JPWO2008078639A1

JPWO2008078639A1 - Fuel cell

Info

Publication number: JPWO2008078639A1
Application number: JP2008551061A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　雄一; 雄一佐藤; 門馬　旬; 旬門馬
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2010-04-22
Also published as: WO2008078639A1; TW200843176A

Abstract

本発明は、発電時の出力低下が抑制された燃料電池を提供することを目的とする。本発明は、電解質層（１）と、前記電解質層（１）の一方の面に形成された複数のアノード（３）と、前記電解質層（１）の他方の面に形成された複数のカソード（２）と、前記複数のカソード（２）間の隙間と対向する位置に配置されたメタノール酸化触媒を含む触媒層（１０）とを具備する燃料電池に関する。An object of this invention is to provide the fuel cell by which the output fall at the time of electric power generation was suppressed. The present invention provides an electrolyte layer (1), a plurality of anodes (3) formed on one surface of the electrolyte layer (1), and a plurality of cathodes formed on the other surface of the electrolyte layer (1). The present invention relates to a fuel cell comprising (2) and a catalyst layer (10) including a methanol oxidation catalyst disposed at a position facing a gap between the plurality of cathodes (2).

Description

本発明は、小型燃料電池として好適な燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell suitable as a small fuel cell.

近年、電子技術の進歩により、電子機器の小型化、高性能化、ポータブル化が進んでおり、携帯用電子機器においては、使用される電池の高エネルギ密度化の要求が強まっている。このため、軽量で小型でありながら高出力の燃料電池が要求されている。 2. Description of the Related Art In recent years, electronic devices have been reduced in size, performance, and portability due to advances in electronic technology. In portable electronic devices, there is an increasing demand for higher energy density of batteries used. For this reason, there is a demand for a high-power fuel cell that is lightweight and small.

特に、メタノールを燃料として用いた直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：ＤｉｒｅｃｔＭｅｔｈａｎｏｌＦｕｅｌＣｅｌｌ）は、水素ガスを使用する燃料電池に比べ、水素ガスの取り扱いの困難さや、有機燃料を改質して水素を作り出す装置等が必要なく、小型化に優れていると考えられる。 In particular, a direct methanol fuel cell (DMFC) using methanol as a fuel is more difficult to handle hydrogen gas than a fuel cell using hydrogen gas, and reforms organic fuel to generate hydrogen. It is considered that it is excellent in miniaturization because it does not require a device to create.

国際公開ＷＯ２００５／１１２１７２Ａ１では、メタノール濃度が５０モル％を超えている液体燃料を気化させた気化燃料を用いることにより、軽量かつ小型でありながら高出力の燃料電池を実現している。 In the international publication WO2005 / 112172A1, a high-power fuel cell is realized while being lightweight and small by using a vaporized fuel obtained by vaporizing a liquid fuel having a methanol concentration exceeding 50 mol%.

しかしながら、国際公開ＷＯ２００５／１１２１７２Ａ１のように気化燃料を使用する気化型の燃料電池では、発電中に膜電極接合体（ＭＥＡ：ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）の温度が低下しやすく、高出力を安定して得られないという問題点があった。ＭＥＡの温度を維持する方法として液体燃料を保温することが挙げられるが、気化量が増大するため、カソードへのメタノールクロスオーバが多くなり、出力がさらに低下する。 However, in a vaporization type fuel cell using vaporized fuel as in International Publication WO2005 / 112172A1, the temperature of a membrane electrode assembly (MEA) is likely to decrease during power generation, and a high output can be stably obtained. There was a problem that it was not possible. As a method for maintaining the temperature of the MEA, it is possible to keep the temperature of the liquid fuel. However, since the amount of vaporization increases, the methanol crossover to the cathode increases and the output further decreases.

本発明は、発電時の出力低下が抑制された燃料電池を提供しようとするものである。 The present invention is intended to provide a fuel cell in which a decrease in output during power generation is suppressed.

本発明に係る燃料電池は、電解質層と、
前記電解質層の一方の面に形成された複数のアノードと、
前記電解質層の他方の面に形成された複数のカソードと、
前記複数のカソード間の隙間と対向する位置に配置されたメタノール酸化触媒を含む触媒層と
を具備する。The fuel cell according to the present invention comprises an electrolyte layer,
A plurality of anodes formed on one surface of the electrolyte layer;
A plurality of cathodes formed on the other surface of the electrolyte layer;
And a catalyst layer including a methanol oxidation catalyst disposed at a position facing the gaps between the plurality of cathodes.

図１は、本発明の第１の実施形態に係る直接メタノール型燃料電池を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing a direct methanol fuel cell according to the first embodiment of the present invention. 図２は、図１の直接メタノール型燃料電池の要部を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the direct methanol fuel cell of FIG. 図３は、本発明の第２の実施形態に係る直接メタノール型燃料電池を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic view showing a direct methanol fuel cell according to the second embodiment of the present invention. 図４は、図３の直接メタノール型燃料電池の要部を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a main part of the direct methanol fuel cell of FIG. 図５は、実施例１〜２及び比較例の直接メタノール型燃料電池における出力密度の経時変化を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the change in output density with time in the direct methanol fuel cells of Examples 1 and 2 and the comparative example. 図６は、実施例１〜２及び比較例の直接メタノール型燃料電池におけるＭＥＡの温度変化を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing temperature changes of MEAs in the direct methanol fuel cells of Examples 1 and 2 and the comparative example. 図７は、本発明の実施形態に係る燃料電池を示す内部透視断面図である。FIG. 7 is an internal perspective sectional view showing the fuel cell according to the embodiment of the present invention. 図８は、図７の燃料電池の燃料分配機構を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a fuel distribution mechanism of the fuel cell of FIG.

本発明者らは鋭意研究の結果、気化燃料供給型の燃料電池では、発電を開始すると、カソードでのメタノールクロスオーバ反応量が減少するため、カソードでの発熱量が減少し、これによりＭＥＡの温度が低下し、発電効率が低下することを究明した。また、この気化燃料供給型の燃料電池において、国際公開ＷＯ２００５／１１２１７２Ａ１に記載されているようなカソードで生成した水をアノードに戻す構成にすると、ＭＥＡの温度がさらに低下することがわかった。ＭＥＡの温度が低下すると、発電効率が低下するだけでなく、液体燃料の気化量が減少するため、出力が著しく低下する。 As a result of diligent research, the inventors of the present invention have found that in a vaporized fuel supply type fuel cell, the amount of methanol crossover reaction at the cathode decreases when power generation is started. We have determined that the temperature decreases and the power generation efficiency decreases. Further, in this vaporized fuel supply type fuel cell, it was found that the temperature of the MEA was further lowered when water produced at the cathode as described in International Publication WO2005 / 112172A1 was returned to the anode. When the temperature of the MEA decreases, not only the power generation efficiency decreases, but also the output of the liquid fuel significantly decreases because the vaporization amount of liquid fuel decreases.

