燃料電池
【課題】温度差を抑制することで、安定して高い出力を得ることが可能な燃料電池を提供する。
【解決手段】電解質膜１７と、電解質膜１７の一方の面に配置されたアノード１３と、電解質膜１７の他方の面に配置されたカソード１６と、を有する膜電極接合体２と、膜電極接合体２のアノード側に配置され、アノードに向けて燃料を供給する燃料供給機構３と、燃料供給機構３とアノード１３との間に配置されるとともに燃料供給機構３に接する熱伝導体４０と、を備えたことを特徴とする燃料電池。
【解決手段】電解質膜１７と、電解質膜１７の一方の面に配置されたアノード１３と、電解質膜１７の他方の面に配置されたカソード１６と、を有する膜電極接合体２と、膜電極接合体２のアノード側に配置され、アノードに向けて燃料を供給する燃料供給機構３と、燃料供給機構３とアノード１３との間に配置されるとともに燃料供給機構３に接する熱伝導体４０と、を備えたことを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体燃料を用いた燃料電池の技術に関する。
【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可能であ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】
高温で作動する燃料電池において、燃料電池を収納する機器の筐体が高温になることを防止する目的で、燃料電池を覆う断熱体の外表面を伝熱体で覆う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方で、燃料電池セパレータなどの用途に好適な高い熱伝導性を有する熱伝導性成形体が開示されている（例えば、特許文献２参照）。特に、この熱伝導性成形体によれば、熱伝導率の異方性により電気・電子機器用の筐体、部材とした場合に、筐体の放熱設計などにおいて有用であることが開示されている。
【０００５】
単位電池を複数個積層して積層体を形成してなる燃料電池において、温度分布を均一化する目的で、平面方向の熱伝導率が積層方向の熱伝導率よりも大きいガス分離板と単位電池とを交互に積層して、上下端部に冷却板を配置した構成が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２０２６１１号公報
【特許文献２】特開２００６−４９８７８号公報
【特許文献３】特開平９−２８９０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料電池として、例えば、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（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）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、携帯用電子機器の電源として有望視されている。
【０００８】
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、内部気化型等のパッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して有利である。パッシブ型ＤＭＦＣは、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を備えて構成されている。
【０００９】
このような膜電極接合体の面内において、意図しない温度ばらつきが生じることがある。特に、膜電極接合体の周辺部では比較的放熱が促進されるのに対して、中央部では熱が逃げにくく、周辺部と中央部とで大きな温度差が生じやすくなる。
【００１０】
また、このような温度差に伴って液体の燃料が気化して生じる燃料の気化成分の蒸気圧にも差が生じ、膜電極接合体において発電反応に必要な燃料の授受が阻害され、結果として、出力の低下や不安定化を招くおそれがある。このような気化成分の供給の不安定は、燃料電池全体の温度が高く且つ気化燃料の蒸気圧が全体に高く保たれている場合には余り生じない。しかし、携帯用電子機器等の電源として用いる燃料電池では、安全性等の観点から、燃料電池全体の温度も低く抑制する必要があり、この場合には、気化成分の蒸気圧が全体に低いため、僅かな温度差による蒸気圧の差が、出力の安定性に対して大きく影響することになる。
【００１１】
この発明の目的は、安定して高い出力を得ることが可能な燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明の一態様によれば、
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、前記電解質膜の他方の面に配置されたカソードと、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体のアノード側に配置され、前記アノードに向けて燃料を供給する燃料供給機構と、
前記燃料供給機構と前記アノードとの間に配置されるとともに前記燃料供給機構に接する熱伝導体と、
を備えたことを特徴とする燃料電池が提供される。
【００１３】
この発明の他の態様によれば、
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、前記電解質膜の他方の面に配置されたカソードと、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体のアノード側に配置され、前記アノードに向けて燃料を供給する燃料供給機構と、
前記燃料供給機構と前記アノードとの間に配置された気液分離膜と、
前記燃料供給機構と前記気液分離膜との間に配置されるとともに前記気液分離膜から離間した熱伝導体と、
を備えたことを特徴とする燃料電池が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、安定して高い出力を得ることが可能な燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態における燃料電池のカソード側の外観を示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示した燃料電池を第１方向に沿って切断した構造を概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、図２に示した燃料電池の燃料供給機構における燃料分配板を膜電極接合体が重なる上面から見た上面図である。
【図４】図４は、図２に示した燃料電池に適用可能な熱伝導体の構造を概略的に示す斜視図である。
【図５】図５は、他の実施形態における燃料電池を第１方向に沿って切断した構造を概略的に示す断面図である。
【図６】図６は、他の実施形態における燃料電池を第１方向に沿って切断した構造を概略的に示す断面図である。
【図７】図７は、他の実施形態における燃料電池を第１方向に沿って切断した構造を概略的に示す断面図である。
【図８】図８は、他の実施形態における燃料電池を第１方向に沿って切断した構造を概略的に示す断面図である。
【図９】図９は、他の実施形態における燃料電池を第１方向に沿って切断した構造を概略的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、他の実施形態における燃料電池を第１方向に沿って切断した構造を概略的に示す断面図である。
【図１１】図１１は、性能評価を行った際の出力密度の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の一実施の形態に係る燃料電池について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、この実施の形態に係る燃料電池（ＤＭＦＣ）１のカソード側の外観を示す平面図である。
【００１８】
この燃料電池１は、略矩形平板状に形成されている。図１に示した平面図では、燃料電池１は、長方形状であり、第１方向Ｘに沿って延びた一対の長辺Ｌ１及び長辺Ｌ２と、第１方向Ｘに直交する第２方向Ｙに沿って延びた一対の短辺Ｓ１及び短辺Ｓ２と、を有している。
【００１９】
燃料電池１は、起電部を構成する膜電極接合体（ＭＥＡ）２を備えている。この膜電極接合体２は、略矩形状に形成されている。この膜電極接合体２は、その詳細な構造については後に説明するが、ここでは複数、たとえば４つの単セルＣＬ１乃至ＣＬ４を備えている。単セルＣＬ１乃至ＣＬ４のそれぞれは、同一平面上において、第１方向Ｘに沿って延在した略長方形状であり、第２方向Ｙに間隔をおいて並んで配置されている。
【００２０】
膜電極接合体２のカソード側に位置する燃料電池１の表面には、カバープレート２１が配置されている。カバープレート２１は、外観が略矩形状であり、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。このカバープレート２１には、主として酸化剤である空気、特に酸素の取り込みを可能とする複数の開口部２１Ｈが形成されている。
【００２１】
なお、膜電極接合体２のアノード側には、膜電極接合体２に燃料を供給する燃料供給機構（図示しない）が配置されている。カバープレート２１は、燃料供給機構との間に膜電極接合体２を保持した状態で、燃料電池１の各長辺Ｌ１及びＬ２、及び、各短辺Ｓ１及びＳ２において燃料供給機構に締結されている。
【００２２】
図２は、図１に示した燃料電池１を第１方向Ｘに沿って切断した断面を概略的に示す図である。
【００２３】
燃料電池１は、膜電極接合体２を備えている。膜電極接合体２は、アノード（燃料極）１３と、カソード（空気極あるいは酸化剤極）１６と、アノード１３とカソード１６とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７と、を備えて構成されている。アノード１３は、アノード触媒層１１と、このアノード触媒層１１に積層されたアノードガス拡散層１２とを有している。アノード触媒層１１は、電解質膜１７の一方の面１７Ａに積層されている。カソード１６は、カソード触媒層１４と、このカソード触媒層１４に積層されたカソードガス拡散層１５とを有している。カソード触媒層１４は、電解質膜１７の他方の面１７Ｃに積層されている。
【００２４】
図１に示した各単セルＣＬ１乃至ＣＬ４は、電解質膜１７を挟んで対向するアノード１３及びカソード１６によって構成されている。つまり、図１に示した４つの単セルＣＬ１乃至ＣＬ４を備えた膜電極接合体２では、詳述しない４つのアノード１３が単一の電解質膜１７における一方の面１７Ａの上において第２方向Ｙに間隔をおいて配置され、また、４つのカソード１６が電解質膜１７における他方の面１７Ｃの上において第２方向Ｙに間隔をおいて配置されている。
【００２５】
このような膜電極接合体２は、本実施の形態においては集電体１８によって挟持されている。集電体１８は、ベース絶縁層ＢＦ、ベース絶縁層ＢＦの上に配置されたアノード集電部１８Ａ、及び、ベース絶縁層ＢＦのアノード集電部１８Ａが配置された同一面上に配置されたカソード集電部１８Ｃを有している。
【００２６】
アノード集電部１８Ａ及びカソード集電部１８Ｃは、例えば、金、銅、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）または箔体、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して形成可能であり、さらには、グラファイト（黒鉛）などの炭素質材料を使用して形成しても良い。
【００２７】
図２に示した例では、アノード集電部１８Ａは、アノードガス拡散層１２に積層されている。このアノード集電部１８Ａには、アノード１３に向けて発電反応に必要な燃料の供給を可能とする開口部１８ＡＨが形成されている。また、カソード集電部１８Ｃは、カソードガス拡散層１５に積層されている。このカソード集電部１８Ｃには、カソード１６に向けて発電反応に必要な酸素の供給を可能とするとともに発電反応に伴って生成された二酸化炭素や過剰な水蒸気などの気体の外部への排出を可能とする開口部１８ＣＨが形成されている。このような構成の集電体１８は、図１に示したような膜電極接合体２に備えられた複数の単セルＣＬ１乃至ＣＬ４を電気的に直列に接続している。
【００２８】
集電体１８は、本実施の形態のように、集電体１８を二つ折りして膜電極接合体２を挟持した構造となっているが、この構造に限られるものではない。例えば、アノード集電部１８Ａおよびカソード集電部１８Ｃを個々に独立して設けた個別の集電体を準備し、その個別の集電体により膜電極接合体２を挟持し、それら集電体の集電部同士を導電性の接続部材により、図１に示したような膜電極接合体２に備えられた複数の単セルＣＬ１乃至ＣＬ４を電気的に直列に接続しても良い。
【００２９】
膜電極接合体２は、電解質膜１７の一方の面１７Ａと集電体１８との間及び電解質膜１７の他方の面１７Ｃと集電体１８との間にそれぞれ挟持されたゴム製のＯリング等のシール部材１９によってシールされている。これにより、膜電極接合体２からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。なお、膜電極接合体２において、電解質膜１７のうち、アノード触媒層１１及びカソード触媒層１４にともに接しておらず、かつシール部材１９によって囲まれた内側に相当する位置に、１個乃至複数個のガス排出孔（図示せず）を設けても良い。
