燃料電池
【課題】ポンプやファン等の外部動力を使用する補機を用いることなく液体燃料および空気の供給が可能なパッシブ型の燃料電池であって、十分な電力を供給することができる発電性能の高い燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料極１１、電解質膜１０および空気極１２をこの順で積層してなる膜電極複合体２０を備える単位電池セル３０と、燃料極１１の下方に配置された燃料供給室６０と、燃料極１１に供給される液体燃料を保持するための燃料貯蔵室７０と、液体燃料に対して毛細管作用を示す材料からなり、その一端が燃料貯蔵室７０内に保持される液体燃料に接触可能な位置に配置されるとともに、その他端が燃料供給室６０内部に配置され、燃料極１１に対向するように延びる燃料輸送部材６１とを含み、燃料輸送部材６１がその表面の少なくとも一部を被覆する層であって、液体燃料の蒸気を透過させるガス透過層６２を備える燃料電池である。
【解決手段】燃料極１１、電解質膜１０および空気極１２をこの順で積層してなる膜電極複合体２０を備える単位電池セル３０と、燃料極１１の下方に配置された燃料供給室６０と、燃料極１１に供給される液体燃料を保持するための燃料貯蔵室７０と、液体燃料に対して毛細管作用を示す材料からなり、その一端が燃料貯蔵室７０内に保持される液体燃料に接触可能な位置に配置されるとともに、その他端が燃料供給室６０内部に配置され、燃料極１１に対向するように延びる燃料輸送部材６１とを含み、燃料輸送部材６１がその表面の少なくとも一部を被覆する層であって、液体燃料の蒸気を透過させるガス透過層６２を備える燃料電池である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、毛細管現象による液体燃料輸送を利用したパッシブ型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、ユーザが１回燃料補充することで電子機器を従来よりも長く利用できる長時間駆動の点や、ユーザが外出先で電池を使い切ってしまっても、電池の充電を待たずに燃料を購入し補充することで直ぐに電子機器が利用できる利便性の点から、情報化社会を支える携帯用電子機器の新規電源として実用化の期待が高まっている。
【０００３】
燃料電池は一般的に、燃料極で炭化水素系ガス、水素ガス等の燃料ガスまたはアルコール水溶液等の液体燃料を酸化し、空気極で空気中の酸素を還元する酸化還元反応を起こして、電力を生じさせる。
【０００４】
燃料電池は、使用する電解質材料や燃料の分類から、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型、ダイレクトアルコール型等に分類される。特に、電解質材料に固体高分子であるイオン交換膜を用いる固体高分子型燃料電池およびダイレクトアルコール型燃料電池は、常温で高い発電効率が得られることから、携帯電子機器への応用を目的とした小型燃料電池としての実用化が検討されている。
【０００５】
特に、燃料としてアルコールまたはアルコール水溶液を使用するダイレクトアルコール型燃料電池は、燃料がガスである場合と比較して、燃料貯蔵室を比較的簡易に設計できるなどの理由から、燃料電池の構造の簡略化、省スペース化が可能であり、携帯電子機器への応用を目的とした小型燃料電池としての期待が高い。電解質膜としてカチオン交換膜を使用するダイレクトアルコール型燃料電池においては、燃料極にアルコールまたはアルコール水溶液である液体燃料を供給すると、燃料極に接触した液体燃料が酸化されて、二酸化炭素等のガスおよびプロトンに分離される。
【０００６】
たとえばアルコールとしてメタノールを用いた場合では、
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2↑＋６Ｈ+＋６ｅ-
の酸化反応により二酸化炭素が燃料極側で発生する。
【０００７】
燃料極側で発生したプロトンは、電解質膜を介して空気極側に伝達される。そして、空気極に伝達されたプロトンと、空気極に供給される空気中の酸素とが、