本発明者らは、ＭＥＡを、電解質層の一方の面に複数のアノードが形成され、かつ他方の面に複数のカソードが形成された平面型構造にし、メタノール酸化触媒を含む触媒層を複数のカソード間の隙間と対向するように設けると、電解質層を透過してきたメタノールが触媒層において反応し、その反応熱でＭＥＡを保温できることを見出したのである。その結果、発電中のＭＥＡの温度低下を抑制することができるため、長期間に亘って高い出力を維持することができる。また、発電に利用できなかったメタノールを触媒層で消費することができるため、燃料電池の外部に排出されるメタノール量を少なくすることができる。 The present inventors have made MEA into a planar structure in which a plurality of anodes are formed on one surface of an electrolyte layer and a plurality of cathodes are formed on the other surface, and a catalyst layer containing a methanol oxidation catalyst is formed into a plurality of catalyst layers. It has been found that when it is provided so as to face the gap between the cathodes, methanol that has permeated through the electrolyte layer reacts in the catalyst layer, and the heat of reaction can keep the MEA warm. As a result, since the temperature drop of the MEA during power generation can be suppressed, a high output can be maintained over a long period of time. Further, since methanol that could not be used for power generation can be consumed by the catalyst layer, the amount of methanol discharged to the outside of the fuel cell can be reduced.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１に示すように、燃料電池は複数の膜電極接合体（ＭＥＡ）を備えている。複数のＭＥＡは、プロトン伝導性の電解質層１と、電解質層１の一方の面（図１では上面）に形成された複数のカソード２と、電解質層１の他方の面（図１では下面）に形成された複数のアノード３とから構成されている。つまり、複数のＭＥＡが１葉の電解質層１を共有している。また、カソード２は、電解質層１を介してアノード３と対向している。カソード２は、それぞれ、カソード触媒層４がカソードガス拡散層５に積層されたもので、カソード触媒層４が電解質層１と接している。カソード導電層６は、カソードガス拡散層５上に積層されている。一方、アノード３は、アノード触媒層７がアノードガス拡散層８に積層されたもので、アノード触媒層７が電解質層１と接している。カソード導電層９は、アノードガス拡散層８上に積層されている。(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the fuel cell includes a plurality of membrane electrode assemblies (MEAs). The plurality of MEAs include a proton conductive electrolyte layer 1, a plurality of cathodes 2 formed on one surface (upper surface in FIG. 1) of the electrolyte layer 1, and the other surface (lower surface in FIG. 1). And a plurality of anodes 3 formed in the same manner. That is, a plurality of MEAs share one electrolyte layer 1. The cathode 2 faces the anode 3 with the electrolyte layer 1 interposed therebetween. Each of the cathodes 2 has a cathode catalyst layer 4 laminated on a cathode gas diffusion layer 5, and the cathode catalyst layer 4 is in contact with the electrolyte layer 1. The cathode conductive layer 6 is laminated on the cathode gas diffusion layer 5. On the other hand, the anode 3 is formed by laminating the anode catalyst layer 7 on the anode gas diffusion layer 8, and the anode catalyst layer 7 is in contact with the electrolyte layer 1. The cathode conductive layer 9 is laminated on the anode gas diffusion layer 8.

電解質層１には、プロトン伝導性の電解質膜を使用することができる。電解質膜を構成するプロトン伝導性材料としては、例えば、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂（例えば、パーフルオロスルホン酸重合体）、スルホン酸基を有するハイドロカーボン系樹脂、タングステン酸やリンタングステン酸などの無機物等が挙げられるが、これらに限定される物ではない。 For the electrolyte layer 1, a proton conductive electrolyte membrane can be used. Examples of the proton conductive material constituting the electrolyte membrane include a fluoric resin having a sulfonic acid group (for example, perfluorosulfonic acid polymer), a hydrocarbon resin having a sulfonic acid group, tungstic acid, phosphotungstic acid, and the like. However, it is not limited to these.

カソード触媒層４に含まれるカソード触媒としては、例えば、白金族元素の単体金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。カソード触媒には、白金を用いることが望ましいが、これに限定されるものでは無い。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒を使用しても、あるいは無担持触媒を使用しても良い。一方、アノード触媒層７に含まれるアノード触媒としては、例えば、白金族元素の単体金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。アノード触媒には、メタノールや一酸化炭素に対する耐性の強いＰｔ−Ｒｕを用いることが望ましいが、これに限定されるものでは無い。また、炭素材料のような導電性担持体を使用する担持触媒を使用しても、あるいは無担持触媒を使用しても良い。 Examples of the cathode catalyst included in the cathode catalyst layer 4 include platinum group element simple metals (Pt, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, etc.), alloys containing platinum group elements, and the like. Although it is desirable to use platinum as a cathode catalyst, it is not limited to this. Further, a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material may be used, or an unsupported catalyst may be used. On the other hand, examples of the anode catalyst included in the anode catalyst layer 7 include platinum group elemental metals (Pt, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, etc.), alloys containing platinum group elements, and the like. . As the anode catalyst, it is desirable to use Pt-Ru which has strong resistance to methanol and carbon monoxide, but is not limited thereto. Further, a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material may be used, or an unsupported catalyst may be used.

カソードガス拡散層５はカソード触媒層４に酸化剤（例えば空気）を均一に供給する役割を担うものであるが、カソード触媒層４の集電体も兼ねている。一方、アノードガス拡散層８はアノード触媒層７に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層７の集電体も兼ねている。カソードガス拡散層５及びアノードガス拡散層８には、例えば、カーボンペーパーなどの多孔質体を使用することが可能である。 The cathode gas diffusion layer 5 plays a role of uniformly supplying an oxidizing agent (for example, air) to the cathode catalyst layer 4, but also serves as a current collector for the cathode catalyst layer 4. On the other hand, the anode gas diffusion layer 8 serves to uniformly supply fuel to the anode catalyst layer 7 and also serves as a current collector for the anode catalyst layer 7. For the cathode gas diffusion layer 5 and the anode gas diffusion layer 8, for example, a porous material such as carbon paper can be used.

