燃料電池
【課題】燃料収容部上に膜電極接合体等がカバー部材によって一体的に固定された燃料電池において、カバー部材内部に効率的かつ安定的に空気を導入することによって、出力特性の向上および安定化を図ること。
【解決手段】燃料極と空気極とによって電解質膜が挟持されてなる膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記燃料極側に配置される燃料収容部と、前記膜電極接合体を覆うカバー部材とを有する燃料電池であって、前記カバー部材は、前記膜電極接合体上の空気極側に配置されるカバー本体と、このカバー本体の周縁部分に設けられ、少なくとも前記膜電極接合体の側面側に配置されるカバー側面とからなり、かつ、前記カバー側面にはその両主面を貫通する空気導入孔が形成されているもの。
【解決手段】燃料極と空気極とによって電解質膜が挟持されてなる膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記燃料極側に配置される燃料収容部と、前記膜電極接合体を覆うカバー部材とを有する燃料電池であって、前記カバー部材は、前記膜電極接合体上の空気極側に配置されるカバー本体と、このカバー本体の周縁部分に設けられ、少なくとも前記膜電極接合体の側面側に配置されるカバー側面とからなり、かつ、前記カバー側面にはその両主面を貫通する空気導入孔が形成されているもの。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパッシブ型やアクティブ型等の液体燃料を用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することができるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。
【０００３】
直接メタノール型燃料電池（DMFC：direct methanol fuel cell）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯機器用の電源として有望視されている。ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料タンク等の燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。これらのうち、パッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して特に有利である。
【０００４】
内部気化型等のパッシブ型ＤＭＦＣとして、例えば樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に、燃料極、電解質膜および空気極からなる膜電極接合体等が配置された構造のものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】国際公開第2005/112172号パンフレット（例えば、図１参照。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したようなＤＭＦＣについては、燃料収容部上に膜電極接合体等をカバー部材によって包み込むようにして一体的に固定することが検討されている。このようなカバー部材としては、例えば膜電極接合体等の上面を覆う板状のカバー本体と、このカバー本体の周縁部分に略直角に設けられ、膜電極接合体等の側面を覆うカバー側面とからなり、外観が略箱状のものが挙げられる。
【０００６】
そして、膜電極接合体等はその上面を覆う板状のカバー本体によって燃料収容部へと押し付けられている。また、このカバー本体には複数の空気導入孔が形成されており、これら複数の空気導入孔を通してカバー部材の外部から内部へと空気（酸素）が導入されている。カバー部材の内部に導入された空気は膜電極接合体へと供給され、発電反応に利用される。
【０００７】
このように燃料収容部上に膜電極接合体等がカバー部材によって一体的に固定されたＤＭＦＣについては、カバー本体に設けられた複数の空気導入孔から導入された空気を利用して発電反応を行っているが、さらに空気を効率的かつ安定的に導入し、出力特性の向上および安定化を図ることが求められている。
【０００８】
本発明は上記したような課題を解決するためになされたものであって、燃料収容部上に膜電極接合体等がカバー部材によって一体的に固定された燃料電池において、カバー部材内部に効率的かつ安定的に空気を導入することによって、出力特性の向上および安定化が図られた燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の燃料電池は、燃料極と空気極とによって電解質膜が挟持されてなる膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記燃料極側に配置される燃料収容部と、前記膜電極接合体を覆うカバー部材とを有する燃料電池であって、前記カバー部材は、前記膜電極接合体上の空気極側に配置されるカバー本体と、このカバー本体の周縁部分に設けられ、少なくとも前記膜電極接合体の側面側に配置されるカバー側面とからなり、かつ、前記カバー側面にはその両主面を貫通する空気導入孔が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の燃料電池においては、前記膜電極接合体の空気極側と前記カバー本体との間に少なくとも保湿層が設けられていることが好ましく、前記カバー側面に形成される空気導入孔は前記保湿層に対応する位置またはそれよりもカバー本体側の位置に形成されていることが好ましい。
【００１１】
前記カバー側面に形成される空気導入孔は円形状であることが好ましく、その直径は０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。また、前記カバー側面には前記空気導入孔が複数形成されていることが好ましく、前記複数の空気導入孔は前記カバー側面の垂直方向の等位置に形成されると共に、水平方向に等間隔で形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、膜電極接合体の空気極側を覆うカバー本体に空気導入孔を設けると共に、カバー側面にも空気導入孔を設けることで、空気を効率的かつ安定的にカバー部材内部に導入することができ、燃料電池の出力特性の向上および安定化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の燃料電池について、パッシブ型ＤＭＦＣを例に挙げて説明する。以下、まずパッシブ型ＤＭＦＣの全体構造について説明する。図１は、パッシブ型ＤＭＦＣ１の外観を示す外観図である。また、図２は、図１に示すパッシブ型ＤＭＦＣ１のＡ−Ａ線断面を示す断面図である。
【００１４】
図２に示すように、このパッシブ型ＤＭＦＣ１は内部気化方式を適用したものであり、起電部を構成する燃料電池セルとも呼ばれる膜電極接合体２と、この膜電極接合体２に液体燃料（メタノール燃料等）Ｆを供給する燃料収容部３と、これら膜電極接合体２と燃料収容部３との間に介在された気液分離膜（気液分離層）４とから主として構成されている。