３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ- → ３Ｈ2Ｏ
の還元反応を起こし、水が生成する。このときに電子が外部の電子機器（負荷）を通過して燃料極から空気極に移動し、電力が取り出される。
【０００８】
一方、燃料電池、特に小型燃料電池は、燃料供給や空気供給の供給方式による分類から、パッシブ型とアクティブ型とに大きく分類することができる。パッシブ型燃料電池は、ポンプやファン等の外部動力を用いる補機を使用することなく、燃料および空気をそれぞれ、燃料極、空気極に供給する方式の燃料電池であり、非常に小さな小型燃料電池の実現の可能性があることから、携帯電子機器への搭載用途として期待が高い。
【０００９】
毛細管現象を利用して液体燃料を輸送するパッシブ型燃料電池として、たとえば、特許文献１には、天然繊維、ガラス不織布、合成繊維不織布等の毛細管作用を示す材料をアノードに接触させ、かつ毛細管作用を示す材料の一端を液体燃料に接触するようにした液体燃料電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５９−６６０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
毛細管作用を示す材料からなる部材（以下、燃料輸送部材とも称する）を用いて液体燃料を燃料電池内で輸送させるパッシブ型燃料電池において、良好な発電性能を示す燃料電池が実現されるためには、この燃料輸送部材は、十分に高い「吸い上げ高」と十分に高い「吸い上げ速度」を有していなければならない。「吸い上げ高」とは、燃料輸送部材の一端を液体燃料に浸漬したときの、毛細管現象による液体燃料の当該部材における到達可能位置を意味し、これが小さいと、燃料極全体にわたって液体燃料を供給させることができず、燃料電池の出力が低下する。また、「吸い上げ速度」とは、燃料輸送部材の一端を液体燃料に浸漬したときの、単位時間当たりに吸い上げられる液体燃料の体積を意味し、燃料電池による発電で消費される液体燃料の消費速度に対して、十分な吸い上げ速度を有していないと、燃料輸送部材のいずれかの箇所で液体燃料が枯渇し、燃料輸送部材の他端まで液体燃料が供給されない結果、同様に燃料電池の出力が低下する。この吸い上げ速度の問題は、燃料電池から大電流を取り出す場合や、燃料輸送部材の空隙率が小さい場合に特に顕著である。
【００１２】
そこで本発明は、ポンプやファン等の外部動力を使用する補機を用いることなく液体燃料および空気の供給が可能なパッシブ型の燃料電池であって、十分な電力を供給することができる発電性能の高い燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、燃料極、電解質膜および空気極をこの順で積層してなる膜電極複合体を備える単位電池セルと、燃料極の下方に配置され、燃料極側が開放された空間からなる燃料供給室と、燃料極に供給される液体燃料を保持するための燃料貯蔵室と、液体燃料に対して毛細管作用を示す材料からなる部材であって、その一端が燃料貯蔵室内に保持される液体燃料に接触可能な位置に配置されるとともに、その他端が燃料供給室内部に配置され、燃料極に対向するように延びる燃料輸送部材とを含み、燃料輸送部材が、その表面の少なくとも一部を被覆する層であって、液体燃料の蒸気を透過させるガス透過層を備える燃料電池を提供する。
【００１４】
上記燃料供給室は、その内部と燃料貯蔵室の内部とを連通する、または、その内部と燃料電池外部とを連通する第１の開孔を備え、燃料貯蔵室は、その内部と燃料電池外部とを連通する第２の開孔を備えることが好ましい。
【００１５】
上記ガス透過層は、燃料輸送部材における、燃料極に対向する表面を被覆することが好ましく、燃料極に対向する表面とは反対側の表面をさらに被覆することがより好ましい。ガス透過層は、細孔径が０．０１〜１０μｍである細孔を有する多孔質樹脂層からなることができる。また、ガス透過層は、２以上の層の積層構造からなっていてもよい。
