JP2006286416A - Fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell exhibiting stable power generation efficiency in a vaporization supply type fuel cell. <P>SOLUTION: This fuel cell is constituted by a power generation part 20, an air supply part 30 for supplying oxygen gas to an air electrode 21, and a fuel supply part 40 for vaporizing liquid fuel and supplying the liquid gas such as methanol gas to a fuel electrode 23. The fuel supply part 40 is provided with a fuel storage part 42 wherein methanol solution is filled, a liquid fuel vaporization film 43 for vaporizing methanol in the methanol solution, and fuel electrode gas diffusion layers 46 and 48 for diffusing methanol and introducing methanol into the fuel electrode 23. A water decomposition part 50 comprising two electrodes 51 and 53 and an ion exchange resin layer 52 fastened by the electrodes is provided between the fuel electrode 21 and the liquid fuel vaporization film 43. In the water decomposition part 50, electric power is supplied to the electrodes 51 and 53 by a DC power source 54, and excess water existing between the fuel electrode 21 and the liquid fuel vaporization film 43 is converted to H<SB>2</SB>gas and O<SB>2</SB>gas by electrolysis. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料電池に関し、特に小型でプロトン伝導性の固体電解質層を備える燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell including a small, proton-conductive solid electrolyte layer.

近年の携帯情報機器は、小型化、軽量化、高機能化が一段と進んでいる。また情報携帯機器の発展に伴い、その電源となる電池も小型化、軽量化、および高容量化が着実に進んできた。携帯電話機の最も一般的な駆動電源はリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は実用化当初から高い駆動電圧と電池容量を持ち、携帯電話機の進歩にあわせて性能改善が図られてきた。しかし、リチウムイオン電池の性能改善にも限界があり、今後も高機能化が進む携帯電話機の駆動電源としての要求をリチウムイオン電池は満足できなくなりつつある。   In recent years, portable information devices have been further reduced in size, weight, and functionality. In addition, along with the development of portable information devices, batteries that serve as power sources have been steadily reduced in size, weight, and capacity. The most common driving power source for mobile phones is a lithium ion battery. Lithium ion batteries have a high driving voltage and battery capacity from the beginning of practical use, and performance improvements have been made in line with the progress of mobile phones. However, there is a limit to improving the performance of the lithium ion battery, and the lithium ion battery is not able to satisfy the demand as a driving power source of a mobile phone whose function is advanced in the future.

このような状況のもと、リチウムイオン電池に変わる新たな発電デバイスの開発が期待されている。この例として、燃料電池を挙げることができる。燃料電池は、燃料極（負極）に燃料を供給することで電子とプロトンを生成し、そのプロトンを空気極（正極）に供給された酸素と反応させ発電する。発生した電子を燃料電池に電力として供給する発電装置である。このシステムの最大の特徴は燃料および酸素を補給することで長時間連続発電が可能であり、二次電池における充電の代わりに燃料を補給することで二次電池と同様に機器電源に応用できる。このことから、燃料電池は分散電源や電気自動車用の大型の発電機としてだけでなく、ノートＰＣや携帯電話に適用するための超小型の発電ユニットとして盛んに研究開発が行われている。   Under such circumstances, development of a new power generation device that replaces the lithium ion battery is expected. An example of this is a fuel cell. The fuel cell generates electrons and protons by supplying fuel to the fuel electrode (negative electrode), and generates electric power by reacting the protons with oxygen supplied to the air electrode (positive electrode). This is a power generation device that supplies generated electrons as electric power to the fuel cell. The greatest feature of this system is that it can continuously generate power for a long time by replenishing fuel and oxygen, and can be applied to the power supply of equipment in the same way as a secondary battery by replenishing fuel instead of charging in a secondary battery. For this reason, fuel cells are actively researched and developed not only as large power generators for distributed power supplies and electric vehicles, but also as ultra-compact power generation units for use in notebook PCs and mobile phones.

燃料電池は、通常、燃料として水素やメタノールなどの還元性物質を使用し、これらの物質を大気中の酸素と反応させることで発電を行う電気化学デバイスである。水素を燃料として用いる場合は、高圧ボンベや水素貯蔵性の物質などの大容量の燃料タンクが必要である。そのため、携帯情報機器に搭載するマイクロ燃料電池には向いていない。一方、メタノール等の液体燃料は小容量で高エネルギーを発生するので、液体燃料を用いるマイクロ燃料電池が注目されている。   A fuel cell is an electrochemical device that normally uses a reducing substance such as hydrogen or methanol as fuel and generates electricity by reacting these substances with oxygen in the atmosphere. When hydrogen is used as a fuel, a large-capacity fuel tank such as a high-pressure cylinder or a hydrogen storage material is required. Therefore, it is not suitable for a micro fuel cell mounted on a portable information device. On the other hand, liquid fuels such as methanol generate high energy with a small volume, and therefore micro fuel cells using liquid fuels are attracting attention.

液体燃料を用いるマイクロ燃料電池では、メタノールのエネルギー密度の高さと貯蔵のし易さ、電池構造の簡略さ等から、メタノールを燃料とする直接メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）が採用されている。   In a micro fuel cell using a liquid fuel, a direct methanol fuel cell (DMFC) using methanol as a fuel is employed because of its high energy density, ease of storage, and simplicity of the cell structure.

ＤＭＦＣでは、プロトン伝導性を持つ固体高分子電解質膜を２つの電極で挟み、燃料極側にメタノール水溶液を供給する。燃料極で起こる電気化学反応は、以下に示すようにメタノールが水と反応して直接電極で酸化されて、二酸化炭素とプロトン、電子が生成する反応である。ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ →ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-。プロトンは高分子固体電解質膜中を透過して空気極の触媒層で酸素と化合して水を生成する。このとき燃料極、空気極を外部回路に接続することで、発生した電子により電力を取り出すことができる。生成した水は空気極から系外へ排出される。 In DMFC, a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity is sandwiched between two electrodes, and an aqueous methanol solution is supplied to the fuel electrode side. The electrochemical reaction that takes place at the fuel electrode is a reaction in which methanol reacts with water and is directly oxidized at the electrode to generate carbon dioxide, protons, and electrons, as shown below. CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − . Protons permeate the polymer solid electrolyte membrane and combine with oxygen in the air electrode catalyst layer to generate water. At this time, electric power can be taken out by the generated electrons by connecting the fuel electrode and the air electrode to an external circuit. The generated water is discharged out of the system from the air electrode.

このようなメタノール水溶液を液体のまま発電部に供給する、いわゆる液体供給形ＤＭＦＣではメタノール水溶液が常に燃料極に接している必要がある。メタノール水溶液は燃料電池の姿勢を変化させると移動するため、動きの激しい携帯情報機器機では発電の安定動作が難しくなる。また、発電部で液体のメタノールが燃料極から固体電界質層を介して空気極到達し外部に漏洩する、いわゆるクロスオーバーが発生する場合がある。このような場合、液体燃料は発電に寄与しないため、燃料電池の発電特性が大幅に低下してしまう。   In a so-called liquid supply type DMFC in which such an aqueous methanol solution is supplied to the power generation unit in a liquid state, the aqueous methanol solution needs to be always in contact with the fuel electrode. Since the aqueous methanol solution moves when the attitude of the fuel cell is changed, stable operation of power generation becomes difficult in a portable information device that moves rapidly. In addition, there may be a so-called crossover in which liquid methanol reaches the air electrode from the fuel electrode through the solid electrolyte layer and leaks outside in the power generation unit. In such a case, since the liquid fuel does not contribute to power generation, the power generation characteristics of the fuel cell are greatly deteriorated.

そこで、これらの問題を解決するため、メタノールを気化させ燃料極に供給する、いわゆる気化供給形ＤＭＦＣが提案されている（特許文献１参照。）。特許文献１では、メタノールを毛管現象により燃料気化層に液体燃料を供給し、燃料気化層で気化させたメタノールを燃料極に供給する。これにより、燃料電池の姿勢を変化させてもメタノールガスが燃料極に均一に供給されるため発電動作が安定し、また、クロスオーバーも抑制可能であると期待される。
特開２０００−１０６２０１号公報 In order to solve these problems, a so-called vaporization supply type DMFC in which methanol is vaporized and supplied to the fuel electrode has been proposed (see Patent Document 1). In Patent Document 1, liquid fuel is supplied to the fuel vaporization layer by capillarity, and methanol vaporized in the fuel vaporization layer is supplied to the fuel electrode. As a result, even if the attitude of the fuel cell is changed, the methanol gas is uniformly supplied to the fuel electrode, so that the power generation operation is stable, and it is expected that the crossover can be suppressed.
JP 2000-106201 A

ところで、気化供給形ＤＭＦＣの空気極で発生した水は、本願発明者の検討によれば、空気極から気化して外部に排出される他、一部の水は固体電荷質層を透過し燃料極に達することが分かった。この水が過剰になると、水はさらに燃料気化層をメタノールと逆方向に透過する。このような水の逆流により、メタノールの透過速度や気化速度が低下するため、燃料極ではメタノールが欠乏するおそれがある。メタノールが欠乏すると出力電力が低下して発電能力の低下の問題が生ずる。   By the way, according to the study of the present inventor, the water generated at the air electrode of the vaporization supply type DMFC is vaporized from the air electrode and discharged to the outside. It turned out to reach the pole. When this water becomes excessive, the water further permeates through the fuel vaporization layer in the direction opposite to that of methanol. Such a reverse flow of water lowers the methanol permeation rate and vaporization rate, and therefore, the fuel electrode may be deficient in methanol. When methanol is deficient, the output power is reduced, causing a problem of reduction in power generation capacity.