カソード導電層６及びアノード導電層９には、例えば、金、ニッケルなどの金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）、金、ニッケルなどの金属材料からなる箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材などをそれぞれ使用することが出来る。 Examples of the cathode conductive layer 6 and the anode conductive layer 9 include a porous layer (for example, mesh) made of a metal material such as gold or nickel, a foil body made of a metal material such as gold or nickel, or stainless steel (SUS). A composite material in which a conductive metal material such as gold is coated on the conductive metal material can be used.

図１及び図２に示すように、メタノール酸化触媒を含む触媒層１０は、電解質層１上のカソード２の間に配置されている。このように触媒層１０を配置すると、カソード２への酸化剤供給が触媒層１０で妨げられるのを防止できる。メタノール酸化触媒としては、例えば、白金族元素の単体金属（Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等）、白金族元素を含有する合金などを挙げることができる。触媒層１０に使用するメタノール酸化触媒は、アノード触媒またはカソード触媒と同じ種類であっても、異なる種類であっても良い。 As shown in FIGS. 1 and 2, the catalyst layer 10 containing a methanol oxidation catalyst is disposed between the cathodes 2 on the electrolyte layer 1. By disposing the catalyst layer 10 in this way, it is possible to prevent the catalyst layer 10 from hindering the supply of the oxidant to the cathode 2. Examples of the methanol oxidation catalyst include platinum group elemental metals (Pt, Ru, Rh, Ir, Os, Pd, etc.), alloys containing platinum group elements, and the like. The methanol oxidation catalyst used for the catalyst layer 10 may be the same as or different from the anode catalyst or the cathode catalyst.

ＭＥＡの下方には、燃料貯蔵部としての液体燃料タンク１１が配置されている。液体燃料タンク１１内には、液体燃料１２が収容されている。液体燃料１２には、例えば、液体のメタノール、メタノール水溶液が使用される。メタノール水溶液の濃度は５０モル％を超える高濃度にすることが望ましい。また、純メタノールの純度は、９５重量％以上１００重量％以下にすることが望ましい。 Below the MEA, a liquid fuel tank 11 as a fuel storage unit is arranged. A liquid fuel 12 is accommodated in the liquid fuel tank 11. As the liquid fuel 12, for example, liquid methanol or an aqueous methanol solution is used. The concentration of the methanol aqueous solution is desirably a high concentration exceeding 50 mol%. The purity of pure methanol is desirably 95% by weight or more and 100% by weight or less.

液体燃料タンク１１とアノード３との間には、液体燃料をアノードに供給するための燃料供給手段、例えば燃料気化層１３が配置されている。燃料気化層１３は、アノード触媒層７に液体燃料を気化させた気化燃料を供給するためのものである。燃料気化層１３には、例えば、液体燃料の気化成分のみを透過させて、液体燃料は透過できない気液分離膜を使用することができる。気液分離膜には、例えば、メタノール透過性を有する撥水性膜を使用することができる。メタノール透過性を有する撥水性膜としては、例えば、シリコーンシート、ポリエチレン多孔膜、ポリプロピレン多孔膜、ポリエチレン−ポリプロピレン多孔膜、ポリテトラフルオロエチレン多孔膜等を挙げることができる。 Between the liquid fuel tank 11 and the anode 3, fuel supply means for supplying liquid fuel to the anode, for example, a fuel vaporization layer 13 is disposed. The fuel vaporization layer 13 is for supplying vaporized fuel obtained by vaporizing liquid fuel to the anode catalyst layer 7. For the fuel vaporization layer 13, for example, a gas-liquid separation membrane that allows only the vaporized component of the liquid fuel to permeate but does not allow the liquid fuel to permeate can be used. For the gas-liquid separation membrane, for example, a water-repellent membrane having methanol permeability can be used. Examples of the water-repellent film having methanol permeability include a silicone sheet, a polyethylene porous film, a polypropylene porous film, a polyethylene-polypropylene porous film, and a polytetrafluoroethylene porous film.

燃料気化層１３とアノード導電層９の間には、任意にフレーム１４が配置されている。フレーム１４で囲まれた空間は、アノードへの気化燃料の供給量を調整するための気化燃料収容室１５として機能する。 A frame 14 is arbitrarily disposed between the fuel vaporization layer 13 and the anode conductive layer 9. The space surrounded by the frame 14 functions as a vaporized fuel storage chamber 15 for adjusting the amount of vaporized fuel supplied to the anode.

一方、ＭＥＡのカソード導電層６には、カソード触媒層４において生成した水の蒸散を抑止する保湿板１６が積層されている。保湿板１６は、カソードで生成した水をアノードに供給するための水供給手段として機能する。保湿板１６は、カソードからの水分の蒸発を抑制する。このため、発電反応の進行に伴ってカソード触媒層４中の水分保持量が増加し、カソード触媒層４の水分保持量がアノード触媒層７の水分保持量よりも多い状態が作り出される。その結果、浸透圧現象が促進されるため、カソード触媒層４に生成した水が電解質層１を通過してアノード触媒層７に供給される。 On the other hand, a moisturizing plate 16 that suppresses the transpiration of water generated in the cathode catalyst layer 4 is laminated on the cathode conductive layer 6 of the MEA. The moisturizing plate 16 functions as water supply means for supplying water produced at the cathode to the anode. The moisturizing plate 16 suppresses evaporation of moisture from the cathode. For this reason, the moisture retention amount in the cathode catalyst layer 4 increases with the progress of the power generation reaction, and a state in which the moisture retention amount of the cathode catalyst layer 4 is larger than the moisture retention amount of the anode catalyst layer 7 is created. As a result, since the osmotic pressure phenomenon is promoted, water generated in the cathode catalyst layer 4 passes through the electrolyte layer 1 and is supplied to the anode catalyst layer 7.

酸化剤である空気を取り入れるための空気導入口１７が複数個形成されたカバープレート１８は、保湿板１６の上に積層されている。カバープレート１８は、膜電極接合体を含むスタックを加圧してその密着性を高める役割も果たしているため、例えば、ＳＵＳ３０４、炭素鋼、ステンレス鋼、合金鋼、チタン合金、ニッケル合金のような金属から形成される。 A cover plate 18 having a plurality of air inlets 17 for taking in air as an oxidant is laminated on the moisture retention plate 16. Since the cover plate 18 also plays a role of pressurizing the stack including the membrane electrode assembly to enhance its adhesion, for example, from a metal such as SUS304, carbon steel, stainless steel, alloy steel, titanium alloy, nickel alloy. It is formed.