【００１５】
膜電極接合体２は、アノード触媒層５とアノードガス拡散層６とを有するアノード（燃料極）と、カソード触媒層７とカソードガス拡散層８とを有するカソード（空気極／酸化剤極）と、アノード触媒層５とカソード触媒層７とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜９とを有している。
【００１６】
アノード触媒層５およびカソード触媒層７に含有される触媒としては、例えばＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層５にはメタノールや一酸化炭素に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層７には白金やＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００１７】
電解質膜９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パーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜９はこれらに限られるものではない。
【００１８】
アノード触媒層５に積層されるアノードガス拡散層６は、アノード触媒層５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５の集電体も兼ねている。一方、カソード触媒層７に積層されるカソードガス拡散層８は、カソード触媒層７に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層７の集電体も兼ねている。
【００１９】
アノードガス拡散層６にはアノード導電層１０が積層され、カソードガス拡散層８にはカソード導電層１１が積層されている。これら導電層１０、１１は、例えば金のような導電性金属材料からなるメッシュ、多孔質膜、薄膜等で構成される。なお、電解質膜９とアノード導電層１０およびカソード導電層１１との間には、それぞれゴム製のＯリング１２、１３が介在されており、これらによって膜電極接合体２からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
【００２０】
上述した膜電極接合体２のアノード（燃料極）側には、燃料収容部３が配置されている。膜電極接合体２は例えば矩形の平面形状を有し、燃料収容部３も同一矩形の平面形状を有している。燃料収容部３は膜電極接合体２のアノードと対向する面に開口部３ａが設けられた形状を有している。すなわち、燃料収容部３は上面全面が開口された箱状容器で構成されている。このような燃料収容部３の内部には、液体燃料Ｆとしてメタノール燃料等が収容されている。
【００２１】
メタノール燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等が用いられる。なお、液体燃料Ｆは必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部３には膜電極接合体２に対応した液体燃料Ｆが収容される。
【００２２】
燃料収容部３には、例えば樹脂製容器が用いられる。燃料収容部３は液体燃料Ｆの残量を外部から目視することが可能なように、透明樹脂で構成することが好ましい。燃料収容部３を構成する透明樹脂は、耐メタノール性等を有していることが好ましい。燃料収容部３は全体を透明樹脂で形成してもよいし、その一部を透明樹脂で形成してもよい。
【００２３】
上記した透明樹脂としては、例えばポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状オレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルペンテン、ポリフェニルサルホン等が挙げられる。ただし、一般的なポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂等のオレフィン系樹脂等で構成した燃料収容部３を除外するものではない。
【００２４】
燃料収容部３の開口部３ａと膜電極接合体２との間には、気液分離膜４が設置されている。気液分離膜４は、液体燃料（メタノール燃料等）Ｆの気化成分のみを透過し、液体成分は透過させないものである。燃料収容部３内で気化した液体燃料Ｆの気化成分は、燃料収容部３の開口部３ａおよび気液分離膜４を介して膜電極接合体２のアノード（燃料極）に供給される。
【００２５】
気液分離膜４の構成材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂が挙げられる。ここで、液体燃料Ｆの気化成分とは、例えば液体燃料Ｆとしてメタノール水溶液を使用した場合にはメタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合気、純メタノールを使用した場合にはメタノールの気化成分を意味する。
【００２６】
膜電極接合体２のカソード導電層１１上には保湿層１５が積層されており、さらにその上には表面層１６が積層されている。表面層１６は酸化剤である空気の取入れ量を調整する機能を有し、複数の空気導入口１７が設けられている。表面層１６による空気の取入れ量は空気導入口１７の個数や大きさ等で調整される。
【００２７】
保湿層１５はカソード触媒層７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役割を果たすと共に、カソードガス拡散層８に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層７への酸化剤の均一拡散を促進する機能を有している。保湿層１５は例えば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としてはポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体等が挙げられる。
【００２８】
そして、気液分離膜４、膜電極接合体２、保湿層１５および表面層１６はカバー部材２０によって覆われ、燃料収容部３に一体的に固定されている。カバー部材２０は、膜電極接合体２等の上面を覆う板状のカバー本体２１と、その周縁部分に略直角に設けられ、膜電極接合体２等の側面を覆う４つのカバー側面２２とから主としてなるものであり、外観が略箱状のものである。
【００２９】
各カバー側面２２の燃料収容部３側の端部には、燃料収容部３へ固定するための爪部２４が設けられている。一方、燃料収容部３には、その側面３ｓに底面３ｂ側に開口する凹部（溝部）３ｍが設けられている。そして、この凹部３ｍ内に爪部２４が折り返されることによって、カバー部材２０は燃料収容部３に固定されている。また、膜電極接合体２等は、このカバー本体２１によって燃料収容部３へと押し付けられている。
【００３０】
次に、本発明の主要部であるカバー部材２０についてさらに詳細に説明する。図１、２に示すように、カバー本体２１には、その両主面を貫通するように空気導入孔２１ａが設けられている。このカバー本体２１の空気導入孔２１ａは、例えば図２に示されるように、表面層１６に形成された空気導入口１７と対応するように設けられている。また、各カバー側面２２にもその両主面を貫通するように空気導入孔２２ａが設けられている。
