizer electrode 3 and the electrolyte plate 1, but from the viewpoint of cell reaction, the fuel electrode 2 It is more preferable that the contact surface between the electrolyte plate 1 and the electrolyte plate 1 is corrugated.

【0108】また、本発明の燃料電池においては、さら
に燃料極の電解質板と接する面に、垂直方向の溝を設け
ることにより、燃料極での液体燃料の分解反応により生
じた二酸化炭素を効率よく排出させることができる。
Further, in the fuel cell of the present invention, by further providing a groove in the vertical direction on the surface of the fuel electrode in contact with the electrolyte plate, carbon dioxide generated by the decomposition reaction of the liquid fuel at the fuel electrode can be efficiently produced. Can be discharged.

【0109】本発明の燃料電池においては、前述したよ
うに、スタック6(13)は起電部4間の電気的な接触
を確保するために締め付けなければならない。この締め
付けには、従来の燃料電池と同様な方法を適用すること
も可能であるが、図11に示すようにスタック16を、
絶縁性を示しかつゴム弾性を有する材料で形成した電池
締め付け部材17で締め付けるような構成とすることも
可能である。このような電池締め付け部材17を用いる
ことにより、スタック16の締め付けを容易にかつ確実
に行うことが可能となる。
In the fuel cell of the present invention, as described above, the stack 6 (13) must be clamped to secure the electrical contact between the electromotive sections 4. A method similar to that of a conventional fuel cell can be applied to this tightening, but as shown in FIG.
It is also possible to adopt a structure in which the battery is tightened by the battery tightening member 17 which is made of a material having insulating properties and rubber elasticity. By using such a battery tightening member 17, it becomes possible to tighten the stack 16 easily and reliably.

【0110】上記したように電池締め付け部材17を用
いる際、その内寸法はスタック16を締め付けるため
に、スタック16の外寸法より小さくする。そして、電
池締め付け部材17を広げ、その中にスタック16を挿
入した後、電池締め付け部材17を広げている力を解放
し、ゴム弾性材料の復元力でスタック16を締め付け
る。この場合、液体燃料導入路10は、図11に示すよ
うに、電池締め付け部材17に設けてもよいし、電池締
め付け部材17とは別部品として形成することも可能で
ある。
When the battery tightening member 17 is used as described above, the inner size thereof is smaller than the outer size of the stack 16 in order to tighten the stack 16. Then, after expanding the battery tightening member 17 and inserting the stack 16 therein, the force for expanding the battery tightening member 17 is released, and the stack 16 is tightened by the restoring force of the rubber elastic material. In this case, the liquid fuel introduction passage 10 may be provided in the battery tightening member 17 as shown in FIG. 11, or may be formed as a separate component from the battery tightening member 17.

【0111】ところで、上記したゴム弾性を示す材料で
形成した電池締め付け部材17は、前述の各実施例で示
したメタノール燃料電池に限らず、各種の燃料電池に使
用することができる。ただし、ゴム弾性材料の耐熱温度
が燃料電池の運転温度以上であることが適用条件とな
る。このようなことから、一般的な耐熱性ゴム材料を使
用する場合には、上述したメタノール燃料電池をはじめ
として、例えばリン酸型燃料電池、固体高分子電解質型
燃料電池、アルカリ性電解液型燃料電池、ヒドラジン燃
料電池等に適用することが可能である。また、ゴム弾性
を示す材料としては各種のゴムに限らず、金属製スプリ
ング等を用いることも可能である。このような場合に
は、溶融炭酸塩型燃料電池や固体電解質型燃料電池等に
も適用することができる。
By the way, the cell fastening member 17 formed of the above-mentioned material exhibiting rubber elasticity can be used not only for the methanol fuel cell shown in each of the above-mentioned embodiments but also for various fuel cells. However, the applicable condition is that the heat resistant temperature of the rubber elastic material is equal to or higher than the operating temperature of the fuel cell. For this reason, when using a general heat resistant rubber material, for example, the above-mentioned methanol fuel cell, for example, a phosphoric acid fuel cell, a solid polymer electrolyte fuel cell, an alkaline electrolyte fuel cell It can be applied to hydrazine fuel cells and the like. Further, the material exhibiting rubber elasticity is not limited to various kinds of rubber, and a metal spring or the like can be used. In such a case, it can be applied to a molten carbonate fuel cell, a solid oxide fuel cell, and the like.

【0112】上述したゴム弾性を示す材料で形成した電
池締め付け部材を、一般的な燃料電池に適用する場合に
は、例えば図12に示すように、燃料極、酸化剤極およ
びこれら両電極に挟持された電解質板、さらに必要に応
じてガスチャンネルを有する起電部(セル)を、必要に
応じてセパレータを介して複数積層したスタック18の
周囲を、上述した実施例と同様に、ゴム弾性を示す材料
で形成した電池締め付け部品19で締め付ける。
When the cell tightening member formed of the above-mentioned material exhibiting rubber elasticity is applied to a general fuel cell, for example, as shown in FIG. 12, it is sandwiched between the fuel electrode, the oxidizer electrode and both of these electrodes. In the same manner as in the above-described embodiment, the periphery of the stack 18 in which a plurality of electrolyzed plates and, if necessary, electromotive parts (cells) having gas channels are laminated with a separator interposed between them is provided with rubber elasticity. Tighten with the battery tightening component 19 formed of the material shown.

【0113】図12では、スタック18の4周囲から電
池締め付け部品19で均一に締め付けた例を示したが、
締め付け力は少なくともスタック18の積層方向に加わ
るような構成であればよい。すなわち、スタック18を
締め付ける本来の目的は、各電池部品間の接触をよく
し、部品間の接触抵抗に起因する電気抵抗を極力小さく
することにあるため、その締め付け力は少なくともスタ
ック18の積層方向に加わっていればよい。そこで、図
13に示すように、スタック18の積層方向にゴム弾性
部品20aを設けた電池締め付け部品20等を用いるこ
とも可能である。
FIG. 12 shows an example in which the battery tightening parts 19 are uniformly tightened from the four periphery of the stack 18,
It is sufficient that the tightening force is applied at least in the stacking direction of the stack 18. That is, since the original purpose of tightening the stack 18 is to improve the contact between the battery components and to minimize the electric resistance caused by the contact resistance between the components, the tightening force is at least the stacking direction of the stack 18. You just have to join. Therefore, as shown in FIG. 13, it is also possible to use a battery fastening component 20 or the like in which a rubber elastic component 20a is provided in the stacking direction of the stack 18.

【0114】図12に示したように、スタック18の外
周面全てをゴム弾性材料で覆う場合には、電池締め付け
部品19は断熱材としても機能する。また、図13に示
したように、スタック18の側面の一部を開放するよう
な電池締め付け部品20の場合には、その開放部20b
から電池反応で生じた熱を外部に逃がすことができる。
これらは、燃料電池の使用形態に応じて選択することが
でき、例えば初期の稼働性の向上を図る場合や、燃料電
池からの放熱が周囲の部品等に対して悪影響を及ぼすよ
うな場合には、図12に示したような電池締め付け部品
19が好適である。また、過度の蓄熱が燃料電池に悪影
響を及ぼすような場合には、図13に示したような電池
締め付け部品20が好適である。なお、図12に示した
ような電池締め付け部品19を用いる場合には、別途燃
料電池の冷却機構を設けて使用することもできる。
As shown in FIG. 12, when the entire outer peripheral surface of the stack 18 is covered with a rubber elastic material, the battery fastening component 19 also functions as a heat insulating material. Further, as shown in FIG. 13, in the case of the battery fastening component 20 in which a part of the side surface of the stack 18 is opened, the open portion 20b thereof is provided.
The heat generated by the battery reaction can be released to the outside.
These can be selected according to the usage pattern of the fuel cell. For example, when improving the initial operability or when the heat radiation from the fuel cell adversely affects the surrounding parts and the like. A battery fastening component 19 as shown in FIG. 12 is suitable. Further, when excessive heat storage adversely affects the fuel cell, the cell fastening component 20 as shown in FIG. 13 is suitable. When using the battery tightening component 19 as shown in FIG. 12, a cooling mechanism for the fuel cell may be separately provided and used.

【0115】また、図12や図13に示した電池締め付
け部品19、20を用いる場合に、スタック18の面方
向の締め付け力が大きすぎると、スタック18の角部に
過度の力が加わり、角部が損傷を受ける可能性がある。
このため、基本的にはスタック18の面方向への力で、
角部が損傷しない範囲に締め付け力を調整する必要があ
るが、スタック18の角部を剛性材料で覆った後、電池
締め付け部品19、20で締め付けることが好ましい。
特に、図14に示すように、スタック18より大面積の
剛性部材21を、スタック18の積層方向の両端面に設
置し、その上からゴム弾性材料からなる電池締め付け部
品19(20)で締め付けることによって、スッタク1
8の各角部18aにかかる力をほとんど無視できる程度
にまで低減することができる。なお、剛性材料がセル間
を短絡させるような構造の場合、例えば剛性材料がスタ
ック18の角部を囲むように折り込んだ構造の場合に
は、スッタク18との間で絶縁を図る必要がある。ただ
し、剛性材料を電気の取り出し板と兼用する場合には、
導電性の1枚板であることが好ましい。
When the battery tightening components 19 and 20 shown in FIGS. 12 and 13 are used and the tightening force in the plane direction of the stack 18 is too large, excessive force is applied to the corners of the stack 18 and The parts may be damaged.
Therefore, basically, the force in the plane direction of the stack 18
Although it is necessary to adjust the tightening force within a range where the corners are not damaged, it is preferable to cover the corners of the stack 18 with a rigid material and then tighten the battery tightening parts 19 and 20.
In particular, as shown in FIG. 14, a rigid member 21 having a larger area than the stack 18 is installed on both end faces of the stack 18 in the stacking direction, and is tightened with a battery tightening component 19 (20) made of a rubber elastic material. By Sutaku 1
It is possible to reduce the force applied to each corner portion 18a of No. 8 to the extent that it can be almost ignored. If the rigid material has a structure that short-circuits the cells, for example, if the rigid material is folded so as to surround the corners of the stack 18, it is necessary to insulate the stack 18 from the cells. However, when the rigid material is also used as the electrical take-out plate,
It is preferably a single conductive plate.

【0116】電池締め付け部品の構造としては、図12
や図13に示したものに限らず、上述したように、少な
くともスタックの積層方向をゴム弾性で締め付けられる
構造であればよく、例えば図15や図16に示すよう
に、ゴム弾性材料と剛性材料とを組み合わせて電池締め
付け部品を構成することも可能である。
FIG. 12 shows the structure of the battery tightening component.
13 and not limited to that shown in FIG. 13 as long as it has a structure in which at least the stacking direction of the stack can be tightened by rubber elasticity as described above. For example, as shown in FIG. 15 and FIG. It is also possible to form a battery tightening component by combining and.

【0117】図15は、スタック18の積層方向の両端
面にそれぞれ剛性部材22を配置し、これら剛性部材2
2間を、スタック18の側面を覆うようなゴム弾性部品
23で接続すると共に、スタック18を積層方向に締め
付けた構造を示している。また、図16は、スタック1
8の積層方向の両端面にそれぞれ剛性部材22を配置
し、これら剛性部材22を含めた周囲を帯状のゴム弾性
部品24で締め付けた構造を示している。このように、
ゴム弾性材料と剛性材料との組み合わせは、少なくとも
スタックの積層方向がゴム弾性で締め付けられていれば
よく、各種の組み合わせを使用することができる。
In FIG. 15, the rigid members 22 are arranged on both end faces of the stack 18 in the stacking direction.
A structure is shown in which the two are connected by a rubber elastic component 23 that covers the side surface of the stack 18 and the stack 18 is tightened in the stacking direction. 16 shows the stack 1
8 shows a structure in which rigid members 22 are arranged on both end faces in the stacking direction of 8, and the periphery including these rigid members 22 is fastened with a rubber elastic member 24 in a band shape. in this way,
As for the combination of the rubber elastic material and the rigid material, it is sufficient that at least the stacking direction of the stack is clamped by the rubber elasticity, and various combinations can be used.

【0118】上述したような各種の電池締め付け部品
は、スタック18が外部マニホールド方式であればマニ
ホールドの上から締め付けてもよい。この場合、図11
に示したように、電池締め付け部品の一部をマニホール
ドと兼用することもできる。
The various battery tightening components described above may be tightened from above the manifold if the stack 18 is an external manifold type. In this case, FIG.
As shown in, a part of the battery fastening component can also be used as the manifold.

【0119】また、上述した各種の電池締め付け部品
は、スタックを締め付けるために、少なくともスタック
の積層方向に対応する内寸法を、スタックの積層方向外
寸法より小さくする必要があり、実際に締め付けを行う
場合には、電池締め付け部品を一旦広げ、その中にスタ
ックを挿入した後、電池締め付け部品を広げている力を
解放しなければならない。この際、電池締め付け部品を
広げ、かつスタック挿入後に力を解放することを容易に
するために、図17に示すように、電池締め付け部品2
5の内側4隅に広げるための切り欠き25aを設けてお
くことが好ましい。上記した4隅の切り欠き25aに電
池締め付け部品25を広げるための棒を差し込み、力を
解放した後に棒を引き抜くことによって、容易にスタッ
クを締め付けることが可能となる。また、図14に示し
たように、スタック18より大面積の剛性部材21を両
端面に設置し、電池締め付け部品19とスタック18と
の間に形成される空間を利用して、電池締め付け部品1
9を広げると共に、力の解放を容易にすることもでき
る。
In order to tighten the stack, the various battery tightening components described above require at least the inner dimension corresponding to the stacking direction of the stack to be smaller than the outer dimension of the stack in the stacking direction. In some cases, the battery fastening components must be unrolled once, the stack inserted therein and then the force unfolding the battery fastening components must be released. At this time, as shown in FIG. 17, the battery tightening parts 2 are provided to facilitate the spreading of the battery tightening parts and the release of the force after the stack is inserted.
It is preferable to provide notches 25a for widening at the inner four corners of No. 5. The stack can be easily tightened by inserting a rod for expanding the battery tightening component 25 into the notches 25a at the four corners described above, releasing the force, and then pulling out the rod. In addition, as shown in FIG. 14, the rigid members 21 having a larger area than the stack 18 are installed on both end surfaces, and the space formed between the battery fastening component 19 and the stack 18 is utilized to make the battery fastening component 1
9 can be widened and the release of force can be facilitated.

【0120】なお、上述した電池締め付け部品に用いる
ゴム弾性材料としては、絶縁性を有すると共に、スタッ
クの積層方向に必要な締め付け力が得られるものであれ
ば、種々のゴム材料を用いることができ、例えば生ゴム
やテフロン製ゴムが例示される。また、燃料電池の種類
によって、耐熱性、耐酸性や耐アルカリ性を有するゴム
材料を使用する。
Various rubber materials can be used as the rubber elastic material used for the above-mentioned battery tightening component as long as it has insulation properties and can obtain a necessary tightening force in the stacking direction of the stack. Examples include raw rubber and Teflon rubber. A rubber material having heat resistance, acid resistance, and alkali resistance is used depending on the type of fuel cell.

【0121】上述したようなゴム弾性でスタックの少な
くとも積層方向を締め付ける電池締め付け部品を用いる
ことによって、従来のボルト締め方式等に比べて、締め
付け作業が容易になり、かつ締め付け部品自体の小形、
軽量化を図ることができるため、燃料電池の小形化に大
きく寄与する。また、締め付け力を容易に調整すること
ができるため、各種の燃料電池に対する対応が容易であ
る。
By using the battery tightening component that tightens at least the stacking direction of the stack with the rubber elasticity as described above, the tightening work becomes easier than the conventional bolt tightening method, and the tightening component itself has a small size.
Since the weight can be reduced, it greatly contributes to downsizing of the fuel cell. Further, since the tightening force can be easily adjusted, it is easy to deal with various fuel cells.

【0122】また、本発明の燃料電池は、前述したよう
に燃料極2および酸化剤極3における触媒層の有無等に
限定されるものではないが、毛管力で燃料極2に液体燃
料を供給する構成であるため、燃料極2側の酸化反応の
効率を高めると共に、生成するプロトンの移動性を高め
ることが好ましい。このような要求を満たす方法として
は、例えば燃料極2を、耐熱耐酸性の担持体上に概ね互
いに重ならないで島状に燃料酸化触媒を存在させ、少な
くとも燃料酸化触媒の表面に耐熱耐酸性のプロトン伝導
性物質を存在させた燃料酸化触媒粒子で構成する方法が
挙げられる。
Further, the fuel cell of the present invention is not limited to the presence or absence of the catalyst layer in the fuel electrode 2 and the oxidizer electrode 3 as described above, but the liquid fuel is supplied to the fuel electrode 2 by the capillary force. Therefore, it is preferable to increase the efficiency of the oxidation reaction on the side of the fuel electrode 2 and increase the mobility of the generated protons. As a method of satisfying such a requirement, for example, the fuel electrode 2 is made to exist on a heat- and acid-resistant carrier in the form of island-shaped fuel oxidation catalysts that do not substantially overlap with each other, and at least the surface of the fuel oxidation catalyst is heat- and acid-resistant There is a method of forming the fuel oxidation catalyst particles in the presence of a proton conductive substance.

【0123】上述したような燃料酸化触媒粒子の具体例
としては、 (a) 耐熱耐酸性の担持体上に、概ね互いに重ならない
で島状に燃料酸化触媒を存在させ、少なくとも該燃料酸
化触媒の表面を耐熱耐酸性のプロトン伝導性薄膜で覆っ
た燃料酸化触媒粒子。
Specific examples of the fuel oxidation catalyst particles as described above include: (a) The fuel oxidation catalyst is present on the heat-resistant and acid-resistant carrier in an island shape without substantially overlapping each other. Fuel oxidation catalyst particles whose surface is covered with a heat-resistant and acid-resistant proton conductive thin film.