また、燃料気化層を透過した水はメタノール水溶液のメタノール濃度を低下させるため、メタノール濃度の低下によりメタノールの気化速度が低下する。この場合もメタノールの欠乏が生じ、出力電力が低下して発電能力の低下の問題が生ずる。   Moreover, since the water which permeate | transmitted the fuel vaporization layer reduces the methanol concentration of methanol aqueous solution, the vaporization speed | rate of methanol falls by the methanol concentration fall. In this case as well, methanol deficiency occurs, resulting in a problem that the output power is reduced and the power generation capacity is reduced.

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、気化供給型の燃料電池において安定性の高い発電能力を有する燃料電池を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell having a highly stable power generation capability in a vaporization supply type fuel cell.

本発明の一観点によれば、酸素ガスが供給される空気極と、燃料ガスが供給される燃料極と、前記空気極と燃料極とに狭持されたプロトン伝導性の固体電解質層と、からなる発電部と、液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、前記液体燃料を気化し、当該気化された燃料を気体燃料として燃料極に供給する液体燃料気化膜と、を備え、前記燃料極から燃料貯蔵部側に、電力により水を分解する水分解部が設けられてなることを特徴とする燃料電池が提供される。   According to one aspect of the present invention, an air electrode to which oxygen gas is supplied, a fuel electrode to which fuel gas is supplied, a proton conductive solid electrolyte layer sandwiched between the air electrode and the fuel electrode, A power storage unit that stores liquid fuel, and a liquid fuel vaporization film that vaporizes the liquid fuel and supplies the vaporized fuel as a gaseous fuel to a fuel electrode, from the fuel electrode There is provided a fuel cell characterized in that a water decomposing unit for decomposing water by electric power is provided on the fuel storage unit side.

本発明によれば、燃料極から燃料貯蔵部側に、電力を供給して水を電気分解する水分解部を設けることにより過剰な水を分解して水が液体燃料気化膜を透過して燃料貯蔵部側に流出することを抑制する。したがって、液体燃料気化膜中で液体燃料の燃料極側への透過を水が妨害するのを抑制し水の透過による液体燃料の気化速度の低下や変動を抑制できる。また、水が燃料貯蔵部の液体燃料に混じることを抑制し、液体燃料の濃度の低下を抑制する。したがって、この点においても液体燃料の気化速度の低下や変動を抑制できる。その結果、安定性の高い発電動作が可能な燃料電池が実現できる。   According to the present invention, by providing a water splitting unit that supplies power from the fuel electrode to the fuel storage unit to electrolyze water, excess water is decomposed, and the water permeates the liquid fuel vaporization membrane and fuel. Suppresses outflow to the storage side. Therefore, it is possible to suppress water from interfering with the permeation of the liquid fuel to the fuel electrode side in the liquid fuel vaporization film, and to suppress a decrease or fluctuation in the vaporization rate of the liquid fuel due to the permeation of water. Moreover, it is suppressed that water mixes with the liquid fuel of a fuel storage part, and the fall of the density | concentration of liquid fuel is suppressed. Accordingly, also in this respect, it is possible to suppress a decrease or fluctuation in the vaporization rate of the liquid fuel. As a result, a fuel cell capable of highly stable power generation operation can be realized.

図１は本発明の原理を説明するための図である。図１を参照するに、本発明の燃料電池は、圧力印加あるいは毛管現象により液体燃料が燃料貯蔵部４２に供給される。液体燃料は液体燃料気化膜４３により気化されて気体燃料が燃料極２３側に供給される。気体燃料は発電部２０の燃料極２３で、後ほど説明する発電反応を起こす。一方、空気極２１の発電反応により生じた水が固体電解質層２２を透過し燃料極２３側に入り込む。かかる水が過剰になると、水が液体燃料気化膜に浸透し、燃料貯蔵部４２に到達するようになる。このことで、液体燃料が燃料極２３側に浸透するのが阻害される。また、水の圧力により液体燃料の気化が妨げられるようになる。その結果、液体燃料の気化速度が低下あるいは変動してしまう。   FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present invention. Referring to FIG. 1, in the fuel cell of the present invention, liquid fuel is supplied to the fuel storage unit 42 by applying pressure or by a capillary phenomenon. The liquid fuel is vaporized by the liquid fuel vaporization film 43, and the gaseous fuel is supplied to the fuel electrode 23 side. The gaseous fuel causes a power generation reaction described later at the fuel electrode 23 of the power generation unit 20. On the other hand, water generated by the power generation reaction of the air electrode 21 passes through the solid electrolyte layer 22 and enters the fuel electrode 23 side. When such water becomes excessive, the water penetrates into the liquid fuel vaporization film and reaches the fuel storage unit 42. This prevents the liquid fuel from penetrating the fuel electrode 23 side. Further, the vaporization of the liquid fuel is hindered by the water pressure. As a result, the vaporization rate of the liquid fuel is reduced or fluctuated.

本発明では、燃料極２３に対して燃料貯蔵部４２側に水を電気分解により分解する水分解部５０を設けている。水分解部５０は２つの電極５１、５３とそれらの間に挟まれたイオン交換樹脂層５２からなり、２つの電極５１、５３に直流電源５４により電圧を印加する。これにより液体燃料気化膜４３における液体燃料の透過および気化を阻害する過剰な水が除去される。したがって、液体燃料の気化速度の低下および変動が抑制される。その結果、本発明の燃料電池は安定性の高い発電動作が可能となる。   In the present invention, a water decomposition unit 50 that decomposes water by electrolysis is provided on the fuel storage unit 42 side with respect to the fuel electrode 23. The water splitting unit 50 includes two electrodes 51 and 53 and an ion exchange resin layer 52 sandwiched therebetween, and a voltage is applied to the two electrodes 51 and 53 by a DC power supply 54. As a result, excess water that impedes permeation and vaporization of the liquid fuel in the liquid fuel vaporization film 43 is removed. Therefore, the reduction and fluctuation of the vaporization rate of the liquid fuel are suppressed. As a result, the fuel cell of the present invention can perform a highly stable power generation operation.

本発明によれば、燃料極側にある過剰な水を分解し、水が液体燃料気化膜を透過して燃料貯蔵部側に流出することを抑制する水分解部を設けることにより、過剰な水の存在により発生する液体燃料の気化速度の低下や変動を抑制できる。燃料電池は安定性の高い発電能力を有する。   According to the present invention, excess water on the fuel electrode side is decomposed, and a water decomposition unit that suppresses water from passing through the liquid fuel vaporization film and flowing out to the fuel storage unit side is provided. It is possible to suppress a decrease or fluctuation in the vaporization rate of the liquid fuel generated due to the presence of. The fuel cell has a highly stable power generation capability.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態に係る燃料電池を具体的に説明する。   Hereinafter, a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

（第１の実施の形態）
図２は、本発明の実施の形態に係る燃料電池の断面図である。 (First embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell according to the embodiment of the present invention.

図２を参照するに、燃料電池１０は、発電部２０と、酸素ガスを空気極２１に供給する空気供給部３０と、液体燃料を気化してメタノールガス等の燃料ガスを燃料極２３に供給する燃料供給部４０等から構成される。   Referring to FIG. 2, the fuel cell 10 includes a power generation unit 20, an air supply unit 30 that supplies oxygen gas to the air electrode 21, and a liquid gas that vaporizes liquid fuel and supplies a fuel gas such as methanol gas to the fuel electrode 23. The fuel supply unit 40 and the like are configured.

発電部２０は、空気極２１と、固体電解質層２２と、燃料極２３とがこの順に積層され、空気極２１に接する空気極集電体２４と、燃料極２３に接する燃料極集電体２５から構成される。空気極２１は、薄膜のため図示を省略したが、例えば、多孔質体のカーボンペーパと、触媒層から構成される。触媒層は、例えば、Ｐｔ（白金）の微粒子やＰｔを表面に担持したカーボン粉末からなり、固体電解質層２２に接するように配置される。   In the power generation unit 20, an air electrode 21, a solid electrolyte layer 22, and a fuel electrode 23 are stacked in this order, and an air electrode current collector 24 in contact with the air electrode 21 and a fuel electrode current collector 25 in contact with the fuel electrode 23. Consists of Although the air electrode 21 is not shown because it is a thin film, it is composed of, for example, porous carbon paper and a catalyst layer. The catalyst layer is made of, for example, Pt (platinum) fine particles or carbon powder carrying Pt on the surface, and is disposed so as to be in contact with the solid electrolyte layer 22.

固体電解質層２２は、プロトン伝導性の高分子固体電解質からなる。高分子固体電解質としては、例えばスルホン酸基やリン酸基等の強酸基や、カルボキシル基等の弱酸基を有する樹脂が挙げられる。固体電解質層２２は、例えば、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）ＮＦ１１７（デュポン社商品名）、アシプレックス（旭化成社商品名）を用いることができる。   The solid electrolyte layer 22 is made of a proton conductive polymer solid electrolyte. Examples of the polymer solid electrolyte include resins having strong acid groups such as sulfonic acid groups and phosphoric acid groups, and weak acid groups such as carboxyl groups. As the solid electrolyte layer 22, for example, Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont) NF117 (trade name of DuPont) and Aciplex (trade name of Asahi Kasei) can be used.