【００３１】
本発明では、カバー本体２１に空気導入孔２１ａを設ける他に、さらにカバー側面２２にも空気導入孔２２ａを設けることで、カバー部材２０の外部から内部へと空気を効率的かつ安定的に導入することができる。このため、膜電極接合体２、特にカソード触媒層７へと空気を効率的かつ安定的に供給することが可能となり、パッシブ型ＤＭＦＣ１の出力特性の向上および安定化が可能となる。
【００３２】
すなわち、カバー側面２２にも空気導入孔２２ａを設けることで、カバー本体２１のみに空気導入孔２１ａを設けた場合に比べ、空気を導入する部分の面積を増加させることができ、カバー部材２０内部への空気導入量を増加させることができる。さらに、発電の際に発生する熱によりカバー本体２１上には膜電極接合体２からその上方へと向かう空気の対流が生じるが、この上方へと向かう空気の対流に伴いカバー側面２２に設けられた空気導入孔２２ａからは内部へと空気が吸い込まれることとなり、単に空気を導入する部分の面積を増加させた以上に空気導入量を増加させることができる。
【００３３】
また、例えばパッシブ型ＤＭＦＣ１が上下逆に置かれたときのように、カバー本体２１の空気導入孔２１ａが何らかの原因で塞がれた場合でも、カバー側面２２に設けられた空気導入孔２２ａから空気を導入することができ、カバー部材２０内部へ安定して空気を導入することができる。従って、カバー本体２１に空気導入孔２１ａを設ける他に、カバー側面２２にも空気導入孔２２ａを設けることで、パッシブ型ＤＭＦＣ１の出力特性の向上および安定化が可能となる。
【００３４】
このような空気導入孔２２ａは４つあるカバー側面２２の少なくとも１つに形成されていればよいが、例えば図１に示されるように、各カバー側面２２に形成されていることが好ましい。各カバー側面２２に空気導入孔２２ａが形成されていることで、カバー部材２０の内部に空気を導入しやすくなり、また空気を均等に導入することができる。
【００３５】
また、１つのカバー側面２２には少なくとも１つの空気導入孔２２ａが設けられていればよいが、例えば図１に示されるように、複数設けられていることが好ましい。１つのカバー側面２２に複数の空気導入孔２２ａが設けられていることで、空気導入量の増加や安定化といった効果を容易に得ることができる。具体的には、例えば図３に示すように、カバー側面２２の水平方向の一方の端部から他方の端部にかけて等間隔で空気導入孔２２ａが形成されていることが好ましい。
【００３６】
また、隣接する空気導入孔２２ａどうしの間隔をＷとした場合、間隔Ｗは５ｍｍ以下であることが好ましい。間隔Ｗが５ｍｍを超えるような場合、隣接する空気導入孔２２ａどうしの間隔が広すぎるために、カバー部材２０の内部に空気を均等に導入することが難しく、また形成できる空気導入孔２２ａの個数も減少することとなる。間隔Ｗは、空気導入量を増加させる観点から、より好ましくは３ｍｍ以下である。なお、間隔Ｗが過度に狭くなるとカバー側面２２の強度が不十分となりやすいことから、間隔Ｗは０．５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３７】
空気導入孔２２ａは例えば円形状であり、その直径Ｄは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。直径Ｄが０．５ｍｍ未満であると空気を導入することが困難となり、５ｍｍを超えると複数形成した場合にカバー側面２２の強度が不十分となりやすい。空気導入孔２２ａの直径Ｄは、空気導入量の増加とカバー側面２２の強度確保とから、より好ましくは１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。
【００３８】
空気導入孔２２ａの垂直方向における位置は、例えば図２に示されるように、保湿層１５がある場合、この保湿層１５に対応する位置に設けられていることが好ましい。なお、垂直方向とは、膜電極接合体２、保湿層１５および表面層１６等の積層方向のことであり、図２においては上下方向のことである。空気導入孔２２ａが保湿層１５に対応する位置に設けられていることで、空気導入孔２２ａからの水の蒸散を抑制することができる。例えば、空気導入孔２２ａが膜電極接合体２に対応する位置に形成されていると、膜電極接合体２から空気導入孔２２ａを通って水が蒸散するおそれがある。また、空気導入孔２２ａが保湿層１５に対応する位置に設けられていることで、空気導入孔２２ａから導入された空気が保湿層１５で拡散されてからカソード導電層１１等に供給されるため好ましい。
【００３９】
なお、空気導入孔２２ａは上記したような水の蒸散等の観点から膜電極接合体２に達しないものであることが好ましいが、カバー本体２１側については表面層１６に達していても構わない。しかし、カバー本体２１とカバー側面２２とからなる角部２０ｒに空気導入孔２２ａが達するとこの角部２０ｒの強度が低下することから、空気導入孔２２ａは角部２０ｒに達しないものであることが好ましい。また、個々の空気導入孔２２ａの垂直方向の位置については、通常は同位置されることが好ましいが、上記したような範囲内であれば必ずしも同位置でなくてもよい。
【００４０】
また、空気導入孔２２ａの直径Ｄは上記したような垂直方向の位置関係も考慮して決定されていることが好ましい。すなわち、膜電極接合体２に達することがなく、また角部２０ｒにも達しないものであることが好ましいことから、空気導入孔２２ａの直径Ｄは保湿層１５と表面層１６との厚さを足したもの以下であることが好ましい。
【００４１】
空気導入孔２２ａの形状は図１あるいは図３に示されるような円形状のものの他、例えば図４に示すような矩形状や、図５に示すような楕円形状であってもよい。このような矩形状あるいは楕円形状の空気導入孔２２ａについても、空気導入孔２２ａどうしの間隔Ｗは円形状のものと同様に０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。また、矩形状あるいは楕円形状の空気導入孔２２ａの水平方向の長さあるいは径Ｄａについても、円形状のものと同様に０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、矩形状あるいは楕円形状の空気導入孔２２ａの垂直方向の長さあるいは径Ｄｂについても、円形状のものと同様に０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、最大で保湿層１５と表面層１６との厚さを足したもの以下であることが好ましい。
【００４２】
次に、上記したようなパッシブ型ＤＭＦＣ１の発電動作について説明する。まず、図２に示されるようなものにおいて、燃料収容部３内のメタノール燃料等の液体燃料Ｆが気化し、この気化成分が気液分離膜４を透過して膜電極接合体２に供給される。膜電極接合体２内において、メタノール燃料Ｆの気化成分はアノードガス拡散層６で拡散されてアノード触媒層５に供給される。アノード触媒層５に供給された気化成分は、下記の（１）式に示したメタノールの内部改質反応を生じさせる。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ− …（１）