【００３０】
膜電極接合体２のカソード１６の側において、集電体１８とカバープレート２１との間には、通気性を有する絶縁材料によって形成された板状体２０が配置されている。この板状体２０は、主に保湿層として機能する。すなわち、この板状体２０は、カソード触媒層１４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ともに、カバープレート２１の開口部２１Ｈから取り込んだ空気のカソード触媒層１４への取入れ量を調整し且つ空気の均一拡散を促進するものである。このような板状体２０は、例えば、ポリエチレン製多孔質フィルム等からなる平板で構成される。
【００３１】
膜電極接合体２のアノード１３の側には、燃料供給機構３が配置されている。つまり、膜電極接合体２は、アノード１３の側に配置された燃料供給機構３とカソード１６の側に配置されたカバープレート２１との間に配置されている。燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード１３に対して燃料を供給するように構成されているが、特に、特定の構成に限定されるものではない。このような燃料供給機構３は、液体燃料Ｆを収容する燃料収容部４に流路５を介して接続されている。
【００３２】
流路５は、配管などで構成されている。流路５は、燃料供給機構３や燃料収容部４と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料供給機構３と燃料収容部４とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料Ｆの流路であってもよい。すなわち、燃料供給機構３は、流路等を介して燃料収容部４と連通されていればよい。
【００３３】
燃料収容部４に収容された液体燃料Ｆは、重力を利用して流路５を介して燃料供給機構３まで落下させて送液することができる。また、流路５に多孔体等を充填して、毛細管現象により燃料収容部４に収容された液体燃料Ｆを燃料供給機構３まで送液してもよい。さらに、流路５の一部にポンプ６を介在させて、燃料収容部４に収容された液体燃料Ｆを燃料供給機構３まで強制的に送液してもよい。
【００３４】
なお、適用されるポンプ６は、燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部４から燃料供給機構３に向けて液体燃料Ｆを送液する燃料供給ポンプである。燃料供給機構３から膜電極接合体２に供給された燃料は、発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部４に戻されることはない。ポンプ６の種類は、特に限定されるものではないが、少量の液体燃料Ｆ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なものが好ましい。
【００３５】
この実施の形態の燃料電池１は、燃料を循環しないことから、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、液体燃料の供給にポンプ６を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。図２に示す燃料電池１は、例えばセミパッシブ型と呼称される方式を適用したものである。
【００３６】
また、燃料供給機構３において、ポンプ６と直列に燃料遮断バルブを配置してもよい。また、燃料収容部４や流路５には、燃料収容部４内の圧力を外気とバランスさせるバランスバルブを装着してもよい。
【００３７】
燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料Ｆが収容されている。液体燃料Ｆ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のメタノール燃料が挙げられる。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い。液体燃料Ｆは、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Ｆであってもよい。いずれにしても、燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料Ｆが収容される。
【００３８】
以下に、燃料供給機構３の一例について説明する。
【００３９】
燃料供給機構３は、箱状に形成された容器３０、及び、膜電極接合体２のアノード１３の面方向（つまり、図中のＸ−Ｙ平面内の方向）に燃料を分散並びに拡散させつつ供給する燃料分配板３１を備えている。容器３０は、流路５が接続される図示しない燃料導入口を有している。このような容器３０を形成する樹脂材料としては、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、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、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）などが挙げられる。また、この容器３０は、樹脂材料に代えてステンレス（ＳＵＳ）や金属クラッド材などの金属材料を用いて形成することも可能である。
【００４０】
燃料分配板３１は、容器３０の内側に形成された凹部に配置されている。この燃料分配板３１は、平板状に形成されている。このような燃料分配板３１には、複数の燃料排出口３３が形成されている。このような燃料分配板３１は、容器３０の燃料導入口から供給された液体燃料をアノード１３に向けて燃料排出口３３から排出する。このような燃料分配板３１は、液体燃料やその気化成分を透過させない材料によって形成され、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリイミド系樹脂などの各種樹脂材料を用いて形成されている。
【００４１】
なお、この燃料分配板３１は、たとえば、液体燃料とその気化成分とを分離し、気化成分を膜電極接合体２に向けて透過させる気液分離膜で構成しても良い。この気液分離膜には、例えば、シリコーンゴム、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）薄膜、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）薄膜、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）薄膜、フッ素樹脂（たとえばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）など）微多孔膜などが適用可能である。
【００４２】
燃料供給機構３と膜電極接合体２のアノード１３との間には、熱伝導体４０が配置されている。この熱伝導体４０は、燃料供給機構３に接している。このような熱伝導体４０は、Ｘ−Ｙ平面に略平行な平板状に形成されている。ここで、『熱伝導体４０が燃料供給機構３に接している』状態とは、Ｘ−Ｙ平面における熱伝導体４０の下面が燃料供給機構３に接している状態に相当し、図２に示した例では、熱伝導体４０は、燃料分配板３１に接している。
【００４３】
上述した熱伝導体４０としては、液体燃料や水、酸素等によって溶解や腐食、酸化等を生じることがなく、かつ熱伝導率の高い材料によって形成されることが望ましい。また、熱伝導体４０は、少なくとも燃料の気化成分を透過するための通気性を確保する必要があり、多孔質性の材料あるいは貫通孔を有する材料によって形成されている。このうち、多孔質性の熱伝導体４０としては、炭素繊維素材が好適であり、例えば、東レ社製のカーボンペーパー（ＴＧＰ−Ｈシリーズ）や、ＳＧＬカーボンジャパン社製のカーボンペーパー（ＧＤＬシリーズ）などが適用可能である。また、貫通孔を有する熱伝導体４０としては、黒鉛（グラファイト）などの炭素質の材料をシート状に加工したグラファイトシート（例えば、グラフテック社製のグラファイトシート（ｅＧｒａｆシリーズ）に貫通孔を形成したものなどが適用可能である。図２に示した例では、熱伝導体４０には貫通孔４０Ｈが形成されている。
【００４４】
さらに、熱伝導体４０としては、熱伝導性に優れた金、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン等の金属、または、ステンレスなどのこれらの金属の合金に貫通孔を形成したものなどが適用可能である。
【００４５】
熱伝導体４０として金属材料を用いた場合、カソード１６で生成した水や、アノードにおける反応の副生成物であるギ酸等によって酸化、腐食を生じる可能性がある。それを防ぐために、熱伝導体４０としては、ステンレス等の腐食しにくい材料を用いるか、または、熱伝導体４０の表面に、金などの酸化しにくい金属をメッキしたり、炭素質の物質や、樹脂もしくはゴムでコーティングを施したり、液体燃料の気化成分に溶解しない塗料で塗装する等しても良い。
【００４６】
上記のようにコーティングを施すための樹脂もしくはゴムとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：ヴィクトレックス社商標）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、シリコーン樹脂等の樹脂、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム等のゴムが使用可能である。これらの樹脂やゴムは、金属材料に比べて熱伝導率が低いため、コーティングを施す場合には、コーティングする樹脂もしくはゴムはできるだけ薄くするのが望ましい。
【００４７】
また、図２に示した例のように、熱伝導体４０がアノード集電部１８Ａに接する構成の場合、膜電極接合体２の単セル間でのショートを防止するために、熱伝導体４０が絶縁体として構成される、あるいは、熱伝導体４０の少なくともアノード集電部１８Ａに接する面が上述したような樹脂やゴムなどの絶縁体によって覆われていることが望ましい。
【００４８】
この熱伝導体４０は、燃料供給機構３に平行な平面方向（つまり、図２に示した例ではＸ−Ｙ平面と平行な方向）の熱伝導率λｐｌが、１０Ｗ／ｍＫ以上であることが望ましい。熱伝導率λｐｌの値が大きいほど、Ｘ−Ｙ平面と平行な面内での熱分布の均一化に対する効果が大きいためである。
【００４９】
更に、この熱伝導体４０において、その厚み方向（つまり、図２に示した例ではＺ方向）の熱伝導率λｔよりも面内での熱伝導率λｐｌの方が大きい熱伝導異方性を有していればなお望ましい。これは、厚み方向の熱伝導率λｔの方が面内での熱伝導率λｐｌよりも大きい場合には、厚み方向への熱の移動が促進され、面内つまり膜電極接合体２の高温部から低温部への熱の移動が阻害されてしまうおそれがあるためである。なお、ここで説明した熱伝導率λｐｌ及びλｔは、レーザーフラッシュ法によって測定したものである。
【００５０】
また、この熱伝導体４０において、その中央部での気孔率（または開口率）が周辺部より小さいことが望ましい。すなわち、膜電極接合体２のアノード１３の側に配置される熱伝導体４０は、アノード１３への燃料の導入を阻害しないように通気性を有している。その一方で、熱伝導体４０の気孔率は、その熱伝導率をコントロールするファクターの１つであり、気孔率が高いほど熱伝導体４０の内部が気体成分で満たされ、放熱性能の低下を招く。つまり、気孔率が高いほど熱伝導率は低下する。このように、熱伝導体４０には、熱伝導性を確保しつつ、通気性を確保することが要求される。
【００５１】
膜電極接合体２の面内の温度分布は、中央部で高く、その周辺部（つまり、容器３０に近接する部分）で低い場合が多い。これに対応するため、熱伝導体４０においては、その中央部での気孔率が周辺部より小さいことが望ましい。つまり、熱伝導体４０において、膜電極接合体２の中央部に対向する部分では比較的熱伝導率が高く、熱の移動を促進するとともに、周辺部に対向する部分では比較的熱伝導率が低い半面、通気性が高く発電反応を促進することが可能となる。
【００５２】
このとき、熱伝導体４０は、その気孔率が中央部から周辺部に向かって連続的に大きくなるように構成しても良い。この場合、熱伝導体４０の面内での熱伝導率が一定ではなく、中央部から周辺部にかけて連続的に大きくなる。
【００５３】
図２に示したように、熱伝導体４０に形成された貫通孔４０Ｈは、燃料分配板３１の燃料排出口３３の直上に位置している。
【００５４】
図３は、燃料供給機構３における燃料分配板３１の上面図である。
【００５５】
燃料分配板３１は、第１方向Ｘに延びた略長方形状に形成されている。このような燃料分配板３１には、燃料注入口３２及び燃料排出口３３が形成されている。燃料注入口３２は、例えば１箇所に形成されている。この燃料注入口３２は、容器３０の燃料導入口３０Ａに連通している。燃料排出口３３は、複数、ここでは１２８個（１６×８）形成されている。これらの燃料排出口３３は、燃料注入口３２と流路３４を介して接続されている。この流路３４は、燃料分配板３１の容器３０と密着する面に形成された溝であっても良いし、燃料分配板３１の内部を通る管であっても良く、特に形態に制限はない。
【００５６】