【００１６】
上記燃料輸送部材は、液体燃料に対して毛細管作用を示す金属多孔質体からなることが好ましい。該金属多孔質体は、好ましくは、繊維表面が酸化皮膜で被覆された金属繊維不織布の焼結体からなる。
【００１７】
本発明の燃料電池の１つの好ましい実施形態において、燃料貯蔵室は、単位電池セルおよびその下方に配置される燃料供給室の側方に配置され、燃料輸送部材は、その一端が燃料貯蔵室内に保持される液体燃料に接触可能な位置に配置されるとともに、その他端が燃料極における燃料貯蔵室側とは反対側の端部の略直下の位置に配置される。
【００１８】
本発明の燃料電池において燃料供給室は、上述のように、その内部と燃料電池外部とを連通する第１の開孔を備えることができ、この場合、第１の開孔は、燃料輸送部材の上記他端近傍に配置されることが好ましい。
【００１９】
上記単位電池セルは、燃料極上に積層されるアノード集電層と、空気極上に積層されるカソード集電層とをさらに備えることが好ましい。
【００２０】
本発明の燃料電池は、単位電池セルを２以上含んでいてもよく、この場合、これら２以上の単位電池セルのそれぞれに対向するように２以上の燃料輸送部材を配置してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の燃料電池が備える燃料輸送部材は、その表面がガス透過層で被覆されていることにより、優れた吸い上げ高および吸い上げ速度を有している。したがって、本発明の燃料電池は、ポンプやファン等の外部動力を使用する補機を用いることなく液体燃料を燃料極全体にわたって十分な速度で供給することが可能であり、これにより、十分な電力を供給することができる。また、本発明で用いるガス透過層が形成された燃料輸送部材は、優れた吸い上げ速度を有し、したがって液体燃料は燃料輸送部材内部を速やかに浸透していくため、燃料電池の起動から電力が取り出されるまでの時間を短縮することができる。
【００２２】
本発明の燃料電池は、数ワットクラスの消費電力である携帯電子機器への応用を目的とした小型燃料電池、特に携帯電子機器搭載型の小型燃料電池して好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の燃料電池の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１に示される燃料電池の概略上面図である。
【図３】図１に示されるＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
【図４】図１に示されるＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【図５】図１に示されるＶ−Ｖ線における断面図である。
【図６】図１に示されるＶＩ−ＶＩ線における断面図である。
【図７】金属繊維表面が酸化皮膜で被覆されている金属繊維不織布焼結体からなる燃料輸送部材の燃料極に対向する表面およびこれと反対側の表面にガス透過層を形成したときの一例を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の燃料電池の他の一例を示す概略断面図である。
【図９】本発明の燃料電池のさらに他の一例を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の燃料電池のさらに他の一例を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の燃料電池のさらに他の一例を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の燃料電池のさらに他の一例を示す概略上面図である。
【図１３】図１２に示される燃料電池を燃料輸送部材が存在する位置で構成部材の積層方向に対して垂直な方向に切断したときの概略上面図である。
【図１４】比較例１で作製した燃料電池を示す概略断面図である。