【0124】(b) 耐熱耐酸性の担持体上に、概ね互い
に重ならないで島状に燃料酸化触媒を存在させ、少なく
とも該燃料酸化触媒の表面を耐熱耐酸性を有する高分子
ネットワークでプロトン伝導性物質を保持させた薄膜で
覆った燃料酸化触媒粒子等が例示される。
(B) A fuel oxidation catalyst is present in an island shape on a heat- and acid-resistant support substantially not overlapping with each other, and at least the surface of the fuel oxidation catalyst is proton-conductive with a polymer network having heat and acid resistance. Examples include fuel oxidation catalyst particles covered with a thin film holding a substance.

【0125】上記 (a)および (b)のいずれにおいても、
燃料極2は基本的には、燃料酸化触媒を担持したカーボ
ン粒子やTiカーバイド等からなる担持体の多孔質体によ
って構成される。具体的には、上記燃料酸化触媒を担持
した担持体からなる燃料酸化触媒粒子を、ポリテトラフ
ルオロエチレンのような疎水性樹脂結合剤により保持し
た多孔質体によって構成する。そして、上記燃料酸化触
媒粒子が上記 (a)および (b)のいずれかの薄膜で覆われ
ているものである。上記燃料酸化触媒としては貴金属触
媒、例えばPt、Pd等の白金族金属と共に、Pt−R
u合金、Pt−Au合金、Pt−Sn合金、Pt−Re
合金、Pt−Mo合金、Pt−Ti合金等を用いること
ができる。
In each of the above (a) and (b),
The fuel electrode 2 is basically composed of a porous body of a carrier made of carbon particles carrying a fuel oxidation catalyst, Ti carbide, or the like. Specifically, the fuel oxidation catalyst particles composed of a carrier carrying the above fuel oxidation catalyst are constituted by a porous body held by a hydrophobic resin binder such as polytetrafluoroethylene. The fuel oxidation catalyst particles are covered with the thin film of any one of (a) and (b). The fuel oxidation catalyst may be a Pt-R together with a precious metal catalyst, for example, a platinum group metal such as Pt or Pd.
u alloy, Pt-Au alloy, Pt-Sn alloy, Pt-Re
Alloys, Pt-Mo alloys, Pt-Ti alloys and the like can be used.

【0126】上記 (a)の燃料酸化触媒粒子は、図18に
示すように、カーボン粒子やTiカーバイド等の耐熱耐
酸性を有する導電性粒子からなる担持体粒子26の表面
に、上記したような燃料酸化触媒27を島状に存在さ
せ、この燃料酸化触媒27および担持体粒子26の表面
を耐熱耐酸性のプロトン伝導性薄膜28で覆ったもので
ある。プロトン伝導性薄膜28は、少なくとも燃料酸化
触媒27の表面を覆っていれば効果は得られるが、図1
8に示すように、担持体粒子26の表面を含めて全体を
プロトン伝導性薄膜28で覆うことによって、担持体粒
子26の腐食をも防止することができ、長寿命化を図る
ことが可能となる。
As shown in FIG. 18, the fuel oxidation catalyst particles of the above (a) are formed on the surface of the carrier particles 26 made of conductive particles having heat and acid resistance such as carbon particles and Ti carbide as described above. The fuel oxidation catalyst 27 is present in an island shape, and the surfaces of the fuel oxidation catalyst 27 and the carrier particles 26 are covered with a heat conductive and acid resistant proton conductive thin film 28. If the proton conductive thin film 28 covers at least the surface of the fuel oxidation catalyst 27, the effect can be obtained.
As shown in FIG. 8, by covering the entire surface of the carrier particles 26 with the proton conductive thin film 28, it is possible to prevent the carrier particles 26 from being corroded, and it is possible to extend the life. Become.

【0127】上記したプロトン伝導性薄膜28は、耐熱
耐酸性の材料であれば有機材料、無機材料を問わない。
その中でも、有機系の含フッ素高分子を骨格とするイオ
ン交換樹脂、例えばパーフルオロカーボンスルフォン酸
樹脂が好適である。また、プロトン伝導性薄膜28の膜
厚は、1μm 以下とすることが好ましい。膜厚があまり
厚いと、逆に反応を阻害する可能性がある。燃料酸化触
媒の表面をプロトン伝導性薄膜で覆う方法としては、上
記したようなイオン交換樹脂を溶液化し、これを被覆す
る方法が一般的であり、かつ簡便である。中でも厚さ1
μm 以下の極めて薄く、かつ均一な薄膜を形成する方法
として、溶液化したイオン交換樹脂を用いた電解被覆法
が優れている。
The above-mentioned proton conductive thin film 28 may be an organic material or an inorganic material as long as it is a heat and acid resistant material.
Among them, an ion exchange resin having an organic fluorine-containing polymer as a skeleton, for example, a perfluorocarbon sulfonic acid resin is preferable. The thickness of the proton conductive thin film 28 is preferably 1 μm or less. If the film thickness is too large, the reaction may be adversely affected. As a method for covering the surface of the fuel oxidation catalyst with a proton conductive thin film, a method of dissolving the ion exchange resin as described above and coating the same is common and simple. Above all, thickness 1
An electrolytic coating method using a solutionized ion exchange resin is excellent as a method for forming an extremely thin and uniform thin film having a thickness of μm or less.

【0128】また、上記 (b)の燃料酸化触媒粒子は、図
19に示すように、上記 (a)と同様な担持体粒子26の
表面に島状に存在させた燃料酸化触媒27および担持体
粒子26の表面を、耐熱耐酸性を有する高分子ネットワ
ーク29内にプロトン伝導性物質30を保持させた薄膜
31で覆ったものである。
Further, as shown in FIG. 19, the fuel oxidation catalyst particles of (b) above are the same as those of (a) above, but the fuel oxidation catalyst 27 and the carrier particles are present on the surface of the carrier particles 26 in the form of islands. The surface of the particle 26 is covered with a thin film 31 in which a proton conductive material 30 is held in a polymer network 29 having heat and acid resistance.

【0129】上記した高分子ネットワーク29として
は、耐熱耐酸性を有すると共に、担持体や燃料酸化触媒
との結合力に優れるものであれば種々の高分子材料を用
いることができる。担持体や燃料酸化触媒との結合力を
考慮すると、特に電解重合によるポリアニリン、ポリピ
ロール、ポリフェニレンサルファイド等が好適である。
また、この高分子ネットワーク29中に保持されるプロ
トン伝導性物質30は、耐熱耐酸性の材料であれば種々
の材料を用いることができ、例えばプロトン伝導性を有
するモノマーやポリマーが用いられる。プロトン伝導性
モノマーとしては、例えばトリフルオロメタンスルホン
酸、テトラフルオロエタンジスルホン酸等のフッ素化ス
ルホン酸の誘導体、(HO)2 OP (CF2 ) PO(OH)2 、(HO)2
OP (CF22 PO(OH)2 等のフッ素化二リン酸の誘導体、
(CF3 SO2 CH2 SO2 CF2 CF2 2、CF3 SO2 NHSO2 C4 F
9 等のフッ素化スルホニル酸の誘導体が例示される。ま
た、同様な性質を有するプロトン伝導性ポリマーとして
は、有機系の含フッ素高分子を骨格とするイオン交換樹
脂、例えばパーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂等が
例示される。実際上は、ナフィオン117(商品名、デュポ
ン社製)やDOW膜(商品名、ダウ・ケミカル社製)等
を溶液化し、これに含まれるポリマー分子を高分子ネッ
トワークに保持させることによって用いる。
As the polymer network 29 described above, various polymer materials can be used as long as they have heat and acid resistance and are excellent in the binding force with the carrier and the fuel oxidation catalyst. Considering the binding force with the carrier and the fuel oxidation catalyst, polyaniline, polypyrrole, polyphenylene sulfide, etc. obtained by electrolytic polymerization are particularly preferable.
As the proton conductive substance 30 held in the polymer network 29, various materials can be used as long as they are heat and acid resistant materials, and for example, a monomer or polymer having proton conductivity is used. Examples of the proton conductive monomer include trifluoromethanesulfonic acid, derivatives of fluorinated sulfonic acid such as tetrafluoroethanedisulfonic acid, (HO) 2 OP (CF 2 ) PO (OH) 2 and (HO) 2
Fluorinated diphosphoric acid derivatives such as OP (CF 2 ) 2 PO (OH) 2 ,
(CF 3 SO 2 CH 2 SO 2 CF 2 CF 2 ) 2 , CF 3 SO 2 NHSO 2 C 4 F
Derivatives of fluorinated sulfonyl acids such as 9 are exemplified. In addition, examples of the proton conductive polymer having similar properties include ion exchange resins having an organic fluorine-containing polymer as a skeleton, such as perfluorocarbon sulfonic acid resin. Practically, Nafion 117 (trade name, manufactured by DuPont), DOW membrane (trade name, manufactured by Dow Chemical Co., Ltd.) and the like are used as a solution, and polymer molecules contained therein are retained in a polymer network for use.

【0130】このような高分子ネットワーク29でプロ
トン伝導性物質30を保持した薄膜31の形成方法とし
ては、上述したように電解重合を用いることが好まし
い。例えば、燃料酸化触媒を担持する担持体により、多
孔質状の電極基体を作製し、これを電解重合の一方の電
極として、高分子ネットワーク材料およびプロトン伝導
性物質を含む電解浴中に投入し、上記電極と対極間に通
電して電解重合を行う。これにより、プロトン伝導性物
質を内部に取り込みつつ高分子ネットワークが形成さ
れ、かつそのような物質が電極基体内に取り込まれる。
このような電解重合によって、担持体上の燃料酸化触媒
表面は、高分子ネットワークでプロトン伝導性物質を保
持する薄膜によって覆われる。この際、電解重合はパル
ス状の電流を流して行うことが好ましい。これにより、
電極基体のμm オーダーの微細孔内に、効率よくプロト
ン伝導性物質を保持する高分子ネットワークを取り込ま
せることができる。なお、プロトン伝導性物質は、燃料
電池の電解質中に予め添加しておき、電池反応時に高分
子ネットワーク中に取り込ませることもできる。また、
膜厚は流す電気量で制御可能であり、上記 (a)における
プロトン伝導性薄膜28と同程度とすることが好まし
い。上述したような燃料極を用いた燃料電池では、図2
0に示すように、燃料極中の燃料酸化触媒27の表面を
覆う耐熱耐酸性のプロトン伝導性薄膜28や耐熱耐酸性
を有する高分子ネットワーク内にプロトン伝導性物質を
保持させた薄膜31が、液体燃料の酸化反応により生成
したプロトン(H+ )の移動通路として機能するため、
毛管現象で燃料極に引き込んだ液体燃料を高効率で反応
させることができ、燃料極の高性能化を図ることが可能
となる。さらに、プロトン伝導性を有する薄膜28、3
1中のプロトンの存在によって、燃料を例えばメタノー
ル+水系とすることが可能となる。よって、燃料電池構
成材料の耐酸性を考慮する必要がなくなりコスト低減に
寄与する。また、構成材料の寿命特性も向上する。ま
た、さらにプロトン伝導性を有する薄膜28、31が、
ナフィオン117で代表されるような含水性膜の場合に
は、燃料(例えばメタノール+水または希硫酸)を気体
として供給しても膜の吸水性により、燃料酸化触媒能を
発揮することができる。
As a method of forming the thin film 31 in which the proton conductive material 30 is held by the polymer network 29, it is preferable to use electrolytic polymerization as described above. For example, with a support carrying a fuel oxidation catalyst, a porous electrode substrate is prepared, which is used as one electrode of electrolytic polymerization, and placed in an electrolytic bath containing a polymer network material and a proton conductive substance, Electrolytic polymerization is carried out by energizing the electrode and the counter electrode. As a result, a polymer network is formed while incorporating the proton conductive substance therein, and such substance is incorporated into the electrode substrate.
By such electrolytic polymerization, the surface of the fuel oxidation catalyst on the support is covered with a thin film that holds the proton conductive material in the polymer network. At this time, electrolytic polymerization is preferably carried out by applying a pulsed electric current. This allows
It is possible to efficiently incorporate a polymer network that holds a proton conductive substance into the micrometer-order micropores of the electrode substrate. The proton conductive substance may be added to the electrolyte of the fuel cell in advance and incorporated into the polymer network during the cell reaction. Also,
The film thickness can be controlled by the amount of electricity flowing, and it is preferable that the film thickness is approximately the same as that of the proton conductive thin film 28 in (a) above. In the fuel cell using the fuel electrode as described above, as shown in FIG.
As shown in 0, the heat and acid resistant proton conductive thin film 28 covering the surface of the fuel oxidation catalyst 27 in the fuel electrode and the thin film 31 in which the proton conductive substance is held in the polymer network having heat and acid resistant are Since it functions as a transfer passage for protons (H + ) generated by the oxidation reaction of liquid fuel,
The liquid fuel drawn into the fuel electrode by the capillary phenomenon can be reacted with high efficiency, and the performance of the fuel electrode can be improved. Furthermore, the thin films 28 and 3 having proton conductivity.
The presence of protons in 1 allows the fuel to be, for example, a methanol + water system. Therefore, it is not necessary to consider the acid resistance of the fuel cell constituent material, which contributes to cost reduction. Also, the life characteristics of the constituent materials are improved. Further, the thin films 28 and 31 having further proton conductivity are
In the case of a water-containing membrane represented by Nafion 117, even if a fuel (for example, methanol + water or dilute sulfuric acid) is supplied as a gas, the water-absorbing ability of the membrane can exert the fuel oxidation catalytic ability.

【0131】次に、本発明の目的の第一である簡素化か
つ小形化された燃料電池の具体例およびその評価結果に
ついて述べる。
Next, specific examples of the simplified and miniaturized fuel cell, which is the first object of the present invention, and the evaluation results thereof will be described.

【0132】実施例1 図1に示した構成を有する液体燃料電池を、以下に示す
要領で作製した。まず、平均孔径が20μm の60mm×
50mmの多孔質体を燃料極2として用いると共に、平均
孔径が30μm の同形状の多孔質体を酸化剤極3として
用い、これらで電解質板1を挟持した。これらを、酸化
剤ガス供給溝7の形状が深さ0.7mm、幅10mmである
金属板製のチャンネル兼用セパレータ5を介して、積層
数が10となるように積層してスタック6を作製した。
なお、酸化剤極3の液体燃料導入路10と接する面の孔
は、研摩紙で研摩して塞いだ。また、液体燃料導入路1
0の形状は隙間1mmとした。
Example 1 A liquid fuel cell having the structure shown in FIG. 1 was produced in the following manner. First, 60 mm x with an average pore size of 20 μm
A porous body of 50 mm was used as the fuel electrode 2, and a porous body of the same shape having an average pore diameter of 30 μm was used as the oxidizer electrode 3, and the electrolyte plate 1 was sandwiched between them. These were laminated so that the number of laminated layers would be 10 with the oxidant gas supply groove 7 having a depth of 0.7 mm and a width of 10 mm and being made of a metal plate serving also as a channel 5 to form a stack 6. .
The holes on the surface of the oxidizer electrode 3 which contact the liquid fuel introduction passage 10 were polished and closed with abrasive paper. In addition, the liquid fuel introduction path 1
The shape of 0 had a gap of 1 mm.

【0133】このようにして得た液体燃料電池に、液体
燃料としてメタノールと希硫酸との混合液を導入したと
ころ、燃料極2全面に液体燃料が供給され、また空気も
円滑に流れ、良好に電池反応を進行させることができ
た。
When a liquid mixture of methanol and dilute sulfuric acid was introduced as a liquid fuel into the liquid fuel cell thus obtained, the liquid fuel was supplied to the entire surface of the fuel electrode 2, and the air also smoothly flowed, which was excellent. The battery reaction was able to proceed.

【0134】また、燃料極2となる多孔質体の内表面に
酸化被膜を設けて、同様に燃料電池を作製したところ、
より液体燃料の供給を円滑に行うことができ、さらに良
好に電池反応を進行させることができた。
Further, when an oxide film was provided on the inner surface of the porous body to be the fuel electrode 2, and a fuel cell was similarly prepared,
The liquid fuel could be supplied more smoothly, and the cell reaction could proceed more favorably.

【0135】酸化被膜の形成による毛管力の向上を測定
するために、以下の試験を行った。表面に酸化被膜を形
成した2枚の銅板を、両板の隙間が1mmとなるようにし
て模擬燃料導入路を作製し、これをメタノール中に浸漬
し、酸化被膜のない銅板の場合と比較した。その結果、
酸化被膜を有する銅板では、メタノールの上昇高さが酸
化被膜がない銅板の上昇高さの約5倍となった。また、
同じ距離までメタノールが上昇するまでの時間を測定し
たところ、酸化被膜を有する銅板は酸化被膜がない銅板
の約1/8であった。次に、平均孔径が20μm のニッ
ケル多孔質体の内表面に酸化被膜を形成した後、側面以
外の表面の酸化被膜を研摩で除去し、これをメタノール
中に浸漬して、メタノールの上昇高さが10mmの高さま
でメタノールが上昇するまでの時間とを測定した。その
結果、酸化被膜を有するNi多孔質体では、酸化被膜のな
いNi多孔質体に比べて、上昇高さは約3倍、時間は約1
/5であった。以上の試験結果から、毛管力の向上に酸
化被膜の形成が有効であることが分かる。
The following tests were conducted in order to measure the improvement in the capillary force due to the formation of the oxide film. Two copper plates with an oxide film formed on the surface were made into a simulated fuel introduction path so that the gap between both plates was 1 mm, and this was immersed in methanol, and compared with the case of a copper plate without an oxide film. . as a result,
In the copper plate having the oxide film, the rising height of methanol was about 5 times that of the copper plate having no oxide film. Also,
When the time required for methanol to rise to the same distance was measured, the copper plate having an oxide film was about 1/8 of the copper plate having no oxide film. Next, after forming an oxide film on the inner surface of the nickel porous body having an average pore diameter of 20 μm, the oxide film on the surfaces other than the side surfaces is removed by polishing, and this is immersed in methanol to raise the height of methanol. Was measured until the methanol rose to a height of 10 mm. As a result, in the Ni porous body having an oxide film, the rising height is about 3 times and the time is about 1 time as compared with the Ni porous body having no oxide film.
It was / 5. From the above test results, it can be seen that formation of an oxide film is effective for improving the capillary force.