図４は、熱伝導体４０の斜視図である。
【００５７】
この熱伝導体４０は、第１方向Ｘに延びた略長方形状に形成されている。このような熱伝導体４０には、複数、ここでは１２８個（１６×８）の貫通孔４０Ｈが形成されている。これらの貫通孔４０Ｈのそれぞれは、燃料排出口３３の直上に位置している。このような貫通孔４０Ｈは、燃料排出口３３の径と同等以上の径を有している。なお、熱伝導体４０には、図示した１２８個の貫通孔４０Ｈに加えて、さらに複数の貫通孔が形成されても良い。熱伝導体４０に形成される貫通孔４０Ｈの個数は、熱伝導体４０に要求される熱伝導性を考慮して適宜設定しても良い。
【００５８】
上述した燃料電池１においては、燃料収容部４から流路５を介して燃料分配板３１に導入された液体燃料Ｆは、液体成分のまま、もしくは液体成分と気体成分とが混在する状態で、燃料分配板３１の燃料排出口３３から排出される。排出された燃料は、熱伝導体４０及び集電体１８のアノード集電部１８Ａを介して膜電極接合体２のアノード１３に供給される。
【００５９】
アノード１３に供給された燃料の気体成分は、アノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１で下記の（１）式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７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させる、あるいは、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。
【００６０】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ- …（１）
この反応で生成した電子（ｅ-）は、集電体１８を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、集電体１８を経由してカソード１６に導かれる。（１）式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は、電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード１６には、酸化剤として空気が供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ-）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の（２）式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
【００６１】
６ｅ-＋６Ｈ+＋（３／２）Ｏ2 → ３Ｈ2Ｏ …（２）
上述した燃料電池１の発電反応において、発電する電力を増大させるためには触媒反応を円滑に行わせるとともに、膜電極接合体２の電極全体に均一に燃料を供給し、電極全体をより有効に発電に寄与させることが重要となる。
【００６２】
本実施形態によれば、膜電極接合体２の面内においては、その中央部は比較的放熱されにくく高温となりやすく、逆に、その周辺部は中央部と比較して低温となりやすい。この場合、熱伝導体４０を配置したことにより、膜電極接合体２の中央部から周辺部への熱移動が促進され、膜電極接合体２の中央部と周辺部とでの温度差を低減することが可能となる。つまり、膜電極接合体２の面内における温度分布を均一化することが可能となる。
【００６３】
また、温度差に起因した液体燃料の気化成分の蒸気圧差も低減され、膜電極接合体２の面内の中央部及び周辺部のいずれにおいても、発電反応に必要な物質の授受を促進することが可能となる。特に、携帯用電子機器などの電源として用いる燃料電池１において、燃料電池全体の温度を低く抑制したとしても、蒸気圧差が低減されているため、安定して高い出力を得ることが可能となる。
【００６４】
次に、本実施形態で採用可能な燃料電池１のバリエーションについて説明する。なお、図２に示した例と同一の構成については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６５】
図５は、他の実施形態における燃料電池１を第１方向Ｘに沿って切断した断面を概略的に示す図である。
【００６６】
図５に示した例は、図２に示した例と比較して、熱伝導体４０と集電体１８との間に絶縁体５０が配置されている点で相違している。この絶縁体５０は、熱伝導体４０の上面に接し、且つ、アノード集電部１８Ａの背面側に接している。このような絶縁体５０は、例えば、燃料拡散板あるいは気液分離膜として機能するものが適用可能である。また、この絶縁体５０は、熱伝導体４０と略同一の形状であって且つ略同一の外形寸法に形成されている。
【００６７】
燃料拡散板である絶縁体５０は、例えば、ポリエチレン製多孔質フィルム等からなる平板で構成される。このような絶縁体５０は、気化した燃料の平面方向（図１のＸ−Ｙ平面と平行な方向）に拡散させ、このような気化燃料の供給の均一性を促進する役割を果たす。
【００６８】
気液分離膜である絶縁体５０は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の微多孔膜などの上述したような各種材料からなる平板で構成される。このような絶縁体５０は、燃料供給機構３からアノード１３に向けて供給される燃料のうち、液体燃料とその気化成分とを分離し、燃料の気化成分をアノード１３に向けて透過するものである。
【００６９】
図６は、他の実施形態における燃料電池１を第１方向Ｘに沿って切断した断面を概略的に示す図である。
【００７０】
図６に示した例は、図２に示した例と比較して、熱伝導体４０と集電体１８との間に空気層６１を形成するためのスペーサ６０が配置されている点で相違している。このスペーサ６０は、燃料供給機構３から供給された燃料が膜電極接合体２に向かって供給される経路よりも外側に配置されている。
【００７１】
すなわち、スペーサ６０は、熱伝導体４０の貫通孔４０Ｈよりも外側の外縁部に沿った上面に接し、且つ、アノード集電部１８Ａの外縁部に沿った背面側に接している。このようなスペーサ６０は、例えばＯリングなどの絶縁性の弾性体によって形成されている。
【００７２】
図７は、他の実施形態における燃料電池１を第１方向Ｘに沿って切断した断面を概略的に示す図である。
【００７３】
図７に示した例は、図２に示した例と比較して、熱伝導体４０と集電体１８との間に絶縁体５０として気液分離膜が配置され、しかも、燃料供給機構３が燃料分配板３１と熱伝導体４０との間に配置された燃料拡散板３５を有している点で相違している。
【００７４】
絶縁体５０は、平板状に形成され、熱伝導体４０の上面に接し、且つ、アノード集電部１８Ａの背面側に接している。また、この絶縁体５０は、熱伝導体４０と略同一の形状であって且つ略同一の外形寸法に形成されている。このような絶縁体５０は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の微多孔膜などの上述したような各種材料で構成される。
【００７５】
燃料拡散板３５は、平板状に形成され、燃料分配板３１の上面に接し、且つ、熱伝導体４０の背面に接している。このような燃料拡散板３５は、例えば、ポリエチレン製多孔質フィルム等で構成される。
【００７６】
なお、この図７に示した例においては、絶縁体５０として気液分離膜を適用したが、図５で示した例と同様に絶縁体５０として燃料拡散板を適用しても良い。また、この例においては、熱伝導体４０と集電体１８との間に絶縁体５０を配置したが、図６に示した例と同様に空気層６１を形成するためのスペーサ６０が配置されても良い。
【００７７】
図８は、他の実施形態における燃料電池１を第１方向Ｘに沿って切断した断面を概略的に示す図である。
【００７８】
図８に示した例は、図２に示した例と比較して、熱伝導体４０と集電体１８との間に絶縁体５０としての気液分離膜及びアノードフィルム７０が配置された点で相違している。
【００７９】
アノードフィルム７０は、平板状に形成され、熱伝導体４０の上面に接している。このアノードフィルム７０は、熱伝導体４０と略同一の形状であって且つ略同一の外形寸法に形成されている。
【００８０】
このアノードフィルム７０には、複数の開孔７０Ｈが形成されている。ここでは、アノードフィルム７０には、燃料分配板３１の燃料排出口３３と同数である１２８個（１６×８）の開孔７０Ｈが形成されている。これらの開孔７０Ｈのそれぞれは、燃料排出口３３の直上に位置している。このような開孔７０Ｈは、燃料排出口３３の径と同等以上の径を有している。なお、アノードフィルム７０には、１２８個の開孔７０Ｈに加えて、さらに複数の開孔が形成されても良い。
【００８１】
このようなアノードフィルム７０は、メタノールなどの燃料に対して十分な耐性を有する材料によって形成され、例えば、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：ヴィクトレックス社商標）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などによって形成されている。また、アノードフィルム７０は、表面に耐酸性処理が施された金属板や、ガラス、シリコンなどを用いて形成しても良い。
【００８２】
絶縁体５０は、平板状に形成され、アノードフィルム７０の上面に接し、アノードフィルム７０の開孔７０Ｈを塞ぐように配置されている。この絶縁体５０は、熱伝導体４０及びアノードフィルム７０と略同一の形状であって且つ略同一の外形寸法に形成されている。
【００８３】
図９は、他の実施形態における燃料電池１を第１方向Ｘに沿って切断した断面を概略的に示す図である。
【００８４】
図９に示した例は、図２に示した例と比較して、熱伝導体４０と集電体１８との間に絶縁体５０及び空気層６１を形成するためのスペーサ６０が配置された点で相違している。
【００８５】
絶縁体５０は、例えば、気液分離膜であり、平板状に形成されている。この絶縁体５０は、アノード集電部１８Ａの背面側に接している。
【００８６】
スペーサ６０は、図６に示した例と同様に、燃料供給機構３から供給された燃料が膜電極接合体２に向かって供給される経路よりも外側に位置し、熱伝導体４０の貫通孔４０Ｈよりも外側の外縁部に沿った上面に接し、且つ、絶縁体５０の外縁部に沿った背面に接している。
【００８７】
図１０は、他の実施形態における燃料電池１を第１方向Ｘに沿って切断した断面を概略的に示す図である。
【００８８】
図１０に示した例は、図２に示した例と比較して、熱伝導体４０と集電体１８との間に絶縁体５０としての気液分離膜及びアノードフィルム７０が配置され、且つ、燃料供給機構３が燃料分配板３１と熱伝導体４０との間に配置された燃料拡散板３５を有している点で相違している。
【００８９】
燃料拡散板３５は、平板状に形成され、燃料分配板３１の上に配置され、燃料分配板３１に形成されたすべての燃料排出口３３に重なっている。熱伝導体４０は、燃料拡散板３５の上に配置されている。図示した例では、燃料拡散板３５と熱伝導体４０とが接している。熱伝導体４０に形成された貫通孔４０Ｈは、燃料排出口３３の直上に位置している。
【００９０】
アノードフィルム７０は、熱伝導体４０の上に配置されている。図示した例では、熱伝導体４０とアノードフィルム７０とは接している。アノードフィルム７０に形成された開孔７０Ｈは、燃料排出口３３の直上に位置している。つまり、燃料排出口３３、貫通孔４０Ｈ、及び、開孔７０Ｈは、Ｚ方向に沿って同軸上に位置している。
【００９１】
気液分離膜である絶縁体５０は、平板状に形成され、アノードフィルム７０の上面に接し、アノードフィルム７０の開孔７０Ｈを塞ぐように配置されている。図示した例では、絶縁体５０は、アノード集電部１８Ａの背面側で接している。
【００９２】
以上、図５乃至図１０に示した各バリエーションにおいても、上記したのと同様の効果が得られる。
【００９３】
《性能評価》
（実施例１）
アノード用触媒粒子（Ｐｔ：Ｒｕ＝１：１）を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、アノード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させて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１２としての多孔質カーボンペーパ（５５．５ｍｍ×８．７ｍｍの長方形）に塗布することにより、厚さが１００μｍのアノード触媒層１１を得た。
【００９４】
カソード用触媒粒子（Ｐｔ）を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、カソード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させて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１５としての多孔質カーボンペーパに塗布することにより、厚さが１００μｍのカソード触媒層１４を得た。
【００９５】
なお、アノードガス拡散層１２及びカソードガス拡散層１５は、同一形状かつ同一の大きさであり、厚さも等しく、それぞれのガス拡散層に塗布されたアノード触媒層１１及びカソード触媒層１４も同一形状かつ同一の大きさである。