燃料極２３は、薄膜のため図示を省略したが、例えば、多孔質体のカーボンペーパと、触媒層から構成される。触媒層は、例えば、Ｐｔ（白金）−Ｒｕ（ルテニウム）合金の微粒子や、Ｐｔ−Ｒｕ合金を表面に担持したカーボン粉末からなり、固体電解質層２２に接するように配置される。   Although the fuel electrode 23 is not shown because it is a thin film, it is composed of, for example, a porous carbon paper and a catalyst layer. The catalyst layer is made of, for example, fine particles of a Pt (platinum) -Ru (ruthenium) alloy or carbon powder carrying a Pt—Ru alloy on the surface, and is disposed so as to be in contact with the solid electrolyte layer 22.

空気極集電体２４は、導電性を有し、メッシュあるいは多孔性の構造を有する。このような構造とすることで、空気極集電体２４は、空気極ガス拡散層３２側から空気極２１側に空気あるいは酸素ガスを透過し易くする。空気極集電体２４は、例えば、Ｎｉ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の耐蝕性の高い金属材料からなることが好ましい。また、空気極集電体２４の構造としては、例えば、金属メッシュ、エキスパンドメタル、金属不織布、三次元網目構造の発泡金属等が挙げられる。また、空気極集電体２４は、その表面に、高導電性でかつ高耐蝕性の金属膜、例えば、Ａｕ膜が形成されていることが好ましい。このような金属膜を設けることで、空気極集電体２４の耐蝕性の向上および空気極２１との接触抵抗の低減化を図ることができる。   The air electrode current collector 24 is electrically conductive and has a mesh or porous structure. With such a structure, the air electrode current collector 24 facilitates the permeation of air or oxygen gas from the air electrode gas diffusion layer 32 side to the air electrode 21 side. The air electrode current collector 24 is preferably made of a metal material having high corrosion resistance such as Ni, SUS304, SUS316, or the like. Examples of the structure of the air electrode current collector 24 include a metal mesh, an expanded metal, a metal nonwoven fabric, and a three-dimensional network foam metal. In addition, the air electrode current collector 24 is preferably formed on the surface thereof with a highly conductive and highly corrosion-resistant metal film, for example, an Au film. By providing such a metal film, the corrosion resistance of the air electrode current collector 24 can be improved and the contact resistance with the air electrode 21 can be reduced.

また、燃料極集電体２５は、空気極集電体２４と同様の材料から構成され、その表面に、高導電性でかつ高耐蝕性の金属膜、例えば、Ａｕ膜を形成することが好ましい。   The anode current collector 25 is preferably made of the same material as the cathode current collector 24, and a highly conductive and highly corrosion-resistant metal film such as an Au film is preferably formed on the surface thereof. .

発電部２０では、燃料極２３に燃料ガスが供給される。燃料ガスの基となる液体燃料としては、メタノール、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、エタノール等、あるいはこれらの水溶液を用いることができる。第１の実施の形態および第２の実施の形態ではメタノールと水との混合溶液あるいは、１００％濃度のメタノール（以下「メタノール水溶液」と略称する。）を例に説明する。燃料極２３の触媒層では、下記の反応式１の反応が進み、メタノールガスと水蒸気が消費され、二酸化炭素ガス、プロトン（Ｈ+）、および電子、副生成物としてジメトキシメタン、蟻酸メチル等が生成される。ジメトキシメタンや蟻酸メチルは触媒層で反応式１とは別の酸化反応が進み、プロトン、および電子が生成される。 In the power generation unit 20, fuel gas is supplied to the fuel electrode 23. As the liquid fuel that is the basis of the fuel gas, methanol, dimethyl ether (DME), ethanol, or an aqueous solution thereof can be used. In the first embodiment and the second embodiment, a mixed solution of methanol and water or 100% concentration methanol (hereinafter abbreviated as “methanol aqueous solution”) will be described as an example. In the catalyst layer of the fuel electrode 23, the reaction of the following reaction formula 1 proceeds, methanol gas and water vapor are consumed, carbon dioxide gas, proton (H + ), electrons, dimethoxymethane, methyl formate and the like as by-products. Generated. Dimethoxymethane or methyl formate undergoes an oxidation reaction different from Reaction Formula 1 in the catalyst layer, and protons and electrons are generated.

ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ- … （反応式１）
プロトンは固体電解質層２２を伝導し空気極２１に達する。電子は、燃料極集電体２５を介して、燃料電池に外部回路として接続された負荷５８に対して仕事を行う。さらに電子は、空気極集電体２４を介して空気極２１に達する。空気極２１の触媒層では、下記の反応式２の還元反応が進み、プロトン、電子、および酸素ガスが消費され水蒸気が生成される。 CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − (Reaction Formula 1)
The protons pass through the solid electrolyte layer 22 and reach the air electrode 21. The electrons work through a fuel electrode current collector 25 to a load 58 connected as an external circuit to the fuel cell. Further, the electrons reach the air electrode 21 through the air electrode current collector 24. In the catalyst layer of the air electrode 21, the reduction reaction of the following reaction formula 2 proceeds, and protons, electrons, and oxygen gas are consumed and water vapor is generated.

３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ-→３Ｈ2Ｏ … （反応式２）
水蒸気は、空気極ガス拡散層３２および酸素供給口３１ａを通じて外部に排出される。また、燃料極２３で発生した二酸化炭素ガスは図示されない生成ガス排出部により外部に排出される。このようにして燃料電池１０は、メタノールを燃料として発電を行う。 3 / 2O 2 + 6H + + 6e − → 3H 2 O (Reaction Formula 2)
The water vapor is discharged to the outside through the air electrode gas diffusion layer 32 and the oxygen supply port 31a. Further, carbon dioxide gas generated at the fuel electrode 23 is discharged to the outside by a generated gas discharge unit (not shown). In this way, the fuel cell 10 generates power using methanol as a fuel.

空気供給部３０は、空気極側筐体３１と、空気極側筐体３１の酸素供給口３１ａから導入した酸素を拡散させ、空気極２１に酸素を導入する空気極ガス拡散層３２から構成される。   The air supply unit 30 includes an air electrode side housing 31 and an air electrode gas diffusion layer 32 that diffuses oxygen introduced from the oxygen supply port 31 a of the air electrode side housing 31 and introduces oxygen into the air electrode 21. The

空気極側筐体３１は、金属材料や樹脂材料から構成される。樹脂材料としては特に限定されないが、メタノール等のアルコール耐性の点で、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン類、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリエーテルエーテルケトン、アクリル等の樹脂を用いることが好ましい。   The air electrode side housing 31 is made of a metal material or a resin material. The resin material is not particularly limited, but in terms of resistance to alcohol such as methanol, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, fluororesins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and perfluoroalkoxyethylene (PFA), polyvinyl chloride, It is preferable to use resins such as polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polysulfone, polyphenylene oxide, polyetheretherketone, and acrylic.

また、空気極側筐体３１には、厚さ方向に貫通する酸素供給口３１ａが多数設けられている。酸素供給口３１ａは、空気極ガス拡散層３２の全体に均一に酸素が導入されるように設けられることが好ましい。   The air electrode side housing 31 is provided with a large number of oxygen supply ports 31a penetrating in the thickness direction. The oxygen supply port 31a is preferably provided so that oxygen is uniformly introduced into the entire air electrode gas diffusion layer 32.

空気極ガス拡散層３２は多孔質材料から構成される。多孔質材料は、多孔質状であればその材料は特に制限されないが、好適な多孔質材料としては、例えば、セラミックス多孔質体、カーボンペーパ、カーボン繊維不織布、フッ素樹脂多孔質体、ポリプロピレン多孔質体等が挙げられる。   The air electrode gas diffusion layer 32 is made of a porous material. The porous material is not particularly limited as long as it is porous. Examples of suitable porous materials include ceramic porous bodies, carbon paper, carbon fiber nonwoven fabrics, fluororesin porous bodies, and polypropylene porous bodies. Examples include the body.

空気供給部３０では、空気極側筐体３１の酸素供給口３１ａから空気中の酸素ガスが導入され、酸素ガスは空気極ガス拡散層３２の開口部あるいは細孔を通じて拡散し、空気極２１の表面に一様に導入される。   In the air supply unit 30, oxygen gas in the air is introduced from the oxygen supply port 31 a of the air electrode side housing 31, and the oxygen gas diffuses through the openings or pores of the air electrode gas diffusion layer 32. It is introduced uniformly on the surface.

なお、封止材３７、４７ａ、４７ｂは気密性に優れる樹脂、例えばエポキシ樹脂、オレフィン樹脂、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂からなり、燃料電池１０の内部のメタノールや二酸化炭素等の気体や、メタノール水溶液や水等の液体が燃料電池１０の外部に漏洩することを防止する。   The sealing materials 37, 47a, 47b are made of a resin having excellent airtightness, for example, a fluorine resin such as an epoxy resin, an olefin resin, PTFE, PFA, etc., and a gas such as methanol or carbon dioxide inside the fuel cell 10, methanol A liquid such as an aqueous solution or water is prevented from leaking outside the fuel cell 10.