【図１５】実施例１〜３および比較例１の燃料電池における電圧０．２Ｖ時に得られる電流密度の燃料極および空気極の長さ依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の燃料電池を実施の形態を示して詳細に説明する。
図１は本発明の燃料電池の一例を示す概略断面図であり、図２は当該燃料電池の概略上面図である。また、図１に示されるＩＩＩ−ＩＩＩ線、ＩＶ−ＩＶ線、Ｖ−Ｖ線およびＶＩ−ＶＩ線における断面図をそれぞれ図３〜図６に示している。これらの図面に示されるように、図１に示される燃料電池１００は、燃料極１１、電解質膜１０および空気極１２をこの順で積層してなる膜電極複合体２０と、燃料極１１上に積層され、これに電気的に接続されたアノード集電層２１と、空気極１２上に積層され、これに電気的に接続されたカソード集電層２２とを備える単位電池セル３０；燃料極１１（より具体的にはアノード集電層２１）の下方に配置され、燃料極１１側が開放された空間からなる燃料供給室６０；燃料極１１に供給される液体燃料（図示せず）を保持するための燃料貯蔵室７０；および、一端（図１における左側端部）が燃料貯蔵室７０内に保持される液体燃料に接触可能な位置に配置されるとともに、その他端が燃料供給室６０内部に配置され、燃料極１１（ただし、アノード集電層２１が介在している）に対向するように延びる燃料輸送部材６１とを備える。燃料輸送部材６１は、燃料貯蔵室７０に保持される液体燃料に対して毛細管作用を示す材料からなる。
【００２５】
燃料供給室６０を構成する燃料極１１直下の空間は、単位電池セル３０の下部にアノード集電層２１に接するように配置された箱筺体４０とアノード集電層２１とによって形成されている。すなわち、箱筺体４０は、燃料供給室６０を構成する凹部を有しており、この凹部が燃料極１１の直下に配置されるようにアライメントし、かつ当該凹部の開口部側がアノード集電層２１に対向するように箱筺体４０をアノード集電層２１上に積層することにより、燃料供給室６０が形成される。また、箱筺体４０は、燃料電池１００の燃料供給室６０を構成する部位とともに、燃料貯蔵室７０の底壁および側壁を構成する部位を一体として有している。
【００２６】
燃料電池１００は、箱筺体４０とともに、カソード集電層２２上に積層され、複数の開口５１を有する蓋筺体５０を備えており、単位電池セル３０は、箱筺体４０と蓋筺体５０とによって挟持されている。蓋筺体５０は、カソード集電層２２上に積層される部位とともに、燃料貯蔵室７０の上壁（天井壁）を構成する部位を一体として有しており、箱筺体４０、蓋筺体５０および単位電池セル３０によって燃料貯蔵室７０が形成されている。図１に示される燃料電池１００において、燃料貯蔵室７０は、単位電池セル３０およびその下方に配置された燃料供給室６０の側方に配置されている。
【００２７】
燃料供給室６０は、その内部空間と燃料貯蔵室７０の内部空間とを連通する第１の開孔６３を備えている。この第１の開孔６３は、箱筺体４０に設けられた貫通孔である。また、燃料貯蔵室７０は、その内部空間と燃料電池１００外部とを連通する第２の開孔７１を備えている。この第２の開孔７１は、蓋筺体５０に設けられた貫通孔である。
【００２８】
ここで、本発明の燃料電池は、燃料輸送部材の表面の少なくとも一部を、液体燃料の蒸気を透過させるガス透過層で被覆することを１つの特徴としており、図１に示される燃料電池１００において、ガス透過層６２は、燃料輸送部材６１における燃料極１１に対向する表面および燃料極１１に対向する表面とは反対側の表面を被覆している。
【００２９】
本発明の燃料電池は、次のような動作により発電を行なう。すなわち、図１に示される燃料電池１００を参照して、燃料貯蔵室７０に液体燃料が供給されると、液体燃料は、燃料輸送部材６１の燃料貯蔵室７０側端部から、燃料輸送部材６１が有する細孔へ毛細管現象により移動する。移動した液体燃料は、燃料輸送部材６１の細孔および燃料輸送部材６１とガス透過層６２とによって形成される毛細管を通して燃料輸送部材６１内を浸透していき、燃料輸送部材６１の他端（燃料貯蔵室７０側とは反対側の端部）まで行き渡る。