【００９６】
上記したように作製したアノード触媒層１１とカソード触媒層１４との間に、電解質膜１７として厚さが３０μｍで、含水率が１０〜２０重量％のパーフルオロカーボンスルホン酸膜（商品名：ｎａｆｉｏｎ膜、デュポン社製）を、４つのアノードガス拡散層１２および４つのカソードガス拡散層１５が、それぞれの長手方向が略平行で、その間隔が１．２ｍｍとなるように並んで配置し、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とが対向するように位置を合わせた状態で、ホットプレスを施すことにより、膜電極接合体２を得た。
【００９７】
このように作成した膜電極接合体２は、集電体１８によって挟持され、アノードガス拡散層１２とアノード集電部１８Ａとが対向するとともに、カソードガス拡散層１５とカソード集電部１８Ｃとが対向している。すなわち、カソード集電部１８Ｃとして、カソードガス拡散層１５の上に金箔を積層した。また、アノード集電部１８Ａとして、アノードガス拡散層１２の上に金箔を積層した。これらのアノード集電部１８Ａ及びカソード集電部１８Ｃは、上記した４対のアノード触媒層１１とカソード触媒層１４とが電気的に直列に接続されるように形成されている。なお、アノード集電部１８Ａには、燃料分配板３１の燃料排出口３３に対応した位置に開口が形成されている。また、カソード集電部１８Ｃには、カバープレート２１の開口部２１Ｈに対応した位置に開口が形成されている。
【００９８】
膜電極接合体２の電解質膜１７と集電体１８との間には、アノード側及びカソード側の双方について、シール部材１９として、それぞれ幅が２ｍｍのゴム製のＯリングを挟持してシールを施した。
【００９９】
カソード集電部１８Ｃの上には、板状体２０として、厚さが０．７５ｍｍであり、透気度が３．０秒／１００ｃｍ３（ＪＩＳ Ｐ ８１１７：２００９に規定の測定方法による）であり、透湿度が３０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）（ＪＩＳ Ｌ １０９９：２００６ Ａ−１に規定の測定方法による）のポリエチレン製多孔質フィルムを、長さ５９．５ｍｍ、幅４２．４ｍｍの長方形に切り、積層した。外気からカソード１６に供給される空気は、この板状体２０を透過することとなる。
【０１００】
この板状体２０の上には、カバープレート２１として、外形が６４．５ｍｍ×４４．５ｍｍの長方形であり、厚さが０．３ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４）を積層した。このカバープレート２１には、５．６ｍｍ×２．８ｍｍの長方形の６４個の開口部２１Ｈが均等に形成されている。
【０１０１】
燃料分配板３１の上には、熱伝導体４０として、厚さが８０μｍのグラファイトシート（グラフテック社製；型番ＳＳ４００）を５９．５ｍｍ×４２．４ｍｍの長方形状に切り抜き、積層した。この熱伝導体４０であるグラファイトシートは、平面方向（図５に示したＸ−Ｙ平面に平行な方向）の熱伝導率λｐｌが４００Ｗ/ｍＫであり、その厚み方向（図５のＺ方向）の熱伝導率λｔが３．５Ｗ／ｍＫである。この熱伝導体４０には、燃料分配板３１の燃料排出口３３に対応した位置に直径１．８ｍｍの開口が形成されている。
【０１０２】
熱伝導体４０とアノード集電部１８Ａとの間には、燃料拡散板である絶縁体５０として、厚さ０．５ｍｍ、気孔率２６％のポリエチレン製多孔質フィルムを挿入した。この絶縁体５０は、熱伝導体４０と同一形状かつ同一の大きさである。この絶縁体５０は、電気的な絶縁と共に、気化した燃料を平面方向に拡散させ、気化燃料の供給の均一性を促進する役割を果たす。
【０１０３】
上述した構成の実施例１は、図５に示した燃料電池１に相当する。
【０１０４】
（実施例２）
実施例２では、実施例１で説明した燃料電池１において、熱伝導体４０とアノード集電部１８Ａとの間に絶縁体５０を配置する代わりに、熱伝導体４０とアノード集電部１８Ａとの間に、Ｚ方向の距離が０．５ｍｍの空気層６１を形成するためのスペーサ６０を設けた以外は、実施例１と同様である。
【０１０５】
上述した構成の実施例２は、図６に示した燃料電池１に相当する。
【０１０６】
（実施例３）
実施例３では、実施例１で説明した燃料電池１において、燃料分配板３１と熱伝導体４０との間に燃料拡散板３５を配置し、熱伝導体４０とアノード集電部１８Ａとの間に気液分離膜である絶縁体５０を配置した以外は、実施例１と同様である。絶縁体５０としては、厚さ０．１ｍｍ、気孔率６８％のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の微多孔膜を適用した。
【０１０７】
上述した構成の実施例３は、図７に示した燃料電池１に相当する。
【０１０８】
（比較例）
実施例１で説明した燃料電池１において、熱伝導体４０を設けない以外は、実施例１と同様である。
【０１０９】
上述した実施例１乃至３及び比較例の各燃料電池１について、性能評価を行った。
【０１１０】
まず、温度が２５℃、相対湿度が５０％の環境の下、上記したように作成した各燃料電池１に、純度９９．９重量％の純メタノールを供給した。ここで、カバープレート２１の中央部の表面に熱電対を取り付け、この熱電対で測定した温度が４５℃で一定になるように、純メタノールの供給量を制御した場合と、熱電対で測定した温度が５０℃で一定になるように、純メタノールの供給量を制御した場合との２つの条件に対して、以下の測定を行なっている。
【０１１１】
そして、定電圧電源を接続して、燃料電池１の出力電圧が直列に接続した４対の単セルの中の１対あたり０．３５Ｖで一定になるように、燃料電池１に流れる電流を制御し、このとき、燃料電池１から得られる出力密度を計測した。
【０１１２】
ここで、燃料電池１の出力密度（ｍＷ／ｃｍ２）とは、燃料電池１に流れる電流密度（発電部の面積１ｃｍ２当りの電流値（ｍＡ／ｃｍ２））に燃料電池１の出力電圧を乗じたものである。また、発電部の面積とは、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とが対向している部分の面積である。ここで説明した各実施例及び比較例では、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４の面積が等しく、かつ完全に対向しているので、発電部の面積はこれらの触媒層の面積に等しい。
【０１１３】
以上の測定結果を纏めて示したものが、図１１である。なお、燃料電池１の出力密度を計測した結果は、それぞれの制御温度で測定した比較例の値を１００とした相対値で示してある。
【０１１４】
カバープレート２１の表面温度が４５℃になるように燃料供給を制御した際には、比較例の出力密度を１００％としたとき、実施例１では１０７％となり、実施例２では１０９％となり、実施例３では１０２％となり、いずれの実施例においても比較例より高い出力密度が得られることを確認した。
【０１１５】
カバープレート２１の表面温度が５０℃になるように燃料供給を制御した際には、比較例の出力密度を１００％としたとき、実施例１では１０４％となり、実施例２では１０５％となり、実施例３では１０２％となり、いずれの実施例においても比較例より高い出力密度が得られることを確認した。
【０１１６】
このように、特に５０℃よりも低い温度になるように燃料供給を制御した際には、実施例１乃至３の構成は、比較例の構成よりも大きな出力密度が得られている点で、効果が高い。
【０１１７】
なお、図１１に示した測定結果では、比較例に対する相対値のみが示されているが、出力密度の絶対値では、どの構成であっても４５℃制御よりも５０℃制御の方が高い出力密度が得られる。
【０１１８】
以上説明したように、この実施の形態によれば、燃料電池１の温度を低く抑制した場合においても、安定して高い出力を得ることが可能となる。
【０１１９】
上述した実施形態の燃料電池１は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。ただし、燃料を面方向に分散させつつ供給する燃料分配板３１は、特に燃料濃度が濃い場合に有効である。このため、実施形態の燃料電池１は、濃度が８０ｗｔ％以上のメタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。したがって、実施形態は、メタノール濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液や純メタノールを液体燃料として用いた燃料電池１に好適である。
【０１２０】
さらに、上述した実施形態は、本発明をセミパッシブ型の燃料電池１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、内部気化型の純パッシブ型の燃料電池に対しても適用可能である。
【０１２１】
なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、膜電極接合体に供給される燃料の全てが液体燃料Ｆの蒸気、全てが液体燃料Ｆ、または一部が液体状態で供給される液体燃料Ｆの蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また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たりする等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１２２】
１…燃料電池
２…膜電極接合体 １３…アノード １６…カソード １７…電解質膜
１８…集電体 １８Ａ…アノード集電部 １８Ｃ…カソード集電部
２１…カバープレート ２１Ｈ…開口部
３…燃料供給機構 ３０…容器 ３１…燃料分配板 ３５…燃料拡散板
４０…熱伝導体 ４０Ｈ…貫通孔
５０…絶縁体（気液分離膜または燃料拡散板）
６０…スペーサ ６１…空気層
７０…アノードフィルム ７０Ｈ…開孔
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体燃料を用いた燃料電池の技術に関する。
【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可能であ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】
高温で作動する燃料電池において、燃料電池を収納する機器の筐体が高温になることを防止する目的で、燃料電池を覆う断熱体の外表面を伝熱体で覆う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方で、燃料電池セパレータなどの用途に好適な高い熱伝導性を有する熱伝導性成形体が開示されている（例えば、特許文献２参照）。特に、この熱伝導性成形体によれば、熱伝導率の異方性により電気・電子機器用の筐体、部材とした場合に、筐体の放熱設計などにおいて有用であることが開示されている。
【０００５】
単位電池を複数個積層して積層体を形成してなる燃料電池において、温度分布を均一化する目的で、平面方向の熱伝導率が積層方向の熱伝導率よりも大きいガス分離板と単位電池とを交互に積層して、上下端部に冷却板を配置した構成が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２０２６１１号公報
【特許文献２】特開２００６−４９８７８号公報
【特許文献３】特開平９−２８９０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
燃料電池として、例えば、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（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）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、携帯用電子機器の電源として有望視されている。
【０００８】
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、内部気化型等のパッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して有利である。パッシブ型ＤＭＦＣは、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を備えて構成されている。
【０００９】
このような膜電極接合体の面内において、意図しない温度ばらつきが生じることがある。特に、膜電極接合体の周辺部では比較的放熱が促進されるのに対して、中央部では熱が逃げにくく、周辺部と中央部とで大きな温度差が生じやすくなる。
【００１０】
また、このような温度差に伴って液体の燃料が気化して生じる燃料の気化成分の蒸気圧にも差が生じ、膜電極接合体において発電反応に必要な燃料の授受が阻害され、結果として、出力の低下や不安定化を招くおそれがある。このような気化成分の供給の不安定は、燃料電池全体の温度が高く且つ気化燃料の蒸気圧が全体に高く保たれている場合には余り生じない。しかし、携帯用電子機器等の電源として用いる燃料電池では、安全性等の観点から、燃料電池全体の温度も低く抑制する必要があり、この場合には、気化成分の蒸気圧が全体に低いため、僅かな温度差による蒸気圧の差が、出力の安定性に対して大きく影響することになる。