【0136】さらに、上記液体燃料電池において、図9
に示すごとく燃料極2間に厚さ5mmのテフロンゴム製シ
ール部材14を配置すると共に、図11に示すごとくゴ
ム製の電池締め付け部材17でスタック6(16)を締
め付ける以外は、同様にして液体燃料電池を作製した。
この液体燃料電池に対しても、同様に液体燃料の供給を
行ったところ、酸化剤極3には液体燃料は侵入せず、シ
ール部材14の効果を確認することができた。また、ス
タック構成部品間には緩みもなく、電池締め付け部材1
7の有用性が確認できた。
Further, in the above liquid fuel cell, as shown in FIG.
As shown in FIG. 11, a Teflon rubber seal member 14 having a thickness of 5 mm is arranged between the fuel electrodes 2, and the stack 6 (16) is tightened by a rubber battery tightening member 17 as shown in FIG. A fuel cell was produced.
When liquid fuel was also supplied to this liquid fuel cell, the liquid fuel did not enter the oxidizer electrode 3, and the effect of the seal member 14 could be confirmed. Further, there is no looseness between the stack components, and the battery tightening member 1
The usefulness of 7 was confirmed.

【0137】実施例2 上記実施例1においては、チャンネル兼用セパレータ5
の燃料極側の面に、深さ0.5mm、幅0.5mmの液体燃
料供給溝12を設ける以外は、同様の液体燃料電池(図
3に示した燃料電池)を作製した。この液体燃料電池に
対しても、同様に液体燃料の導入を行ったところ、燃料
極2全面に液体燃料がスムーズに供給され、良好に電池
反応を進行させることができた。
Example 2 In the above Example 1, the separator 5 also serving as the channel was used.
A similar liquid fuel cell (fuel cell shown in FIG. 3) was prepared except that a liquid fuel supply groove 12 having a depth of 0.5 mm and a width of 0.5 mm was provided on the surface of the fuel electrode side. When liquid fuel was similarly introduced into this liquid fuel cell, the liquid fuel was smoothly supplied to the entire surface of the fuel electrode 2 and the cell reaction could proceed well.

【0138】実施例3 図4に示した構成を有する液体燃料電池を、以下に示す
要領で作製した。まず、平均孔径が20μm の60mm×
50mmの多孔質体に、深さ0.7mm、幅10mmの酸化剤
ガス供給溝7を形成すると共に、溝形成面の孔を研摩紙
で研摩して塞いで燃料極2とした。また、平均孔径が3
0μm の同形状の多孔質体の一側面の孔を研摩紙で研摩
して塞いで酸化剤極3とした。これらで電解質板1を挟
持し、積層数が10となるように積層してスタック13を
作製した。なお、液体燃料導入路10の形状は、隙間
1.5mmとした。
Example 3 A liquid fuel cell having the structure shown in FIG. 4 was produced in the following manner. First, 60 mm x with an average pore size of 20 μm
An oxidant gas supply groove 7 having a depth of 0.7 mm and a width of 10 mm was formed in a porous body of 50 mm, and the hole on the groove forming surface was polished with abrasive paper to close it to form a fuel electrode 2. The average pore size is 3
The pores on one side of the porous body having the same shape of 0 μm were polished with abrasive paper to close the pores, thereby forming an oxidizer electrode 3. The electrolyte plate 1 was sandwiched between these and laminated so that the number of laminated layers would be 10 to form a stack 13. The shape of the liquid fuel introduction passage 10 was set to a gap of 1.5 mm.

【0139】このようにして得た液体燃料電池に、液体
燃料としてメタノールと希硫酸との混合液を導入したと
ころ、燃料極2全面に液体燃料が供給され、また空気も
円滑に流れ、良好に電池反応を進行させることができ
た。
When a liquid mixture of methanol and dilute sulfuric acid was introduced as a liquid fuel into the liquid fuel cell thus obtained, the liquid fuel was supplied to the entire surface of the fuel electrode 2 and the air also smoothly flowed. The battery reaction was able to proceed.

【0140】また、実施例1と同様にして、酸化被膜の
効果およびシール部材14の効果を確認したところ、実
施例1と同様に良好な結果が得られた。さらに、酸化剤
極3に酸化剤ガス供給溝7を形成して、同様な液体燃料
電池(図5に示した燃料電池)を作製したところ、同様
な結果が得られた。
When the effect of the oxide film and the effect of the seal member 14 were confirmed in the same manner as in Example 1, good results were obtained as in Example 1. Further, when the same liquid fuel cell (fuel cell shown in FIG. 5) was produced by forming the oxidant gas supply groove 7 in the oxidant electrode 3, the same result was obtained.

【0141】次に、本発明における燃料酸化触媒の具体
例およびその評価結果について説明する。
Next, specific examples of the fuel oxidation catalyst in the present invention and the evaluation results thereof will be described.

【0142】実施例4 燃料酸化触媒の原材料として、100 m2 /gの比表面積
を有する熱処理済み導電性カーボンブラックVulcan XC-
72R(商品名、キャボット社製)に白金触媒を20重量%
担持させたものを用意した。この燃料酸化触媒原料の表
面に、パーフルオロカーボンスルフォン酸樹脂の一つで
あるナフィオン117(商品名、デュポン社製)を溶液
状にしたナフィオン溶液(ナフィオン117を低級アル
コールと水の混合溶媒に溶かしたもの、濃度約5重量
%)を透析することにより得られた希釈ナフィオン溶液
(濃度約0.01重量%)を用いて、膜厚約1μm のプ
ロトン伝導性薄膜を形成した(以下、修飾触媒と呼
ぶ)。
Example 4 As a raw material for a fuel oxidation catalyst, a heat-treated conductive carbon black Vulcan XC- having a specific surface area of 100 m 2 / g was used.
72R (trade name, manufactured by Cabot) with 20% by weight of platinum catalyst
The supported one was prepared. On the surface of this fuel oxidation catalyst raw material, Nafion 117 (trade name, manufactured by DuPont), which is one of the perfluorocarbon sulfonic acid resins, was dissolved into a Nafion solution (Nafion 117 was dissolved in a mixed solvent of lower alcohol and water). A diluted Nafion solution (concentration: about 0.01% by weight) obtained by dialysis of a substance (concentration: about 5% by weight) was used to form a proton conductive thin film having a thickness of about 1 μm (hereinafter referred to as a modification catalyst). Call).

【0143】上記した修飾触媒を、ポリテトラフルオロ
エチレン水系懸濁液TFE−30(商品名、デュポン社
製)中に超音波によって分散させた。次に、この混合懸
濁液に三塩化アルミニウムを添加して、綿状の塊を凝集
析出させた。この修飾触媒(乾燥重量基準で70%)と
ポリテトラフルオロエチレンとを含む綿状の混合塊を、
カーボンペーパー上に担持させ、プレス後乾燥させ、窒
素中300℃で20分間焼成して電極とした。得られた
電極は、電極単位面積(1cm2 )当たり1.5mgの白金
を含むように調整した。
The above modified catalyst was ultrasonically dispersed in a polytetrafluoroethylene aqueous suspension TFE-30 (trade name, manufactured by DuPont). Next, aluminum trichloride was added to this mixed suspension to coagulate and precipitate cotton-like lumps. A cotton-like mixed mass containing this modified catalyst (70% on a dry weight basis) and polytetrafluoroethylene,
It was carried on carbon paper, pressed and dried, and baked in nitrogen at 300 ° C. for 20 minutes to obtain an electrode. The obtained electrode was adjusted to contain 1.5 mg of platinum per unit area (1 cm 2 ) of the electrode.

【0144】このようにして得た燃料極を用い、かつ1
モル硫酸に1モルメタノールを加えた水溶液を液体燃料
として、60℃にて燃料極ハーフセル特性を測定した。
その結果、燃料極の限界電流密度は100 mA/cm2 と、
分極特性に優れ、高性能であることが確認できた。
Using the fuel electrode thus obtained, and
The fuel electrode half-cell characteristics were measured at 60 ° C. using an aqueous solution prepared by adding 1 mol methanol to mol sulfuric acid as a liquid fuel.
As a result, the limiting current density of the fuel electrode was 100 mA / cm 2 ,
It was confirmed that the polarization characteristics were excellent and the performance was high.

【0145】比較例1 実施例4と同様の燃料酸化触媒の原材料をプロトン伝導
性膜で覆うことなく、それ以外は実施例4と同様にして
燃料極を得た。得られた燃料極のハーフセル特性を実施
例4と同様にして測定したところ、燃料極の限界電流密
度は60 mA/cm2 であった。
Comparative Example 1 A fuel electrode was obtained in the same manner as in Example 4 except that the same raw material for the fuel oxidation catalyst as in Example 4 was not covered with the proton conductive membrane. When the half cell characteristics of the obtained fuel electrode were measured in the same manner as in Example 4, the limiting current density of the fuel electrode was 60 mA / cm 2 .

【0146】実施例5 実施例4と同一の燃料酸化触媒を用意し、この燃料酸化
触媒原料をポリテトラフルオロエチレン水系懸濁液TF
E−30(商品名、デュポン社製)中に超音波によって
分散させた。次に、この混合懸濁液に三塩化アルミニウ
ムを添加して、綿状の塊を凝集析出させた。この触媒原
料(乾燥重量基準で70%)とポリテトラフルオロエチ
レンとを含む綿状の混合塊を、カーボンペーパー上に担
持させ、プレス後乾燥させ、窒素中300℃で20分間
焼成して電極基体とした。
Example 5 The same fuel oxidation catalyst as in Example 4 was prepared, and this fuel oxidation catalyst raw material was used as a polytetrafluoroethylene aqueous suspension TF.
It was dispersed in E-30 (trade name, manufactured by DuPont) by ultrasonic waves. Next, aluminum trichloride was added to this mixed suspension to coagulate and precipitate cotton-like lumps. A cotton-like mixed mass containing this catalyst raw material (70% on a dry weight basis) and polytetrafluoroethylene was supported on carbon paper, dried after pressing, and baked in nitrogen at 300 ° C. for 20 minutes to prepare an electrode substrate. And

【0147】次に、上記電極基体を用いて、以下に示す
手順にしたがって電解重合を行い、高分子ネットワーク
内にプロトン伝導性モノマーが保持された薄膜を、触媒
の表面に形成した。なお、高分子ネットワークとしては
ポリアニリンを用い、またプロトン伝導性モノマーとし
てはトリフルオロメタンスルホン酸を用いた。まず、ア
ニリン1モル/1とトリフルオロメタンスルホン酸2モ
ル/1との混合液からなる電解重合液を収容した電解槽
内に、対極と上記電極基体を動作電極として投入した。
電解重合液の温度を0℃に保ちながら、2 mA/cm2 の定
電流で5分間通電した後、さらに20 mA/cm2 の定電流
で10分間通電して電解重合を行った。このようにして、
ポリアニリンネットワーク中にトリフルオロメタンスル
ホン酸が保持された薄膜を触媒の表面に形成し、燃料極
用電極を得た。
Next, using the above electrode substrate, electrolytic polymerization was carried out according to the following procedure to form a thin film having a proton conductive monomer held in the polymer network on the surface of the catalyst. Polyaniline was used as the polymer network, and trifluoromethanesulfonic acid was used as the proton conductive monomer. First, the counter electrode and the electrode substrate were placed as working electrodes in an electrolytic cell containing an electrolytic polymerization solution containing a mixed solution of aniline 1 mol / 1 and trifluoromethanesulfonic acid 2 mol / 1.
While maintaining the temperature of the electrolytic polymerization solution at 0 ° C., a constant current of 2 mA / cm 2 was applied for 5 minutes, and then a constant current of 20 mA / cm 2 was applied for 10 minutes to carry out electrolytic polymerization. In this way
A thin film, in which trifluoromethanesulfonic acid was retained in the polyaniline network, was formed on the surface of the catalyst to obtain an electrode for fuel electrode.

【0148】実施例6 実施例5と同様にして作製した電極基体を用いると共
に、高分子ネットワーク内に実施例5のプロトン伝導性
モノマーに代えてプロトン伝導性ポリマーが保持された
薄膜を、実施例5と同様な電解重合によって触媒の表面
に形成した。なお、高分子ネットワークとしてはポリア
ニリンを用い、またプロトン伝導性ポリマーとしてはナ
フィオン117(商品名、デュポン社製)を用いた。電
解重合の条件は、トリフルオロメタンスルホン酸をナフ
ィオン117に変更する以外は同一とした。このように
して、ポリアニリンネットワーク中にナフィオン117
が保持された薄膜を触媒の表面に形成し、燃料極用電極
を得た。
Example 6 An electrode substrate prepared in the same manner as in Example 5 was used, and a thin film in which a proton conductive polymer was retained in the polymer network in place of the proton conductive monomer of Example 5 was used. It was formed on the surface of the catalyst by the same electrolytic polymerization as in No. 5. Polyaniline was used as the polymer network, and Nafion 117 (trade name, manufactured by DuPont) was used as the proton conductive polymer. The electrolytic polymerization conditions were the same except that Nafion 117 was used instead of trifluoromethanesulfonic acid. In this way, Nafion 117 in the polyaniline network
Was formed on the surface of the catalyst to obtain a fuel electrode.

【0149】上記により得た実施例5および実施例6の
電極の燃料極ハーフセル特性を、実施例4と同様にして
それぞれ測定した。その結果、実施例5の燃料極の限界
電流密度は102 mA/cm2 、実施例6の燃料極の限界電
流密度は95 mA/cm2 と、いずれも分極特性に優れ、高
性能であることが確認できた。
The fuel electrode half-cell characteristics of the electrodes of Examples 5 and 6 obtained above were measured in the same manner as in Example 4. As a result, the limiting current density of the fuel electrode of Example 5 was 102 mA / cm 2 , and the limiting current density of the fuel electrode of Example 6 was 95 mA / cm 2 , both showing excellent polarization characteristics and high performance. Was confirmed.

【0150】実施例7 実施例5と同様にして作製した電極基体を用いて、以下
に示す手順にしたがって電解重合を行った。なお、高分
子ネットワークおよびプロトン伝導性モノマーは、実施
例5と同材質とした。まず、アニリン1モル/1とホウ
フッ化水素酸 2モル/lとの混合液からなる電解重合液を
収容した電解槽内に、対極と上記電極基体を動作電極と
して投入し、実施例5と同一条件で電解重合を行った。
このようにして、ポリアニリンネットワーク膜を触媒の
表面に形成した。
Example 7 Using the electrode substrate produced in the same manner as in Example 5, electrolytic polymerization was carried out according to the procedure shown below. The polymer network and the proton conductive monomer were made of the same material as in Example 5. First, the counter electrode and the above electrode substrate were placed as working electrodes in an electrolytic cell containing an electrolytic polymerization solution containing a mixture of aniline 1 mol / 1 and borofluoric acid 2 mol / l, and the same as in Example 5. Electropolymerization was performed under the conditions.
In this way, a polyaniline network film was formed on the surface of the catalyst.

【0151】このようにして得た燃料極を用い、かつ1
モル硫酸に1モルメタノールを加えた水溶液にトリフル
オロメタンスルホン酸を1 vol%添加したものを液体燃
料として、60℃にて燃料極ハーフセル特性を測定し
た。
Using the fuel electrode thus obtained, and
The fuel electrode half-cell characteristics were measured at 60 ° C. with a liquid fuel containing 1 vol% of trifluoromethanesulfonic acid added to an aqueous solution of 1 mol methanol added to mol sulfuric acid.

【0152】実施例8 実施例7と同様にして作製した電極を用いると共に、1
モル硫酸に1モルメタノールを加えた水溶液にナフィオ
ン117を1 vol%添加したものを液体燃料として、6
0℃にて燃料極ハーフセル特性を測定した。
Example 8 An electrode prepared in the same manner as in Example 7 was used, and 1
6% of Nafion 117 was added to an aqueous solution of 1 mol methanol added to mol sulfuric acid as a liquid fuel.
The fuel cell half-cell characteristics were measured at 0 ° C.

【0153】実施例7および実施例8の限界電流密度
は、それぞ98 mA/cm2 、93 mA/cm2 であり、いずれ
も分極特性に優れ、高性能であることが確認できた。
The limiting current densities of Examples 7 and 8 were 98 mA / cm 2 and 93 mA / cm 2 , respectively, and it was confirmed that they had excellent polarization characteristics and high performance.