燃料供給部４０は、燃料極側筐体４１と、メタノール水溶液が充填される燃料貯蔵部４２と、メタノール水溶液中のメタノールを気化させてメタノールガスに変換する液体燃料気化膜４３と、メタノールガスを拡散させ燃料極２３に導入する燃料極ガス拡散層４６、４８と、燃料極ガス拡散層４６と燃料極ガス拡散層４８との間に設けられた水分解部５０等から構成される。   The fuel supply unit 40 includes a fuel electrode side housing 41, a fuel storage unit 42 filled with a methanol aqueous solution, a liquid fuel vaporization film 43 that vaporizes methanol in the methanol aqueous solution and converts it into methanol gas, and methanol gas. The fuel cell gas diffusion layers 46 and 48 diffused and introduced into the fuel electrode 23, and the water decomposition unit 50 provided between the fuel electrode gas diffusion layer 46 and the fuel electrode gas diffusion layer 48 are formed.

燃料極側筐体４１は金属材料や樹脂材料から構成される。樹脂材料としては特に限定されないが、メタノール等のアルコール耐性の点で、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン類、ＰＴＦＥやＰＦＡ等のフッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルホン、ポリサルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリエーテルエーテルケトン、アクリル等の樹脂を用いることが好ましい。   The fuel electrode side housing 41 is made of a metal material or a resin material. The resin material is not particularly limited, but in terms of resistance to alcohol such as methanol, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, fluororesins such as PTFE and PFA, polyvinyl chloride, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and polyethersulfone. It is preferable to use a resin such as polysulfone, polyphenylene oxide, polyether ether ketone, or acrylic.

燃料貯蔵部４２は、燃料極側筐体４１と、それと対向する液体燃料気化膜４３と、封止材４７ａとからなり、これらに囲まれた空隙部４２ａが形成されている。   The fuel storage part 42 includes a fuel electrode side casing 41, a liquid fuel vaporization film 43 facing the casing 41, and a sealing material 47a, and a void part 42a surrounded by these is formed.

燃料貯蔵部４２は、燃料カートリッジ４４から燃料供給口４２ｂを介してメタノール水溶液が供給され、その空隙部４２ａに貯蔵される。空隙部４２ａに貯蔵されたメタノール水溶液は液体燃料気化膜４３の表面に接触している。   The fuel storage unit 42 is supplied with an aqueous methanol solution from the fuel cartridge 44 through the fuel supply port 42b, and is stored in the gap 42a. The aqueous methanol solution stored in the gap 42 a is in contact with the surface of the liquid fuel vaporized film 43.

燃料カートリッジ４４には圧力印加部４５が設けられる。圧力印加部４５は、メタノール水溶液に背圧を印加することで、液体燃料気化膜４３でのメタノールの気化速度が高められる。特に液体燃料気化膜４３が非多孔質状の場合は、メタノールの気化速度が低下する傾向にあるが、圧力印加部４５により背圧を印加することで、むしろ気化速度を高めることができる。   The fuel cartridge 44 is provided with a pressure application unit 45. The pressure application unit 45 applies a back pressure to the methanol aqueous solution, thereby increasing the vaporization rate of methanol in the liquid fuel vaporization film 43. In particular, when the liquid fuel vaporized film 43 is non-porous, the vaporization rate of methanol tends to decrease. However, by applying a back pressure by the pressure application unit 45, the vaporization rate can be rather increased.

圧力印加部４５は、燃料カートリッジ４４に充填されたメタノール水溶液に直接あるいは窒素ガス等の気体を介して背圧を印加する。背圧の大きさは、液体燃料気化膜４３の材料により適宜選択されるが、０．０１ＭＰａ〜１ＭＰａの範囲に設定されることが好ましい。なお、圧力印加部４５を燃料貯蔵部４２に直接接続して、燃料貯蔵部４２に充填されたメタノール水溶液に直接背圧を印加してもよい。ただし、この場合は燃料カートリッジ４４にメタノール水溶液が逆流しないように逆流防止弁を設ける。   The pressure application unit 45 applies a back pressure to the methanol aqueous solution filled in the fuel cartridge 44 directly or via a gas such as nitrogen gas. Although the magnitude | size of a back pressure is suitably selected by the material of the liquid fuel vaporization film | membrane 43, it is preferable to set to the range of 0.01 Mpa-1 Mpa. Alternatively, the back pressure may be applied directly to the methanol aqueous solution filled in the fuel storage unit 42 by connecting the pressure application unit 45 directly to the fuel storage unit 42. In this case, however, a backflow prevention valve is provided in the fuel cartridge 44 so that the methanol aqueous solution does not flow back.

なお、燃料貯蔵部４２の空隙部４２ａに多孔質材料を充填して、燃料カートリッジ４４から毛管現象により空隙部４２ａメタノール水溶液を供給してもよい。多孔質材料は、アルコール耐性のある樹脂であれば特に制限はない。またこの場合、圧力印加部４５は設けなくともよい。   Alternatively, the gap portion 42a of the fuel storage portion 42 may be filled with a porous material, and the methanol portion aqueous solution 42a may be supplied from the fuel cartridge 44 by capillary action. The porous material is not particularly limited as long as it is an alcohol-resistant resin. In this case, the pressure application unit 45 may not be provided.

液体燃料気化膜４３は、メタノール等のアルコール耐性を有する高分子等からなる多孔質材料あるいは非多孔質材料からなる。液体燃料気化膜４３に好適な多孔質材料としてはフッ素樹脂製の多孔質材料が挙げられる。   The liquid fuel vaporization film 43 is made of a porous material or a non-porous material made of a polymer having alcohol resistance such as methanol. Examples of the porous material suitable for the liquid fuel vaporization film 43 include a porous material made of fluororesin.

液体燃料気化膜４３は、メタノールが十分に気化される点で非多孔質材料が好ましい。非多孔質材料の場合は、メタノール水溶液が気相となってその材料中を透過するからである。液体燃料気化膜４３に好適な非多孔質材料としては、パーフルオロスルホン酸系の樹脂を主材料とする樹脂が挙げられる。このような樹脂は、例えば、フッ素樹脂の主鎖と、スルホン酸基を持つ側鎖を有する樹脂である。かかる材料の樹脂膜としては、例えば、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）、アシプレックス（旭化成社商品名）等が挙げられる。   The liquid fuel vaporization film 43 is preferably a non-porous material in that methanol is sufficiently vaporized. This is because in the case of a non-porous material, the aqueous methanol solution becomes a gas phase and permeates through the material. As a non-porous material suitable for the liquid fuel vaporized film 43, a resin mainly composed of a perfluorosulfonic acid resin can be cited. Such a resin is, for example, a resin having a main chain of a fluororesin and a side chain having a sulfonic acid group. Examples of such a resin film include Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont), Aciplex (trade name of Asahi Kasei Corporation), and the like.

また、液体燃料気化膜４３に好適な非多孔質材料としては、カルボキシ基を有するパーフルオロカーボン系の樹脂を主材料とする樹脂が挙げられる。このような樹脂は、例えば、フッ素樹脂の主鎖と、カルボキシル基を持つ側鎖を有する樹脂である。かかる材料の樹脂膜としては、例えば、フレミオン（旭硝子社商品名）が挙げられる。   In addition, as a non-porous material suitable for the liquid fuel vaporized film 43, a resin whose main material is a perfluorocarbon-based resin having a carboxy group may be mentioned. Such a resin is, for example, a resin having a main chain of a fluororesin and a side chain having a carboxyl group. Examples of the resin film of such a material include Flemion (trade name of Asahi Glass Co., Ltd.).

さらに、液体燃料気化膜４３に好適な非多孔質材料としては、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトンおよびポリアミドのうち一種を主材料とする樹脂が挙げられる。またさらに、液体燃料気化膜４３に好適な非多孔質材料としては、シリコーンゴム等のシリコーンを含む高分子材料が挙げられる。   Furthermore, as a non-porous material suitable for the liquid fuel vaporized film 43, a resin mainly containing one of polysulfone, polyimide, polyetheretherketone and polyamide can be cited. Furthermore, as a non-porous material suitable for the liquid fuel vaporized film 43, a polymer material containing silicone such as silicone rubber can be cited.

燃料ガス拡散層４６は、メタノール等のアルコール耐性を有する多孔質材料から構成される。燃料ガス拡散層４６に好適な多孔質材料としては、セラミックス、カーボンペーパ、カーボン繊維不織布、フッ素樹脂、ポリプロピレン等の多孔質材料が挙げられる。   The fuel gas diffusion layer 46 is made of a porous material having alcohol resistance such as methanol. Examples of the porous material suitable for the fuel gas diffusion layer 46 include porous materials such as ceramics, carbon paper, carbon fiber nonwoven fabric, fluororesin, and polypropylene.

また、燃料ガス拡散層４８はメタノール等のアルコール耐性を有する多孔質材料で、絶縁性を有する材料からなる。次に説明する水分解部５０の電極５３と燃料極集電体２５の電気的な短絡を防止できる。燃料ガス拡散層４８に好適な多孔質材料としては、セラミックス、フッ素樹脂、ポリプロピレン等の多孔質材料が挙げられる。   The fuel gas diffusion layer 48 is a porous material having resistance to alcohol such as methanol, and is made of an insulating material. An electrical short circuit between the electrode 53 of the water splitting unit 50 and the fuel electrode current collector 25 described below can be prevented. Examples of the porous material suitable for the fuel gas diffusion layer 48 include porous materials such as ceramics, fluororesin, and polypropylene.

また、燃料ガス拡散層４６、４８の空孔率は、３０％〜９５％の範囲に設定されることが好ましく、４０％〜９０％の範囲に設定されることがより好ましい。空孔率が９５％を超えると燃料ガス拡散層４６、４８の機械的強度が低下する。   Further, the porosity of the fuel gas diffusion layers 46 and 48 is preferably set in a range of 30% to 95%, and more preferably set in a range of 40% to 90%. When the porosity exceeds 95%, the mechanical strength of the fuel gas diffusion layers 46 and 48 decreases.