保湿板１６は、メタノールに対して不活性で、耐溶解性、酸素透過性及び透湿性を有する絶縁材料から形成されていることが望ましい。このような絶縁材料としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンを挙げることができる。 The moisturizing plate 16 is preferably made of an insulating material that is inert to methanol and has dissolution resistance, oxygen permeability, and moisture permeability. Examples of such an insulating material include polyolefins such as polyethylene and polypropylene.

保湿板１６は、ＪＩＳＰ−８１１７−１９９８で規定される透気度が５０秒／１００ｃｍ^３以下であることが望ましい。これは、透気度が５０秒／１００ｃｍ^３を超えると、空気導入口１７からカソードへの空気拡散が阻害されて高出力を得られない恐れがあるからである。透気度のさらに好ましい範囲は、１０秒／１００ｃｍ^３以下である。The moisture retention plate 16 desirably has an air permeability specified by JIS P-8117-1998 of 50 seconds / 100 cm ³ or less. This is because if the air permeability exceeds 50 seconds / 100 cm ³ , air diffusion from the air introduction port 17 to the cathode may be hindered and high output may not be obtained. A more preferable range of the air permeability is 10 seconds / 100 cm ³ or less.

保湿板１６は、ＪＩＳＬ−１０９９−１９９３Ａ−１法で規定される透湿度が６０００ｇ／ｍ^２２４ｈ以下であることが望ましい。なお、上記透湿度の値は、ＪＩＳＬ−１０９９−１９９３Ａ−１法の測定方法で示されている通り、４０±２℃の温度の値である。透湿度が６０００ｇ／ｍ^２２４ｈを超えると、カソードからの水分蒸発量が多くなり、カソードからアノードへの水拡散を促進する効果を十分に得られない恐れがあるからである。また、透湿度を５００ｇ／ｍ^２２４ｈ未満にすると、過剰量の水がアノードへ供給されて高出力を得られない恐れがあることから、透湿度は、５００〜６０００ｇ／ｍ^２２４ｈの範囲にすることが望ましい。透湿度のさらに好ましい範囲は、１０００〜４０００ｇ／ｍ^２２４ｈである。The moisture retention plate 16 preferably has a moisture permeability of 6000 g / m ² 24 h or less as defined by the JIS L-1099-1993 A-1 method. In addition, the value of the said water vapor transmission rate is a value of the temperature of 40 +/- 2 degreeC as shown by the measuring method of JIS L-1099-1993 A-1. This is because if the moisture permeability exceeds 6000 g / m ² 24 h, the amount of water evaporation from the cathode increases, and the effect of promoting water diffusion from the cathode to the anode may not be sufficiently obtained. Also, if the water vapor transmission rate is less than 500 g / m ² 24 h, an excessive amount of water may be supplied to the anode and high output may not be obtained, so the water vapor transmission rate is in the range of 500 to 6000 g / m ² 24 h. It is desirable to do. A more preferable range of moisture permeability is 1000 to 4000 g / m ² 24 h.

ＭＥＡからの燃料漏れ及び酸化剤漏れを防止するため、電解質層１と保湿板１６の間並びに電解質層１とフレーム１４の間、それぞれにシール材１９が介在されている。 In order to prevent fuel leakage and oxidant leakage from the MEA, sealing materials 19 are interposed between the electrolyte layer 1 and the moisture retaining plate 16 and between the electrolyte layer 1 and the frame 14, respectively.

図１，２に示す構成の燃料電池では、燃料気化層１３からアノード３に供給される気化燃料と、カバープレート１８の空気導入口１７からカソード２に供給される空気とを用いて発電が行われる。この発電によりカソード２で生成した水は、保湿板１６により燃料電池外部への蒸発が疎外されているため、浸透圧の関係で電解質層１を介してアノード３に移動する。その結果、発電中、アノード３に水が安定して供給されるため、アノード３の内部改質反応の反応抵抗が低減される反面、ＭＥＡの温度低下が懸念される。電解質層１上のカソード２の間に、メタノール酸化触媒を含む触媒層１０が配置されているため、燃料気化層１３から電解質層１を透過してきたメタノールが触媒層１０で酸化され、触媒層１０が発熱する。この発熱でＭＥＡを保温することができるため、長期間に亘って高出力を維持することができる。 1 and 2, power generation is performed using vaporized fuel supplied from the fuel vaporization layer 13 to the anode 3 and air supplied from the air introduction port 17 of the cover plate 18 to the cathode 2. Is called. The water generated at the cathode 2 by this power generation moves to the anode 3 through the electrolyte layer 1 due to the osmotic pressure because evaporation to the outside of the fuel cell is excluded by the moisture retention plate 16. As a result, since water is stably supplied to the anode 3 during power generation, the reaction resistance of the internal reforming reaction of the anode 3 is reduced, but there is a concern about a decrease in the temperature of the MEA. Since the catalyst layer 10 containing a methanol oxidation catalyst is disposed between the cathode 2 on the electrolyte layer 1, the methanol that has permeated the electrolyte layer 1 from the fuel vaporization layer 13 is oxidized by the catalyst layer 10, and the catalyst layer 10. Generates heat. Since the MEA can be kept warm by this heat generation, a high output can be maintained over a long period of time.

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る燃料電池は、触媒層１０を電解質層１に配置する代わりに、絶縁層に設ける点以外は、第１の実施形態と同様な構成を有するため、第１の実施形態と同様な部材については同符号を付して説明を省略する。(Second Embodiment)
Since the fuel cell according to the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the catalyst layer 10 is provided on the insulating layer instead of disposing the catalyst layer 10 on the electrolyte layer 1, the first embodiment The same members as those in FIG.