【0154】実施例9 実施例5と同様に作製した電極基体を用いて、以下に示
す手順にしたがって、実施例5とは若干異なり矩形パル
ス電流を印加しながら電解重合を行い、高分子ネットワ
ーク内にプロトン伝導性モノマーが保持された薄膜を、
触媒の表面に形成した。なお、高分子ネットワークとし
てはポリアニリンを用い、またプロトン伝導性モノマー
としてはトリフルオロメタンスルホン酸を用いた。ま
ず、アニリン1モル/1とトリフルオロメタンスルホン
酸2モル/1との混合液からなる電解重合液を収容した
電解槽内に、対極と上記電極基体を動作電極として投入
した。電解重合液の温度を0℃に保ちながら、矩形パル
ス電流を用いて通電電気量5m クーロン/cm2 でパルス
電解重合を行った。この時の条件としては、電流密度5
mA/cm2 、パルスオンタイム5msec、パルスオフタイム
20msec(duty cycle: 0.2)である。このようにし
て、ポリアニリンネットワーク中にトリフルオロメタン
スルホン酸が保持された薄膜を触媒の表面に形成して、
燃料極用電極を得た。
Example 9 Using the electrode substrate prepared in the same manner as in Example 5, electrolytic polymerization was carried out according to the procedure described below while applying a rectangular pulse current, which was slightly different from that in Example 5. A thin film containing a proton conductive monomer
Formed on the surface of the catalyst. Polyaniline was used as the polymer network, and trifluoromethanesulfonic acid was used as the proton conductive monomer. First, the counter electrode and the electrode substrate were placed as working electrodes in an electrolytic cell containing an electrolytic polymerization solution containing a mixed solution of aniline 1 mol / 1 and trifluoromethanesulfonic acid 2 mol / 1. While maintaining the temperature of the electropolymerization liquid at 0 ° C., pulse electropolymerization was performed using a rectangular pulse current with an electricity amount of 5 m coulomb / cm 2 . The condition at this time is that the current density is 5
mA / cm 2 , pulse on time 5 msec, pulse off time 20 msec (duty cycle: 0.2). In this way, a thin film holding trifluoromethanesulfonic acid in the polyaniline network is formed on the surface of the catalyst,
An electrode for fuel electrode was obtained.

【0155】実施例10 実施例9と同様にして作製した電極基体を用いると共
に、高分子ネットワーク内に実施例9のプロトン伝導性
モノマーに代えてプロトン伝導性ポリマーが保持された
薄膜を、実施例9と同様な電解重合によって触媒の表面
に形成した。なお、高分子ネットワークとしてはポリア
ニリンを用い、またプロトン伝導性ポリマーとしてはナ
フィオン117(商品名、デュポン社製)を用いた。電
解重合の条件は、トリフルオロメタンスルホン酸をナフ
ィオン117に変更する以外は同一とした。このように
して、ポリアニリンネットワーク中にナフィオン117
が保持された薄膜を触媒の表面に形成し、燃料極用電極
を得た。
Example 10 An electrode substrate prepared in the same manner as in Example 9 was used, and a thin film in which a proton conductive polymer was retained in place of the proton conductive monomer of Example 9 in the polymer network was used. It was formed on the surface of the catalyst by electrolytic polymerization similar to 9. Polyaniline was used as the polymer network, and Nafion 117 (trade name, manufactured by DuPont) was used as the proton conductive polymer. The electrolytic polymerization conditions were the same except that Nafion 117 was used instead of trifluoromethanesulfonic acid. In this way, Nafion 117 in the polyaniline network
Was formed on the surface of the catalyst to obtain a fuel electrode.

【0156】上記により得た実施例9および実施例10
の電極の燃料極ハーフセル特性を、実施例4と同様にし
てそれぞれ測定したところ、これらの燃料極の限界電流
密度は、それぞ105 mA/cm2 、103 mA/cm2 であ
り、いずれも分極特性に優れ、高性能であることが確認
できた。
Example 9 and Example 10 obtained as described above
The fuel electrode half-cell characteristics of the electrode of No. 2 were measured in the same manner as in Example 4. The limiting current densities of these fuel electrodes were 105 mA / cm 2 and 103 mA / cm 2 , respectively, and both were polarized. It was confirmed that it has excellent characteristics and high performance.

【0157】実施例11 実施例5と同様にして作製した電極基体を用いて、以下
に示す手順にしたがって電解重合を行った。なお、高分
子ネットワークおよびプロトン伝導性モノマーは、実施
例9と同材質とした。まず、アニリン1モル/1とホウ
フッ化水素酸2モル/1との混合液からなる電解重合液
を収容した電解槽内に、対極と上記電極基体を動作電極
として投入し、実施例9と同一条件で電解重合を行っ
た。このようにして、ポリアニリンネットワーク膜を触
媒の表面に形成した。
Example 11 Using the electrode substrate prepared in the same manner as in Example 5, electrolytic polymerization was carried out according to the procedure shown below. The polymer network and the proton conductive monomer were made of the same material as in Example 9. First, the counter electrode and the electrode substrate were placed as working electrodes in an electrolytic cell containing an electrolytic polymerization solution containing a mixed solution of 1 mol / 1 of aniline and 2 mol / 1 of borofluoric acid, the same as in Example 9. Electropolymerization was performed under the conditions. In this way, a polyaniline network film was formed on the surface of the catalyst.

【0158】このようにして得た電極を用い、かつ1モ
ル硫酸に1モルメタノールを加えた水溶液にトリフルオ
ロメタンスルホン酸を1 vol%添加したものを液体燃料
として、60℃にて燃料極ハーフセル特性を測定した。
このハーフセル特性は、実施例7とほぼ同等の特性が得
られた。
Using the electrode thus obtained and adding 1 vol% of trifluoromethanesulfonic acid to an aqueous solution prepared by adding 1 mol methanol to 1 mol sulfuric acid as a liquid fuel, the fuel cell half-cell characteristics were obtained at 60 ° C. Was measured.
The half-cell characteristics were almost the same as those of Example 7.

【0159】実施例12 実施例11と同様にして作製した電極を用いると共に、
1モル硫酸に1モルメタノールを加えた水溶液にナフィ
オン117を1 vol%添加したものを液体燃料として、
60℃にて燃料極ハーフセル特性を測定した。このハー
フセル特性は、実施例8とほぼ同等の特性が得られた。
Example 12 Using an electrode prepared in the same manner as in Example 11,
As a liquid fuel, a solution obtained by adding 1 vol% of Nafion 117 to an aqueous solution obtained by adding 1 mol methanol to 1 mol sulfuric acid,
The fuel cell half-cell characteristics were measured at 60 ° C. The half-cell characteristics were almost the same as those of Example 8.

【0160】以上説明したように、本発明の燃料電池に
よれば、ポンプやブロア等を用いることなく、液体燃料
および酸化剤ガスを円滑に供給することができる。これ
により、システムの簡易化と構造の簡素化が達成でき、
よって従来困難とされていた小形の燃料電池を提供する
ことが可能となる。
As described above, according to the fuel cell of the present invention, the liquid fuel and the oxidant gas can be smoothly supplied without using a pump, a blower or the like. This makes it possible to simplify the system and simplify the structure.
Therefore, it becomes possible to provide a small-sized fuel cell, which has been difficult in the past.

【0161】次ぎに、本発明の目的の第二の、即ち燃料
電池の動作に伴って生成する水の排出に関する本発明の
実施態様を以下に述べる。
Next, the second embodiment of the present invention relating to the discharge of water produced by the operation of the fuel cell will be described below.

【0162】図面を用いて本願発明に適した小形燃料電
池の一例を示す。
An example of a small fuel cell suitable for the present invention will be shown with reference to the drawings.

【0163】小形燃料電池の構造の一例を示す斜視図を
図21に示す。基本的には燃料電池本体32と、燃料カ
ートリッジと33、燃料拡散室34および発生する水の
回収及び拡散を容易にするための水回収室35とからな
っている。以下、これらの構成内容を詳細に説明する。
FIG. 21 is a perspective view showing an example of the structure of a small fuel cell. Basically, it comprises a fuel cell main body 32, a fuel cartridge 33, a fuel diffusion chamber 34, and a water recovery chamber 35 for facilitating recovery and diffusion of generated water. The details of these components will be described below.

【0164】図22に燃料電池本体32の斜視図を示
す。燃料電池本体32は図22に示すような燃料電池の
発電部が積層された積層された構造となっている。図2
2に示すように燃料電池本体32は電解質36、燃料極
37、酸化剤極38、からなる起電部が積層され、各起
電部はセパレータ39で分離されている構成となってい
る。
FIG. 22 shows a perspective view of the fuel cell main body 32. The fuel cell main body 32 has a laminated structure in which the power generation units of the fuel cell as shown in FIG. 22 are laminated. Figure 2
As shown in FIG. 2, the fuel cell main body 32 has a structure in which electromotive parts including an electrolyte 36, a fuel electrode 37, and an oxidizer electrode 38 are laminated, and each electromotive part is separated by a separator 39.

【0165】酸化剤極38は、生成した水を吸収するた
め多孔体より成っている。また燃料極37も特別な動力
なしに燃料の供給を行うために、多孔体構造とし毛細管
現象を利用してメタノール等の液体燃料供給を行うこと
が燃料電池の小形化を行う上で好ましい。
The oxidizer electrode 38 is made of a porous material to absorb the generated water. Further, since the fuel electrode 37 also supplies fuel without special power, it is preferable that the fuel electrode 37 has a porous structure to supply liquid fuel such as methanol using the capillary phenomenon in order to miniaturize the fuel cell.

【0166】また、図21において35は水回収室で、
発生する水の回収を容易にするがための部所であり、こ
の中に多孔体(水回収ウィック)を配置する。
In FIG. 21, 35 is a water recovery chamber,
This is a part for facilitating the recovery of generated water, and a porous body (water recovery wick) is placed in this part.

【0167】水回収ウィックは、酸化剤極38に接する
様設けられている。また水回収ウィックは、酸化剤極よ
りも平均細孔径が小さい多孔体が用いられている。
The water recovery wick is provided in contact with the oxidizer electrode 38. The water recovery wick uses a porous body having an average pore size smaller than that of the oxidizer electrode.

【0168】燃料供給は燃料カートリッジ33を用いて
行う。図23に図21に示した燃料電池の断面図を示
す。カートリッジ33は燃料収納スペース40と水収納
スペース41の2室に分離し、それぞれ燃料(水を同時
に必要分だけ含む)と燃料電池本体から生成する水を入
れることができる。水収納スペースの内部41には無機
または有機繊維等からなる多孔体を予め入れておく。前
記水回収室内35のウィックは、燃料カートリッジを装
置した際には燃料カートリッジ内の水収納スペース41
0の水保持ウィックと接するようにする。このとき水保
持ウィックは前記水回収ウィックよりも平均細孔径が小
さい多孔質体を用いる。
Fuel is supplied using the fuel cartridge 33. FIG. 23 shows a sectional view of the fuel cell shown in FIG. The cartridge 33 is divided into two chambers, a fuel storage space 40 and a water storage space 41, in which fuel (including water as much as necessary) and water generated from the fuel cell main body can be respectively put. A porous body made of an inorganic or organic fiber or the like is previously placed in the interior 41 of the water storage space. The wick in the water recovery chamber 35 has a water storage space 41 in the fuel cartridge when the fuel cartridge is installed.
Be in contact with the 0 water retention wick. At this time, as the water holding wick, a porous body having an average pore size smaller than that of the water recovery wick is used.

【0169】このような構造をとることで、生成した水
は最終的に燃料カートリッジ33へ回収される。水回収
室35は独立に存在しなくてもよく、燃料電池本体の構
造中に形成することもできるが、この場合でも水回収ウ
ィックはその中に配置しておくことが必要である。
With such a structure, the produced water is finally recovered in the fuel cartridge 33. The water recovery chamber 35 does not have to exist independently and can be formed in the structure of the fuel cell body, but in this case as well, the water recovery wick needs to be arranged therein.

【0170】一方、燃料の供給についても毛細管現象を
利用して行う場合には以下に示す構造にすることが好ま
しい。燃料電池本体の燃料導入側面には燃料拡散室34
を設け、この中に無機あるいは有機繊維等からなるウィ
ックを入れておく。ウィックは燃料極の燃料導入面と接
しており、燃料カートリッジから供給される燃料は一度
この燃料拡散室34のウィックに供給されてから、毛細
管の作用で燃料極へ分配される。なお、燃料拡散室34
は必ずしも燃料電池本体と別個に存在する必要はなく、
燃料電池本体の構造中に形成しておいてもよい。また、
燃料拡散ウィックは必ずしも配置しなくてもよく、液体
状態の燃料が燃料電池本体の燃料導入面に直接送られて
もよい。
On the other hand, when the fuel is also supplied by utilizing the capillarity, the following structure is preferable. A fuel diffusion chamber 34 is provided on the fuel introduction side of the fuel cell body.
Is provided, and a wick made of inorganic or organic fiber is put therein. The wick is in contact with the fuel introduction surface of the fuel electrode, and the fuel supplied from the fuel cartridge is once supplied to the wick of the fuel diffusion chamber 34 and then distributed to the fuel electrode by the action of the capillary tube. The fuel diffusion chamber 34
Does not necessarily have to exist separately from the fuel cell body,
It may be formed in the structure of the fuel cell body. Also,
The fuel diffusion wick does not necessarily have to be arranged, and the liquid fuel may be directly sent to the fuel introduction surface of the fuel cell body.

【0171】上述したような燃料カートリッジは燃料本
体に装着・脱着自在な構造とすることが好ましい。装着
したときには燃料収納スペースと燃料拡散室の燃料拡散
ウィックが接触して燃料が供給され、同時に水回収室の
水回収ウィックと水収納スペースの水保持ウィックとが
接触できるような構造とする。逆に、脱着した場合は、
それらの接触がたたれ、燃料カートリッジ側と燃料分散
室および水回収室側とが遮断され、それぞれが外界と遮
断できるような構造とする。
The fuel cartridge as described above preferably has a structure that can be attached to and detached from the fuel body. When mounted, the fuel storage space and the fuel diffusion wick of the fuel diffusion chamber are in contact with each other to supply the fuel, and at the same time, the water recovery wick of the water recovery chamber and the water holding wick of the water storage space can be in contact with each other. On the contrary, if it is removed,
The structure is such that when the contacts are dropped, the fuel cartridge side and the fuel dispersion chamber side and the water recovery chamber side are shut off, so that they can be shut off from the outside world.

【0172】以上のような形で燃料の供給又は水の回収
に使用される多孔体(ウィック)は、毛細管の作用、す
なわち表面張力の作用で液体を吸引する構造となってお
り、このとき、それぞれの多孔体を、その平均細孔径の
値が液体の流れ方向に向かって、徐々に小さくなるよう
に配置することで、液体の流れをスムースにできる。平
均細孔径が小さくなることはそれだけ表面張力によって
液体を引っ張る力が大きくなる。したがって、多孔体を
連続的に配置し、それぞれの多孔体の平均細孔径が徐々
に小さくなるようにすれば、その方向に向かって流体は
スムースに流れることになる。
The porous body (wick) used for supplying fuel or collecting water in the above-described form has a structure for sucking the liquid by the action of the capillary, that is, the action of surface tension. The flow of the liquid can be made smooth by arranging the respective porous bodies so that the value of the average pore diameter thereof becomes gradually smaller in the flow direction of the liquid. The smaller the average pore size, the larger the force for pulling the liquid due to the surface tension. Therefore, if the porous bodies are continuously arranged and the average pore diameter of each porous body is gradually reduced, the fluid smoothly flows in that direction.

【0173】この場合、たとえば、燃料供給経路に関し
ては、燃料拡散ウィック(無機・有機繊維など)の平均
細孔径を100μm 程度、燃料極(ニッケル等の金属多
孔体)を30μm 程度とする。一方、水の回収経路に関
しては、酸化剤極(ニッケル等の金属多孔体)の平均細
孔径を50μm 程度とし、水回収ウィック(無機・有機
繊維など)は30μm 程度としておくことで、それぞれ
の流体に関してその必要な方向への流動をスムースに行
える。これらのウィックの平均細孔径は保持させるべき
燃料電池の性能に合わせて適宜、変えることができる。
In this case, for example, regarding the fuel supply path, the average pore diameter of the fuel diffusion wick (inorganic / organic fiber, etc.) is about 100 μm, and the fuel electrode (metal porous body such as nickel) is about 30 μm. On the other hand, regarding the water recovery route, the average pore diameter of the oxidizer electrode (porous metal such as nickel) is set to about 50 μm, and the water recovery wick (inorganic / organic fiber) is set to about 30 μm. With respect to, the flow in the necessary direction can be smoothly performed. The average pore diameter of these wicks can be appropriately changed according to the performance of the fuel cell to be retained.

【0174】また、このとき、多孔体の多孔度は、流体
の流れ方向に向かって徐々に大きくなるように配置する
ことが好ましい。多孔度が大きくなると、多孔度中に保
持可能な流体の体積が多くなり、流体の移動速度を速や
かにすることができる。ただし多孔体に関しては、平均
細孔径(D)、比表面積(Sp)、多孔度(E)は、 D=(1/Sp)・(4E/(1−E)) の関係にあり、上記の関係式を満たす様、多孔体の比表
面積及び多孔度を選定する必要がある。
At this time, the porosity of the porous body is preferably arranged so as to gradually increase in the direction of fluid flow. As the porosity increases, the volume of fluid that can be retained in the porosity increases, and the fluid moving speed can be increased. However, regarding the porous body, the average pore diameter (D), the specific surface area (Sp), and the porosity (E) have a relationship of D = (1 / Sp) · (4E / (1-E)), and It is necessary to select the specific surface area and porosity of the porous body so as to satisfy the relational expression.

【0175】上記の前述の燃料電池の構成例には回収し
た酸化剤極からの水を、燃料カートリッジ中の水収納ス
ペース中に回収する小型燃料電池について示したが、場
合によっては、回収した水を、燃料電池の外部に散逸さ
せることもあり得る。
In the above-mentioned configuration example of the fuel cell, a small fuel cell in which the recovered water from the oxidant electrode is recovered in the water storage space in the fuel cartridge has been shown. Can be dissipated outside the fuel cell.

【0176】図24に酸化剤極より回収した水を外部に
散逸させる場合の小型燃料電池の構成の一例を示す斜視
図を示す。
FIG. 24 is a perspective view showing an example of the structure of a small fuel cell in the case where the water collected from the oxidizer electrode is dissipated to the outside.

【0177】具体的には、燃料電池本体32と、燃料カ
ートリッジ33と水散逸機構43と動力器44水回収室
35(図示せず)より成る。また、一対の正極及び負極
の端子42を適当な位置に配置している。燃料電池本体
32は、図22に示される燃料極、酸化剤極、電解質層
からなるg起電部が積層されている。
Specifically, it comprises a fuel cell main body 32, a fuel cartridge 33, a water dissipating mechanism 43, and a power unit 44 water recovery chamber 35 (not shown). Further, the pair of positive and negative terminals 42 are arranged at appropriate positions. The fuel cell main body 32 has a stack of g electromotive portions each including a fuel electrode, an oxidizer electrode, and an electrolyte layer shown in FIG.