また、燃料ガス拡散層４６、４８の厚さは、特に制限はないが、１ｍｍ以下であることが好ましい。燃料ガス拡散層４６、４８が１ｍｍよりも厚いと燃料電池全体の厚さが過度に大きくなる。なお、液体燃料気化膜４３側の燃料ガス拡散層４６を設ける方が好ましいが、燃料ガスの拡散が十分な場合は必須ではない。   The thickness of the fuel gas diffusion layers 46 and 48 is not particularly limited, but is preferably 1 mm or less. If the fuel gas diffusion layers 46 and 48 are thicker than 1 mm, the thickness of the entire fuel cell becomes excessively large. Although it is preferable to provide the fuel gas diffusion layer 46 on the liquid fuel vaporization film 43 side, this is not essential when the fuel gas is sufficiently diffused.

水分解部５０は、燃料ガス拡散層４６と燃料ガス拡散層４８との間に設けられている。水分解部５０は、２つの電極５１、５３と、２つの電極に挟まれたイオン交換樹脂層５２からなる。電極５１、５３には直流電源５４から、例えば１．４Ｖの直流電圧が印加されている。水分解部５０は、燃料極２１と液体燃料気化膜４３との間、すなわち燃料ガス拡散層４６、４８に含まれる過剰な水を電気分解して、Ｈ2ガスとＯ2ガスに変換する。 The water splitting unit 50 is provided between the fuel gas diffusion layer 46 and the fuel gas diffusion layer 48. The water splitting unit 50 includes two electrodes 51 and 53 and an ion exchange resin layer 52 sandwiched between the two electrodes. For example, a DC voltage of 1.4 V is applied to the electrodes 51 and 53 from a DC power supply 54. The water splitting unit 50 electrolyzes excess water contained between the fuel electrode 21 and the liquid fuel vaporization film 43, that is, in the fuel gas diffusion layers 46 and 48, and converts the water into H 2 gas and O 2 gas.

イオン交換樹脂層５２は多孔質状のイオン交換樹脂からなる。イオン交換樹脂としては、スルホン酸基やリン酸基等の強酸基やカルボキシ基等の弱酸基等の酸性基、アミノ基、アンモニウム基等の塩基性基を有する樹脂が挙げられる。樹脂材料としては、例えばＰＴＦＥやＰＦＡ等のフッ素樹脂、ポリスルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアクリル酸等が挙げられる。また、イオン交換樹脂層５２としては、上記の酸性基や塩基性基を有する樹脂液を含浸した多孔質の樹脂層を用いることができる。イオン交換樹脂層５２の膜厚は例えば１０μｍ程度に設定される。また、イオン交換樹脂層５２としては、例えば、ナフィオン（登録商標）ＮＦ１１７（デュポン社商品名）、アシプレックス（旭化成社商品名）、フレミオン（旭硝子社商品名）を用いることができる。   The ion exchange resin layer 52 is made of a porous ion exchange resin. Examples of the ion exchange resin include resins having an acidic group such as a strong acid group such as a sulfonic acid group and a phosphoric acid group, a weak acid group such as a carboxy group, and a basic group such as an amino group and an ammonium group. Examples of the resin material include fluororesins such as PTFE and PFA, polysulfone, polyimide, polyamide, and polyacrylic acid. Further, as the ion exchange resin layer 52, a porous resin layer impregnated with a resin liquid having the above acidic group or basic group can be used. The film thickness of the ion exchange resin layer 52 is set to about 10 μm, for example. As the ion exchange resin layer 52, for example, Nafion (registered trademark) NF117 (trade name of DuPont), Aciplex (trade name of Asahi Kasei Co., Ltd.), and Flemion (trade name of Asahi Glass Co., Ltd.) can be used.

電極５１、５３は導電性を有し、メッシュあるいは多孔質状の構造を有する。このような構造とすることで、水や、メタノールガス、二酸化炭素の流通を良好にする。電極５１、５３は、例えば、Ｎｉ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の耐蝕性の高い金属材料からなることが好ましい。電極５１、５３の構造としては、例えば、金属メッシュ、エキスパンドメタル、金属不織布、三次元網目構造の発泡金属等が挙げられる。また電極５１、５３は、その表面に、高伝導性でかつ不活性である点でＡｕ膜あるいは白金族元素の金属膜が形成されていることが好ましい。   The electrodes 51 and 53 have conductivity and have a mesh or porous structure. By adopting such a structure, the circulation of water, methanol gas, and carbon dioxide is improved. The electrodes 51 and 53 are preferably made of a metal material having high corrosion resistance such as Ni, SUS304, SUS316, or the like. Examples of the structure of the electrodes 51 and 53 include a metal mesh, an expanded metal, a metal nonwoven fabric, and a foam metal having a three-dimensional network structure. The electrodes 51 and 53 are preferably formed on the surfaces thereof with an Au film or a platinum group element metal film in that it is highly conductive and inactive.

電極５１と電極５３との間には、直流電源５４により直流電圧を印加する。直流電圧は、１．２Ｖよりも高ければよく、例えば１．４Ｖ以上であれば十分である。また、直流電源５４は、燃料電池１０の出力側を昇圧回路（不図示）に接続し、昇圧回路の出力側を電極５１、５３に接続してもよい。さらには、燃料電池１０が携帯端末機器に搭載されている場合、その携帯端末機器の電源を直流電源５４としてもよい。   A DC voltage is applied between the electrode 51 and the electrode 53 by a DC power supply 54. The DC voltage only needs to be higher than 1.2V, for example, 1.4V or more is sufficient. Further, the DC power supply 54 may connect the output side of the fuel cell 10 to a booster circuit (not shown) and connect the output side of the booster circuit to the electrodes 51 and 53. Furthermore, when the fuel cell 10 is mounted on a mobile terminal device, the power source of the mobile terminal device may be a DC power source 54.

なお、電極５３は燃料拡散層４８に接する側の表面をシリコン酸化膜等の絶縁性材料により覆ってもよい。これにより電極５３と燃料極集電体２５との絶縁性を高めることができ、燃料拡散層４８を薄層化あるいは省略できる。また、電極５１および電極５３はどちらが他方に対して正電圧に設定されてもよい。   The electrode 53 may cover the surface in contact with the fuel diffusion layer 48 with an insulating material such as a silicon oxide film. Thereby, the insulation between the electrode 53 and the fuel electrode current collector 25 can be enhanced, and the fuel diffusion layer 48 can be made thin or omitted. Further, either the electrode 51 or the electrode 53 may be set to a positive voltage with respect to the other.

水分解部５０は、燃料極２１と液体燃料気化膜４３との間に存在する過剰な水を分解し、Ｈ2ガスとＯ2ガスに変換する。Ｈ2ガスとＯ2ガスは燃料極２１で発生した二酸化炭素と共に生成ガス排出部（図示されない）から外部に排出される。生成ガス排出部は、二酸化炭素等を選択的に透過するガス分離膜を有する。また、Ｈ2ガスの一部は燃料極２１で発電反応により消費される。 The water splitting unit 50 decomposes excess water existing between the fuel electrode 21 and the liquid fuel vaporized film 43 and converts it into H 2 gas and O 2 gas. H 2 gas and O 2 gas are discharged to the outside from a generated gas discharge unit (not shown) together with carbon dioxide generated at the fuel electrode 21. The product gas discharge unit has a gas separation membrane that selectively permeates carbon dioxide and the like. A part of the H 2 gas is consumed by the power generation reaction at the fuel electrode 21.

本実施の形態によれば、燃料極２１と液体燃料気化膜４３との間に、直流電源５４により電力を供給して水を電気分解する水分解部５０を設けることにより、燃料極側にある水を分解し、水が液体燃料気化膜４３を透過して燃料貯蔵部４２側に流出することを抑制する。したがって、液体燃料気化膜４３中でメタノールの燃料極２１側への透過を水が妨害するのを抑制して水の透過によるメタノールの気化速度の低下や変動を抑制できる。   According to the present embodiment, by providing the water decomposition unit 50 that supplies power from the DC power source 54 to electrolyze water between the fuel electrode 21 and the liquid fuel vaporization film 43, the fuel electrode 21 is located on the fuel electrode side. Water is decomposed, and water is prevented from passing through the liquid fuel vaporization film 43 and flowing out to the fuel storage unit 42 side. Accordingly, it is possible to suppress the water from interfering with the permeation of methanol to the fuel electrode 21 side in the liquid fuel vaporization film 43 and to suppress the decrease or fluctuation of the vaporization rate of methanol due to the permeation of water.

また、水が燃料貯蔵部４２のメタノール水溶液に混入することを抑制し、メタノール濃度の低下を抑制する。したがって、この点においてもメタノールの気化速度の低下や変動を抑制できる。その結果、安定性の高い発電動作が可能な燃料電池が実現できる。   Further, water is prevented from being mixed into the aqueous methanol solution in the fuel storage unit 42, and a decrease in methanol concentration is suppressed. Therefore, also in this respect, it is possible to suppress a decrease or fluctuation in the vaporization rate of methanol. As a result, a fuel cell capable of highly stable power generation operation can be realized.