図３及び図４に示すように、絶縁層２０は、カソード導電層６と保湿板１６との間に介在されている。絶縁層２０は、カソード導電層６と対向する箇所がメッシュ状の多孔質部２１となっており、これによりカソード触媒層４への酸化剤供給路が確保されている。絶縁層２０は、メタノール耐性を有するポリマーから形成することができる。このようなポリマーとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アクリルゴム以外のゴム類、硬質塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、メラミン樹脂、キシレン樹脂などを挙げることができる。 As shown in FIGS. 3 and 4, the insulating layer 20 is interposed between the cathode conductive layer 6 and the moisture retention plate 16. The insulating layer 20 has a mesh-like porous portion 21 at a portion facing the cathode conductive layer 6, thereby securing an oxidizing agent supply path to the cathode catalyst layer 4. The insulating layer 20 can be formed from a polymer having methanol resistance. Examples of such a polymer include polyethylene terephthalate (PET), rubbers other than acrylic rubber, hard vinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), melamine resin, xylene resin, and the like.

触媒層１０は、絶縁層２０上の多孔質部２１の間に配置され、保湿板１６と対向している。このため、触媒層１０は、電解質層１を透過したメタノールと反応してＭＥＡを保温することができ、長期間に亘って高出力を維持することができる。また、触媒層１０とカソード２との間に絶縁層２０が介在されているため、触媒層１０とカソード２との接触による副反応の恐れもない。 The catalyst layer 10 is disposed between the porous portions 21 on the insulating layer 20 and faces the moisture retention plate 16. For this reason, the catalyst layer 10 can react with the methanol that has passed through the electrolyte layer 1 to keep the MEA warm, and can maintain a high output over a long period of time. In addition, since the insulating layer 20 is interposed between the catalyst layer 10 and the cathode 2, there is no fear of a side reaction due to contact between the catalyst layer 10 and the cathode 2.

［実施例］
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。[Example]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（実施例１）
＜アノードの作製＞
ＰｔＲｕ合金（Ｐｔ：Ｒｕ＝１：１）粒子が担持されたカーボンブラックからなるアノード触媒に、パーフルオロカーボンスルホン酸溶液、水及びメトキシプロパノールを添加し、これらを混合することによりペーストを調製した。得られたペーストをアノードガス拡散層としての多孔質カーボンペーパーに塗布することによりアノード触媒層を得た。Example 1
<Production of anode>
A paste was prepared by adding a perfluorocarbon sulfonic acid solution, water and methoxypropanol to an anode catalyst made of carbon black on which PtRu alloy (Pt: Ru = 1: 1) particles were supported, and mixing them. The obtained paste was applied to porous carbon paper as an anode gas diffusion layer to obtain an anode catalyst layer.

＜カソードの作製＞
Ｐｔ粒子が担持されたカーボンブラックからなるカソード触媒に、パーフルオロカーボンスルホン酸溶液、水及びメトキシプロパノールを加え、これらを混合することによりペーストを調製した。得られたペーストをカソードガス拡散層としての多孔質カーボンペーパーに塗布することによりカソード触媒層を得た。<Production of cathode>
A paste was prepared by adding a perfluorocarbon sulfonic acid solution, water and methoxypropanol to a cathode catalyst made of carbon black carrying Pt particles, and mixing them. The obtained paste was applied to porous carbon paper as a cathode gas diffusion layer to obtain a cathode catalyst layer.

多孔質カーボンペーパー上に塗布された前記アノード触媒層、および多孔質カーボンペーパー上に塗布された前記カソード触媒層は、所定の大きさになるように型を用いて切断した。また本発明のカソード間の隙間に対向する位置に配置するカソード触媒層も、前記で作製したカソード触媒層を隙間の大きさに合致するような所定の大きさに切断した。 The anode catalyst layer coated on the porous carbon paper and the cathode catalyst layer coated on the porous carbon paper were cut using a mold so as to have a predetermined size. Further, the cathode catalyst layer disposed at a position facing the gap between the cathodes of the present invention was also cut into a predetermined size so as to match the size of the gap.

プロトン伝導性電解質膜としてのパーフルオロカーボンスルホン酸膜（ｎａｆｉｏｎ（登録商標）膜、デュポン社製）の一方の面に複数のカソードを配置した。この電解質膜の他方の面に複数のアノードをそれぞれがカソードと対向するように配置した。また前記複数のカソード間の隙間と対向する位置に、カソード触媒層を配置した。これらにホットプレスを施すことにより、複数の膜電極接合体（ＭＥＡ）を得た。ＭＥＡそれぞれのカソード拡散層にカソード導電層を、アノード拡散層にアノード導電層を配置した。カソード導電層及びアノード導電層には、Ａｕ製メッシュ板を使用した。 A plurality of cathodes were arranged on one surface of a perfluorocarbon sulfonic acid membrane (a nafion (registered trademark) membrane, manufactured by DuPont) as a proton conductive electrolyte membrane. A plurality of anodes were arranged on the other surface of the electrolyte membrane so as to face each cathode. A cathode catalyst layer was disposed at a position facing the gaps between the plurality of cathodes. By subjecting them to hot pressing, a plurality of membrane electrode assemblies (MEA) were obtained. A cathode conductive layer was disposed on the cathode diffusion layer of each MEA, and an anode conductive layer was disposed on the anode diffusion layer. Au mesh plates were used for the cathode conductive layer and the anode conductive layer.

気液分離膜として、シリコーンゴムシートを用意した。また、燃料タンクに純度が９９．９重量％のメタノールを収容した。保湿板として厚さが５００μｍで、透気度が２秒／１００ｃｍ^３（ＪＩＳＰ−８１１７−１９９８）で、透湿度が４０００ｇ／ｍ^２２４ｈ（ＪＩＳＬ−１０９９−１９９３Ａ−１法）のポリエチレン製多孔質フィルムを用意した。A silicone rubber sheet was prepared as a gas-liquid separation membrane. The fuel tank contained methanol having a purity of 99.9% by weight. A polyethylene having a thickness of 500 μm as a moisture retaining plate, an air permeability of 2 seconds / 100 cm ³ (JIS P-8117-1998), and a moisture permeability of 4000 g / m ² 24 h (JIS L-1099-1993 A-1 method). A porous film was prepared.

得られた膜電極接合体及び気液分離膜を用いて前述した図１に示す構造を有する内部気化型の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。 An internal vaporization type direct methanol fuel cell having the structure shown in FIG. 1 was assembled using the obtained membrane electrode assembly and gas-liquid separation membrane.