【0178】水散逸機構43は、酸化剤極で生成した水
を散逸させるための機構を収納している。動力器44
は、水散逸機構を作動させるための動力器、あるいは電
子回路を収納している。図25は、図21を燃料カート
リッジ33の方向から見た燃料電池を、燃料電池本体1
が存在する場所で切断した場合の断面を示す。
The water dissipating mechanism 43 accommodates a mechanism for dissipating the water generated at the oxidizer electrode. Motor 44
Contains a power unit or an electronic circuit for operating the water dissipation mechanism. FIG. 25 shows the fuel cell seen from the direction of the fuel cartridge 33 in FIG.
A cross section when cut at a place where is present is shown.

【0179】4は水回収室であり、酸化剤極で発生する
水の回収及び拡散を容易にするための部所で、この中に
多孔体(ウィック)を配置する。水回収ウィックは酸化
剤極よりも平均細孔径が小さく燃料電池本体32中の酸
化剤極に接する様設けられている。
A water recovery chamber 4 is a part for facilitating recovery and diffusion of water generated at the oxidizer electrode, and a porous body (wick) is arranged therein. The water recovery wick has a smaller average pore diameter than the oxidizer electrode and is provided so as to be in contact with the oxidizer electrode in the fuel cell body 32.

【0180】図25に示した水回収室35へ送られる水
は、水蒸気と水の両者が含まれ、燃料電池の運転条件に
よってその存在量比が異なる。水蒸気についてはそのま
ま散逸するので問題はなく、いま問題としているのは水
の形態で生成するものである。水回収室35内に存在さ
せた多孔体(水回収ウィック)は、多孔度が50%以上
になるようにし、水拡散機構によって多孔の間に捕獲さ
れた水が散逸しやすい状況にしておく。
The water sent to the water recovery chamber 35 shown in FIG. 25 contains both steam and water, and the abundance ratio varies depending on the operating conditions of the fuel cell. There is no problem with water vapor as it dissipates as it is, and what we are currently talking about is that it is generated in the form of water. The porosity of the porous body (water recovery wick) existing in the water recovery chamber 35 is set to 50% or more, and the water trapped between the pores by the water diffusion mechanism is easily dissipated.

【0181】水の散逸機構43としては、小型の横流フ
ァンを備え、これを作動させて水の散逸を行う方法が適
用できる。
As the water dissipating mechanism 43, a method of providing a small cross-flow fan and operating it to dissipate water can be applied.

【0182】また小形の横流ファンのかわりに圧電体か
らなる振動素子を備えその振動によって生成水を霧散さ
せてもよい。
Further, instead of the small-sized cross-flow fan, a vibrating element made of a piezoelectric material may be provided and the generated water may be atomized by the vibration.

【0183】またヒータ機能を設けて生成水の一部を加
熱させて体積膨脹させ、これにより、排水弁を作動させ
残りの生成水を強制的に排出させてもよい。
It is also possible to provide a heater function to heat a part of the generated water to expand the volume thereof, thereby operating the drain valve and forcibly discharging the remaining generated water.

【0184】圧電体からなる振動素子は生成水を霧散さ
せるが、気化させないので気化熱は必要としない。圧電
体からなる振動素子自体は極めて小型薄型に伴うことが
できる。したがって小型高効率という特徴を損なうこと
がない。
The vibrating element made of a piezoelectric material atomizes the generated water, but does not vaporize it, and thus does not require heat of vaporization. The vibration element itself made of a piezoelectric material can be extremely small and thin. Therefore, the feature of small size and high efficiency is not impaired.

【0185】生成水の一部だけを気化させる方法では、
全部気化させるのに比較して格段に少ないエネルギーで
すむ。
In the method of vaporizing only part of the produced water,
It requires far less energy than vaporizing everything.

【0186】次にこれまでに述べてきた構成の燃料電池
の作動をスムースに行われるようにするために好ましい
燃料極、電解質層、酸化剤極の詳細な構造を図26に示
す。
Next, FIG. 26 shows a detailed structure of the fuel electrode, the electrolyte layer and the oxidizer electrode which are preferable for smooth operation of the fuel cell having the above-mentioned structure.

【0187】燃料極37に関しては、燃料の導入面45
はスタックする方向を除いた4側面のうち1側面だけと
し、この面から対向する面の方向に向け、電解質層36
と接する燃料極37平面上の途中から炭酸ガスを逃がす
ための複数個の溝46を形成する。燃料は多孔体の中を
毛細管によってスムースに運ばれて全面に拡散し、反応
によって生じた炭酸ガスは溝46を通して外部に運ばれ
る。この場合、燃料が外部へ漏洩することを防止するた
めに、燃料供給を行わない他の3側面47、48、49
の表面孔を閉塞しておく。
Regarding the fuel electrode 37, the fuel introduction surface 45
Is only one of the four side surfaces excluding the stacking direction, and the electrolyte layer 36
A plurality of grooves 46 for letting out carbon dioxide gas are formed in the middle of the plane of the fuel electrode 37 in contact with. The fuel is smoothly carried by the capillaries in the porous body and diffused over the entire surface, and the carbon dioxide gas generated by the reaction is carried to the outside through the groove 46. In this case, in order to prevent the fuel from leaking to the outside, the other three side surfaces 47, 48, 49 which are not supplied with fuel are used.
Close the surface holes of.

【0188】一方、酸化剤極38も同様な多孔体で構成
するが、この場合は、燃料極の燃料が導入される方向と
同一側面50の表面の孔は完全に閉塞しておき、この面
からの燃料の進入を防ぐ。そして、電解質層36と接す
る側の酸化剤極面には直行する方向に複数の溝51を形
成し、この溝の切込みは孔を閉塞した側面以外の3側面
52、53、54まで届くように形成しておく。この3
側面は空気を取り込むためのものであり、少なくともそ
のうち2側面以上から実際に空気を取り込むようにす
る。ここで酸化剤極で生成する水は多孔体の孔を閉塞し
た面と隣合う一つの側面(この場合、54)から逃がす
ようにする。空気を3側面から取り入れる構造は、酸素
の濃度を高めて燃料極反応よりも遅い酸化剤極反応速度
を上げるためである。
On the other hand, the oxidizer electrode 38 is also made of a similar porous material, but in this case, the hole on the surface of the same side surface 50 as the direction of the fuel introduction of the fuel electrode is completely closed, and this surface is completely closed. Prevents fuel from entering. Then, a plurality of grooves 51 are formed in a direction orthogonal to the oxidizer electrode surface on the side in contact with the electrolyte layer 36, and the notches of the grooves reach three side surfaces 52, 53, 54 other than the side surface that closes the holes. Form. This 3
The side surface is for taking in air, and the air is actually taken in from at least two side surfaces. Here, the water generated at the oxidizer electrode is allowed to escape from one side surface (54 in this case) adjacent to the surface blocking the pores of the porous body. The structure in which air is taken in from three sides is to increase the concentration of oxygen and increase the oxidant electrode reaction rate, which is slower than the fuel electrode reaction.

【0189】以上、本願発明の酸化剤極に生ずる水の回
収、排出を含めた小形燃料電池の例について述べてき
た。上記の例においては、いづれも燃料電池本体への燃
料の供給に燃料カートリッジを用いて小型、携帯機器に
適した構造となっている。
The example of the small fuel cell including the collection and discharge of water generated in the oxidizer electrode of the present invention has been described above. In each of the above examples, the fuel cartridge is used to supply the fuel to the fuel cell body, and the structure is small and suitable for portable equipment.

【0190】機器によって必要とする電圧が異なる場合
があり、高い電圧を要する場合は、積層する燃料電池の
起電部の数を増加させる必要がある。または、機器によ
っては発電体の形状に対する要求から、燃料電池を一例
の配置のみでは済まされないことがある。その場合は、
図27に示すように、燃料カートリッジ33の収納位置
の周囲に燃料電池本体32の燃料供給面が集合する構造
とし、そこの燃料拡散室34が設置されるようにする。
このことにより、燃料供給の通路が短くなると同時に、
水回収室35からの距離も近くなり、信頼性の高い発電
体が得られる。
The required voltage may differ depending on the device, and when a high voltage is required, it is necessary to increase the number of electromotive parts of the fuel cells to be stacked. Alternatively, depending on the device, there is a case where the fuel cell is not enough to be arranged only by an example because of the shape of the power generator. In that case,
As shown in FIG. 27, the fuel supply surface of the fuel cell main body 32 is assembled around the storage position of the fuel cartridge 33, and the fuel diffusion chamber 34 there is installed.
This shortens the fuel supply path and at the same time
The distance from the water recovery chamber 35 is reduced, and a highly reliable power generator can be obtained.

【0191】本願発明によれば特別な動力を用いること
なく酸化剤極上に生成した水はすみやかに除去され、効
率良く燃料電池の運転を持続させることができる。
According to the present invention, the water generated on the oxidizer electrode is promptly removed without using any special power, and the operation of the fuel cell can be efficiently continued.

【0192】特に固体高分子膜を電解質として用いた場
合には、作動温度が100℃以下であり、生成する水は
ほとんど液体状であるが本発明によれば、液体状態の水
分は特にすみやかに除去することができる。また、燃料
電池を傾ける、逆さにする等動かした場合にも一旦回収
した水の飛散・逆流は防止でき、小型、携帯用機器の電
源として適した燃料電池となる。
Especially when a solid polymer membrane is used as an electrolyte, the operating temperature is 100 ° C. or lower, and the water produced is almost liquid, but according to the present invention, the water in the liquid state is particularly prompt. Can be removed. Further, even if the fuel cell is moved such as tilted or inverted, the once recovered water can be prevented from splashing and flowing back, and the fuel cell can be small and suitable as a power source for portable equipment.

【0193】また前述したように、燃料の供給にも多孔
質体による毛細管現象を利用した燃料供給法を用いた燃
料電池は、燃料の供給、水の排出にも特別な動力を必要
としていないため、いっそう小形化が可能となる。
Further, as described above, the fuel cell using the fuel supply method utilizing the capillary action of the porous body for the fuel supply does not require any special power supply for fuel supply and water discharge. It is possible to make it even smaller.

【0194】本発明の第3の目的を達成するための発明
は、燃料極と酸化剤極およびこれら両電極に挟持された
電解質層を有する起電部を備え、複数の起電部が直列に
接続され、各起電部の燃料極が共通の燃料流路から燃料
が供給されかつ各起電部の燃料極の電極面が前記燃料流
路に面しているか、または、各起電部の酸化剤極が共通
の酸化剤流路から酸化剤が供給されかつ各起電部の酸化
剤極の電極面が前記酸化剤流路に面している構造の燃料
電池であって、前記電解質層が吸水性もしくは保水性物
質を含有していることを特徴とする燃料電池である。
The invention for achieving the third object of the present invention is provided with an electromotive section having a fuel electrode, an oxidizer electrode and an electrolyte layer sandwiched between these electrodes, and a plurality of electromotive sections are connected in series. The fuel electrode of each electromotive section is supplied with fuel from a common fuel channel and the electrode surface of the fuel electrode of each electromotive section faces the fuel channel, or An oxidant electrode is a fuel cell having a structure in which an oxidant is supplied from a common oxidant channel, and the electrode surface of the oxidant electrode of each electromotive section faces the oxidant channel, wherein the electrolyte layer Is a water-absorbing or water-retaining substance.

【0195】図28に図示した燃料電池の構成図によ
り、以下に説明する。
A description will be given below with reference to the configuration diagram of the fuel cell shown in FIG.

【0196】本発明に係る燃料極と酸化剤極およびこれ
ら両電極に挟持された電解質層を有する起電部を備え、
複数の起電部が直列に接続され、各起電部の燃料極が共
通の燃料流路から燃料が供給されかつ各起電部の燃料極
の電極面が前記燃料流路に面しているか、または、各起
電部の酸化剤極が共通の酸化剤流路から酸化剤が供給さ
れかつ各起電部の酸化剤極の電極面が前記酸化剤流路に
面している構造の燃料電池とは、例えば、図28に示さ
れる様に酸化剤極38、燃料極37、及び電解質層60
から構成される起電部55を、燃料極が同一面上にある
様に横並びに並べ、隣り合った起電部55の燃料極37
と酸化剤極38を、接続用導電体57で接続することに
より直列に接続した構造が挙げられる。このような構造
の電池においては、燃料は両起電部共、共通の燃料流路
58から燃料極37の電極面に供給される。また、酸化
剤である空気は、両起電部共通の酸化剤流路59から酸
化剤極38の電極面に供給される。
A fuel electrode and an oxidizer electrode according to the present invention, and an electromotive section having an electrolyte layer sandwiched between these electrodes,
Multiple electromotive units are connected in series, fuel is supplied to the fuel electrode of each electromotive unit from a common fuel channel, and the electrode surface of the fuel electrode of each electromotive unit faces the fuel channel. Or, a fuel having a structure in which the oxidant electrode of each electromotive section is supplied with oxidant from a common oxidant channel and the electrode surface of the oxidant electrode of each electromotive section faces the oxidant channel. The battery means, for example, as shown in FIG. 28, an oxidizer electrode 38, a fuel electrode 37, and an electrolyte layer 60.
The electromotive portions 55 of the adjacent electromotive portions 55 are arranged side by side so that the fuel electrodes are on the same plane.
And a structure in which the oxidizer electrode 38 and the oxidizer electrode 38 are connected in series by connecting with the connecting conductor 57. In the cell having such a structure, the fuel is supplied to the electrode surface of the fuel electrode 37 from the common fuel flow path 58 in both electromotive parts. Air, which is an oxidant, is supplied to the electrode surface of the oxidant electrode 38 from the oxidant channel 59 common to both electromotive parts.

【0197】またこの他にも、円筒型の起電部を直列に
接続した構造の燃料電池が挙げられる。図29に本発明
に係る別の燃料電池の断面構成図を示す。起電部55は
円筒状であり円筒の内側から燃料極37電解質層36、
酸化剤極38が形成されている。
Besides, a fuel cell having a structure in which cylindrical electromotive portions are connected in series can be mentioned. FIG. 29 shows a sectional configuration diagram of another fuel cell according to the present invention. The electromotive portion 55 has a cylindrical shape, and the fuel electrode 37, the electrolyte layer 36, and
An oxidizer electrode 38 is formed.

【0198】1つの起電部55は外側の酸化剤極38が
別の起電部の内側にある燃料極37と接する様、重ねら
れて構成されている。このような構造の燃料電池におい
て燃料は円筒の内側に形成される燃料流路58に供給さ
れ燃料極37の電極面に供給される。酸化剤である空気
は、円筒の外側から酸化剤極38に供給される。また燃
料極を円筒の外側とし、酸化剤極を円筒の外側にし、円
筒の外側から燃料を供給する構造もある。
[0198] One electromotive section 55 is constructed so that the outer oxidant electrode 38 is in contact with the fuel electrode 37 inside another electromotive section. In the fuel cell having such a structure, the fuel is supplied to the fuel flow path 58 formed inside the cylinder and is supplied to the electrode surface of the fuel electrode 37. Air as the oxidant is supplied to the oxidant electrode 38 from the outside of the cylinder. There is also a structure in which the fuel electrode is outside the cylinder, the oxidant electrode is outside the cylinder, and the fuel is supplied from outside the cylinder.

【0199】図44に本発明に係る別の燃料電池の斜視
図を示す。
FIG. 44 shows a perspective view of another fuel cell according to the present invention.

【0200】1つの起電部55は円筒状であり円筒の内
側から燃料極37、電解質層36、酸化剤極38が形成
されている。このような円筒状の起電部55が複数個、
接続用導電体57により直列に接続されている。このよ
うな構造の燃料電池において、燃料は円筒状の各起電部
の内側に形成される燃料流路58に供給され、燃料極3
7の電極面に供給される。酸化剤である空気は、円筒の
外側の、各起電部共通の酸化剤流路59から酸化剤極3
8表面に供給される。また、このように円筒状の起電部
を並べた構造の燃料電池において、燃料極を同筒の外側
とし、酸化剤極を円筒の外側となる様に構成し、円筒の
外側の各起電部共通の燃料流路から燃料を供給する構造
もある。
One electromotive section 55 has a cylindrical shape, and the fuel electrode 37, the electrolyte layer 36, and the oxidizer electrode 38 are formed from the inside of the cylinder. A plurality of such cylindrical electromotive parts 55,
They are connected in series by the connecting conductor 57. In the fuel cell having such a structure, the fuel is supplied to the fuel flow path 58 formed inside each cylindrical electromotive section, and the fuel electrode 3
7 to the electrode surface. Air, which is the oxidizer, flows from the oxidizer channel 59, which is common to each electromotive section, outside the cylinder, to the oxidizer electrode 3
8 surfaces. Further, in the fuel cell having the structure in which the cylindrical electromotive portions are arranged in this manner, the fuel electrode is arranged outside the same cylinder, and the oxidant electrode is arranged outside the cylinder. There is also a structure in which fuel is supplied from a common fuel flow path.

【0201】従来燃料極に供給する燃料、又は酸化剤極
に供給する酸化剤等の反応物質に水や電解質を混入させ
ることは不可避であり、これらがイオン伝導担体となる
電解質として作用するため、通常上記のような構成の燃
料電池では複数の起電部間の電圧ロスも除去不可能なも
のとされてきた。
Conventionally, it is unavoidable to mix water or an electrolyte with a fuel to be supplied to the fuel electrode or a reaction material such as an oxidant to be supplied to the oxidant electrode, since these act as an electrolyte serving as an ion conductive carrier. It has been generally considered that the fuel cell having the above-mentioned structure cannot remove the voltage loss between the plurality of electromotive parts.