【００４３】
なお、メタノール燃料Ｆとして純メタノールを使用した場合には、燃料収容部３から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層７で生成した水や電解質膜９中の水をメタノールと反応させて（１）式の内部改質反応を生起するか、あるいは上記した（１）式の内部改質反応によらず、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ＋）は電解質膜９を伝導し、カソード触媒層７に到達する。
【００４４】
一方、カバー本体２１に設けられた空気導入孔２１ａおよび表面層１６の空気導入口１７からは空気（酸化剤）が導入され、この空気は保湿層１５、カソード導電層１１およびカソードガス拡散層８を通過し、カソード触媒層７へと供給される。また、カバー側面２２に設けられた空気導入孔２２ａからも空気が導入され、この空気も同様にして保湿層１５、カソード導電層１１およびカソードガス拡散層８を通過し、カソード触媒層７へと供給される。カソード触媒層７に供給された空気は、次の（２）式に示した反応を生じさせる。この反応によって、水の生成を伴う発電反応が生じる。
（３／２）Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ …（２）
【００４５】
なお、液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が収容される。
【００４６】
次に、パッシブ型ＤＭＦＣ１の製造方法について説明する。以下では、図１、３に示されるようなカバー側面２２に円形状の空気導入孔２２ａが形成されたパッシブ型ＤＭＦＣ１について説明する。
【００４７】
まず、カバー部材２０は、以下のようにして製造することができる。なお、以下では、カバー部材の各部分と対応する部分については、カバー部材の符号と同一の符号を付して説明する。まず、図６に示すようなステンレス板２０を用意する。このステンレス板２０はカバー部材２０となるものであって、カバー本体２１となる中央の矩形状部分２１と、その外側のカバー側面２２となる周辺部分２２とからなるものである。そして、矩形状部分２１と周辺部分２２との境界部分が、角部２０ｒとなる折曲部２０ｒである。
【００４８】
そして、図７に示すように、矩形状部分２１に孔あけ加工を施すことにより複数の空気導入孔２１ａを形成すると共に、周辺部分２２にも孔あけ加工を施すことにより複数の空気導入孔２２ａを形成する。また、周辺部分２２の端部を所定の形状に切断して爪部２４等を形成する。空気導入孔２２ａの直径Ｄや配置はこの周辺部分２２への孔あけ加工の際に調整することができ、最終的に形成されるパッシブ型ＤＭＦＣ１の大きさや、保湿層１５、表面層１６の厚さ、位置等を考慮して適宜決定される。その後、矩形状部分２１に対して折曲部２０ｒで周辺部分２２を略直角に折り曲げることによって、略箱状のカバー部材２０とする。
【００４９】
一方、カバー部材２０を除く他の部材、すなわち膜電極接合体２、燃料収容部３、気液分離膜４、保湿層１５、表面層１６は、この種のパッシブ型ＤＭＦＣに一般に用いられるものを特に制限なく用いることができる。
【００５０】
そして、図１、２に示されるように、燃料収容部３上に、気液分離膜４、膜電極接合体２、保湿層１５、表面層１６を順に配置する。その後、表面層１６側からこれらを覆うようにしてカバー部材２０を被せ、その爪部２４を燃料収容部３の側面３ｓに設けられた凹部３ｍに折り返して固定する。このようにすることで、燃料収容部３上に、気液分離膜４、膜電極接合体２、保湿層１５、表面層１６が一体的に固定されたパッシブ型ＤＭＦＣ１を製造することができる。
【００５１】
以上、パッシブ型ＤＭＦＣ１の製造について、図１、３に示されるようなカバー側面２２に円形状の空気導入孔２２ａが形成されたものを例に挙げて説明したが、図４、５に示されるような矩形状あるいは楕円形状の空気導入孔２２ａが形成されたものについても、ステンレス板２０の周辺部分２２への孔あけ加工の際に、矩形状あるいは楕円形状の空気導入孔２２ａを形成することで円形状の空気導入孔２２ａが形成されたものと同様にして製造することができる。
【００５２】
また、上記実施の形態ではパッシブ型ＤＭＦＣを例に挙げて説明したが、パッシブ型に限られず膜電極接合体等がカバー部材によって覆われるもの、すなわち膜電極接合体の空気極側にカバー本体が設けられ、膜電極接合体の側面にカバー側面が設けられる構造のものであれば、何らその燃料電池の方式について限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の燃料電池の一例を示す外観図。
【図２】図１に示す燃料電池のＡ−Ａ線断面を示す断面図。
【図３】本発明の燃料電池の一例を示す側面図。
【図４】本発明の燃料電池の他の例を示す側面図。
【図５】本発明の燃料電池の他の例を示す側面図。
【図６】カバー部材の製造方法を説明するための模式図。
【図７】カバー部材の製造方法を説明するための模式図。
【符号の説明】
【００５４】
１…燃料電池（パッシブ型ＤＭＦＣ）、２…膜電極接合体、３…燃料収容部（３ａ…開口部、３ｂ…底面、３ｍ…凹部、３ｓ…側面）、４…気液分離膜、５…アノード触媒層、６…アノードガス拡散層、７…カソード触媒層、８…カソードガス拡散層、９…電解質膜、１０…アノード導電層、１１…カソード導電層、１２、１３…リング、１５…保湿層、１６…表面層、１７…空気導入口、２０…カバー部材（２０ｒ…角部）、２１…カバー本体（２１ａ…空気導入孔）、２２…カバー側面（２２ａ…空気導入孔）、２４…爪部、Ｄ…カバー側面の円形状の空気導入孔の直径、Ｄａ…カバー側面の矩形状または楕円形状の空気導入孔の水平方向の長さまたは径、Ｄｂ…カバー側面の矩形状または楕円形状の空気導入孔の垂直方向の長さまたは径、Ｗ…カバー側面の空気導入孔どうしの間隔
【技術分野】
【０００１】
本発明はパッシブ型やアクティブ型等の液体燃料を用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することができるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。
【０００３】
直接メタノール型燃料電池（DMFC：direct methanol fuel cell）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯機器用の電源として有望視されている。ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料タンク等の燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。これらのうち、パッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して特に有利である。
【０００４】