（実施例２）
実施例１で説明したのと同様にしてアノード触媒層とカソード触媒層を作製し、プロトン伝導性電解質膜としてのパーフルオロカーボンスルホン酸膜（ｎａｆｉｏｎ（登録商標）膜、デュポン社製）の一方の面に複数のカソードを配置した。この電解質膜の他方の面に複数のアノードをそれぞれがカソードと対向するように配置した。これらにホットプレスを施すことにより、複数の膜電極接合体（ＭＥＡ）を得た。
全てのＭＥＡのカソード導電層を覆うように絶縁層を配置した。絶縁層は、ポリエチレン製で、カソード導電層と対向する部分がメッシュ状の多孔質部となっていた。メッシュ状の多孔質部分と合致する大きさにポリエチレンテレフタレート製のマスキングを施し、絶縁層の多孔質部間にカソード触媒層と同様な組成のスラリーを塗布し、乾燥して、マスキングを取り除くことで、メッシュ状の多孔質部以外の場所に触媒層を形成した。(Example 2)
An anode catalyst layer and a cathode catalyst layer were prepared in the same manner as described in Example 1, and one side of a perfluorocarbon sulfonic acid membrane (nafion (registered trademark) membrane, manufactured by DuPont) as a proton conductive electrolyte membrane was prepared. A plurality of cathodes were arranged in A plurality of anodes were arranged on the other surface of the electrolyte membrane so as to face each cathode. By subjecting them to hot pressing, a plurality of membrane electrode assemblies (MEA) were obtained.
An insulating layer was disposed so as to cover the cathode conductive layer of all MEAs. The insulating layer was made of polyethylene, and the portion facing the cathode conductive layer was a mesh-like porous portion. By applying masking made of polyethylene terephthalate to a size that matches the mesh porous part, applying a slurry of the same composition as the cathode catalyst layer between the porous part of the insulating layer, drying and removing the masking Then, a catalyst layer was formed at a place other than the mesh-like porous part.

得られたＭＥＡ及び触媒層と、実施例１で説明したのと同様な気液分離膜及び液体燃料とを用いて前述した図３に示す構造を有する内部気化型の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。 The internal vaporization type direct methanol fuel cell having the structure shown in FIG. 3 is assembled using the obtained MEA and catalyst layer, and the same gas-liquid separation membrane and liquid fuel as described in Example 1. It was.

（比較例）
触媒層１０を形成しないこと以外は、前述した実施例１で説明したのと同様な構成の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。(Comparative example)
A direct methanol fuel cell having the same configuration as that described in Example 1 was assembled except that the catalyst layer 10 was not formed.

得られた燃料電池に０．３Ｖで定電圧試験を行い、出力密度の経時変化を図５に、ＭＥＡの温度変化を図６に示す。なお、定電圧試験の途中で液体燃料の補充を１回行った。 The obtained fuel cell was subjected to a constant voltage test at 0.3 V, and the change in output density with time is shown in FIG. 5 and the change in temperature of MEA is shown in FIG. The liquid fuel was replenished once during the constant voltage test.

図５から明らかな通りに、実施例１，２の燃料電池では、発電が進行した際の出力密度の低下幅が小さく、この傾向は液体燃料を補充後もほとんど変わらなかった。また、図６から、実施例１，２の燃料電池では、ＭＥＡの温度がほぼ一定に保たれていることがわかる。 As is clear from FIG. 5, in the fuel cells of Examples 1 and 2, the decrease in output density when power generation progressed was small, and this tendency remained almost unchanged after replenishment with liquid fuel. Further, it can be seen from FIG. 6 that in the fuel cells of Examples 1 and 2, the temperature of the MEA is kept substantially constant.

これに対し、比較例の燃料電池では、発電を開始すると出力密度が急激に低下し、液体燃料の補充直後は高い出力密度が得られるものの、直ちに出力密度が低下した。また、図６の結果から、比較例の燃料電池では、ＭＥＡの温度低下幅が大きいことがわかる。 On the other hand, in the fuel cell of the comparative example, the output density rapidly decreased when power generation was started, and a high output density was obtained immediately after replenishment of liquid fuel, but the output density immediately decreased. Moreover, from the result of FIG. 6, it can be seen that the temperature drop of the MEA is large in the fuel cell of the comparative example.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

例えば、上記した説明では、燃料電池の構成として膜電極接合体（ＭＥＡ）の下部に燃料貯蔵部を有する構造で説明したが、燃料貯蔵部からＭＥＡへの燃料の供給は流路を配して接続された構造であってもよい。また、燃料電池本体の構成としてパッシブ型の燃料電池を例に挙げて説明したが、アクティブ型の燃料電池、さらには燃料供給など一部にポンプ等を用いたセミパッシブ型の燃料電池に対しても本発明を適用することができる。 For example, in the above description, the structure of the fuel cell is described as having a fuel storage section below the membrane electrode assembly (MEA). However, the fuel supply from the fuel storage section to the MEA has a flow path. It may be a connected structure. In addition, the configuration of the fuel cell body has been described by taking a passive fuel cell as an example, but for an active fuel cell, and also a semi-passive fuel cell that uses a pump or the like in part such as fuel supply The present invention can also be applied.

セミパッシブ型の燃料電池は、燃料収容部から膜電極接合体に供給された燃料は発電反応に使用される。未使用の燃料がその後に循環して燃料収容部に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池では、燃料を循環させないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、燃料電池では、燃料の供給にポンプが使用されており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。このため、燃料電池は、上述したようにセミパッシブ方式と呼称される。 In the semi-passive type fuel cell, the fuel supplied from the fuel storage part to the membrane electrode assembly is used for the power generation reaction. Unused fuel is not circulated thereafter and returned to the fuel container. Since the semi-passive type fuel cell does not circulate the fuel, it is different from the conventional active method and does not impair the downsizing of the apparatus. Moreover, in the fuel cell, a pump is used to supply the fuel, which is different from a pure passive method such as a conventional internal vaporization type. For this reason, the fuel cell is referred to as a semi-passive method as described above.

図７は、このようなセミパッシブ型の燃料電池３０１を示す模式図である。 FIG. 7 is a schematic view showing such a semi-passive type fuel cell 301.

燃料電池３０１は、発電部としての膜電極接合体３０１ａ、集電体としてのカソード導電層（図示せず）及びアノード導電層（図示せず）を備えている。 The fuel cell 301 includes a membrane electrode assembly 301a as a power generation unit, a cathode conductive layer (not shown) and an anode conductive layer (not shown) as a current collector.