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池の断面図である。第２の実施の形態に係る燃料電池は、図２に示す第１の実施の形態に係る燃料電池の変形例である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。 (Second Embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view of a fuel cell according to the second embodiment of the present invention. The fuel cell according to the second embodiment is a modification of the fuel cell according to the first embodiment shown in FIG. In the figure, portions corresponding to the portions described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図３を参照するに、第２の実施の形態に係る燃料電池６０は、燃料極集電体２５が水分解部６５の燃料極２３側の電極を兼ねている以外は、第１の実施の形態に係る燃料電池と略同様の構成からなる。すなわち、水分解部６５は、電極５１と、イオン交換樹脂層５２と、燃料極集電体２５からなる。電極５１と燃料極集電体２５との間には、直流電源５４から直流電圧が印加されるが、燃料極集電体２５に対して電極５１に正電圧を印加する。このようにすることで、燃料極２３で発電反応により発生したプロトンが電極５１に引きつけられることなく、固体電解質層２２を介して空気極２１側に正常に流れる。   Referring to FIG. 3, the fuel cell 60 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that the fuel electrode current collector 25 also serves as the electrode on the fuel electrode 23 side of the water splitting unit 65. The fuel cell according to the embodiment has substantially the same configuration. That is, the water splitting unit 65 includes the electrode 51, the ion exchange resin layer 52, and the fuel electrode current collector 25. A DC voltage is applied from the DC power source 54 between the electrode 51 and the fuel electrode current collector 25, and a positive voltage is applied to the electrode 51 with respect to the fuel electrode current collector 25. By doing so, protons generated by the power generation reaction at the fuel electrode 23 normally flow to the air electrode 21 side through the solid electrolyte layer 22 without being attracted to the electrode 51.

本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を有し、安定性の高い発電動作が可能な燃料電池が実現できる。また、燃料極集電体２５が水分解部６５の電極を兼ねることで一方の電極と、図２に示す燃料極ガス拡散層４８を省略できる。したがって、燃料電池の全体の厚さを低減でき、また、構造を簡略化できる。その結果、燃料電池の小型化が図れる。   According to the present embodiment, it is possible to realize a fuel cell that has the same effect as the first embodiment and is capable of a highly stable power generation operation. Further, since the anode current collector 25 also serves as the electrode of the water splitting section 65, one electrode and the anode gas diffusion layer 48 shown in FIG. 2 can be omitted. Therefore, the overall thickness of the fuel cell can be reduced and the structure can be simplified. As a result, the fuel cell can be reduced in size.

（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池の断面図である。第３の実施の形態に係る燃料電池は、図２に示す第１の実施の形態に係る燃料電池の変形例である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。 (Third embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view of a fuel cell according to the third embodiment of the present invention. The fuel cell according to the third embodiment is a modification of the fuel cell according to the first embodiment shown in FIG. In the figure, portions corresponding to the portions described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図４を参照するに、第３の実施の形態に係る燃料電池７０は、水分解部７５が、燃料極２１と液体燃料気化膜４３との間ではなく、燃料貯蔵部４２に設けられている以外は、第１の実施の形態に係る燃料電池と略同様の構成からなる。また、燃料電池７０は、使用可能な液体燃料が、メタノールが実質的に１００％濃度のものである。ただし、１％以下程度の水が含まれていてもよい（以下、単に「メタノール」と称する。）。なお、液体燃料として１００％濃度のジメチルエーテル（ＤＭＥ）およびエタノールを用いてもよいが、ここではメタノールを使用するとして説明する。   Referring to FIG. 4, in the fuel cell 70 according to the third embodiment, the water splitting unit 75 is provided not in the fuel electrode 21 and the liquid fuel vaporization film 43 but in the fuel storage unit 42. Except for the above, the fuel cell has substantially the same configuration as that of the fuel cell according to the first embodiment. In the fuel cell 70, the liquid fuel that can be used is one in which methanol is substantially 100% concentrated. However, about 1% or less of water may be contained (hereinafter simply referred to as “methanol”). In addition, although 100% concentration dimethyl ether (DME) and ethanol may be used as the liquid fuel, it is assumed here that methanol is used.

水分解部７５は、２つの電極５１、５３と、２つの電極５１、５３に挟まれたイオン交換樹脂層５２からなり、燃料貯蔵部４２の空隙部４２ａの一部を占めるように配置されている。したがって、２つの電極５１、５３およびイオン交換樹脂層５２は空隙部４２ａに充填されたメタノールに接しており、浸漬されている状態となる。２つの電極５１、５３には、直流電源５４が接続され直流電圧が印加されている。水分解部７５および直流電源５４の構成は第１の実施の形態と同様である。   The water splitting unit 75 includes two electrodes 51 and 53 and an ion exchange resin layer 52 sandwiched between the two electrodes 51 and 53, and is disposed so as to occupy a part of the gap 42a of the fuel storage unit 42. Yes. Accordingly, the two electrodes 51 and 53 and the ion exchange resin layer 52 are in contact with the methanol filled in the gap 42a and are immersed. A DC power supply 54 is connected to the two electrodes 51 and 53 and a DC voltage is applied. The configurations of the water splitting unit 75 and the DC power supply 54 are the same as those in the first embodiment.

このように設けられた水分解部７５は、燃料極２１側から液体燃料気化膜４３を浸透し、燃料貯蔵部４２の空隙部４２ａのメタノールに混入した水を電気分解により分解する。したがって、メタノールが水により希釈されることを防止できる。したがって、メタノール濃度の低下により燃料極２１に供給されるメタノールの気化速度の低下を抑制し、安定性の高い発電動作が可能な燃料電池が実現できる。   The water decomposition part 75 provided in this way penetrates the liquid fuel vaporization film 43 from the fuel electrode 21 side, and decomposes water mixed in methanol in the gap part 42a of the fuel storage part 42 by electrolysis. Therefore, it is possible to prevent methanol from being diluted with water. Therefore, a fuel cell capable of suppressing a decrease in the vaporization rate of methanol supplied to the fuel electrode 21 due to a decrease in methanol concentration and capable of a highly stable power generation operation can be realized.

（実施例）
上述した第１および第３の実施の形態に係る燃料電池、およびこれらを組み合わせた構成の燃料電池を作製した。 (Example)
The fuel cells according to the first and third embodiments described above and the fuel cell having a combination of these were fabricated.

本発明に係る実施例１〜７の燃料電池を以下の構成とした。実施例１〜７の共通の構成および連続放電特性の試験方法は以下の通りである。   The fuel cells of Examples 1 to 7 according to the present invention were configured as follows. A common configuration of Examples 1 to 7 and a test method for continuous discharge characteristics are as follows.

［発電部］
発電部２０の大きさを長さ４０ｍｍ×幅４０ｍｍに形成した。燃料極２３の触媒層にＰｔ−Ｒｕ合金担持触媒ＴＥＣ６１Ｅ５４、空気極２１の触媒層に白金担持触媒ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ（いずれも田中貴金属社製）を用いた。固体電解質層２２に固体電解質ナフィオン（登録商標）ＮＦ１１２（デュポン社製商品名）を用いた。空気極集電体および燃料極集電体にメッシュ状のＳＵＳ３０４を用いた。 [Power generation section]
The size of the power generation unit 20 was 40 mm long × 40 mm wide. A Pt—Ru alloy-supported catalyst TEC61E54 was used for the catalyst layer of the fuel electrode 23, and a platinum-supported catalyst TEC10E50E (both manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.) was used for the catalyst layer of the air electrode 21. Solid electrolyte Nafion (registered trademark) NF112 (trade name, manufactured by DuPont) was used for the solid electrolyte layer 22. Mesh-shaped SUS304 was used for the air electrode current collector and the fuel electrode current collector.

［空気供給部］
空気極ガス拡散層にカーボンペーパ（厚さ２８０μｍ、東レ社製）を用いた。 [Air supply section]
Carbon paper (thickness: 280 μm, manufactured by Toray Industries, Inc.) was used for the air electrode gas diffusion layer.

［燃料供給部］
液体燃料気化膜にシリコーンゴム（厚さ２００μｍ、三菱樹脂社製、商品名「珪樹」）、燃料極ガス拡散層にポリイミド多孔質膜（１層の厚さが２５μｍのものを３層重ねて使用した。宇部興産社製）を用いた。 [Fuel supply section]
Silicone rubber (thickness: 200 μm, product name “Saiju”, manufactured by Mitsubishi Plastics, Inc.) on the liquid fuel vaporization membrane, and a polyimide porous membrane (one layer with a thickness of 25 μm) are stacked on the fuel electrode gas diffusion layer. Ube Industries, Ltd.) was used.

［燃料供給部］
水分解部の電極としてＡｕめっきステンレスメッシュを用いた。 [Fuel supply section]
Au-plated stainless steel mesh was used as the electrode for the water splitting part.

また、連続放電特性の試験を以下の手順で行った。   Moreover, the test of the continuous discharge characteristic was done in the following procedures.