内部気化型等のパッシブ型ＤＭＦＣとして、例えば樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に、燃料極、電解質膜および空気極からなる膜電極接合体等が配置された構造のものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】国際公開第2005/112172号パンフレット（例えば、図１参照。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したようなＤＭＦＣについては、燃料収容部上に膜電極接合体等をカバー部材によって包み込むようにして一体的に固定することが検討されている。このようなカバー部材としては、例えば膜電極接合体等の上面を覆う板状のカバー本体と、このカバー本体の周縁部分に略直角に設けられ、膜電極接合体等の側面を覆うカバー側面とからなり、外観が略箱状のものが挙げられる。
【０００６】
そして、膜電極接合体等はその上面を覆う板状のカバー本体によって燃料収容部へと押し付けられている。また、このカバー本体には複数の空気導入孔が形成されており、これら複数の空気導入孔を通してカバー部材の外部から内部へと空気（酸素）が導入されている。カバー部材の内部に導入された空気は膜電極接合体へと供給され、発電反応に利用される。
【０００７】
このように燃料収容部上に膜電極接合体等がカバー部材によって一体的に固定されたＤＭＦＣについては、カバー本体に設けられた複数の空気導入孔から導入された空気を利用して発電反応を行っているが、さらに空気を効率的かつ安定的に導入し、出力特性の向上および安定化を図ることが求められている。
【０００８】
本発明は上記したような課題を解決するためになされたものであって、燃料収容部上に膜電極接合体等がカバー部材によって一体的に固定された燃料電池において、カバー部材内部に効率的かつ安定的に空気を導入することによって、出力特性の向上および安定化が図られた燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の燃料電池は、燃料極と空気極とによって電解質膜が挟持されてなる膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記燃料極側に配置される燃料収容部と、前記膜電極接合体を覆うカバー部材とを有する燃料電池であって、前記カバー部材は、前記膜電極接合体上の空気極側に配置されるカバー本体と、このカバー本体の周縁部分に設けられ、少なくとも前記膜電極接合体の側面側に配置されるカバー側面とからなり、かつ、前記カバー側面にはその両主面を貫通する空気導入孔が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の燃料電池においては、前記膜電極接合体の空気極側と前記カバー本体との間に少なくとも保湿層が設けられていることが好ましく、前記カバー側面に形成される空気導入孔は前記保湿層に対応する位置またはそれよりもカバー本体側の位置に形成されていることが好ましい。
【００１１】
前記カバー側面に形成される空気導入孔は円形状であることが好ましく、その直径は０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。また、前記カバー側面には前記空気導入孔が複数形成されていることが好ましく、前記複数の空気導入孔は前記カバー側面の垂直方向の等位置に形成されると共に、水平方向に等間隔で形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、膜電極接合体の空気極側を覆うカバー本体に空気導入孔を設けると共に、カバー側面にも空気導入孔を設けることで、空気を効率的かつ安定的にカバー部材内部に導入することができ、燃料電池の出力特性の向上および安定化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の燃料電池について、パッシブ型ＤＭＦＣを例に挙げて説明する。以下、まずパッシブ型ＤＭＦＣの全体構造について説明する。図１は、パッシブ型ＤＭＦＣ１の外観を示す外観図である。また、図２は、図１に示すパッシブ型ＤＭＦＣ１のＡ−Ａ線断面を示す断面図である。
【００１４】
図２に示すように、このパッシブ型ＤＭＦＣ１は内部気化方式を適用したものであり、起電部を構成する燃料電池セルとも呼ばれる膜電極接合体２と、この膜電極接合体２に液体燃料（メタノール燃料等）Ｆを供給する燃料収容部３と、これら膜電極接合体２と燃料収容部３との間に介在された気液分離膜（気液分離層）４とから主として構成されている。
【００１５】
膜電極接合体２は、アノード触媒層５とアノードガス拡散層６とを有するアノード（燃料極）と、カソード触媒層７とカソードガス拡散層８とを有するカソード（空気極／酸化剤極）と、アノード触媒層５とカソード触媒層７とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜９とを有している。
【００１６】
アノード触媒層５およびカソード触媒層７に含有される触媒としては、例えばＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層５にはメタノールや一酸化炭素に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層７には白金やＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００１７】
電解質膜９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パーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜９はこれらに限られるものではない。
【００１８】
アノード触媒層５に積層されるアノードガス拡散層６は、アノード触媒層５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５の集電体も兼ねている。一方、カソード触媒層７に積層されるカソードガス拡散層８は、カソード触媒層７に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層７の集電体も兼ねている。
【００１９】
アノードガス拡散層６にはアノード導電層１０が積層され、カソードガス拡散層８にはカソード導電層１１が積層されている。これら導電層１０、１１は、例えば金のような導電性金属材料からなるメッシュ、多孔質膜、薄膜等で構成される。なお、電解質膜９とアノード導電層１０およびカソード導電層１１との間には、それぞれゴム製のＯリング１２、１３が介在されており、これらによって膜電極接合体２からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
【００２０】
上述した膜電極接合体２のアノード（燃料極）側には、燃料収容部３が配置されている。膜電極接合体２は例えば矩形の平面形状を有し、燃料収容部３も同一矩形の平面形状を有している。燃料収容部３は膜電極接合体２のアノードと対向する面に開口部３ａが設けられた形状を有している。すなわち、燃料収容部３は上面全面が開口された箱状容器で構成されている。このような燃料収容部３の内部には、液体燃料Ｆとしてメタノール燃料等が収容されている。