【００３０】
燃料輸送部材６１内を浸透して燃料供給室６０に輸送された液体燃料は、液体燃料の蒸気を透過させるガス透過層６２を介して、燃料供給室６０の空間にガス状態で充満する。燃料供給室６０の空間に充満したガス状態の液体燃料は、アノード集電層２１の開口から燃料極１１に供給される。そして、液体燃料としてメタノール水溶液を例に挙げると、燃料極１１に供給されたガス状態のメタノール水溶液は、
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2↑＋６Ｈ+＋６ｅ-
の式で表される酸化反応を起こし消費される。一方、空気極１２においては、蓋筺体５０の開口５１およびカソード集電層２１の開口を通って到達した空気中の酸素と、電解質膜１０を介して燃料極１１から空気極１２に伝達されたプロトンとが、
３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ- → ３Ｈ2Ｏ
の式で表される還元反応を起こす。かかる酸化還元反応により、電子が、燃料極１１→アノード集電層２１→外部の電子機器（負荷）→カソード集電層２２→空気極１２のルートで移動し、外部の電子機器に対して電力が供給される。
【００３１】
燃料供給室６０内のガス状態の液体燃料は、燃料電池１００の消費電流量に応じて消費されていくこととなるが、これを補うように、燃料輸送部材６１からガス透過層６２を介して、液体燃料が随時蒸発を続けるため、燃料供給室６０内におけるガス状態の液体燃料の濃度は略一定に保持され、十分に高い電力を安定して供給することができる。
【００３２】
燃料貯蔵室７０から燃料供給室６０への液体燃料の輸送（燃料輸送部材６１内での液体燃料の浸透移動）は専ら毛細管現象を利用したものである。本発明では、液体燃料輸送用部材として、燃料輸送部材６１の表面をガス透過層６２で被覆したものを用いているため、燃料輸送部材６１自身の毛管力とともに、燃料輸送部材６１とガス透過層６２との界面に形成される毛細管による毛管力が付加され、その結果、非常に大きな毛管力が得られ、十分に高い吸い上げ高と吸い上げ速度とが実現されている。したがって、燃料貯蔵室７０から燃料供給室６０への液体燃料の輸送を、外部動力を用いることなく、そしてほぼ重力の影響を受けることなく行なうことができる。
【００３３】
このように、図１に示される燃料電池１００では、燃料貯蔵室７０から燃料供給室６０への液体燃料の輸送において非常に大きな毛管力が得られるため、使用時の燃料電池１００の向きが特に制限されず、たとえば燃料貯蔵室７０を下にし、燃料輸送部材６１を鉛直方向上向きに立てた状態で使用した場合であっても、十分に高い電力を供給することができる。また、吸い上げ速度が高いため、液体燃料が燃料輸送部材６１に染み渡る（飽和する）時間が短縮されることから、燃料電池の起動から電力が取り出されるまでの時間を短縮することができる。
【００３４】
次に、燃料電池１００を構成する各部材等について詳細に説明する。
（燃料輸送部材）
燃料輸送部材６１は、その少なくとも一部が燃料供給室６０内に配置され、燃料貯蔵室７０から燃料供給室６０に毛細管現象を利用して液体燃料を輸送するための部材であり、用いる液体燃料に対して毛細管作用を示す材料からなる。このような毛細管作用を示す材料としては、アクリル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、セルロースなどの高分子材料（プラスチック材料）および、ステンレス、チタン、タングステン、ニッケル、アルミニウム、スチールなどの金属材料からなる不規則な細孔を有する多孔質体が挙げられる。多孔質体としては、上記材料からなる不織布、発泡体、焼結体などを挙げることができる。また、上記高分子材料または金属材料からなり、毛細管として表面に規則的なまたは不規則なスリットパターン（溝パターン）を有する基板を燃料輸送部材６１として用いることもできる。
【００３５】