【００１１】
この発明の目的は、安定して高い出力を得ることが可能な燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明の一態様によれば、
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、前記電解質膜の他方の面に配置されたカソードと、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体のアノード側に配置され、前記アノードに向けて燃料を供給する燃料供給機構と、
前記燃料供給機構と前記アノードとの間に配置されるとともに前記燃料供給機構に接する熱伝導体と、
を備えたことを特徴とする燃料電池が提供される。
【００１３】
この発明の他の態様によれば、
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、前記電解質膜の他方の面に配置されたカソードと、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体のアノード側に配置され、前記アノードに向けて燃料を供給する燃料供給機構と、
前記燃料供給機構と前記アノードとの間に配置された気液分離膜と、
前記燃料供給機構と前記気液分離膜との間に配置されるとともに前記気液分離膜から離間した熱伝導体と、
を備えたことを特徴とする燃料電池が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、安定して高い出力を得ることが可能な燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態における燃料電池のカソード側の外観を示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示した燃料電池を第１方向に沿って切断した構造を概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、図２に示した燃料電池の燃料供給機構における燃料分配板を膜電極接合体が重なる上面から見た上面図である。
【図４】図４は、図２に示した燃料電池に適用可能な熱伝導体の構造を概略的に示す斜視図である。
【図５】図５は、他の実施形態における燃料電池を第１方向に沿って切断した構造を概略的に示す断面図である。
【図６】図６は、他の実施形態における燃料電池を第１方向に沿って切断した構造を概略的に示す断面図である。
【図７】図７は、他の実施形態における燃料電池を第１方向に沿って切断した構造を概略的に示す断面図である。
【図８】図８は、他の実施形態における燃料電池を第１方向に沿って切断した構造を概略的に示す断面図である。
【図９】図９は、他の実施形態における燃料電池を第１方向に沿って切断した構造を概略的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、他の実施形態における燃料電池を第１方向に沿って切断した構造を概略的に示す断面図である。
【図１１】図１１は、性能評価を行った際の出力密度の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の一実施の形態に係る燃料電池について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、この実施の形態に係る燃料電池（ＤＭＦＣ）１のカソード側の外観を示す平面図である。
【００１８】
この燃料電池１は、略矩形平板状に形成されている。図１に示した平面図では、燃料電池１は、長方形状であり、第１方向Ｘに沿って延びた一対の長辺Ｌ１及び長辺Ｌ２と、第１方向Ｘに直交する第２方向Ｙに沿って延びた一対の短辺Ｓ１及び短辺Ｓ２と、を有している。
【００１９】
燃料電池１は、起電部を構成する膜電極接合体（ＭＥＡ）２を備えている。この膜電極接合体２は、略矩形状に形成されている。この膜電極接合体２は、その詳細な構造については後に説明するが、ここでは複数、たとえば４つの単セルＣＬ１乃至ＣＬ４を備えている。単セルＣＬ１乃至ＣＬ４のそれぞれは、同一平面上において、第１方向Ｘに沿って延在した略長方形状であり、第２方向Ｙに間隔をおいて並んで配置されている。
【００２０】
膜電極接合体２のカソード側に位置する燃料電池１の表面には、カバープレート２１が配置されている。カバープレート２１は、外観が略矩形状であり、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。このカバープレート２１には、主として酸化剤である空気、特に酸素の取り込みを可能とする複数の開口部２１Ｈが形成されている。
【００２１】
なお、膜電極接合体２のアノード側には、膜電極接合体２に燃料を供給する燃料供給機構（図示しない）が配置されている。カバープレート２１は、燃料供給機構との間に膜電極接合体２を保持した状態で、燃料電池１の各長辺Ｌ１及びＬ２、及び、各短辺Ｓ１及びＳ２において燃料供給機構に締結されている。
【００２２】
図２は、図１に示した燃料電池１を第１方向Ｘに沿って切断した断面を概略的に示す図である。
【００２３】
燃料電池１は、膜電極接合体２を備えている。膜電極接合体２は、アノード（燃料極）１３と、カソード（空気極あるいは酸化剤極）１６と、アノード１３とカソード１６とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７と、を備えて構成されている。アノード１３は、アノード触媒層１１と、このアノード触媒層１１に積層されたアノードガス拡散層１２とを有している。アノード触媒層１１は、電解質膜１７の一方の面１７Ａに積層されている。カソード１６は、カソード触媒層１４と、このカソード触媒層１４に積層されたカソードガス拡散層１５とを有している。カソード触媒層１４は、電解質膜１７の他方の面１７Ｃに積層されている。
【００２４】
図１に示した各単セルＣＬ１乃至ＣＬ４は、電解質膜１７を挟んで対向するアノード１３及びカソード１６によって構成されている。つまり、図１に示した４つの単セルＣＬ１乃至ＣＬ４を備えた膜電極接合体２では、詳述しない４つのアノード１３が単一の電解質膜１７における一方の面１７Ａの上において第２方向Ｙに間隔をおいて配置され、また、４つのカソード１６が電解質膜１７における他方の面１７Ｃの上において第２方向Ｙに間隔をおいて配置されている。
【００２５】
このような膜電極接合体２は、本実施の形態においては集電体１８によって挟持されている。集電体１８は、ベース絶縁層ＢＦ、ベース絶縁層ＢＦの上に配置されたアノード集電部１８Ａ、及び、ベース絶縁層ＢＦのアノード集電部１８Ａが配置された同一面上に配置されたカソード集電部１８Ｃを有している。
【００２６】
アノード集電部１８Ａ及びカソード集電部１８Ｃは、例えば、金、銅、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）または箔体、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して形成可能であり、さらには、グラファイト（黒鉛）などの炭素質材料を使用して形成しても良い。
【００２７】
図２に示した例では、アノード集電部１８Ａは、アノードガス拡散層１２に積層されている。このアノード集電部１８Ａには、アノード１３に向けて発電反応に必要な燃料の供給を可能とする開口部１８ＡＨが形成されている。また、カソード集電部１８Ｃは、カソードガス拡散層１５に積層されている。このカソード集電部１８Ｃには、カソード１６に向けて発電反応に必要な酸素の供給を可能とするとともに発電反応に伴って生成された二酸化炭素や過剰な水蒸気などの気体の外部への排出を可能とする開口部１８ＣＨが形成されている。このような構成の集電体１８は、図１に示したような膜電極接合体２に備えられた複数の単セルＣＬ１乃至ＣＬ４を電気的に直列に接続している。
【００２８】
集電体１８は、本実施の形態のように、集電体１８を二つ折りして膜電極接合体２を挟持した構造となっているが、この構造に限られるものではない。例えば、アノード集電部１８Ａおよびカソード集電部１８Ｃを個々に独立して設けた個別の集電体を準備し、その個別の集電体により膜電極接合体２を挟持し、それら集電体の集電部同士を導電性の接続部材により、図１に示したような膜電極接合体２に備えられた複数の単セルＣＬ１乃至ＣＬ４を電気的に直列に接続しても良い。
【００２９】
膜電極接合体２は、電解質膜１７の一方の面１７Ａと集電体１８との間及び電解質膜１７の他方の面１７Ｃと集電体１８との間にそれぞれ挟持されたゴム製のＯリング等のシール部材１９によってシールされている。これにより、膜電極接合体２からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。なお、膜電極接合体２において、電解質膜１７のうち、アノード触媒層１１及びカソード触媒層１４にともに接しておらず、かつシール部材１９によって囲まれた内側に相当する位置に、１個乃至複数個のガス排出孔（図示せず）を設けても良い。
【００３０】
膜電極接合体２のカソード１６の側において、集電体１８とカバープレート２１との間には、通気性を有する絶縁材料によって形成された板状体２０が配置されている。この板状体２０は、主に保湿層として機能する。すなわち、この板状体２０は、カソード触媒層１４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ともに、カバープレート２１の開口部２１Ｈから取り込んだ空気のカソード触媒層１４への取入れ量を調整し且つ空気の均一拡散を促進するものである。このような板状体２０は、例えば、ポリエチレン製多孔質フィルム等からなる平板で構成される。
【００３１】
膜電極接合体２のアノード１３の側には、燃料供給機構３が配置されている。つまり、膜電極接合体２は、アノード１３の側に配置された燃料供給機構３とカソード１６の側に配置されたカバープレート２１との間に配置されている。燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード１３に対して燃料を供給するように構成されているが、特に、特定の構成に限定されるものではない。このような燃料供給機構３は、液体燃料Ｆを収容する燃料収容部４に流路５を介して接続されている。
【００３２】
流路５は、配管などで構成されている。流路５は、燃料供給機構３や燃料収容部４と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料供給機構３と燃料収容部４とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料Ｆの流路であってもよい。すなわち、燃料供給機構３は、流路等を介して燃料収容部４と連通されていればよい。
【００３３】
燃料収容部４に収容された液体燃料Ｆは、重力を利用して流路５を介して燃料供給機構３まで落下させて送液することができる。また、流路５に多孔体等を充填して、毛細管現象により燃料収容部４に収容された液体燃料Ｆを燃料供給機構３まで送液してもよい。さらに、流路５の一部にポンプ６を介在させて、燃料収容部４に収容された液体燃料Ｆを燃料供給機構３まで強制的に送液してもよい。
【００３４】
なお、適用されるポンプ６は、燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部４から燃料供給機構３に向けて液体燃料Ｆを送液する燃料供給ポンプである。燃料供給機構３から膜電極接合体２に供給された燃料は、発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部４に戻されることはない。ポンプ６の種類は、特に限定されるものではないが、少量の液体燃料Ｆ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なものが好ましい。
【００３５】
この実施の形態の燃料電池１は、燃料を循環しないことから、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、液体燃料の供給にポンプ６を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。図２に示す燃料電池１は、例えばセミパッシブ型と呼称される方式を適用したものである。
【００３６】
また、燃料供給機構３において、ポンプ６と直列に燃料遮断バルブを配置してもよい。また、燃料収容部４や流路５には、燃料収容部４内の圧力を外気とバランスさせるバランスバルブを装着してもよい。
【００３７】
燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料Ｆが収容されている。液体燃料Ｆ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のメタノール燃料が挙げられる。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い。液体燃料Ｆは、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Ｆであってもよい。いずれにしても、燃料収容部４には、膜電極接合体２に応じた液体燃料Ｆが収容される。