【0202】この問題を解決する手段として、本願発明
においては、起電部の電解質層として通常の電解質の主
構成物質であるイオン交換能を有する化合物の他に膜内
に水分を供給・保持し、あるいは濃度勾配にしたがって
水分を通過させ得る吸水性もしくは保水性物質を並存さ
せたものを用いていることを特徴としている。
As means for solving this problem, in the present invention, in addition to the compound having an ion-exchange ability which is the main constituent substance of an ordinary electrolyte, water is supplied and held in the membrane as the electrolyte layer of the electromotive section. Alternatively, a water-absorbing or water-retaining substance that allows water to pass therethrough according to a concentration gradient is used.

【0203】本発明の燃料電池に用いる電解質層の構成
及び機構を模式図によって説明する。図30にプロトン
導電性の固体高分子を用いた電解質層の構造模式図を示
す。図30において、電解質層60は、固体高分子電解
質61内に吸水性もしくは、保水性物質62が保持され
ている。
The structure and mechanism of the electrolyte layer used in the fuel cell of the present invention will be described with reference to schematic diagrams. FIG. 30 shows a structural schematic diagram of an electrolyte layer using a proton conductive solid polymer. In FIG. 30, in the electrolyte layer 60, a water-absorbing or water-holding substance 62 is held in a solid polymer electrolyte 61.

【0204】図31にこの電解質内での物質移動の模式
図を示す。図31で明らかなように本発明に係る電解質
層は高分子固体電解質本来のイオン(プロトン)導電性
を示すと共に、吸水性もしくは保水性物質の働きにより
自ら吸水性ないし保水性を示すため酸化剤表面で生成し
た水を速やかに吸収して電極に常に反応物質と接触でき
る状態に保ち、同時に膜内および燃料極表面の乾燥を防
止する働きも示す。
FIG. 31 shows a schematic diagram of mass transfer in this electrolyte. As is clear from FIG. 31, the electrolyte layer according to the present invention exhibits the ionic (proton) conductivity inherent in the polymer solid electrolyte, and also exhibits water absorption or water retention by the action of the water absorption or water retention substance, and thus is an oxidizer. It also quickly absorbs water generated on the surface and keeps the electrode in contact with the reactant at all times, and at the same time, it also functions to prevent the inside of the membrane and the surface of the fuel electrode from drying.

【0205】つまり、燃料極側で生成したプロトンは、
固体高分子電解質のプロトン導電性により参加剤極側
(矢印63の方向)に輸送される。また、酸化剤極側で
生成した水は、吸水性もしくは保水性物質の働きによ
り、矢印64のごとく、燃料極表面及び電解質内に送ら
れ水分が保持される。
That is, the protons generated on the fuel electrode side are
Due to the proton conductivity of the solid polymer electrolyte, the solid polymer electrolyte is transported to the side of the participant electrode (direction of arrow 63). Further, the water generated on the oxidant electrode side is sent to the surface of the fuel electrode and the electrolyte as shown by the arrow 64 by the function of the water absorbing or water retaining substance, and the water is retained.

【0206】以上のように本発明に係る電解質層は自ら
吸水性ないし保水性を示すため一方の電極触媒表面で生
成した水を速やかに吸収して触媒表面を常に反応性物質
と接触できる状態に保つ共に、吸収した水は電解質中を
濃度勾配にしたがって拡散し、他方の電極表面の乾燥を
防止する働きも示す。さらにこの過程において電解質自
体も外部からの水分の添加無しに常に有効なイオン解
離、イオン伝導特性を維持できるという優れた性質を示
す。
As described above, since the electrolyte layer according to the present invention exhibits water absorption or water retention by itself, it quickly absorbs the water generated on one of the electrode catalyst surfaces and makes the catalyst surface always in contact with the reactive substance. While being kept, the absorbed water diffuses in the electrolyte according to a concentration gradient, and also has a function of preventing the other electrode surface from drying. Further, in this process, the electrolyte itself also exhibits excellent properties such that effective ion dissociation and ion conduction characteristics can be always maintained without addition of moisture from the outside.

【0207】したがって、この電解質層を用いた燃料極
では、供給する反応物質中には水を混入させずに電解質
中に水を供給出来、また、酸化剤極において生じた水は
すみやかに吸収されるため、電解質層以外でのイオン伝
導を小さく抑えることができる。
Therefore, in the fuel electrode using this electrolyte layer, water can be supplied into the electrolyte without mixing water in the reactant to be supplied, and the water generated in the oxidizer electrode is promptly absorbed. Therefore, it is possible to suppress the ion conduction in the areas other than the electrolyte layer to be small.

【0208】本発明に係る吸水性もしくは保水性物質と
しては、澱粉、アクリロニトリル共重合体、架橋アクリ
ル酸塩、架橋ポリエチレンオキサイド等の吸水性高分子
化合物、シリカヒドロゲル、変成蛋白質(ゼラチン)等
のゲル状化合物などが利用できる。
Examples of the water-absorbing or water-retaining substance according to the present invention include starch, acrylonitrile copolymer, water-absorbing polymer compounds such as crosslinked acrylate and crosslinked polyethylene oxide, silica hydrogel, denatured protein (gelatin) gel. Compounds and the like can be used.

【0209】また、電解質としては、固体高分子電解質
の場合に本願発明の顕著な効果が得られる。
[0209] As the electrolyte, the remarkable effect of the present invention can be obtained when the solid polymer electrolyte is used.

【0210】固体高分子電解質としては、プロトン導電
性固体高分子電解質として、パーフルオロカーボンスル
ホン酸ポリマー(商品名:Nafion( 米国Du Pont 社製)
スルホン酸基を有するポリスチレン系の陽イオン交換膜
が挙げられる。このような起電部を用いることにより、
本発明の骨子である酸化剤極および燃料極に供給する反
応物質のいずれの中にも電解質として作用する物質を不
可避混入量以上は含まず、かつ複数の起電部の端部を互
いに直列に接続した構成である燃料電池を実現すること
ができる。
As the solid polymer electrolyte, a perfluorocarbon sulfonic acid polymer (trade name: Nafion (manufactured by Du Pont, USA) as a proton conductive solid polymer electrolyte is used.
Examples thereof include polystyrene-based cation exchange membranes having a sulfonic acid group. By using such an electromotive unit,
The substance acting as an electrolyte is not included in any of the reactants supplied to the oxidizer electrode and the fuel electrode, which are the essence of the present invention, in an amount inevitable or more, and the ends of the plurality of electromotive parts are connected in series with each other. A fuel cell having a connected configuration can be realized.

【0211】次に、複数の発電素子の端部を互いに直列
に接続する方法としては各発電素子の集電体を溶接・導
電性接着剤などにより直接接続する方法、反応物質の混
合や漏れ電流を防止するために導電板などを介して接続
する方法、あるいは起電部を作製する際に複数の起電部
を予め直列接続されるように一体化させて作製する方法
などが採用できる。
Next, as a method of connecting the ends of a plurality of power generating elements in series with each other, a method of directly connecting the current collector of each power generating element by welding or a conductive adhesive, mixing of reactants and leakage current In order to prevent this, a method of connecting via a conductive plate or the like, or a method of integrally manufacturing a plurality of electromotive parts so as to be connected in series in advance when manufacturing the electromotive part can be adopted.

【0212】さらに、これらの方法において電解質の漏
れを抑えるために複数の起電部の接続部分を撥水処理す
ることも有効である。
Further, in these methods, it is also effective to apply water repellent treatment to the connecting portions of a plurality of electromotive sections in order to suppress electrolyte leakage.

【0213】次に本願の目的の第4に関する発明につい
て以下に説明する。本発明はメタノールなどの炭素含有
燃料を燃料極に直接供給する。例えばメタノール燃料電
池に係り、燃料極に前記炭素含有燃料供給した際に生じ
る燃料極表面の被毒を抑制するためのものである。
Next, the fourth aspect of the present invention will be described below. The present invention directly supplies a carbon-containing fuel such as methanol to the fuel electrode. For example, the present invention relates to a methanol fuel cell for suppressing poisoning on the surface of the fuel electrode when the carbon-containing fuel is supplied to the fuel electrode.

【0214】本願の第4の目的に関する発明は、燃料極
と酸化剤極及びこれら両電極に挟持された電解質層を備
えた燃料電池において、燃料極をアノーディックに分極
させる機構を備えたことを特徴とする燃料電池である。
The invention relating to the fourth object of the present application is that a fuel cell comprising a fuel electrode, an oxidant electrode and an electrolyte layer sandwiched between these electrodes is provided with a mechanism for anodically polarizing the fuel electrode. It is a characteristic fuel cell.

【0215】すなわち本発明においては、燃料電池の運
転時に燃料極表面の被毒生成物を生じた場合に、燃料極
に対極を接続し、アノーディックに分極させ前記被毒生
成物を酸化除去するものである。それにより、長時間安
定した出力の得られる燃料電池となる。
That is, in the present invention, when a poisoning product on the surface of the fuel electrode is generated during the operation of the fuel cell, the counter electrode is connected to the fuel electrode and anodically polarized to remove the poisoning product by oxidation. It is a thing. As a result, the fuel cell can obtain a stable output for a long time.

【0216】さらに通常燃料電池においては、燃料極、
酸化剤極電解質極からなる起電部を複数個直列に接続し
て用いている。この場合は、前記分極操作を各発電部ご
とにローテーションして行うことが好ましい。運転を中
断することなく、被毒生成物の除去が行える。
Further, in a normal fuel cell, the fuel electrode,
A plurality of electromotive parts composed of an oxidizer electrode and an electrolyte electrode are connected in series and used. In this case, it is preferable to rotate the polarization operation for each power generation unit. Poisoning products can be removed without interrupting operation.

【0217】以下に本発明の第2、第3および第4の目
的を達成する本発明の燃料電池に関して、実施例を説明
する。
Examples of the fuel cell of the present invention which achieves the second, third and fourth objects of the present invention will be described below.

【0218】実施例13 図24に示すような燃料電池よる発電体を構成した。定
格としては作動電圧3V6Wで10hの容量(60W
h)とした。燃料電池本体中に積層された起電部の数は
8個である。各起電部の構造は図22に示す通りであ
る。
Example 13 A power generator using a fuel cell as shown in FIG. 24 was constructed. As a rating, operating voltage 3V6W, capacity of 10h (60W
h). The number of electromotive parts laminated in the fuel cell body is eight. The structure of each electromotive unit is as shown in FIG.

【0219】固体高分子電解質36は厚さ100μm の
商品名ナフィオンを使用し、その両側の表面に白金触媒
を無電解メッキ法により付着させ、PTFE(テフロ
ン)の分散液をスプレイにて適量付与した。その両側か
ら図22に示す構造の燃料極37および酸化剤極38を
配置して、ニッケル板からなるセパレータ39を用い
た、燃料極37、酸化剤極38とも板状Niの多孔体を
使用し、燃料極は細孔径分布が40〜60μm での範囲
にあり、中央値で50μm の程度の平均細孔径を持って
いる。カソードは同様に50μm 程度の平均細孔径をも
っている。なお、固体高分子電解質層と接する燃料極と
酸化剤極の表面には、やはり白金の触媒と適量のPTF
Eを付与した。燃料極37の燃料を含浸させる面と同一
面にある酸化剤極と固体高分子電解質膜36およびセパ
レータ39の側面は、(酸化剤極についてはその面の孔
を閉塞した後)耐アルコール性の保護膜を塗布して、そ
こからはアルコールが侵入しないようにした。図25に
図21に示した燃料電池の断面図を示す。
As the solid polymer electrolyte 36, Nafion (trade name) having a thickness of 100 μm was used, platinum catalysts were attached to the surfaces on both sides thereof by electroless plating, and an appropriate amount of a dispersion liquid of PTFE (Teflon) was applied by spraying. . A fuel electrode 37 and an oxidizer electrode 38 having a structure shown in FIG. 22 are arranged from both sides thereof, and a separator 39 made of a nickel plate is used. Both the fuel electrode 37 and the oxidizer electrode 38 are plate-shaped Ni porous bodies. The fuel electrode has a pore size distribution in the range of 40 to 60 μm, and has an average pore size of about 50 μm at the median value. The cathode also has an average pore size of about 50 μm. On the surfaces of the fuel electrode and the oxidizer electrode in contact with the solid polymer electrolyte layer, a platinum catalyst and an appropriate amount of PTF were also used.
E was given. The side surfaces of the oxidizer electrode, the solid polymer electrolyte membrane 36, and the separator 39, which are on the same surface as the fuel impregnated surface of the fuel electrode 37, have alcohol resistance (after closing the holes on the surface of the oxidizer electrode). A protective film was applied to prevent alcohol from entering there. FIG. 25 shows a sectional view of the fuel cell shown in FIG.

【0220】燃料拡散室34は樹脂製で、この内部に樹
脂性繊維多孔体(材質フェノール樹脂の微粒子とポリエ
ステル布織布の複合材料で、平均細孔径100μm 程
度)からなる燃料拡散ウィックを入れておく。一方、水
回収室35はやはり同一材料の樹脂性多孔体(平均細孔
径40μm 程度、多孔度50%程度)の水回収ウィック
を挿入しておく。水散逸機構43としては横流ファンを
使用した。
The fuel diffusion chamber 34 is made of resin, and a fuel diffusion wick made of a resinous fiber porous body (composite material of fine particles of phenolic resin and polyester woven cloth, average pore diameter of about 100 μm) is put inside this. deep. On the other hand, in the water recovery chamber 35, a water recovery wick made of a resinous porous material (average pore diameter of about 40 μm, porosity of about 50%) of the same material is inserted. A cross flow fan was used as the water dissipation mechanism 43.

【0221】燃料カートリッジにはモル数比で、メタノ
ール:水=1:2を入れた(理論的には1:1であるが
固体高分子電解質をウェットに保持するために水を倍量
とした)。
The fuel cartridge was charged with methanol: water = 1: 2 in a molar ratio (theoretical 1: 1 but the amount of water was doubled in order to keep the solid polymer electrolyte wet. ).

【0222】比較例2 比較例2として、次のような発電体を構成した。すなわ
ち、実施例13と同様の構成の発電体であるが、酸化剤
極38、水回収ウィックの平均細孔径がやはり50μm
を用いた構造の燃料電池を構成した。
Comparative Example 2 As Comparative Example 2, the following power generator was constructed. That is, the power generator has the same configuration as that of Example 13, but the oxidizer electrode 38 and the water recovery wick have an average pore diameter of 50 μm.
A fuel cell having a structure using was constructed.

【0223】比較例3 比較例3として、次のような発電体を構成した。すなわ
ち、実施例13と同様の構成の発電体であるが、水回収
ウィックを取り付けなかった点が異なった燃料電池を構
成した。
Comparative Example 3 As Comparative Example 3, the following power generator was constructed. That is, a fuel cell having the same structure as that of Example 13, except that the water recovery wick was not attached, was formed.

【0224】以上の電池を常温で、2A放電にて作動さ
せた結果を図32に示す。比較例2、比較例3では放電
が短時間で終了し、定格どおりの特性が出なかった。こ
れは生成した水が十分に速く燃料電池本体から取り除か
れないために、水が滞留し後続の反応を阻止したためと
考えられる。
FIG. 32 shows the result of operating the above battery at room temperature with 2 A discharge. In Comparative Example 2 and Comparative Example 3, the discharge was completed in a short time, and the characteristics according to the rating were not obtained. It is considered that this is because the generated water was not removed from the fuel cell main body fast enough, so that the water stayed and prevented the subsequent reaction.

【0225】これらに対して実施例13では定格どうり
の放電が可能であった。放電中に電圧が少しづつ低下し
たが、全く問題のないほどであった。さらに、燃料がす
べて使用し尽くした。
On the other hand, in Example 13, the discharge according to the rated value was possible. The voltage gradually decreased during discharge, but there was no problem at all. In addition, all the fuel has been used up.

【0226】なお、上記実施例で述べた材料は、それだ
けで留まらず、多くの材料が使用可能である。例えば、
燃料極や酸化剤極に使用する材料は、ニッケル金属に限
らず、耐酸性のある材料、例えば、ステンレス系材料、
アルミニウムないしは銅をベースにした合金、あるいは
タングステン、チタン等のバルブメタル材料でもよく、
さらには炭素材料、あるいはSiC等の複合材料からな
る多孔体であればよい。あるいは樹脂多孔体の表面を適
当な耐酸性の金属等で被覆した材料でもよい。その場
合、多孔度としては30〜80%程度、平均細孔径とし
ては1μmから100μm 程度が適当である。これらの
下限値以下になると実質十分な多孔を実現できなくな
り、液体が含浸して行かないようになる。また上限値を
越えると材料の機械的強度が低下し、また多孔そのもの
が大きくなりすぎて液体保持材料としての意味がなくな
る。
The materials described in the above embodiments are not limited to that alone, and many materials can be used. For example,
The material used for the fuel electrode and the oxidizer electrode is not limited to nickel metal, but an acid resistant material such as a stainless steel material,
Alloys based on aluminum or copper, or valve metal materials such as tungsten and titanium,
Furthermore, a porous body made of a carbon material or a composite material such as SiC may be used. Alternatively, a material in which the surface of the resin porous body is coated with a suitable acid resistant metal or the like may be used. In this case, it is appropriate that the porosity is about 30 to 80% and the average pore diameter is about 1 μm to 100 μm. Below these lower limits, sufficient porosity cannot be realized and the liquid will not impregnate. On the other hand, when the content exceeds the upper limit, the mechanical strength of the material decreases, and the porosity itself becomes too large, which makes it meaningless as a liquid holding material.