（１）液体燃料として１００％濃度のメタノールを用い、燃料貯蔵部に２ｃｍ3を供給し、燃料水位を確認する。
（２）次いで、圧力印加部４５から窒素ガスを供給し、燃料貯蔵部４２のメタノールに０．５ＭＰａの背圧を加える。
（３）次いで、水分解部の電極に外部の直流電源から１．４Ｖを印加し、燃料電池に６０ｍＡ／ｃｍ2の定電流を供給し、燃料電池の放電を行う。
（４）次いで、燃料電池における電圧が０．１Ｖまで低下したときに放電を終了する。
（５）次いで、上記（１）における燃料水位まで液体燃料である１００％濃度のメタノールを補充する。
（６）次いで、上記（２）から（５）までを１サイクルとして、以降、２サイクルを繰り返して、計３サイクルの連続放電特性の実験を行う。 (1) 100% concentration methanol is used as the liquid fuel, 2 cm 3 is supplied to the fuel storage unit, and the fuel level is confirmed.
(2) Next, nitrogen gas is supplied from the pressure application unit 45, and a back pressure of 0.5 MPa is applied to the methanol in the fuel storage unit 42.
(3) Next, 1.4 V is applied to the electrode of the water splitting unit from an external DC power source, a constant current of 60 mA / cm 2 is supplied to the fuel cell, and the fuel cell is discharged.
(4) Next, the discharge is terminated when the voltage in the fuel cell decreases to 0.1V.
(5) Next, 100% concentration methanol, which is a liquid fuel, is replenished up to the fuel level in (1) above.
(6) Next, the above-mentioned (2) to (5) are defined as one cycle, and thereafter, two cycles are repeated, and a total of three cycles of continuous discharge characteristics are tested.

連続放電特性の実験において、放電の開始から終了までの時間（放電時間）を測定した。また、放電中の電圧を測定し、その時間平均を求めて平均放電電圧とした。   In the experiment of continuous discharge characteristics, the time from the start to the end of discharge (discharge time) was measured. Moreover, the voltage during discharge was measured, the time average was calculated | required, and it was set as the average discharge voltage.

また、各実施例の水分解部を以下の構成とした。   Moreover, the water decomposition part of each Example was set as the following structures.

［実施例１］
本実施例は図２に示す第１の実施の形態と同様の構成とした。燃料極と燃料気化膜の間の２つの燃料極ガス拡散層が水分解部を挟むように配置した。水分解部のイオン交換樹脂層にナフィオン（登録商標、デュポン社製）を含浸させたＰＴＦＥ製多孔質フィルムを用いた。 [Example 1]
This example has the same configuration as that of the first embodiment shown in FIG. Two fuel electrode gas diffusion layers between the fuel electrode and the fuel vaporization film were disposed so as to sandwich the water decomposition part. A porous PTFE film in which Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont) was impregnated in the ion exchange resin layer of the water splitting part was used.

［実施例２］
本実施例は図４に示す第３の実施の形態と同様の構成とした。水分解部を燃料貯蔵部に配置した。実施例１と同様のイオン交換樹脂層を用いて水分解部を作製した。 [Example 2]
This example has the same configuration as that of the third embodiment shown in FIG. The water splitting part was arranged in the fuel storage part. A water splitting part was produced using the same ion exchange resin layer as in Example 1.

［実施例３］
本実施例は、実施例１と実施例３とを組み合わせた構成とし、一方の水分解部を燃料極と燃料気化膜の間の２つの燃料極ガス拡散層に挟まれた配置とした。他方の水分解部を燃料貯蔵部に配置した。実施例１と同様のイオン交換樹脂層を用いてそれぞれの水分解部を作製した。 [Example 3]
In this example, the configuration of Example 1 and Example 3 was combined, and one water splitting part was disposed between two fuel electrode gas diffusion layers between the fuel electrode and the fuel vaporization film. The other water splitting part was arranged in the fuel storage part. Each water decomposition part was produced using the ion exchange resin layer similar to Example 1. FIG.

［実施例４］
本実施例は実施例１と同様の構成とした。水分解部のイオン交換樹脂層にスルホン化ポリエーテルスルホンを含浸させたＰＴＦＥ製多孔質フィルムを用いた。 [Example 4]
The present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment. The porous film made from PTFE which impregnated the sulfonated polyether sulfone in the ion exchange resin layer of the water decomposition part was used.

［実施例５］
本実施例は実施例１と同様の構成とした。水分解部のイオン交換樹脂層にスルホン化ポリイミドを含浸させたＰＴＦＥ製多孔質フィルムを用いた。 [Example 5]
The present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment. A porous film made of PTFE in which the ion exchange resin layer in the water decomposition part was impregnated with sulfonated polyimide was used.

［実施例６］
本実施例は実施例１と同様の構成とした。２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸とビスアクリルアミドを重量比で１００：１の割合で水を溶媒として混合し、ＰＴＦＥ製多孔質フィルム中で直接共重合させて水分解部のイオン交換樹脂層を作製した。なお、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸はＡＴＢＳ（東亜合成社商品名）を使用した。 [Example 6]
The present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment. 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid and bisacrylamide are mixed at a weight ratio of 100: 1 using water as a solvent and directly copolymerized in a PTFE porous film to form an ion exchange resin layer in the water splitting portion. Was made. As 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, ATBS (trade name of Toagosei Co., Ltd.) was used.

［実施例７］
本実施例は実施例１と同様の構成とした。水分解部のイオン交換樹脂層にポリアクリル酸−ビスアクリルアミド共重合体を含浸させたＰＴＦＥ製多孔質フィルムを用いた。 [Example 7]
The present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment. A porous PTFE film in which a polyacrylic acid-bisacrylamide copolymer was impregnated in the ion exchange resin layer of the water splitting part was used.

また、本発明によらない比較例として、水分解部を設けない以外は実施例１と同様の構成の燃料電池を作製した。   Further, as a comparative example not according to the present invention, a fuel cell having the same configuration as that of Example 1 was manufactured except that a water splitting unit was not provided.

図５は、実施例および比較例の燃料電池の連続放電特性を示す図である。図５を参照するに、比較例は、第１サイクルから第３サイクルにかけて平均放電電圧が次第に低下している。また、比較例は放電時間もサイクルを追う毎に短くなっている。これは、燃料極と液体燃料気化膜との間の燃料極ガス拡散層に存在する水の量が次第に増加し、燃料極に供給されるメタノール量が次第に減少してメタノールの気化速度がサイクルを追う毎に低下したものと考えられる。   FIG. 5 is a graph showing the continuous discharge characteristics of the fuel cells of Examples and Comparative Examples. Referring to FIG. 5, in the comparative example, the average discharge voltage gradually decreases from the first cycle to the third cycle. Further, in the comparative example, the discharge time is shortened each time the cycle is followed. This is because the amount of water present in the anode gas diffusion layer between the anode and the liquid fuel vaporization membrane gradually increases, the amount of methanol supplied to the anode gradually decreases, and the vaporization rate of methanol cycles. It is thought that it decreased with every follow-up.

一方、実施例１〜７はいずれの例でも、第１サイクルから第３サイクルまでの平均放電電圧および放電時間が安定していることが分かる。このことから、水分解部により燃料極と液体燃料気化膜との間、あるいは燃料貯蔵部に存在する過剰な水が除去されてメタノールの気化速度が安定化していること分かる。実施例１〜７によれば、平均放電電圧および放電時間の安定性は、比較例に対して極めて優れていることが確認できた。   On the other hand, in any of Examples 1 to 7, it can be seen that the average discharge voltage and discharge time from the first cycle to the third cycle are stable. From this, it can be seen that excess water present between the fuel electrode and the liquid fuel vaporization film or in the fuel storage part is removed by the water splitting part, and the vaporization rate of methanol is stabilized. According to Examples 1-7, it has confirmed that the stability of an average discharge voltage and discharge time was very excellent with respect to the comparative example.

以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the present invention described in the claims. It can be changed.

例えば、第１の実施の形態または第２の実施の形態と、第３の実施の形態を組み合わせてもよい。すなわち、燃料極と燃料気化膜との間および燃料貯蔵部の各々に水分解部を設ける。これにより、各々領域の水の分解を行うことで、安定性のいっそう高い発電能力を有する燃料電池が実現できる。   For example, the first embodiment or the second embodiment may be combined with the third embodiment. That is, a water splitting unit is provided between the fuel electrode and the fuel vaporization film and in each of the fuel storage units. Thereby, by performing the water decomposition in each region, a fuel cell having a more stable power generation capability can be realized.