膜電極接合体３０１ａは、プロトン伝導性の電解質膜２１を間に挟んでその両側にカソード２２及びアノード２３が熱プレスで一体化されており、カソード２２は電解質側にカソード触媒層２４、その外側にカソードガス拡散層２５を有しており、アノード２３は電解質側２１にアノード触媒層２６、その外側にアノードガス拡散層２７を有している。 In the membrane electrode assembly 301a, the cathode 22 and the anode 23 are integrated by hot pressing on both sides of the proton conductive electrolyte membrane 21, and the cathode 22 has a cathode catalyst layer 24 on the electrolyte side and the outside thereof. The anode 23 has an anode catalyst layer 26 on the electrolyte side 21 and an anode gas diffusion layer 27 on the outside thereof.

さらに、膜電極接合体３０１ａのカソードガス拡散層２５にはカソード導電層（図示せず）が接触し、アノードガス拡散層２７にはアノード導電層（図示せず）が接触している。これらカソード導電層及びアノード導電層を介して発電部で発電された電力が図示しない負荷に出力されるようになっている。 Further, a cathode conductive layer (not shown) is in contact with the cathode gas diffusion layer 25 of the membrane electrode assembly 301a, and an anode conductive layer (not shown) is in contact with the anode gas diffusion layer 27. The electric power generated by the power generation unit via these cathode conductive layer and anode conductive layer is output to a load (not shown).

電解質膜２１と後述する燃料供給手段（燃料分配機構）３０１ｅおよびカバープレート１８との間には、それぞれゴム製のＯリング１９が介在されており、これらによって燃料電池発電部３０１ａからの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。 Rubber O-rings 19 are interposed between the electrolyte membrane 21 and a fuel supply means (fuel distribution mechanism) 301e and a cover plate 18, which will be described later, thereby preventing fuel leakage from the fuel cell power generation unit 301a. Prevents oxidant leakage.

カバープレート１８は酸化剤である空気を取入れるための不図示の開口を有している。カバープレート１８とカソード２２との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層はカソード触媒層２４で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層２４への空気の均一拡散を促進するものである。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。 The cover plate 18 has an opening (not shown) for taking in air as an oxidant. A moisture retaining layer and a surface layer are disposed between the cover plate 18 and the cathode 22 as necessary. The moisturizing layer is impregnated with a part of the water generated in the cathode catalyst layer 24 to suppress the transpiration of water and promote uniform diffusion of air to the cathode catalyst layer 24. The surface layer adjusts the amount of air taken in, and has a plurality of air inlets whose number, size, etc. are adjusted according to the amount of air taken in.

膜電極接合体３０１ａのアノード２３側には、燃料供給手段としての燃料分配機構３０１ｅが配置されている。燃料分配機構３０１ｅには配管のような燃料の流路３０１ｃを介して燃料貯蔵手段としての燃料収容部３０１ｂが接続されている。 A fuel distribution mechanism 301e as a fuel supply means is disposed on the anode 23 side of the membrane electrode assembly 301a. The fuel distribution mechanism 301e is connected to a fuel storage portion 301b as a fuel storage means via a fuel flow path 301c such as a pipe.

燃料収容部３０１ｂには、燃料電池３０１に対応した液体燃料が収容されている。液体燃料としては、第１の実施形態で説明したのと同様なものを挙げることができる。 Liquid fuel corresponding to the fuel cell 301 is accommodated in the fuel accommodating portion 301b. Examples of the liquid fuel include the same fuel fuel as described in the first embodiment.

燃料分配機構３０１ｅには燃料収容部３０１ｂから流路３０１ｃを介して燃料が導入される。流路３０１ｃは燃料分配機構３０１ｅや燃料収容部３０１ｂと独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構３０１ｅと燃料収容部３０１ｂとを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料の流路であってもよい。燃料分配機構３０１ｅは流路３０１ｃを介して燃料収容部３０１ｂと接続されていればよい。 Fuel is introduced into the fuel distribution mechanism 301e from the fuel storage portion 301b through the flow path 301c. The flow path 301c is not limited to piping independent of the fuel distribution mechanism 301e and the fuel storage portion 301b. For example, when the fuel distribution mechanism 301e and the fuel storage portion 301b are stacked and integrated, a liquid fuel flow path connecting them may be used. The fuel distribution mechanism 301e only needs to be connected to the fuel storage portion 301b via the flow path 301c.

ここで、燃料分配機構３０１ｅは、例えば図８に示すように、燃料が流路３０１ｃを介して流入する少なくとも１個の燃料注入口３１と、液体燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口３２とを有する燃料分配板３３を備えている。燃料分配板３３の内部には図８に示すように、燃料注入口３１から導かれた燃料の通路となる空隙部３４が設けられている。複数の燃料排出口３２は燃料通路として機能する空隙部３４にそれぞれ直接接続されている。 Here, as shown in FIG. 8, for example, the fuel distribution mechanism 301e includes at least one fuel inlet 31 through which fuel flows in through the flow path 301c, and a plurality of fuels that discharge liquid fuel and its vaporized components. A fuel distribution plate 33 having a discharge port 32 is provided. As shown in FIG. 8, a gap 34 serving as a fuel passage led from the fuel inlet 31 is provided inside the fuel distribution plate 33. The plurality of fuel discharge ports 32 are directly connected to gaps 34 that function as fuel passages.

燃料注入口３１から燃料分配機構３０１ｅに導入された燃料は空隙部３４に入り、この燃料通路として機能する空隙部３４を介して複数の燃料排出口３２にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口３２には、例えば燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離膜（図示せず）を配置してもよい。これによって、燃料電池発電部３０１ａのアノード２３には燃料の気化成分が供給される。なお、気液分離体は燃料分配機構３０１ｅとアノード２３との間に気液分離膜等として設置してもよい。液体燃料の気化成分は複数の燃料排出口３２からアノード２３の複数個所に向けて排出される。 The fuel introduced into the fuel distribution mechanism 301e from the fuel inlet 31 enters the gap 34 and is guided to the plurality of fuel discharge ports 32 through the gap 34 functioning as the fuel passage. For example, a gas-liquid separation membrane (not shown) that transmits only the vaporized component of the fuel and does not transmit the liquid component may be disposed in the plurality of fuel discharge ports 32. As a result, the fuel vaporization component is supplied to the anode 23 of the fuel cell power generation unit 301a. The gas-liquid separator may be installed as a gas-liquid separation membrane or the like between the fuel distribution mechanism 301e and the anode 23. The vaporized component of the liquid fuel is discharged from a plurality of fuel discharge ports 32 toward a plurality of locations on the anode 23.