【0227】また、ウィックについても、材質は種々の
ものが使用可能であり、概ね親水性の材質が液体を運ぶ
ためには好ましい。但しこの場合、ショート液絡や短絡
の原因になるので、材質には導電性はあってはならな
い。樹脂では、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、天
然セルロース等のフェルト、不織布、織布などが好まし
い。多孔度としてはやはり、下限は30%程度、上限は
95%程度が好ましい。
Also, as for the wick, various materials can be used, and a substantially hydrophilic material is preferable for carrying the liquid. However, in this case, the material should not be electrically conductive, as this may cause a short circuit junction or a short circuit. The resin is preferably phenol resin, polyester resin, felt such as natural cellulose, non-woven fabric or woven fabric. As for the porosity, the lower limit is preferably about 30% and the upper limit is preferably about 95%.

【0228】この場合は下限値以下では実質上の液体保
持量が低下し、上限値以上では液体保持力が低下してウ
ィックの役割を果たさなくなる。
In this case, below the lower limit, the effective liquid holding amount decreases, and above the upper limit, the liquid holding power decreases, and the wick does not play a role.

【0229】実施例14 市販のパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマーからな
る固体高分子電解質膜(商品名:Nafion: 米国Du Pont
社製)の溶液(Aldrich 社製)と吸水性ポリマーである
澱粉、ポリアクリル酸ナトリウム重合体の低分子量オリ
ゴマー水溶液とから製膜した。製膜は高分子電解質と吸
水性ポリマーが固形分比率9:1になるように両溶液を
ガラス板上で混合・展開した後、加熱処理して重合の完
結と乾燥を行った。この膜の両面に白金担持カーボン粉
末とフッ化炭素の混合体からなる触媒層と集電体として
ニッケルメッシュを熱圧着し、起電部とした。
Example 14 Solid polymer electrolyte membrane made of commercially available perfluorocarbon sulfonic acid polymer (trade name: Nafion: Du Pont, USA)
(Manufactured by Aldrich) and a water absorbent polymer such as starch and an aqueous solution of a low molecular weight oligomer of sodium polyacrylate polymer were used to form a film. For the membrane formation, both solutions were mixed and developed on a glass plate so that the solid content ratio of the polyelectrolyte and the water-absorbent polymer was 9: 1, and then heat treatment was carried out to complete the polymerization and dry. A catalyst layer made of a mixture of platinum-supporting carbon powder and fluorocarbon and a nickel mesh as a current collector were thermocompression-bonded to both surfaces of this film to form an electromotive section.

【0230】実施例14では10cm、3cmの寸法にこの
起電部を4個作製し、各々の長端辺をニッケルリボンを
介して接続し、平面4直列の発電体を作製した。図33
にこの発電体の概形を示す。図33において、37は燃
料極、38は酸化剤極、60は固体高分子電解質と吸水
性ポリマーからなる電解質層、57はニッケルリボンか
らなる接続用導電体である。図34は上記起電部間の接
続部を示す断面図である。図34において37は燃料
極、38は酸化剤極、60は電解質層、56は集電体、
57は接続用導電体である。集電体56と、接続用導電
体57との接続部分はテフロンディスパージョン65を
塗布、焼付して撥水処理をほどこした。この発電体を用
いて模擬燃料電池を製造した。その模式図を図35に示
す。まず、上記発電体66を模擬セル容器67に収納
し、電極両面に空気および燃料を供給するための空気室
38、空気入口69、空気出口70及び燃料室71、燃
料入口72、燃料出口73を設け、模擬燃料電池を作成
した。電極両面に空気および燃料を供給して発電特性を
試験した。
In Example 14, four electromotive portions having a size of 10 cm and 3 cm were produced, and the long ends of the electromotive portions were connected via nickel ribbons to produce a plane 4-series power generator. FIG. 33
Shows the outline of this power generator. In FIG. 33, 37 is a fuel electrode, 38 is an oxidizer electrode, 60 is an electrolyte layer made of a solid polymer electrolyte and a water-absorbing polymer, and 57 is a connecting conductor made of a nickel ribbon. FIG. 34 is a cross-sectional view showing a connecting portion between the electromotive portions. In FIG. 34, 37 is a fuel electrode, 38 is an oxidizer electrode, 60 is an electrolyte layer, 56 is a current collector,
57 is a conductor for connection. Teflon dispersion 65 was applied and baked on the connection portion between the current collector 56 and the connection conductor 57 for water repellent treatment. A simulated fuel cell was manufactured using this power generator. A schematic diagram thereof is shown in FIG. First, the generator 66 is housed in the simulated cell container 67, and the air chamber 38, the air inlet 69, the air outlet 70 and the fuel chamber 71, the fuel inlet 72, and the fuel outlet 73 for supplying air and fuel to the both surfaces of the electrode are formed. A simulated fuel cell was prepared. The power generation characteristics were tested by supplying air and fuel to both sides of the electrode.

【0231】実施例15 実施例15では実施例13と同様に作製した発電体の起
電部間の接続部分の全面にテフロンディスパージョン6
5を塗布・焼き付けして撥水処理を行ない、模擬燃料電
池を作製した。この場合の接続部分の模式図を図36に
示す。
Example 15 In Example 15, the Teflon dispersion 6 was formed on the entire surface of the connecting portion between the electromotive parts of the power generator manufactured in the same manner as in Example 13.
5 was applied and baked to carry out a water repellent treatment to prepare a simulated fuel cell. FIG. 36 shows a schematic diagram of the connection portion in this case.

【0232】実施例16 また、図37に示すようにニッケルメッシュを二つの起
電部間で共通に使用するようにしたほかは実施例13と
同様にして発電体を作りこれを実施例16とした。
Example 16 Further, as shown in FIG. 37, a power generator was prepared in the same manner as in Example 13 except that a nickel mesh was used in common between the two electromotive sections. did.

【0233】以上実施例14〜16の模擬燃料電池の燃
料室に水素ガスを空気に空気を供給した場合の開放電圧
と0.2A/cm2 通電時の電圧を表1に示す。
Table 1 shows the open circuit voltage when hydrogen gas and air were supplied to the fuel chambers of the simulated fuel cells of Examples 14 to 16 and the voltage when 0.2 A / cm 2 was applied.

【0234】比較例4 固体高分子電解質中に吸水性ポリマーを含まない以外
は、実施例8と同じ模擬燃料電池を用い、その燃料室に
80℃の温水中に通過させた水素ガスを供給した他は実
施例13と同様の方法で電圧を測定した結果を表1に併
記する。
Comparative Example 4 The same simulated fuel cell as in Example 8 was used except that the solid polymer electrolyte did not contain a water-absorbing polymer, and hydrogen gas passed through hot water at 80 ° C. was supplied to the fuel chamber. Other than that, the results of measuring the voltage in the same manner as in Example 13 are also shown in Table 1.

【0235】比較例5 実施例12〜14に用いたのと同じ発電素子を5cm・5
cmの寸法に切断し、正負両極室となる2枚のニッケル粉
末の多孔性焼結板で挟んだ。これを4組作製し、各々の
間にニッケル板を挟んで積層して模擬燃料電池を作製し
た。この模擬燃料電池についても燃料極側に水素ガスを
酸化剤極側に空気を供給した場合の電圧を測定し、表1
に示す。
Comparative Example 5 The same power generating element as that used in Examples 12 to 14 was used.
It was cut into a size of cm, and sandwiched between two sheets of porous sintered nickel powder powder to be a positive and negative bipolar chamber. Four sets of these were prepared, and a nickel plate was sandwiched between them to form a simulated fuel cell. Also for this simulated fuel cell, the voltage was measured when hydrogen gas was supplied to the fuel electrode side and air was supplied to the oxidizer electrode side, and Table 1
Shown in.

【0236】[0236]

【表1】 また、実施例14と比較例4の模擬燃料電池についての
およその寸法比較を行い、結果を表2に示す。
[Table 1] Further, approximate size comparisons were performed for the simulated fuel cells of Example 14 and Comparative Example 4, and the results are shown in Table 2.

【0237】[0237]

【表2】 以上のように、本発明の燃料電池は同数の発電部を積層
しても比較例のような従来型の積層方法もしくは従来行
われてきたようなイオン源となり得る湿潤反応物質を供
給する場合より高電圧で、かつ体積的にも小さく有利で
あることが分かる。
[Table 2] As described above, in the fuel cell of the present invention, even if the same number of power generation units are stacked, it is better than the conventional stacking method as in the comparative example or the case of supplying the wet reactant which can be the ion source as conventionally performed. It can be seen that it is advantageous because it has a high voltage and is small in volume.

【0238】さらに、実施例14の模擬燃料電池の燃料
室に60℃に加熱したメタノールを供給して直接発電を
行った場合と、メタノールに同体積の水を加えて同様の
発電を行った場合の電圧を表3に示す。
[0238] Furthermore, when the methanol heated to 60 ° C was supplied to the fuel chamber of the simulated fuel cell of Example 14 to directly generate power, and when the same volume of water was added to methanol to perform similar power generation. The voltages are shown in Table 3.

【0239】[0239]

【表3】 表3に示されるように、燃料極メタノールを供給した場
合でも燃料電池が作動することがわかる。したがって、
本発明の燃料電池は、各電極部間の電圧をロスの原因と
なる水を燃料と共に供給する必要がなく、電圧ロスを低
減することができることは明らかである。
[Table 3] As shown in Table 3, it can be seen that the fuel cell operates even when the anode methanol is supplied. Therefore,
It is clear that the fuel cell of the present invention can reduce the voltage loss because it is not necessary to supply water that causes a loss in the voltage between the electrode portions together with the fuel.

【0240】実施例17 まず図38に示す燃料電池を試作した。起電部74は固
体高分子電解質75を挟んで燃料極76と酸化剤極77
を配した構造となっており、さらにその外側にはそれぞ
れ燃料室71および空気室68を設けてある。また燃料
室71内には、燃料極をアノーディックに分極させると
きの対極78が設置してある。ここで、燃料極、酸化剤
極および対極にはすべて白金を、固体高分子電解質には
市販のパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマー(商品
名:Nafion: 米国Du pont 社製)を用いた。アノライト
としてはメタノール1mol /1、硫酸1mol /1の水溶
液を用いた。
Example 17 First, a fuel cell shown in FIG. 38 was prototyped. The electromotive section 74 has a fuel electrode 76 and an oxidizer electrode 77 with the solid polymer electrolyte 75 interposed therebetween.
And a fuel chamber 71 and an air chamber 68 are respectively provided outside thereof. Further, in the fuel chamber 71, a counter electrode 78 for anodically polarizing the fuel electrode is installed. Here, platinum was used for all of the fuel electrode, the oxidizer electrode and the counter electrode, and a commercially available perfluorocarbon sulfonic acid polymer (trade name: Nafion: manufactured by Du Pont, USA) was used for the solid polymer electrolyte. As anolyte, an aqueous solution of 1 mol / 1 of methanol and 1 mol / 1 of sulfuric acid was used.

【0241】このセルを用いて20 mA/cm2 の電流密度
で放電特性を調べた。このとき100分ごとに放電を中
断して、2Vの外部直流電源79に燃料極76と対極7
8をつなぎ、3分間分極操作を行い、電極をリフレッシ
ュさせた。
Using this cell, discharge characteristics were examined at a current density of 20 mA / cm 2 . At this time, the discharge is interrupted every 100 minutes and the fuel electrode 76 and the counter electrode 7 are connected to the 2V external DC power source 79.
8 was connected and a polarization operation was performed for 3 minutes to refresh the electrodes.

【0242】比較例6 比較として、この分極操作を行わないものについても放
電特性を調べた。
Comparative Example 6 As a comparison, the discharge characteristics of the samples not subjected to this polarization operation were also examined.

【0243】結果を図39に示す。連続して放電を行っ
た比較例6では、時間の経過と共に出力電圧が低下して
行くのに対し、途中に分極操作を行った実施例5の場合
は1000分経っても高い出力電圧を維持している。
The results are shown in FIG. In Comparative Example 6 in which discharge was continuously performed, the output voltage decreased with the passage of time, whereas in Example 5 in which polarization operation was performed on the way, a high output voltage was maintained even after 1000 minutes. is doing.

【0244】実施例18 比較例7 実施例17の起電部を10セル積層した電池を試作し
た。この積層セルについて、実施例17と同条件で放電
特性を調べた。ただしこの場合、リフレッシュ操作は、
放電中の各セルのうちから、セルを1つだけ放電回路か
ら外して分極させ残りのセルは放電を続けられるように
し、この動作を各セルでローテーションさせ、出力が中
断しないようにした。また分極のための電源は、積層し
ているセルから取り、外部の電源を用いていないでも良
いようにした。システムの概要と回路を図40に示す。
この図では、No. 3セルをリフレッシュしている例を示
した。すなわち、放電回路からNo.3セルをはずすため、
スイッチ(A)を切り換え、さらにセルの燃料極を分極
するため、スイッチ(B)を切り換え、放電中にNo.
4,No.5,No.6のセルから並列に電源を取り一
定時間分極させた。そしてこのスイッチング操作を積層
した各セルでローテションさせた。分極は、実施例11
と同様100分間ごとに5分間行った。なお図中破線ワ
ク内のスイッチング回路は、集積回路にまとめ小型化す
ることができる。
Example 18 Comparative Example 7 A battery having 10 cells of the electromotive section of Example 17 was laminated as a prototype. The discharge characteristics of this laminated cell were examined under the same conditions as in Example 17. However, in this case, the refresh operation is
Of the cells being discharged, only one cell was removed from the discharge circuit and polarized so that the remaining cells could continue to discharge, and this operation was rotated in each cell so that the output was not interrupted. In addition, the power source for polarization is taken from the stacked cells so that no external power source is used. The system outline and circuit are shown in FIG.
This figure shows an example in which the No. 3 cell is refreshed. That is, to remove the No. 3 cell from the discharge circuit,
Switch (A) is switched, and further, in order to polarize the fuel electrode of the cell, switch (B) is switched so that No.
4, No. 5, No. Power was taken from 6 cells in parallel and polarized for a certain period of time. Then, this switching operation was rotated in each stacked cell. The polarization is shown in Example 11.
The same procedure as above was performed every 100 minutes for 5 minutes. In addition, the switching circuit in the broken line in the figure can be integrated into an integrated circuit and downsized.

【0245】このように構成した電池と、比較として
(比較例7)、全く分極操作を行わないものについてそ
の放電特性を図41に示す。
For comparison with the battery thus constructed (Comparative Example 7), the discharge characteristics of the battery not subjected to any polarization operation are shown in FIG.

【0246】実施例17と同様に、実施例18の場合
も、1000分経っても高い出力電圧を連続して維持し
ている。
Similar to the seventeenth embodiment, also in the eighteenth embodiment, a high output voltage is continuously maintained even after 1000 minutes.

【0247】[0247]

【発明の効果】以上詳述した如く、本願発明によれば、
小型化に適した高効率な燃料電池を提供することができ
る。
As described in detail above, according to the present invention,
It is possible to provide a highly efficient fuel cell suitable for miniaturization.

【0248】すなわち、本願の目的の第2に関する発明
によれば、特別な動力を用いることなく、酸化剤極表面
に生じた水をすみやかに回収することができる。しか
も、多孔体を用いて吸収するため、可動式の電源として
使用しても、回収した水の逆流、飛散などが生じないた
め、小形機器用の電源として適した構造である。
That is, according to the second invention of the object of the present application, water generated on the surface of the oxidizer electrode can be promptly recovered without using special power. Moreover, since the porous body is used for absorption, even if it is used as a movable power source, there is no backflow or scattering of the recovered water. Therefore, the structure is suitable as a power source for small equipment.

【0249】また、本願の目的の第3に関する発明によ
れば、小型化に適した横並び型、円筒型等の構造の燃料
電池において、発明部間の電圧のロスが減少し高効率の
電源を得ることができる。
According to the third invention of the object of the present application, in a fuel cell of a side-by-side type, a cylindrical type or the like suitable for downsizing, a voltage loss between the invention parts is reduced and a highly efficient power source is provided. Obtainable.

【0250】また、本願の目的の第4に関する発明によ
れば、小型燃料電池の燃料として適したメタノール燃料
を用いた場合に、燃料表面の被毒現象を抑え、長時間安
定した出力の得られる燃料電池が実現できる。
According to the fourth invention of the object of the present application, when a methanol fuel suitable as a fuel for a small fuel cell is used, the poisoning phenomenon on the fuel surface is suppressed and a stable output can be obtained for a long time. A fuel cell can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例によるセパレータを有する燃
料電池の要部構成を示す一部切り欠き斜視図。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a configuration of a main part of a fuel cell having a separator according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すチャンネル兼用セパレータの変形例
を説明するための図。
FIG. 2 is a view for explaining a modified example of the channel-combined separator shown in FIG.

【図3】本発明のセパレータを有する燃料電池の他の実
施例の要部構成を示す一部切り欠き斜視図。
FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing a configuration of a main part of another embodiment of a fuel cell having a separator of the present invention.

【図4】本発明の一実施例によるセパレータを省いた燃
料電池の要部構成を示す一部切り欠き斜視図。
FIG. 4 is a partially cutaway perspective view showing a configuration of a main part of a fuel cell without a separator according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明のセパレータを省いた燃料電池の他の実
施例の要部構成を示す一部切り欠き斜視図。
FIG. 5 is a partially cutaway perspective view showing a main part configuration of another embodiment of the fuel cell in which the separator of the present invention is omitted.

【図6】本発明のセパレータを省いた燃料電池のさらに
他の実施例の要部構成を示す一部切り欠き斜視図。
FIG. 6 is a partially cutaway perspective view showing a main part configuration of still another embodiment of the fuel cell in which the separator of the present invention is omitted.

【図7】図3に示す燃料電池の変形例の要部構成を示す
一部切り欠き斜視図。
FIG. 7 is a partially cutaway perspective view showing a configuration of a main part of a modified example of the fuel cell shown in FIG.

【図8】図4に示す燃料電池の変形例の要部構成を示す
一部切り欠き斜視図。
FIG. 8 is a partially cutaway perspective view showing a main part configuration of a modified example of the fuel cell shown in FIG.