【００２１】
メタノール燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等が用いられる。なお、液体燃料Ｆは必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部３には膜電極接合体２に対応した液体燃料Ｆが収容される。
【００２２】
燃料収容部３には、例えば樹脂製容器が用いられる。燃料収容部３は液体燃料Ｆの残量を外部から目視することが可能なように、透明樹脂で構成することが好ましい。燃料収容部３を構成する透明樹脂は、耐メタノール性等を有していることが好ましい。燃料収容部３は全体を透明樹脂で形成してもよいし、その一部を透明樹脂で形成してもよい。
【００２３】
上記した透明樹脂としては、例えばポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状オレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルペンテン、ポリフェニルサルホン等が挙げられる。ただし、一般的なポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂等のオレフィン系樹脂等で構成した燃料収容部３を除外するものではない。
【００２４】
燃料収容部３の開口部３ａと膜電極接合体２との間には、気液分離膜４が設置されている。気液分離膜４は、液体燃料（メタノール燃料等）Ｆの気化成分のみを透過し、液体成分は透過させないものである。燃料収容部３内で気化した液体燃料Ｆの気化成分は、燃料収容部３の開口部３ａおよび気液分離膜４を介して膜電極接合体２のアノード（燃料極）に供給される。
【００２５】
気液分離膜４の構成材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂が挙げられる。ここで、液体燃料Ｆの気化成分とは、例えば液体燃料Ｆとしてメタノール水溶液を使用した場合にはメタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合気、純メタノールを使用した場合にはメタノールの気化成分を意味する。
【００２６】
膜電極接合体２のカソード導電層１１上には保湿層１５が積層されており、さらにその上には表面層１６が積層されている。表面層１６は酸化剤である空気の取入れ量を調整する機能を有し、複数の空気導入口１７が設けられている。表面層１６による空気の取入れ量は空気導入口１７の個数や大きさ等で調整される。
【００２７】
保湿層１５はカソード触媒層７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役割を果たすと共に、カソードガス拡散層８に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層７への酸化剤の均一拡散を促進する機能を有している。保湿層１５は例えば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としてはポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体等が挙げられる。
【００２８】
そして、気液分離膜４、膜電極接合体２、保湿層１５および表面層１６はカバー部材２０によって覆われ、燃料収容部３に一体的に固定されている。カバー部材２０は、膜電極接合体２等の上面を覆う板状のカバー本体２１と、その周縁部分に略直角に設けられ、膜電極接合体２等の側面を覆う４つのカバー側面２２とから主としてなるものであり、外観が略箱状のものである。
【００２９】
各カバー側面２２の燃料収容部３側の端部には、燃料収容部３へ固定するための爪部２４が設けられている。一方、燃料収容部３には、その側面３ｓに底面３ｂ側に開口する凹部（溝部）３ｍが設けられている。そして、この凹部３ｍ内に爪部２４が折り返されることによって、カバー部材２０は燃料収容部３に固定されている。また、膜電極接合体２等は、このカバー本体２１によって燃料収容部３へと押し付けられている。
【００３０】
次に、本発明の主要部であるカバー部材２０についてさらに詳細に説明する。図１、２に示すように、カバー本体２１には、その両主面を貫通するように空気導入孔２１ａが設けられている。このカバー本体２１の空気導入孔２１ａは、例えば図２に示されるように、表面層１６に形成された空気導入口１７と対応するように設けられている。また、各カバー側面２２にもその両主面を貫通するように空気導入孔２２ａが設けられている。
【００３１】
本発明では、カバー本体２１に空気導入孔２１ａを設ける他に、さらにカバー側面２２にも空気導入孔２２ａを設けることで、カバー部材２０の外部から内部へと空気を効率的かつ安定的に導入することができる。このため、膜電極接合体２、特にカソード触媒層７へと空気を効率的かつ安定的に供給することが可能となり、パッシブ型ＤＭＦＣ１の出力特性の向上および安定化が可能となる。
【００３２】
すなわち、カバー側面２２にも空気導入孔２２ａを設けることで、カバー本体２１のみに空気導入孔２１ａを設けた場合に比べ、空気を導入する部分の面積を増加させることができ、カバー部材２０内部への空気導入量を増加させることができる。さらに、発電の際に発生する熱によりカバー本体２１上には膜電極接合体２からその上方へと向かう空気の対流が生じるが、この上方へと向かう空気の対流に伴いカバー側面２２に設けられた空気導入孔２２ａからは内部へと空気が吸い込まれることとなり、単に空気を導入する部分の面積を増加させた以上に空気導入量を増加させることができる。
【００３３】
また、例えばパッシブ型ＤＭＦＣ１が上下逆に置かれたときのように、カバー本体２１の空気導入孔２１ａが何らかの原因で塞がれた場合でも、カバー側面２２に設けられた空気導入孔２２ａから空気を導入することができ、カバー部材２０内部へ安定して空気を導入することができる。従って、カバー本体２１に空気導入孔２１ａを設ける他に、カバー側面２２にも空気導入孔２２ａを設けることで、パッシブ型ＤＭＦＣ１の出力特性の向上および安定化が可能となる。
【００３４】
このような空気導入孔２２ａは４つあるカバー側面２２の少なくとも１つに形成されていればよいが、例えば図１に示されるように、各カバー側面２２に形成されていることが好ましい。各カバー側面２２に空気導入孔２２ａが形成されていることで、カバー部材２０の内部に空気を導入しやすくなり、また空気を均等に導入することができる。
【００３５】
また、１つのカバー側面２２には少なくとも１つの空気導入孔２２ａが設けられていればよいが、例えば図１に示されるように、複数設けられていることが好ましい。１つのカバー側面２２に複数の空気導入孔２２ａが設けられていることで、空気導入量の増加や安定化といった効果を容易に得ることができる。具体的には、例えば図３に示すように、カバー側面２２の水平方向の一方の端部から他方の端部にかけて等間隔で空気導入孔２２ａが形成されていることが好ましい。
【００３６】