なお、以上の説明に関してさらに以下の付記を開示する。
（付記１） 酸素ガスが供給される空気極と、
燃料ガスが供給される燃料極と、
前記空気極と燃料極とに狭持されたプロトン伝導性の固体電解質層と、からなる発電部と、
液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、
前記液体燃料を気化し、当該気化された燃料を気体燃料として燃料極に供給する液体燃料気化膜と、を備え、
前記燃料極から燃料貯蔵部側に、電力により水を分解する水分解部が設けられてなることを特徴とする燃料電池。
（付記２） 前記電力は直流電源から供給されることを特徴とする付記１記載の燃料電池。
（付記３） 前記直流電源は、当該燃料電池の出力電力を使用してなることを特徴とする付記２記載の燃料電池。
（付記４） 前記水分解部は、
前記燃料極と液体燃料気化膜との間に設けられ、
前記燃料極側から順に、第１の電極と、イオン交換樹脂層と、第２の電極とが配置され、第１の電極と第２の電極との間に電圧が印加されてなることを特徴とする付記１〜３のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
（付記５） 前記発電部は燃料極に接する燃料極集電体を備え、
前記第１の電極と燃料極集電体との間が電気的に絶縁されていることを特徴とする付記４記載の燃料電池。
（付記６） 前記燃料極集電体と第１の電極との間にガス拡散層を有し、該ガス拡散層が絶縁性材料からなることを特徴とする付記５記載の燃料電池。
（付記７） 前記発電部は燃料極に接する燃料極集電体を備え、
前記水分解部は第１の電極が燃料極集電体であることを特徴とする付記４記載の燃料電池。
（付記８） 前記第１の電極に対して第２の電極に正電圧を印加することを特徴とする付記７記載の燃料電池。
（付記９） 前記液体燃料は、実質的に１００％濃度のメタノールからなり、
前記水分解部は燃料貯蔵部に設けられ、第１の電極と、イオン交換樹脂層と、第２の電極からなり、該第１の電極と第２の電極との間に電圧が印加されてなることを特徴とする付記１〜３のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
（付記１０） 前記燃料貯蔵部に充填された液体燃料に対して圧力を印加する圧力印加部をさらに備えることを特徴とする付記１〜９のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
（付記１１） 前記液体燃料気化膜は非多孔質状の材料からなることを特徴とする付記１〜１０のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
（付記１２） 前記非多孔質状の材料は、パーフルオロスルホン酸系の樹脂、カルボキシル基を有するパーフルオロカーボン系の樹脂、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、およびポリアミドからなる群のうち一種を主材料とする樹脂、あるいはシリコーンを含む高分子材料からなることを特徴とする付記１１記載の燃料電池。
（付記１３） 前記イオン交換樹脂層は、多孔質のイオン交換樹脂からなり、該イオン交換樹脂が、酸性基あるいは塩基性基を有することを特徴とする付記１〜１２のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
（付記１４） 前記第１の電極および第２の電極は、それらの表面にＡｕ膜あるいは白金族元素の金属膜が形成されていることを特徴とする付記１〜１３のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
（付記１５） 液体燃料は、メタノールあるいはメタノール水溶液であることを特徴とする付記１〜１４のうち、いずれか一項記載の燃料電池。 In addition, the following additional notes are disclosed regarding the above description.
(Supplementary note 1) an air electrode to which oxygen gas is supplied;
A fuel electrode to which fuel gas is supplied; and
A proton conductive solid electrolyte layer sandwiched between the air electrode and the fuel electrode, and a power generation unit comprising:
A fuel storage section for storing liquid fuel;
A liquid fuel vaporization film that vaporizes the liquid fuel and supplies the vaporized fuel as a gaseous fuel to a fuel electrode; and
A fuel cell comprising a water splitting unit for splitting water by electric power from the fuel electrode to the fuel storage unit side.
(Additional remark 2) The said electric power is supplied from DC power supply, The fuel cell of Additional remark 1 characterized by the above-mentioned.
(Additional remark 3) The said DC power supply uses the output electric power of the said fuel cell, The fuel cell of Additional remark 2 characterized by the above-mentioned.
(Appendix 4) The water splitting unit is
Provided between the fuel electrode and the liquid fuel vaporization film;
A first electrode, an ion exchange resin layer, and a second electrode are disposed in order from the fuel electrode side, and a voltage is applied between the first electrode and the second electrode. The fuel cell according to any one of Supplementary notes 1 to 3.
(Supplementary Note 5) The power generation unit includes a fuel electrode current collector in contact with the fuel electrode,
The fuel cell according to appendix 4, wherein the first electrode and the fuel electrode current collector are electrically insulated.
(Supplementary note 6) The fuel cell according to supplementary note 5, wherein a gas diffusion layer is provided between the fuel electrode current collector and the first electrode, and the gas diffusion layer is made of an insulating material.
(Supplementary Note 7) The power generation unit includes a fuel electrode current collector in contact with the fuel electrode,
The fuel cell according to appendix 4, wherein the water splitting unit has a first electrode as a fuel electrode current collector.
(Supplementary note 8) The fuel cell according to supplementary note 7, wherein a positive voltage is applied to the second electrode with respect to the first electrode.
(Supplementary note 9) The liquid fuel is substantially composed of 100% methanol,
The water splitting unit is provided in the fuel storage unit, and includes a first electrode, an ion exchange resin layer, and a second electrode. A voltage is applied between the first electrode and the second electrode. The fuel cell according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein:
(Additional remark 10) The fuel cell as described in any one of Additional remarks 1-9 further provided with the pressure application part which applies a pressure with respect to the liquid fuel with which the said fuel storage part was filled.
(Appendix 11) The fuel cell according to any one of appendices 1 to 10, wherein the liquid fuel vaporization film is made of a non-porous material.
(Supplementary Note 12) The non-porous material is mainly one type of a group consisting of a perfluorosulfonic acid resin, a perfluorocarbon resin having a carboxyl group, polysulfone, polyimide, polyetheretherketone, and polyamide. 12. The fuel cell according to appendix 11, wherein the fuel cell is made of a polymer material including a resin or a silicone.
(Additional remark 13) The said ion exchange resin layer consists of porous ion exchange resins, and this ion exchange resin has an acidic group or a basic group, Any one among Additional remarks 1-12 characterized by the above-mentioned. The fuel cell as described.
(Supplementary Note 14) Any one of Supplementary notes 1 to 13, wherein the first electrode and the second electrode have an Au film or a platinum group element metal film formed on a surface thereof. The fuel cell as described.
(Additional remark 15) Liquid fuel is methanol or methanol aqueous solution, The fuel cell as described in any one of Additional remarks 1-14 characterized by the above-mentioned.

本発明の原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of this invention. 本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池の断面図である。1 is a cross-sectional view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池の断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 実施例および比較例の燃料電池の連続放電特性を示す図である。It is a figure which shows the continuous discharge characteristic of the fuel cell of an Example and a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

１０、６０、７０ 燃料電池
２０ 発電部
２１ 空気極
２２ 固体電解質層
２３ 燃料極
２４ 空気極集電体
２５ 燃料極集電体
３０ 空気供給部
３１ 空気極側筐体
３１ａ 酸素供給口
３２ 空気極ガス拡散層
３７ 封止材
４０ 燃料供給部
４１ 燃料極側筐体
４２ 燃料貯蔵部
４２ａ 空隙部
４２ｂ 燃料供給口
４３ 液体燃料気化膜
４４ 燃料カートリッジ
４５ 圧力印加部
４６、４８ 燃料極ガス拡散層
４７ａ、４７ｂ 封止材
５０、６５、７５ 水分解部
５１、５３ 電極
５２ イオン交換樹脂層
５４ 直流電源
５８ 負荷 10, 60, 70 Fuel cell 20 Power generation unit 21 Air electrode 22 Solid electrolyte layer 23 Fuel electrode 24 Air electrode current collector 25 Fuel electrode current collector 30 Air supply unit 31 Air electrode side housing 31a Oxygen supply port 32 Air electrode gas Diffusion layer 37 Sealing material 40 Fuel supply part 41 Fuel electrode side casing 42 Fuel storage part 42a Cavity part 42b Fuel supply port 43 Liquid fuel vaporization film 44 Fuel cartridge 45 Pressure application part 46, 48 Fuel electrode gas diffusion layer 47a, 47b Sealing material 50, 65, 75 Water decomposition part 51, 53 Electrode 52 Ion exchange resin layer 54 DC power supply 58 Load

Claims (5)

酸素ガスが供給される空気極と、
燃料ガスが供給される燃料極と、
前記空気極と燃料極とに狭持されたプロトン伝導性の固体電解質層と、からなる発電部と、
液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、
前記液体燃料を気化し、当該気化された燃料を気体燃料として燃料極に供給する液体燃料気化膜と、を備え、
前記燃料極から燃料貯蔵部側に、電力により水を分解する水分解部が設けられてなることを特徴とする燃料電池。 An air electrode to which oxygen gas is supplied;
A fuel electrode to which fuel gas is supplied; and
A proton conductive solid electrolyte layer sandwiched between the air electrode and the fuel electrode, and a power generation unit comprising:
A fuel storage section for storing liquid fuel;
A liquid fuel vaporization film that vaporizes the liquid fuel and supplies the vaporized fuel as a gaseous fuel to a fuel electrode; and
A fuel cell comprising a water splitting unit for splitting water by electric power from the fuel electrode to the fuel storage unit side. 前記水分解部は、
前記燃料極と液体燃料気化膜との間に設けられ、
前記燃料極側から順に、第１の電極と、イオン交換樹脂層と、第２の電極とが配置され、第１の電極と第２の電極との間に電圧が印加されてなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。 The water splitting unit is
Provided between the fuel electrode and the liquid fuel vaporization film;
A first electrode, an ion exchange resin layer, and a second electrode are disposed in order from the fuel electrode side, and a voltage is applied between the first electrode and the second electrode. The fuel cell according to claim 1. 前記発電部は燃料極に接する燃料極集電体を備え、
前記水分解部は第１の電極が燃料極集電体であることを特徴とする請求項２記載の燃料電池。 The power generation unit includes an anode current collector in contact with the anode,
The fuel cell according to claim 2, wherein the water splitting unit has a first electrode as a fuel electrode current collector. 前記液体燃料は、実質的に１００％濃度のメタノールからなり、
前記水分解部は燃料貯蔵部に設けられ、第１の電極と、イオン交換樹脂層と、第２の電極からなり、該第１の電極と第２の電極との間に電圧が印加されてなることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。 The liquid fuel substantially consists of 100% methanol,
The water splitting unit is provided in the fuel storage unit, and includes a first electrode, an ion exchange resin layer, and a second electrode. A voltage is applied between the first electrode and the second electrode. The fuel cell according to claim 1, wherein 前記燃料貯蔵部に充填された液体燃料に対して圧力を印加する圧力印加部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, further comprising a pressure application unit that applies pressure to the liquid fuel filled in the fuel storage unit.
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