【図9】図7に示す燃料電池をさらに変形させた例の要
部構成を示す断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the main configuration of an example in which the fuel cell shown in FIG. 7 is further modified.

【図10】本発明の燃料電池の変形例の要部構成を示す
一部切り欠き斜視図。
FIG. 10 is a partially cutaway perspective view showing a configuration of a main part of a modified example of the fuel cell of the present invention.

【図11】本発明の燃料電池の締め付け構造を示す一部
切り欠き斜視図。
FIG. 11 is a partially cutaway perspective view showing a tightening structure for a fuel cell according to the present invention.

【図12】本発明の締め付け構造を有する燃料電池の構
成を模式的に示す図。
FIG. 12 is a diagram schematically showing the configuration of a fuel cell having a tightening structure of the present invention.

【図13】本発明による燃料電池の締め付け構造の他の
例を模式的に示す図。
FIG. 13 is a diagram schematically showing another example of the fastening structure of the fuel cell according to the present invention.

【図14】図12および図13に示す燃料電池の締め付
け構造の変形例を示す図。
FIG. 14 is a view showing a modified example of the fastening structure of the fuel cell shown in FIGS. 12 and 13.

【図15】本発明による燃料電池の締め付け構造のさら
に他の例を示す図。
FIG. 15 is a view showing still another example of the fastening structure of the fuel cell according to the present invention.

【図16】本発明による燃料電池の締め付け構造のさら
に他の例を示す図。
FIG. 16 is a view showing still another example of the fastening structure of the fuel cell according to the present invention.

【図17】電池締め付け部品の変形例を示す図。FIG. 17 is a view showing a modified example of the battery tightening component.

【図18】本発明の燃料電池における燃料酸化触媒粒子
の一例の要部構成を示す断面図。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing the main configuration of an example of fuel oxidation catalyst particles in the fuel cell of the present invention.

【図19】本発明の燃料電池における燃料酸化触媒粒子
の他の例の要部構成を示す断面図。
FIG. 19 is a cross-sectional view showing the configuration of the main part of another example of the fuel oxidation catalyst particles in the fuel cell of the present invention.

【図20】本発明の燃料電池に用いられる燃料酸化触媒
での電極反応を説明するための断面図。
FIG. 20 is a sectional view for explaining an electrode reaction in a fuel oxidation catalyst used in the fuel cell of the present invention.

【図21】本発明の水回収機構を含む小形燃料電池の構
造を示す斜視図。
FIG. 21 is a perspective view showing the structure of a small-sized fuel cell including a water recovery mechanism of the present invention.

【図22】図21の小形燃料電池に使用される燃料電池
本体の斜視図。
22 is a perspective view of a fuel cell body used in the small fuel cell of FIG.

【図23】図21の小形燃料電池の構成を示す断面図。23 is a cross-sectional view showing the configuration of the small fuel cell of FIG.

【図24】本発明の回収水散逸機構を含む小形燃料電池
の構成を示す斜視図。
FIG. 24 is a perspective view showing the configuration of a small-sized fuel cell including the recovered water dissipation mechanism of the present invention.

【図25】図21の小形燃料電池の構成別の方向からみ
た断面図。
FIG. 25 is a cross-sectional view of the small fuel cell of FIG. 21 as viewed from another direction.

【図26】本発明の水回収機構を含む小形燃料電池の燃
料極、電解質層、酸化剤極の構成を示す斜視図。
FIG. 26 is a perspective view showing configurations of a fuel electrode, an electrolyte layer, and an oxidizer electrode of a small fuel cell including a water recovery mechanism of the present invention.

【図27】本発明の回収水散逸機構を含む小形燃料電池
の構成を示す斜視図。
FIG. 27 is a perspective view showing the configuration of a small-sized fuel cell including the recovered water dissipation mechanism of the present invention.

【図28】本発明の燃料電池の起電部の配列構成の一例
を示す構成図。
FIG. 28 is a configuration diagram showing an example of an arrangement configuration of electromotive sections of the fuel cell of the present invention.

【図29】本発明の燃料電池の起電部の配列構成の一例
を示す構成図。
FIG. 29 is a configuration diagram showing an example of an arrangement configuration of electromotive sections of the fuel cell of the present invention.

【図30】電解質層の構造模式図。FIG. 30 is a structural schematic diagram of an electrolyte layer.

【図31】電解質層中の物質移動を示す模式図。FIG. 31 is a schematic diagram showing mass transfer in an electrolyte layer.

【図32】本発明の実施例13及び比較例3および4に
係る燃料電池の時間−電圧特性図。
FIG. 32 is a time-voltage characteristic diagram of the fuel cells according to Example 13 of the present invention and Comparative Examples 3 and 4.

【図33】実施例14に係る発電体の概略図。FIG. 33 is a schematic diagram of a power generator according to Example 14.

【図34】実施例14に係る発電体の接続部分の概略
図。
FIG. 34 is a schematic view of a connecting portion of a power generator according to Example 14.

【図35】実施例14に係る模擬燃料電池の断面図。FIG. 35 is a cross-sectional view of a simulated fuel cell according to Example 14.

【図36】実施例15に係る発電体の接続部分の概略
図。
FIG. 36 is a schematic view of the connecting portion of the power generator according to the fifteenth embodiment.

【図37】実施例16に係る発電体の接続部分の概略
図。
FIG. 37 is a schematic view of the connecting portion of the power generator according to the sixteenth embodiment.

【図38】実施例17に係る燃料電池の構成を示す回路
図。
FIG. 38 is a circuit diagram showing the configuration of the fuel cell according to Example 17.

【図39】実施例17に係る燃料電池の時間−電圧特性
図。
FIG. 39 is a time-voltage characteristic diagram of the fuel cell according to Example 17.

【図40】実施例18に係る燃料電池の構成を示す回路
図。
FIG. 40 is a circuit diagram showing the structure of a fuel cell according to Example 18.

【図41】実施例18に係る燃料電池の時間−電圧特性
図。
41 is a time-voltage characteristic diagram of the fuel cell according to Example 18. FIG.

【図42】従来の燃料電池の概略図。FIG. 42 is a schematic view of a conventional fuel cell.

【図43】燃料電池の積層構造を示す斜視図。FIG. 43 is a perspective view showing a laminated structure of a fuel cell.

【図44】本発明の燃料電池の起電部の配列構成の一例
を示す構成図。
FIG. 44 is a configuration diagram showing an example of an arrangement configuration of electromotive sections of the fuel cell of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 信和 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 金澤 良子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 本宮 明典 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 近藤 雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 内田 健 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 橋本 幸二 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 仁木 博一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 佐々木 邦彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 鶴田 慎司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Nobukazu Suzuki No. 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Corporate Research & Development Center, Toshiba Corporation (72) Ryoko Kanazawa Komukai-Toshiba, Saiwai-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Town No. 1 Incorporated company Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Akinori Motomiya Komukai Toshiba Town No. 1, Komukai-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture Incorporated company Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Yu Kondo Kawasaki, Kanagawa Prefecture Komukai-ku, Toshiba Town, Ltd. 1st, Corporate Research & Development Center, Toshiba Corporation (72) Inventor Ken Uchida, Komukai, Toshiba-cho, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture 1st, Corporate Research & Development Center (72) Inventor, Koji Hashimoto Kanagawa 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Japan Inside the Toshiba Research and Development Center, a stock company (72) Inventor Hirokazu Niki, Kawasaki-shi, Kanagawa Komukai-shi, Toshiba Town, R & D Center, Toshiba Corporation (72) Inventor, Kunihiko Sasaki, Komukai-shi, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, 1st, Toshiba Research and Development Center, Ltd. (72), Shinji Tsuruta, Kanagawa 1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki, Japan Stock company Toshiba Research and Development Center

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料極、酸化剤極およびこれら両電極に
挟持された電解質板を有する起電部を複数積層したスタ
ックを具備し、燃料として液体燃料を用いると共に、酸
化剤ガスを前記スタックの積層面に沿って垂直方向に流
すよう構成した燃料電池において、 前記スタックの外周面のうち、前記燃料極の端面を含
み、かつ前記酸化剤ガスの流れと平行に配置された少な
くとも1つの面に沿って、前記酸化剤ガスの流れと直交
するような方向に、前記燃料極の端面に前記液体燃料が
直接接する液体燃料導入路を設け、前記液体燃料を前記
燃料極となる多孔質体の毛管力で前記燃料極に供給する
よう構成したことを特徴とする燃料電池。
1. A stack comprising a stack of a plurality of electromotive parts each having a fuel electrode, an oxidizer electrode, and an electrolyte plate sandwiched between these electrodes, wherein a liquid fuel is used as a fuel and an oxidizer gas is supplied to the stack. In a fuel cell configured to flow in a vertical direction along a stacking surface, at least one surface of the outer peripheral surfaces of the stack that includes an end surface of the fuel electrode and is arranged in parallel with the flow of the oxidant gas. Along the direction of the flow of the oxidant gas, a liquid fuel introduction passage is provided at the end surface of the fuel electrode, which is in direct contact with the liquid fuel, and the liquid fuel serves as the fuel electrode. A fuel cell, which is configured to be supplied to the fuel electrode by force.
【請求項2】 前記燃料極の前記酸化剤極と接する面
に、前記酸化剤ガスを垂直方向に流す酸化剤ガス供給溝
を設けられていることを特徴とする請求項1記載の燃料
電池。
2. The fuel cell according to claim 1, wherein an oxidant gas supply groove for flowing the oxidant gas in a vertical direction is provided on a surface of the fuel electrode in contact with the oxidant electrode.
【請求項3】 前記酸化剤極に、前記酸化剤ガスを垂直
方向に流す酸化剤ガス供給溝を設けられていることを特
徴とする請求項1記載の燃料電池。
3. The fuel cell according to claim 1, wherein the oxidant electrode is provided with an oxidant gas supply groove for flowing the oxidant gas in a vertical direction.
【請求項4】 前記液体燃料は、前記液体燃料導入路の
毛管力で燃料貯蔵タンクから導入されることを特徴とす
る請求項1記載の燃料電池。
4. The fuel cell according to claim 1, wherein the liquid fuel is introduced from a fuel storage tank by a capillary force of the liquid fuel introduction passage.
【請求項5】 前記液体燃料を前記燃料極に毛管力で供
給する毛管部の表面には、酸化被膜が形成されているこ
とを特徴とする請求項1記載の燃料電池。
5. The fuel cell according to claim 1, wherein an oxide film is formed on a surface of a capillary portion that supplies the liquid fuel to the fuel electrode by a capillary force.
【請求項6】 前記燃料極は、耐熱耐酸性の担持体上に
概ね互いに重ならないで島状に燃料酸化触媒を存在さ
せ、少なくとも前記燃料酸化触媒の表面に耐熱耐酸性の
プロトン伝導性物質を存在させた燃料酸化触媒粒子によ
り構成されていることを特徴とする請求項1記載の燃料
電池。
6. The fuel electrode comprises a heat- and acid-resistant support on which a fuel oxidation catalyst is present in an island shape without substantially overlapping each other, and at least a surface of the fuel oxidation catalyst is provided with a heat- and acid-resistant proton conductive material. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is composed of the existing fuel oxidation catalyst particles.
【請求項7】 燃料極、酸化剤極および両電極に挟持さ
れた電解質板を有する起電部をセパレータを介して複数
積層したスタックを具備し、燃料として液体燃料を用い
ると共に、酸化剤ガスを前記スタックの積層面に沿って
垂直方向に流すよう構成した燃料電池において、 前記セパレータの前記酸化剤極と接する面に、前記酸化
剤ガスを垂直方向に流す酸化剤ガス供給溝を設け、 かつ、前記スタックの外周面のうち、前記燃料極の端面
を含み、かつ前記酸化剤ガスの流れと平行に配置された
少なくとも1つの面に沿って、前記酸化剤ガスの流れと
直交するような方向に、前記燃料極の端面に前記液体燃
料が直接接する液体燃料導入路を設け、 前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給溝を介して供給す
ると共に、前記液体燃料を前記燃料極となる多孔質体の
毛管力で、該燃料極に供給するよう構成したことを特徴
とする燃料電池。
7. A stack comprising a stack of a plurality of electromotive parts having a fuel electrode, an oxidizer electrode, and an electrolyte plate sandwiched between the electrodes, with a separator interposed therebetween, wherein a liquid fuel is used as a fuel, and an oxidizer gas is supplied. In a fuel cell configured to flow in a vertical direction along a stacking surface of the stack, an oxidant gas supply groove for flowing the oxidant gas in a vertical direction is provided on a surface of the separator in contact with the oxidant electrode, and Of the outer peripheral surface of the stack, in a direction orthogonal to the flow of the oxidant gas, along at least one surface including the end surface of the fuel electrode and arranged in parallel with the flow of the oxidant gas. A liquid fuel introduction passage is provided on the end surface of the fuel electrode, the liquid fuel being in direct contact with the end surface, and the oxidant gas is supplied through the oxidant gas supply groove, and the liquid fuel serves as the fuel electrode A fuel cell characterized in that it is configured to supply to the fuel electrode by the capillary force of a porous body.
【請求項8】 前記セパレータの前記燃料極と接する面
に、前記液体燃料導入路に向けて一端が開口された液体
燃料供給溝を設けられていることを特徴とする請求項7
記載の燃料電池、。
8. A liquid fuel supply groove having one end opened toward the liquid fuel introduction path is provided on a surface of the separator which is in contact with the fuel electrode.
The fuel cell described.
【請求項9】 前記液体燃料は、前記液体燃料導入路
の毛管力で燃料貯蔵タンクから導入されることを特徴と
する請求項7記載の燃料電池。
9. The fuel cell according to claim 7, wherein the liquid fuel is introduced from the fuel storage tank by a capillary force of the liquid fuel introduction passage.
【請求項10】 前記液体燃料を前記燃料極に毛管力で
供給する毛管部の表面には、酸化被膜が形成されている
ことを特徴とする請求項7記載の燃料電池。
10. The fuel cell according to claim 7, wherein an oxide film is formed on the surface of the capillary portion that supplies the liquid fuel to the fuel electrode by a capillary force.
【請求項11】 前記燃料極は、耐熱耐酸性の担持体上
に概ね互いに重ならないで島状に燃料酸化触媒を存在さ
せ、少なくとも前記燃料酸化触媒の表面に耐熱耐酸性の
プロトン伝導性物質を存在させた燃料酸化触媒粒子によ
り構成されていることを特徴とする請求項7記載の燃料
電池。
11. The fuel electrode has a heat- and acid-resistant support on which a fuel oxidation catalyst is present in an island shape without substantially overlapping each other, and at least a surface of the fuel oxidation catalyst is provided with a heat- and acid-resistant proton conductive material. 8. The fuel cell according to claim 7, wherein the fuel cell is composed of the existing fuel oxidation catalyst particles.
【請求項12】 燃料極、酸化剤極およびこれら両電極
に挟持された電解質板を有する起電部を複数積層したス
タックを具備する燃料電池において、前記スタックは、
その少なくとも積層方向がゴム弾性を示す材料で締め付
けられていることを特徴とする燃料電池。
12. A fuel cell comprising a stack of a plurality of electromotive parts having a fuel electrode, an oxidizer electrode and an electrolyte plate sandwiched between these electrodes, wherein the stack comprises:
A fuel cell characterized in that at least the stacking direction thereof is clamped with a material exhibiting rubber elasticity.
【請求項13】 燃料電池が、主として燃料極と酸化剤
極およびこれら両電極に挟持された電解質層からなる起
電部、燃料を前記起電部に供給する燃料供給手段および
前記起電部の酸化剤極において発生した水の回収手段か
ら構成されおり、前記水回収手段は酸化剤極に接して設
けられた酸化剤極から生じる水を吸収する第1の水吸収
手段と、前記第1の水吸収手段に接して設けられた第1
の水吸収手段が吸収保持する水を吸収する第2の水吸収
手段からなり、前記第2の水吸収手段は前記第1の水吸
収手段よりも水吸収能力が大となるように設定されてい
ることを特徴とする燃料電池。
13. A fuel cell, an electromotive part mainly comprising a fuel electrode, an oxidizer electrode, and an electrolyte layer sandwiched between these electrodes, a fuel supply means for supplying fuel to the electromotive part, and the electromotive part. The water recovery means is configured to collect water generated in the oxidant electrode, and the water recovery means includes first water absorbing means provided in contact with the oxidant electrode for absorbing water generated from the oxidant electrode, and the first water absorbing means. First provided in contact with the water absorbing means
The second water absorbing means is configured to have a larger water absorbing capacity than that of the first water absorbing means. Fuel cell characterized by being
【請求項14】 小型燃料電池、燃料極と酸化剤極およ
びこれら両電極に挟持された電解質層からなる起電部が
複数個、接続導体により直列に接続され、各起電部の燃
料極に共通の燃料通路から燃料が供給され、かつ各発電
部の燃料極の電極面が前記燃料通路に面している構造を
有しており、前記電解質層が吸水性物質または保水性物
質を含有していることを特徴とする燃料電池。
14. A small-sized fuel cell, a plurality of electromotive parts each comprising a fuel electrode, an oxidizer electrode, and an electrolyte layer sandwiched between these electrodes, which are connected in series by a connecting conductor to the fuel electrode of each electromotive part. Fuel is supplied from a common fuel passage, and the electrode surface of the fuel electrode of each power generation unit faces the fuel passage, and the electrolyte layer contains a water-absorbing substance or a water-retaining substance. A fuel cell characterized in that
【請求項15】 燃料極と酸化剤極およびこれら両電極
に挟持された電解質層からなる燃料電池において、前記
燃料電池は燃料極をアノーディックに分極させる機構を
備えていることを特徴とする燃料電池。
15. A fuel cell comprising a fuel electrode, an oxidizer electrode and an electrolyte layer sandwiched between these electrodes, wherein the fuel cell has a mechanism for anodically polarizing the fuel electrode. battery.
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