【００３８】
以下に、燃料供給機構３の一例について説明する。
【００３９】
燃料供給機構３は、箱状に形成された容器３０、及び、膜電極接合体２のアノード１３の面方向（つまり、図中のＸ−Ｙ平面内の方向）に燃料を分散並びに拡散させつつ供給する燃料分配板３１を備えている。容器３０は、流路５が接続される図示しない燃料導入口を有している。このような容器３０を形成する樹脂材料としては、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、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、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）などが挙げられる。また、この容器３０は、樹脂材料に代えてステンレス（ＳＵＳ）や金属クラッド材などの金属材料を用いて形成することも可能である。
【００４０】
燃料分配板３１は、容器３０の内側に形成された凹部に配置されている。この燃料分配板３１は、平板状に形成されている。このような燃料分配板３１には、複数の燃料排出口３３が形成されている。このような燃料分配板３１は、容器３０の燃料導入口から供給された液体燃料をアノード１３に向けて燃料排出口３３から排出する。このような燃料分配板３１は、液体燃料やその気化成分を透過させない材料によって形成され、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリイミド系樹脂などの各種樹脂材料を用いて形成されている。
【００４１】
なお、この燃料分配板３１は、たとえば、液体燃料とその気化成分とを分離し、気化成分を膜電極接合体２に向けて透過させる気液分離膜で構成しても良い。この気液分離膜には、例えば、シリコーンゴム、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）薄膜、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）薄膜、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）薄膜、フッ素樹脂（たとえばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）など）微多孔膜などが適用可能である。
【００４２】
燃料供給機構３と膜電極接合体２のアノード１３との間には、熱伝導体４０が配置されている。この熱伝導体４０は、燃料供給機構３に接している。このような熱伝導体４０は、Ｘ−Ｙ平面に略平行な平板状に形成されている。ここで、『熱伝導体４０が燃料供給機構３に接している』状態とは、Ｘ−Ｙ平面における熱伝導体４０の下面が燃料供給機構３に接している状態に相当し、図２に示した例では、熱伝導体４０は、燃料分配板３１に接している。
【００４３】
上述した熱伝導体４０としては、液体燃料や水、酸素等によって溶解や腐食、酸化等を生じることがなく、かつ熱伝導率の高い材料によって形成されることが望ましい。また、熱伝導体４０は、少なくとも燃料の気化成分を透過するための通気性を確保する必要があり、多孔質性の材料あるいは貫通孔を有する材料によって形成されている。このうち、多孔質性の熱伝導体４０としては、炭素繊維素材が好適であり、例えば、東レ社製のカーボンペーパー（ＴＧＰ−Ｈシリーズ）や、ＳＧＬカーボンジャパン社製のカーボンペーパー（ＧＤＬシリーズ）などが適用可能である。また、貫通孔を有する熱伝導体４０としては、黒鉛（グラファイト）などの炭素質の材料をシート状に加工したグラファイトシート（例えば、グラフテック社製のグラファイトシート（ｅＧｒａｆシリーズ）に貫通孔を形成したものなどが適用可能である。図２に示した例では、熱伝導体４０には貫通孔４０Ｈが形成されている。
【００４４】
さらに、熱伝導体４０としては、熱伝導性に優れた金、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン等の金属、または、ステンレスなどのこれらの金属の合金に貫通孔を形成したものなどが適用可能である。
【００４５】
熱伝導体４０として金属材料を用いた場合、カソード１６で生成した水や、アノードにおける反応の副生成物であるギ酸等によって酸化、腐食を生じる可能性がある。それを防ぐために、熱伝導体４０としては、ステンレス等の腐食しにくい材料を用いるか、または、熱伝導体４０の表面に、金などの酸化しにくい金属をメッキしたり、炭素質の物質や、樹脂もしくはゴムでコーティングを施したり、液体燃料の気化成分に溶解しない塗料で塗装する等しても良い。
【００４６】
上記のようにコーティングを施すための樹脂もしくはゴムとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：ヴィクトレックス社商標）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、シリコーン樹脂等の樹脂、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム等のゴムが使用可能である。これらの樹脂やゴムは、金属材料に比べて熱伝導率が低いため、コーティングを施す場合には、コーティングする樹脂もしくはゴムはできるだけ薄くするのが望ましい。
【００４７】
また、図２に示した例のように、熱伝導体４０がアノード集電部１８Ａに接する構成の場合、膜電極接合体２の単セル間でのショートを防止するために、熱伝導体４０が絶縁体として構成される、あるいは、熱伝導体４０の少なくともアノード集電部１８Ａに接する面が上述したような樹脂やゴムなどの絶縁体によって覆われていることが望ましい。
【００４８】
この熱伝導体４０は、燃料供給機構３に平行な平面方向（つまり、図２に示した例ではＸ−Ｙ平面と平行な方向）の熱伝導率λｐｌが、１０Ｗ／ｍＫ以上であることが望ましい。熱伝導率λｐｌの値が大きいほど、Ｘ−Ｙ平面と平行な面内での熱分布の均一化に対する効果が大きいためである。
【００４９】
更に、この熱伝導体４０において、その厚み方向（つまり、図２に示した例ではＺ方向）の熱伝導率λｔよりも面内での熱伝導率λｐｌの方が大きい熱伝導異方性を有していればなお望ましい。これは、厚み方向の熱伝導率λｔの方が面内での熱伝導率λｐｌよりも大きい場合には、厚み方向への熱の移動が促進され、面内つまり膜電極接合体２の高温部から低温部への熱の移動が阻害されてしまうおそれがあるためである。なお、ここで説明した熱伝導率λｐｌ及びλｔは、レーザーフラッシュ法によって測定したものである。
【００５０】
また、この熱伝導体４０において、その中央部での気孔率（または開口率）が周辺部より小さいことが望ましい。すなわち、膜電極接合体２のアノード１３の側に配置される熱伝導体４０は、アノード１３への燃料の導入を阻害しないように通気性を有している。その一方で、熱伝導体４０の気孔率は、その熱伝導率をコントロールするファクターの１つであり、気孔率が高いほど熱伝導体４０の内部が気体成分で満たされ、放熱性能の低下を招く。つまり、気孔率が高いほど熱伝導率は低下する。このように、熱伝導体４０には、熱伝導性を確保しつつ、通気性を確保することが要求される。
【００５１】
膜電極接合体２の面内の温度分布は、中央部で高く、その周辺部（つまり、容器３０に近接する部分）で低い場合が多い。これに対応するため、熱伝導体４０においては、その中央部での気孔率が周辺部より小さいことが望ましい。つまり、熱伝導体４０において、膜電極接合体２の中央部に対向する部分では比較的熱伝導率が高く、熱の移動を促進するとともに、周辺部に対向する部分では比較的熱伝導率が低い半面、通気性が高く発電反応を促進することが可能となる。
【００５２】
このとき、熱伝導体４０は、その気孔率が中央部から周辺部に向かって連続的に大きくなるように構成しても良い。この場合、熱伝導体４０の面内での熱伝導率が一定ではなく、中央部から周辺部にかけて連続的に大きくなる。
【００５３】
図２に示したように、熱伝導体４０に形成された貫通孔４０Ｈは、燃料分配板３１の燃料排出口３３の直上に位置している。
【００５４】
図３は、燃料供給機構３における燃料分配板３１の上面図である。
【００５５】
燃料分配板３１は、第１方向Ｘに延びた略長方形状に形成されている。このような燃料分配板３１には、燃料注入口３２及び燃料排出口３３が形成されている。燃料注入口３２は、例えば１箇所に形成されている。この燃料注入口３２は、容器３０の燃料導入口３０Ａに連通している。燃料排出口３３は、複数、ここでは１２８個（１６×８）形成されている。これらの燃料排出口３３は、燃料注入口３２と流路３４を介して接続されている。この流路３４は、燃料分配板３１の容器３０と密着する面に形成された溝であっても良いし、燃料分配板３１の内部を通る管であっても良く、特に形態に制限はない。
【００５６】
図４は、熱伝導体４０の斜視図である。
【００５７】
この熱伝導体４０は、第１方向Ｘに延びた略長方形状に形成されている。このような熱伝導体４０には、複数、ここでは１２８個（１６×８）の貫通孔４０Ｈが形成されている。これらの貫通孔４０Ｈのそれぞれは、燃料排出口３３の直上に位置している。このような貫通孔４０Ｈは、燃料排出口３３の径と同等以上の径を有している。なお、熱伝導体４０には、図示した１２８個の貫通孔４０Ｈに加えて、さらに複数の貫通孔が形成されても良い。熱伝導体４０に形成される貫通孔４０Ｈの個数は、熱伝導体４０に要求される熱伝導性を考慮して適宜設定しても良い。
【００５８】
上述した燃料電池１においては、燃料収容部４から流路５を介して燃料分配板３１に導入された液体燃料Ｆは、液体成分のまま、もしくは液体成分と気体成分とが混在する状態で、燃料分配板３１の燃料排出口３３から排出される。排出された燃料は、熱伝導体４０及び集電体１８のアノード集電部１８Ａを介して膜電極接合体２のアノード１３に供給される。
【００５９】
アノード１３に供給された燃料の気体成分は、アノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１で下記の（１）式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７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させる、あるいは、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。
【００６０】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ- …（１）
この反応で生成した電子（ｅ-）は、集電体１８を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、集電体１８を経由してカソード１６に導かれる。（１）式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は、電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード１６には、酸化剤として空気が供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ-）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の（２）式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
【００６１】
６ｅ-＋６Ｈ+＋（３／２）Ｏ2 → ３Ｈ2Ｏ …（２）
上述した燃料電池１の発電反応において、発電する電力を増大させるためには触媒反応を円滑に行わせるとともに、膜電極接合体２の電極全体に均一に燃料を供給し、電極全体をより有効に発電に寄与させることが重要となる。
【００６２】
本実施形態によれば、膜電極接合体２の面内においては、その中央部は比較的放熱されにくく高温となりやすく、逆に、その周辺部は中央部と比較して低温となりやすい。この場合、熱伝導体４０を配置したことにより、膜電極接合体２の中央部から周辺部への熱移動が促進され、膜電極接合体２の中央部と周辺部とでの温度差を低減することが可能となる。つまり、膜電極接合体２の面内における温度分布を均一化することが可能となる。
【００６３】
また、温度差に起因した液体燃料の気化成分の蒸気圧差も低減され、膜電極接合体２の面内の中央部及び周辺部のいずれにおいても、発電反応に必要な物質の授受を促進することが可能となる。特に、携帯用電子機器などの電源として用いる燃料電池１において、燃料電池全体の温度を低く抑制したとしても、蒸気圧差が低減されているため、安定して高い出力を得ることが可能となる。
【００６４】
次に、本実施形態で採用可能な燃料電池１のバリエーションについて説明する。なお、図２に示した例と同一の構成については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６５】
図５は、他の実施形態における燃料電池１を第１方向Ｘに沿って切断した断面を概略的に示す図である。
【００６６】