燃料排出口３２は膜電極接合体３０１ａの全体に燃料を供給することが可能なように、燃料分配板３３のアノード２３と接する面に複数設けられている。燃料排出口３２の個数は２個以上であればよいが、燃料電池発電部３０１ａの面内における燃料供給量を均一化する上で、０．１〜１０個／ｃｍ^２の燃料排出口３２が存在するように形成することが好ましい。A plurality of fuel discharge ports 32 are provided on the surface of the fuel distribution plate 33 in contact with the anode 23 so that fuel can be supplied to the entire membrane electrode assembly 301a. The number of the fuel discharge ports 32 may be two or more. However, in order to equalize the fuel supply amount in the plane of the fuel cell power generation unit 301a, the fuel discharge ports 32 of 0.1 to 10 / cm ² are provided. It is preferable to form it so that it exists.

燃料分配機構３０１ｅと燃料収容部３０１ｂの間を接続する流路３０１ｃには、ポンプ３０１ｄが挿入されている。このポンプ３０１ｄは燃料を循環される循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部３０１ｂから燃料分配機構３０１ｅに燃料を移送する燃料供給ポンプである。このようなポンプ３０１ｄで必要時に燃料を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めるものである。この場合、ポンプ３０１ｄとしては、少量の燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリーベーンポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。 A pump 301d is inserted into a flow path 301c that connects between the fuel distribution mechanism 301e and the fuel storage portion 301b. This pump 301d is not a circulating pump through which fuel is circulated, but is merely a fuel supply pump that transfers fuel from the fuel storage portion 301b to the fuel distribution mechanism 301e. By supplying the fuel when necessary with such a pump 301d, the controllability of the fuel supply amount is enhanced. In this case, as the pump 301d, a rotary vane pump, an electroosmotic flow pump, a diaphragm pump, a squeezing pump, or the like is used from the viewpoint that a small amount of fuel can be sent with good controllability and can be reduced in size and weight. Is preferred. A rotary vane pump feeds liquid by rotating a wing with a motor. The electroosmotic flow pump uses a sintered porous material such as silica that causes an electroosmotic flow phenomenon. The diaphragm pump is a pump that feeds liquid by driving the diaphragm with an electromagnet or piezoelectric ceramics. The squeezing pump presses a part of the flexible fuel flow path and squeezes the fuel. Among these, it is more preferable to use an electroosmotic pump or a diaphragm pump having piezoelectric ceramics from the viewpoint of driving power, size, and the like.

このような構成において、燃料収容部３０１ｂに収容された液体燃料は、ポンプ３０１ｄにより流路３０１ｃを移送され、燃料分配機構３０１ｅに供給される。そして、燃料分配機構３０１ｅから放出された燃料は、燃料電池発電部３０１ａのアノード（燃料極）２３に供給される。燃料電池発電部３０１ａ内において、燃料はアノードガス拡散層２７を拡散してアノード触媒層２６に供給される。 In such a configuration, the liquid fuel stored in the fuel storage portion 301b is transferred through the flow path 301c by the pump 301d and supplied to the fuel distribution mechanism 301e. The fuel released from the fuel distribution mechanism 301e is supplied to the anode (fuel electrode) 23 of the fuel cell power generation unit 301a. In the fuel cell power generation unit 301 a, the fuel diffuses through the anode gas diffusion layer 27 and is supplied to the anode catalyst layer 26.

なお、燃料分配機構３０１ｅからＭＥＡへの燃料供給が行われる構成であればポンプ３０１ｄに代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。 In addition, as long as the fuel is supplied from the fuel distribution mechanism 301e to the MEA, a fuel cutoff valve may be arranged instead of the pump 301d. In this case, the fuel cutoff valve is provided to control the supply of liquid fuel through the flow path.

以上説明したようなセミパッシブ型の燃料電池に本発明を適用する場合、前述した第１の実施形態あるいは第２の実施形態で用いる複数の膜電極接合体を、上記膜電極接合体３０１ａの代わりに使用する。この構成であっても、上記した説明と同様の作用効果が得られる。ＭＥＡへ供給される液体燃料においても、液体燃料の蒸気のみを供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。 When the present invention is applied to the semi-passive type fuel cell as described above, the plurality of membrane electrode assemblies used in the first embodiment or the second embodiment described above are used instead of the membrane electrode assembly 301a. Used for. Even with this configuration, the same effects as described above can be obtained. Even in the liquid fuel supplied to the MEA, only the vapor of the liquid fuel may be supplied, but the present invention can be applied even when a part of the liquid fuel is supplied in a liquid state.

本発明によれば、発電時の出力低下が抑制された燃料電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell by which the output fall at the time of electric power generation was suppressed can be provided.

Claims

電解質層と、
前記電解質層の一方の面に形成された複数のアノードと、
前記電解質層の他方の面に形成された複数のカソードと、
前記複数のカソード間の隙間と対向する位置に配置されたメタノール酸化触媒を含む触媒層と
を具備する燃料電池。An electrolyte layer;
A plurality of anodes formed on one surface of the electrolyte layer;
A plurality of cathodes formed on the other surface of the electrolyte layer;
A fuel cell comprising: a catalyst layer including a methanol oxidation catalyst disposed at a position facing the gaps between the plurality of cathodes.

前記触媒層は、前記電解質層上の前記複数のカソード間に配置されている請求項１記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein the catalyst layer is disposed between the plurality of cathodes on the electrolyte layer.

前記触媒層が配置される絶縁層をさらに具備し、前記触媒層は前記絶縁層を介して前記複数のカソード間の隙間と対向している請求項１記載の燃料電池。 2. The fuel cell according to claim 1, further comprising an insulating layer on which the catalyst layer is disposed, the catalyst layer facing gaps between the plurality of cathodes through the insulating layer.

前記複数のアノードに気化燃料を供給するための燃料気化層をさらに具備する請求項１〜３いずれか１項記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, further comprising a fuel vaporization layer for supplying vaporized fuel to the plurality of anodes.

前記気化燃料は、濃度が５０モル％を超えるメタノール水溶液もしくは液体のメタノールが気化したものである請求項１〜４いずれか１項記載の燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the vaporized fuel is a vaporized methanol aqueous solution or liquid methanol having a concentration exceeding 50 mol%.