燃料輸送部材６１が有する細孔の細孔径は、重力に対して十分な毛細管現象が生じ、良好な吸い上げ高および吸い上げ速度を得るために、０．１〜５００μｍとすることが好ましく、１〜３００μｍとすることがより好ましい。なお、燃料輸送部材６１が有する細孔の細孔径は、水銀圧入法により測定される径である。
【００３６】
上記のなかでも、ステンレス、チタン、タングステン、ニッケル、アルミニウム、スチールなどの金属材料からなる金属多孔質体が好ましく、該金属材料を繊維状に加工し、不織布とした金属繊維不織布、およびこれを焼結し、必要に応じて圧延してなる金属繊維不織布焼結体がより好ましく、金属繊維不織布焼結体を用いることがさらに好ましい。金属繊維不織布焼結体を用いることにより、空隙率を高くした場合であっても燃料輸送部材６１の十分な強度を維持することができるため、燃料電池製造時における組み立て精度を高めることができる。また、十分な強度を維持しつつ、空隙率を高めることができるため、燃料輸送部材６１が保持可能な液体燃料量を向上させることができる。このことは、吸い上げ高さが同じ場合、吸い上げ速度がより大きくなることを意味しており、したがって、燃料貯蔵室７０から離れた燃料極１１の部位に対しても、効果的に液体燃料を供給することが可能となる。
【００３７】
金属繊維不織布および金属繊維不織布焼結体を構成する金属繊維の繊維径Ｒは特に制限されず、たとえば１０〜２００μｍとすることができる。金属繊維不織布および金属繊維不織布焼結体の空隙率は、たとえば３０〜９０％であり、吸い上げ高および吸い上げ速度向上の観点から、好ましくは５０〜８０％である。
【００３８】
また、燃料輸送部材６１を構成する材料として、ステンレス、チタン、タングステン、アルミニウムなどからなる金属繊維不織布焼結体の繊維表面に、酸化皮膜からなる不動態層を形成した金属多孔質体も好ましく用いられる。繊維表面が酸化皮膜で被覆されていると、燃料輸送部材６１から液体燃料への金属イオンの溶出が防止されるため、膜電極複合体２０に含まれる固体電解質成分（イオン交換樹脂）中に金属イオンがトラップされ、出力が低下する恐れがなくなる。図７に、金属繊維３表面が酸化皮膜４で被覆されている金属繊維不織布焼結体からなる燃料輸送部材の燃料極に対向する表面およびこれと反対側の表面にガス透過層６２を形成したときの一例を断面図で示した。
【００３９】
また、特にアルコール濃度が５０重量％以下のアルコール水溶液を液体燃料として使用する場合には、酸化皮膜からなる不動態層を形成することにより、繊維表面に対する液体燃料の濡れ性が向上するため、液体燃料の吸い上げ速度および引き上げ高さがより向上し、したがって、燃料貯蔵室７０から離れた燃料極１１の部位に対しても、より効果的に液体燃料を供給することが可能となる。
【００４０】
繊維表面が酸化皮膜で被覆された金属繊維不織布焼結体を用いる場合、金属繊維の繊維径Ｒは、たとえば１０〜２００μｍとすることができ、酸化皮膜の膜厚ｄは、０．１〜１０μｍであることが好ましい。酸化皮膜は、少なくとも原子レベルで１層形成されていれば、金属イオンの溶出防止効果および繊維表面に対する液体燃料の濡れ性向上効果を得ることができるが、酸化皮膜の膜厚ｄが０．１μｍ未満であると、後述するガス透過層６２を燃料輸送部材６１に熱圧着する製造プロセスにおいて、酸化皮膜が破損し、部分的に金属の溶出が生じたり、濡れ性が低下する恐れがある。
【００４１】
また、金属繊維の繊維径Ｒと酸化皮膜の膜厚ｄとの比Ｒ／ｄは、１０＜Ｒ／ｄ＜１００を満たすことが好ましい。酸化皮膜は非常に硬く強靭である一方、脆い性状を有するが、Ｒ／ｄを上記範囲内にすることにより、金属繊維の柔軟性を損なうことなく、破損等のない良好な酸化皮膜を形成することができる。
【００４２】
図１に示される燃料電池１００において、燃料輸送部材６１は、短冊形状、より具体的には直方体形状を有している（図１および図５参照）。ただし、これに限定されるものではなく、燃料輸送部材６１の形状は、燃料電池全体の形状や膜電極複合体の形状等に応じた適宜の形状とすることができる。直方体形状以外の他の例として、たとえば立方体形状、一端から他端に向かうに従い、幅が連続的または段階的に小さくまたは大きくなる形状（表面が台形や三角形である形状等）などの短冊形状が挙げられる。