図５に示した例は、図２に示した例と比較して、熱伝導体４０と集電体１８との間に絶縁体５０が配置されている点で相違している。この絶縁体５０は、熱伝導体４０の上面に接し、且つ、アノード集電部１８Ａの背面側に接している。このような絶縁体５０は、例えば、燃料拡散板あるいは気液分離膜として機能するものが適用可能である。また、この絶縁体５０は、熱伝導体４０と略同一の形状であって且つ略同一の外形寸法に形成されている。
【００６７】
燃料拡散板である絶縁体５０は、例えば、ポリエチレン製多孔質フィルム等からなる平板で構成される。このような絶縁体５０は、気化した燃料の平面方向（図１のＸ−Ｙ平面と平行な方向）に拡散させ、このような気化燃料の供給の均一性を促進する役割を果たす。
【００６８】
気液分離膜である絶縁体５０は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の微多孔膜などの上述したような各種材料からなる平板で構成される。このような絶縁体５０は、燃料供給機構３からアノード１３に向けて供給される燃料のうち、液体燃料とその気化成分とを分離し、燃料の気化成分をアノード１３に向けて透過するものである。
【００６９】
図６は、他の実施形態における燃料電池１を第１方向Ｘに沿って切断した断面を概略的に示す図である。
【００７０】
図６に示した例は、図２に示した例と比較して、熱伝導体４０と集電体１８との間に空気層６１を形成するためのスペーサ６０が配置されている点で相違している。このスペーサ６０は、燃料供給機構３から供給された燃料が膜電極接合体２に向かって供給される経路よりも外側に配置されている。
【００７１】
すなわち、スペーサ６０は、熱伝導体４０の貫通孔４０Ｈよりも外側の外縁部に沿った上面に接し、且つ、アノード集電部１８Ａの外縁部に沿った背面側に接している。このようなスペーサ６０は、例えばＯリングなどの絶縁性の弾性体によって形成されている。
【００７２】
図７は、他の実施形態における燃料電池１を第１方向Ｘに沿って切断した断面を概略的に示す図である。
【００７３】
図７に示した例は、図２に示した例と比較して、熱伝導体４０と集電体１８との間に絶縁体５０として気液分離膜が配置され、しかも、燃料供給機構３が燃料分配板３１と熱伝導体４０との間に配置された燃料拡散板３５を有している点で相違している。
【００７４】
絶縁体５０は、平板状に形成され、熱伝導体４０の上面に接し、且つ、アノード集電部１８Ａの背面側に接している。また、この絶縁体５０は、熱伝導体４０と略同一の形状であって且つ略同一の外形寸法に形成されている。このような絶縁体５０は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の微多孔膜などの上述したような各種材料で構成される。
【００７５】
燃料拡散板３５は、平板状に形成され、燃料分配板３１の上面に接し、且つ、熱伝導体４０の背面に接している。このような燃料拡散板３５は、例えば、ポリエチレン製多孔質フィルム等で構成される。
【００７６】
なお、この図７に示した例においては、絶縁体５０として気液分離膜を適用したが、図５で示した例と同様に絶縁体５０として燃料拡散板を適用しても良い。また、この例においては、熱伝導体４０と集電体１８との間に絶縁体５０を配置したが、図６に示した例と同様に空気層６１を形成するためのスペーサ６０が配置されても良い。
【００７７】
図８は、他の実施形態における燃料電池１を第１方向Ｘに沿って切断した断面を概略的に示す図である。
【００７８】
図８に示した例は、図２に示した例と比較して、熱伝導体４０と集電体１８との間に絶縁体５０としての気液分離膜及びアノードフィルム７０が配置された点で相違している。
【００７９】
アノードフィルム７０は、平板状に形成され、熱伝導体４０の上面に接している。このアノードフィルム７０は、熱伝導体４０と略同一の形状であって且つ略同一の外形寸法に形成されている。
【００８０】
このアノードフィルム７０には、複数の開孔７０Ｈが形成されている。ここでは、アノードフィルム７０には、燃料分配板３１の燃料排出口３３と同数である１２８個（１６×８）の開孔７０Ｈが形成されている。これらの開孔７０Ｈのそれぞれは、燃料排出口３３の直上に位置している。このような開孔７０Ｈは、燃料排出口３３の径と同等以上の径を有している。なお、アノードフィルム７０には、１２８個の開孔７０Ｈに加えて、さらに複数の開孔が形成されても良い。
【００８１】
このようなアノードフィルム７０は、メタノールなどの燃料に対して十分な耐性を有する材料によって形成され、例えば、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：ヴィクトレックス社商標）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などによって形成されている。また、アノードフィルム７０は、表面に耐酸性処理が施された金属板や、ガラス、シリコンなどを用いて形成しても良い。
【００８２】
絶縁体５０は、平板状に形成され、アノードフィルム７０の上面に接し、アノードフィルム７０の開孔７０Ｈを塞ぐように配置されている。この絶縁体５０は、熱伝導体４０及びアノードフィルム７０と略同一の形状であって且つ略同一の外形寸法に形成されている。
【００８３】
図９は、他の実施形態における燃料電池１を第１方向Ｘに沿って切断した断面を概略的に示す図である。
【００８４】
図９に示した例は、図２に示した例と比較して、熱伝導体４０と集電体１８との間に絶縁体５０及び空気層６１を形成するためのスペーサ６０が配置された点で相違している。
【００８５】
絶縁体５０は、例えば、気液分離膜であり、平板状に形成されている。この絶縁体５０は、アノード集電部１８Ａの背面側に接している。
【００８６】
スペーサ６０は、図６に示した例と同様に、燃料供給機構３から供給された燃料が膜電極接合体２に向かって供給される経路よりも外側に位置し、熱伝導体４０の貫通孔４０Ｈよりも外側の外縁部に沿った上面に接し、且つ、絶縁体５０の外縁部に沿った背面に接している。
【００８７】
図１０は、他の実施形態における燃料電池１を第１方向Ｘに沿って切断した断面を概略的に示す図である。
【００８８】
図１０に示した例は、図２に示した例と比較して、熱伝導体４０と集電体１８との間に絶縁体５０としての気液分離膜及びアノードフィルム７０が配置され、且つ、燃料供給機構３が燃料分配板３１と熱伝導体４０との間に配置された燃料拡散板３５を有している点で相違している。
【００８９】
燃料拡散板３５は、平板状に形成され、燃料分配板３１の上に配置され、燃料分配板３１に形成されたすべての燃料排出口３３に重なっている。熱伝導体４０は、燃料拡散板３５の上に配置されている。図示した例では、燃料拡散板３５と熱伝導体４０とが接している。熱伝導体４０に形成された貫通孔４０Ｈは、燃料排出口３３の直上に位置している。
【００９０】
アノードフィルム７０は、熱伝導体４０の上に配置されている。図示した例では、熱伝導体４０とアノードフィルム７０とは接している。アノードフィルム７０に形成された開孔７０Ｈは、燃料排出口３３の直上に位置している。つまり、燃料排出口３３、貫通孔４０Ｈ、及び、開孔７０Ｈは、Ｚ方向に沿って同軸上に位置している。
【００９１】
気液分離膜である絶縁体５０は、平板状に形成され、アノードフィルム７０の上面に接し、アノードフィルム７０の開孔７０Ｈを塞ぐように配置されている。図示した例では、絶縁体５０は、アノード集電部１８Ａの背面側で接している。
【００９２】
以上、図５乃至図１０に示した各バリエーションにおいても、上記したのと同様の効果が得られる。
【００９３】
《性能評価》
（実施例１）
アノード用触媒粒子（Ｐｔ：Ｒｕ＝１：１）を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、アノード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させて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１２としての多孔質カーボンペーパ（５５．５ｍｍ×８．７ｍｍの長方形）に塗布することにより、厚さが１００μｍのアノード触媒層１１を得た。
【００９４】
カソード用触媒粒子（Ｐｔ）を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、カソード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させて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１５としての多孔質カーボンペーパに塗布することにより、厚さが１００μｍのカソード触媒層１４を得た。
【００９５】
なお、アノードガス拡散層１２及びカソードガス拡散層１５は、同一形状かつ同一の大きさであり、厚さも等しく、それぞれのガス拡散層に塗布されたアノード触媒層１１及びカソード触媒層１４も同一形状かつ同一の大きさである。
【００９６】
上記したように作製したアノード触媒層１１とカソード触媒層１４との間に、電解質膜１７として厚さが３０μｍで、含水率が１０〜２０重量％のパーフルオロカーボンスルホン酸膜（商品名：ｎａｆｉｏｎ膜、デュポン社製）を、４つのアノードガス拡散層１２および４つのカソードガス拡散層１５が、それぞれの長手方向が略平行で、その間隔が１．２ｍｍとなるように並んで配置し、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とが対向するように位置を合わせた状態で、ホットプレスを施すことにより、膜電極接合体２を得た。
【００９７】
このように作成した膜電極接合体２は、集電体１８によって挟持され、アノードガス拡散層１２とアノード集電部１８Ａとが対向するとともに、カソードガス拡散層１５とカソード集電部１８Ｃとが対向している。すなわち、カソード集電部１８Ｃとして、カソードガス拡散層１５の上に金箔を積層した。また、アノード集電部１８Ａとして、アノードガス拡散層１２の上に金箔を積層した。これらのアノード集電部１８Ａ及びカソード集電部１８Ｃは、上記した４対のアノード触媒層１１とカソード触媒層１４とが電気的に直列に接続されるように形成されている。なお、アノード集電部１８Ａには、燃料分配板３１の燃料排出口３３に対応した位置に開口が形成されている。また、カソード集電部１８Ｃには、カバープレート２１の開口部２１Ｈに対応した位置に開口が形成されている。
【００９８】
膜電極接合体２の電解質膜１７と集電体１８との間には、アノード側及びカソード側の双方について、シール部材１９として、それぞれ幅が２ｍｍのゴム製のＯリングを挟持してシールを施した。
【００９９】
カソード集電部１８Ｃの上には、板状体２０として、厚さが０．７５ｍｍであり、透気度が３．０秒／１００ｃｍ３（ＪＩＳ Ｐ ８１１７：２００９に規定の測定方法による）であり、透湿度が３０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）（ＪＩＳ Ｌ １０９９：２００６ Ａ−１に規定の測定方法による）のポリエチレン製多孔質フィルムを、長さ５９．５ｍｍ、幅４２．４ｍｍの長方形に切り、積層した。外気からカソード１６に供給される空気は、この板状体２０を透過することとなる。
【０１００】
この板状体２０の上には、カバープレート２１として、外形が６４．５ｍｍ×４４．５ｍｍの長方形であり、厚さが０．３ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４）を積層した。このカバープレート２１には、５．６ｍｍ×２．８ｍｍの長方形の６４個の開口部２１Ｈが均等に形成されている。
【０１０１】
燃料分配板３１の上には、熱伝導体４０として、厚さが８０μｍのグラファイトシート（グラフテック社製；型番ＳＳ４００）を５９．５ｍｍ×４２．４ｍｍの長方形状に切り抜き、積層した。この熱伝導体４０であるグラファイトシートは、平面方向（図５に示したＸ−Ｙ平面に平行な方向）の熱伝導率λｐｌが４００Ｗ/ｍＫであり、その厚み方向（図５のＺ方向）の熱伝導率λｔが３．５Ｗ／ｍＫである。この熱伝導体４０には、燃料分配板３１の燃料排出口３３に対応した位置に直径１．８ｍｍの開口が形成されている。
【０１０２】
熱伝導体４０とアノード集電部１８Ａとの間には、燃料拡散板である絶縁体５０として、厚さ０．５ｍｍ、気孔率２６％のポリエチレン製多孔質フィルムを挿入した。この絶縁体５０は、熱伝導体４０と同一形状かつ同一の大きさである。この絶縁体５０は、電気的な絶縁と共に、気化した燃料を平面方向に拡散させ、気化燃料の供給の均一性を促進する役割を果たす。
【０１０３】
上述した構成の実施例１は、図５に示した燃料電池１に相当する。
【０１０４】
（実施例２）
実施例２では、実施例１で説明した燃料電池１において、熱伝導体４０とアノード集電部１８Ａとの間に絶縁体５０を配置する代わりに、熱伝導体４０とアノード集電部１８Ａとの間に、Ｚ方向の距離が０．５ｍｍの空気層６１を形成するためのスペーサ６０を設けた以外は、実施例１と同様である。
【０１０５】
上述した構成の実施例２は、図６に示した燃料電池１に相当する。
【０１０６】
（実施例３）