また、隣接する空気導入孔２２ａどうしの間隔をＷとした場合、間隔Ｗは５ｍｍ以下であることが好ましい。間隔Ｗが５ｍｍを超えるような場合、隣接する空気導入孔２２ａどうしの間隔が広すぎるために、カバー部材２０の内部に空気を均等に導入することが難しく、また形成できる空気導入孔２２ａの個数も減少することとなる。間隔Ｗは、空気導入量を増加させる観点から、より好ましくは３ｍｍ以下である。なお、間隔Ｗが過度に狭くなるとカバー側面２２の強度が不十分となりやすいことから、間隔Ｗは０．５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３７】
空気導入孔２２ａは例えば円形状であり、その直径Ｄは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。直径Ｄが０．５ｍｍ未満であると空気を導入することが困難となり、５ｍｍを超えると複数形成した場合にカバー側面２２の強度が不十分となりやすい。空気導入孔２２ａの直径Ｄは、空気導入量の増加とカバー側面２２の強度確保とから、より好ましくは１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。
【００３８】
空気導入孔２２ａの垂直方向における位置は、例えば図２に示されるように、保湿層１５がある場合、この保湿層１５に対応する位置に設けられていることが好ましい。なお、垂直方向とは、膜電極接合体２、保湿層１５および表面層１６等の積層方向のことであり、図２においては上下方向のことである。空気導入孔２２ａが保湿層１５に対応する位置に設けられていることで、空気導入孔２２ａからの水の蒸散を抑制することができる。例えば、空気導入孔２２ａが膜電極接合体２に対応する位置に形成されていると、膜電極接合体２から空気導入孔２２ａを通って水が蒸散するおそれがある。また、空気導入孔２２ａが保湿層１５に対応する位置に設けられていることで、空気導入孔２２ａから導入された空気が保湿層１５で拡散されてからカソード導電層１１等に供給されるため好ましい。
【００３９】
なお、空気導入孔２２ａは上記したような水の蒸散等の観点から膜電極接合体２に達しないものであることが好ましいが、カバー本体２１側については表面層１６に達していても構わない。しかし、カバー本体２１とカバー側面２２とからなる角部２０ｒに空気導入孔２２ａが達するとこの角部２０ｒの強度が低下することから、空気導入孔２２ａは角部２０ｒに達しないものであることが好ましい。また、個々の空気導入孔２２ａの垂直方向の位置については、通常は同位置されることが好ましいが、上記したような範囲内であれば必ずしも同位置でなくてもよい。
【００４０】
また、空気導入孔２２ａの直径Ｄは上記したような垂直方向の位置関係も考慮して決定されていることが好ましい。すなわち、膜電極接合体２に達することがなく、また角部２０ｒにも達しないものであることが好ましいことから、空気導入孔２２ａの直径Ｄは保湿層１５と表面層１６との厚さを足したもの以下であることが好ましい。
【００４１】
空気導入孔２２ａの形状は図１あるいは図３に示されるような円形状のものの他、例えば図４に示すような矩形状や、図５に示すような楕円形状であってもよい。このような矩形状あるいは楕円形状の空気導入孔２２ａについても、空気導入孔２２ａどうしの間隔Ｗは円形状のものと同様に０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。また、矩形状あるいは楕円形状の空気導入孔２２ａの水平方向の長さあるいは径Ｄａについても、円形状のものと同様に０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、矩形状あるいは楕円形状の空気導入孔２２ａの垂直方向の長さあるいは径Ｄｂについても、円形状のものと同様に０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、最大で保湿層１５と表面層１６との厚さを足したもの以下であることが好ましい。
【００４２】
次に、上記したようなパッシブ型ＤＭＦＣ１の発電動作について説明する。まず、図２に示されるようなものにおいて、燃料収容部３内のメタノール燃料等の液体燃料Ｆが気化し、この気化成分が気液分離膜４を透過して膜電極接合体２に供給される。膜電極接合体２内において、メタノール燃料Ｆの気化成分はアノードガス拡散層６で拡散されてアノード触媒層５に供給される。アノード触媒層５に供給された気化成分は、下記の（１）式に示したメタノールの内部改質反応を生じさせる。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ− …（１）
【００４３】
なお、メタノール燃料Ｆとして純メタノールを使用した場合には、燃料収容部３から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層７で生成した水や電解質膜９中の水をメタノールと反応させて（１）式の内部改質反応を生起するか、あるいは上記した（１）式の内部改質反応によらず、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。内部改質反応で生成されたプロトン（Ｈ＋）は電解質膜９を伝導し、カソード触媒層７に到達する。
【００４４】
一方、カバー本体２１に設けられた空気導入孔２１ａおよび表面層１６の空気導入口１７からは空気（酸化剤）が導入され、この空気は保湿層１５、カソード導電層１１およびカソードガス拡散層８を通過し、カソード触媒層７へと供給される。また、カバー側面２２に設けられた空気導入孔２２ａからも空気が導入され、この空気も同様にして保湿層１５、カソード導電層１１およびカソードガス拡散層８を通過し、カソード触媒層７へと供給される。カソード触媒層７に供給された空気は、次の（２）式に示した反応を生じさせる。この反応によって、水の生成を伴う発電反応が生じる。
（３／２）Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ …（２）
【００４５】
なお、液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が収容される。
【００４６】
次に、パッシブ型ＤＭＦＣ１の製造方法について説明する。以下では、図１、３に示されるようなカバー側面２２に円形状の空気導入孔２２ａが形成されたパッシブ型ＤＭＦＣ１について説明する。
【００４７】
まず、カバー部材２０は、以下のようにして製造することができる。なお、以下では、カバー部材の各部分と対応する部分については、カバー部材の符号と同一の符号を付して説明する。まず、図６に示すようなステンレス板２０を用意する。このステンレス板２０はカバー部材２０となるものであって、カバー本体２１となる中央の矩形状部分２１と、その外側のカバー側面２２となる周辺部分２２とからなるものである。そして、矩形状部分２１と周辺部分２２との境界部分が、角部２０ｒとなる折曲部２０ｒである。
【００４８】