実施例３では、実施例１で説明した燃料電池１において、燃料分配板３１と熱伝導体４０との間に燃料拡散板３５を配置し、熱伝導体４０とアノード集電部１８Ａとの間に気液分離膜である絶縁体５０を配置した以外は、実施例１と同様である。絶縁体５０としては、厚さ０．１ｍｍ、気孔率６８％のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の微多孔膜を適用した。
【０１０７】
上述した構成の実施例３は、図７に示した燃料電池１に相当する。
【０１０８】
（比較例）
実施例１で説明した燃料電池１において、熱伝導体４０を設けない以外は、実施例１と同様である。
【０１０９】
上述した実施例１乃至３及び比較例の各燃料電池１について、性能評価を行った。
【０１１０】
まず、温度が２５℃、相対湿度が５０％の環境の下、上記したように作成した各燃料電池１に、純度９９．９重量％の純メタノールを供給した。ここで、カバープレート２１の中央部の表面に熱電対を取り付け、この熱電対で測定した温度が４５℃で一定になるように、純メタノールの供給量を制御した場合と、熱電対で測定した温度が５０℃で一定になるように、純メタノールの供給量を制御した場合との２つの条件に対して、以下の測定を行なっている。
【０１１１】
そして、定電圧電源を接続して、燃料電池１の出力電圧が直列に接続した４対の単セルの中の１対あたり０．３５Ｖで一定になるように、燃料電池１に流れる電流を制御し、このとき、燃料電池１から得られる出力密度を計測した。
【０１１２】
ここで、燃料電池１の出力密度（ｍＷ／ｃｍ２）とは、燃料電池１に流れる電流密度（発電部の面積１ｃｍ２当りの電流値（ｍＡ／ｃｍ２））に燃料電池１の出力電圧を乗じたものである。また、発電部の面積とは、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とが対向している部分の面積である。ここで説明した各実施例及び比較例では、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４の面積が等しく、かつ完全に対向しているので、発電部の面積はこれらの触媒層の面積に等しい。
【０１１３】
以上の測定結果を纏めて示したものが、図１１である。なお、燃料電池１の出力密度を計測した結果は、それぞれの制御温度で測定した比較例の値を１００とした相対値で示してある。
【０１１４】
カバープレート２１の表面温度が４５℃になるように燃料供給を制御した際には、比較例の出力密度を１００％としたとき、実施例１では１０７％となり、実施例２では１０９％となり、実施例３では１０２％となり、いずれの実施例においても比較例より高い出力密度が得られることを確認した。
【０１１５】
カバープレート２１の表面温度が５０℃になるように燃料供給を制御した際には、比較例の出力密度を１００％としたとき、実施例１では１０４％となり、実施例２では１０５％となり、実施例３では１０２％となり、いずれの実施例においても比較例より高い出力密度が得られることを確認した。
【０１１６】
このように、特に５０℃よりも低い温度になるように燃料供給を制御した際には、実施例１乃至３の構成は、比較例の構成よりも大きな出力密度が得られている点で、効果が高い。
【０１１７】
なお、図１１に示した測定結果では、比較例に対する相対値のみが示されているが、出力密度の絶対値では、どの構成であっても４５℃制御よりも５０℃制御の方が高い出力密度が得られる。
【０１１８】
以上説明したように、この実施の形態によれば、燃料電池１の温度を低く抑制した場合においても、安定して高い出力を得ることが可能となる。
【０１１９】
上述した実施形態の燃料電池１は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。ただし、燃料を面方向に分散させつつ供給する燃料分配板３１は、特に燃料濃度が濃い場合に有効である。このため、実施形態の燃料電池１は、濃度が８０ｗｔ％以上のメタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。したがって、実施形態は、メタノール濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液や純メタノールを液体燃料として用いた燃料電池１に好適である。
【０１２０】
さらに、上述した実施形態は、本発明をセミパッシブ型の燃料電池１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、内部気化型の純パッシブ型の燃料電池に対しても適用可能である。
【０１２１】
なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、膜電極接合体に供給される燃料の全てが液体燃料Ｆの蒸気、全てが液体燃料Ｆ、または一部が液体状態で供給される液体燃料Ｆの蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また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たりする等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１２２】
１…燃料電池
２…膜電極接合体 １３…アノード １６…カソード １７…電解質膜
１８…集電体 １８Ａ…アノード集電部 １８Ｃ…カソード集電部
２１…カバープレート ２１Ｈ…開口部
３…燃料供給機構 ３０…容器 ３１…燃料分配板 ３５…燃料拡散板
４０…熱伝導体 ４０Ｈ…貫通孔
５０…絶縁体（気液分離膜または燃料拡散板）
６０…スペーサ ６１…空気層
７０…アノードフィルム ７０Ｈ…開孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、前記電解質膜の他方の面に配置されたカソードと、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体のアノード側に配置され、前記アノードに向けて燃料を供給する燃料供給機構と、
前記燃料供給機構と前記アノードとの間に配置されるとともに前記燃料供給機構に接する熱伝導体と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
さらに、前記カソードに接するカソード集電部及び前記アノードと前記熱伝導体との間に配置されるとともに前記膜電極接合体の前記アノードに接するアノード集電部を有し、
前記アノード集電部と前記熱伝導体との間に配置された気液分離膜または燃料拡散板からなる絶縁体、あるいは、前記熱伝導体と前記アノード集電部との間に空気層を形成するためのスペーサと、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、前記電解質膜の他方の面に配置されたカソードと、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体のアノード側に配置され、前記アノードに向けて燃料を供給する燃料供給機構と、
前記燃料供給機構と前記アノードとの間に配置された気液分離膜と、
前記燃料供給機構と前記気液分離膜との間に配置されるとともに前記気液分離膜から離間した熱伝導体と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
さらに、前記カソードに接するカソード集電部及び前記アノードと前記気液分離膜との間に配置されるとともに前記膜電極接合体の前記アノードに接するアノード集電部を有し、
前記気液分離膜との間に配置されたアノードフィルム、あるいは、前記熱伝導体と前記気液分離膜との間に空気層を形成するためのスペーサと、
を備えたことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料供給機構は、前記アノードに向けて燃料を排出する複数の燃料排出口が形成された燃料分配板と、前記燃料分配板と前記熱伝導体との間に配置されるとともに前記熱伝導体と接する燃料拡散板と、を有することを特徴とする請求項１または３に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記熱伝導体には、前記燃料分配板に形成された燃料排出口の直上に位置する複数の貫通孔が形成されたことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記アノードフィルムには、複数の開孔が形成されたことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記熱伝導体は、前記燃料供給機構に平行な平面方向の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１または３に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記熱伝導体は、多孔質性の部材、あるいは、貫通孔を有する部材によって形成されたことを特徴とする請求項１または３に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記熱伝導体において、その中央部での気孔率または開口率が周辺部より小さいことを特徴とする請求項１または３に記載の燃料電池。
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、前記電解質膜の他方の面に配置されたカソードと、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体のアノード側に配置され、前記アノードに向けて燃料を供給する燃料供給機構と、
前記燃料供給機構と前記アノードとの間に配置されるとともに前記燃料供給機構に接する熱伝導体と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
さらに、前記カソードに接するカソード集電部及び前記アノードと前記熱伝導体との間に配置されるとともに前記膜電極接合体の前記アノードに接するアノード集電部を有し、
前記アノード集電部と前記熱伝導体との間に配置された気液分離膜または燃料拡散板からなる絶縁体、あるいは、前記熱伝導体と前記アノード集電部との間に空気層を形成するためのスペーサと、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に配置されたアノードと、前記電解質膜の他方の面に配置されたカソードと、を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体のアノード側に配置され、前記アノードに向けて燃料を供給する燃料供給機構と、
前記燃料供給機構と前記アノードとの間に配置された気液分離膜と、
前記燃料供給機構と前記気液分離膜との間に配置されるとともに前記気液分離膜から離間した熱伝導体と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
さらに、前記カソードに接するカソード集電部及び前記アノードと前記気液分離膜との間に配置されるとともに前記膜電極接合体の前記アノードに接するアノード集電部を有し、
前記気液分離膜との間に配置されたアノードフィルム、あるいは、前記熱伝導体と前記気液分離膜との間に空気層を形成するためのスペーサと、
を備えたことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料供給機構は、前記アノードに向けて燃料を排出する複数の燃料排出口が形成された燃料分配板と、前記燃料分配板と前記熱伝導体との間に配置されるとともに前記熱伝導体と接する燃料拡散板と、を有することを特徴とする請求項１または３に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記熱伝導体には、前記燃料分配板に形成された燃料排出口の直上に位置する複数の貫通孔が形成されたことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記アノードフィルムには、複数の開孔が形成されたことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記熱伝導体は、前記燃料供給機構に平行な平面方向の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１または３に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記熱伝導体は、多孔質性の部材、あるいは、貫通孔を有する部材によって形成されたことを特徴とする請求項１または３に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記熱伝導体において、その中央部での気孔率または開口率が周辺部より小さいことを特徴とする請求項１または３に記載の燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１１３８８２（Ｐ２０１１−１１３８８２Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７０５９９（Ｐ２００９−２７０５９９）
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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