そして、図７に示すように、矩形状部分２１に孔あけ加工を施すことにより複数の空気導入孔２１ａを形成すると共に、周辺部分２２にも孔あけ加工を施すことにより複数の空気導入孔２２ａを形成する。また、周辺部分２２の端部を所定の形状に切断して爪部２４等を形成する。空気導入孔２２ａの直径Ｄや配置はこの周辺部分２２への孔あけ加工の際に調整することができ、最終的に形成されるパッシブ型ＤＭＦＣ１の大きさや、保湿層１５、表面層１６の厚さ、位置等を考慮して適宜決定される。その後、矩形状部分２１に対して折曲部２０ｒで周辺部分２２を略直角に折り曲げることによって、略箱状のカバー部材２０とする。
【００４９】
一方、カバー部材２０を除く他の部材、すなわち膜電極接合体２、燃料収容部３、気液分離膜４、保湿層１５、表面層１６は、この種のパッシブ型ＤＭＦＣに一般に用いられるものを特に制限なく用いることができる。
【００５０】
そして、図１、２に示されるように、燃料収容部３上に、気液分離膜４、膜電極接合体２、保湿層１５、表面層１６を順に配置する。その後、表面層１６側からこれらを覆うようにしてカバー部材２０を被せ、その爪部２４を燃料収容部３の側面３ｓに設けられた凹部３ｍに折り返して固定する。このようにすることで、燃料収容部３上に、気液分離膜４、膜電極接合体２、保湿層１５、表面層１６が一体的に固定されたパッシブ型ＤＭＦＣ１を製造することができる。
【００５１】
以上、パッシブ型ＤＭＦＣ１の製造について、図１、３に示されるようなカバー側面２２に円形状の空気導入孔２２ａが形成されたものを例に挙げて説明したが、図４、５に示されるような矩形状あるいは楕円形状の空気導入孔２２ａが形成されたものについても、ステンレス板２０の周辺部分２２への孔あけ加工の際に、矩形状あるいは楕円形状の空気導入孔２２ａを形成することで円形状の空気導入孔２２ａが形成されたものと同様にして製造することができる。
【００５２】
また、上記実施の形態ではパッシブ型ＤＭＦＣを例に挙げて説明したが、パッシブ型に限られず膜電極接合体等がカバー部材によって覆われるもの、すなわち膜電極接合体の空気極側にカバー本体が設けられ、膜電極接合体の側面にカバー側面が設けられる構造のものであれば、何らその燃料電池の方式について限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の燃料電池の一例を示す外観図。
【図２】図１に示す燃料電池のＡ−Ａ線断面を示す断面図。
【図３】本発明の燃料電池の一例を示す側面図。
【図４】本発明の燃料電池の他の例を示す側面図。
【図５】本発明の燃料電池の他の例を示す側面図。
【図６】カバー部材の製造方法を説明するための模式図。
【図７】カバー部材の製造方法を説明するための模式図。
【符号の説明】
【００５４】
１…燃料電池（パッシブ型ＤＭＦＣ）、２…膜電極接合体、３…燃料収容部（３ａ…開口部、３ｂ…底面、３ｍ…凹部、３ｓ…側面）、４…気液分離膜、５…アノード触媒層、６…アノードガス拡散層、７…カソード触媒層、８…カソードガス拡散層、９…電解質膜、１０…アノード導電層、１１…カソード導電層、１２、１３…リング、１５…保湿層、１６…表面層、１７…空気導入口、２０…カバー部材（２０ｒ…角部）、２１…カバー本体（２１ａ…空気導入孔）、２２…カバー側面（２２ａ…空気導入孔）、２４…爪部、Ｄ…カバー側面の円形状の空気導入孔の直径、Ｄａ…カバー側面の矩形状または楕円形状の空気導入孔の水平方向の長さまたは径、Ｄｂ…カバー側面の矩形状または楕円形状の空気導入孔の垂直方向の長さまたは径、Ｗ…カバー側面の空気導入孔どうしの間隔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と空気極とによって電解質膜が挟持されてなる膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記燃料極側に配置される燃料収容部と、前記膜電極接合体を覆うカバー部材とを有する燃料電池であって、
前記カバー部材は、前記膜電極接合体上の空気極側に配置されるカバー本体と、このカバー本体の周縁部分に設けられ、少なくとも前記膜電極接合体の側面側に配置されるカバー側面とからなり、かつ、前記カバー側面にはその両主面を貫通する空気導入孔が形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記膜電極接合体の空気極側と前記カバー本体との間に少なくとも保湿層が設けられたものであって、前記カバー側面に形成される空気導入孔は前記保湿層に対応する位置またはそれよりもカバー本体側の位置に形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記カバー側面に形成される空気導入孔は円形状であって、その直径は０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記カバー側面には前記空気導入孔が複数形成され、前記複数の空気導入孔は前記カバー側面の垂直方向の等位置に形成されると共に、水平方向に等間隔で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の燃料電池。
【請求項１】
燃料極と空気極とによって電解質膜が挟持されてなる膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記燃料極側に配置される燃料収容部と、前記膜電極接合体を覆うカバー部材とを有する燃料電池であって、
前記カバー部材は、前記膜電極接合体上の空気極側に配置されるカバー本体と、このカバー本体の周縁部分に設けられ、少なくとも前記膜電極接合体の側面側に配置されるカバー側面とからなり、かつ、前記カバー側面にはその両主面を貫通する空気導入孔が形成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記膜電極接合体の空気極側と前記カバー本体との間に少なくとも保湿層が設けられたものであって、前記カバー側面に形成される空気導入孔は前記保湿層に対応する位置またはそれよりもカバー本体側の位置に形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記カバー側面に形成される空気導入孔は円形状であって、その直径は０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記カバー側面には前記空気導入孔が複数形成され、前記複数の空気導入孔は前記カバー側面の垂直方向の等位置に形成されると共に、水平方向に等間隔で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−７７９３５（Ｐ２００８−７７９３５Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５４５９６（Ｐ２００６−２５４５９６）
【出願日】平成１８年９月２０日（２００６．９．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２０日（２００６．９．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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