【００４３】
燃料輸送部材６１の長さ（燃料貯蔵室７０側の一端からこれに対向する他端までの距離）は、特に制限されず、燃料電池全体の形状や膜電極複合体の形状等に応じた適宜の長さとすることができるが、燃料輸送部材６１の一端を燃料貯蔵室７０に保持された液体燃料に接触可能な位置に配置したときに、その他端が燃料極１１の端部（燃料貯蔵室７０側とは反対側の端部）の略直下の位置に配置されるような長さまたはそれ以上の長さを有していることが好ましい。これにより、燃料極１１の燃料貯蔵室７０側とは反対側の端部までを含めた燃料極１１全体にわたって、液体燃料をより効果的に供給することができる。
【００４４】
なお、「液体燃料に接触可能な位置」とは、図１に示されるように、燃料輸送部材６１の一端が燃料供給室６０と燃料貯蔵室７０とを仕切る壁（箱筺体４０の一部分である）の内部に位置する場合や、図８に示される燃料電池８００のように、燃料輸送部材６１の一端が燃料貯蔵室７０内部に位置する場合などを含む。燃料輸送部材６１の一端が燃料貯蔵室７０内部に位置するように燃料輸送部材６１の長さを調整することにより、使用時における燃料電池１００の向きがどのような向きであっても、液体燃料と燃料輸送部材６１との接触が可能となる。この場合、使用時の燃料電池１００の向きにかかわらず、燃料輸送部材６１への液体燃料の浸透を可能とするために、燃料貯蔵室７０内に位置している燃料輸送部材６１の端部側面および燃料輸送部材６１の表面は、ガス透過層６２で被覆されていないことが好ましい。
【００４５】
燃料輸送部材６１の厚みについても特に制限はなく、燃料電池１００の厚みや燃料供給室６０の高さなどに応じて適宜されるが、たとえば０．０５〜５ｍｍ程度とすることができ、燃料電池１００の小型化、ならびに、吸い上げ高および吸い上げ速度向上の観点からは０．１〜１ｍｍとすることが好ましい。
【００４６】
図１に示される燃料電池１００において、短冊形状を有する燃料輸送部材６１は、短冊形状（より具体的には直方体形状）を有する単位電池セル３０の直下の位置に、燃料輸送部材６１のガス透過層６２が形成された表面が燃料極１１に対向するように配置されている。より具体的には、燃料輸送部材６１は、アノード集電層２１および燃料供給室６１の上部空間を介して、燃料極１１の直下の位置に配置されており、かつ、燃料極１１と燃料輸送部材６１との配置関係は、上下方向（燃料電池の各部材の積層方向）（図１参照）およびこれと垂直な方向（燃料電池の幅方向）（図３〜６参照）に関して、ともに平行である。このような燃料極１１と燃料輸送部材６１との配置関係は、燃料輸送部材６１からガス透過層６２を介して蒸発したガス状の液体燃料を効率的に燃料極１１へ供給する上で極めて好ましいが、このような配置関係に限定されるものではない。たとえば、燃料輸送部材６１は、燃料貯蔵室７０から離れるに従い、次第に燃料極１１に近づくように、あるいは離れるように、上下方向に関して傾斜して配置することができる。また、燃料輸送部材６１は、燃料電池１００を上から見たときに、燃料極１１と交差するように配置してもよい。さらに、燃料輸送部材６１は、燃料極１１の直下の位置に（燃料電池１００を上からみたときに、燃料輸送部材６１の位置と燃料極１１の位置とが一致するように）配置するのではなく、ずらした状態で配置してもよい。
【００４７】
また、図１に示される燃料電池１００において燃料輸送部材６１は、燃料供給室６０における上下方向の中心部付近に配置されているが、これに限定されるものではなく、たとえば、上下方向の中心部付近以外の箇所に配置してもよいし、アノード集電層２１に接するように配置してもよいし、燃料供給室６０の底面（箱筺体４０）に接するように配置してもよい。
【００４８】
（ガス透過層）
ガス透過層６２は、燃料輸送部材６１の表面の少なくとも一部を被覆する、液体燃料の蒸気を透過可能な層である。「液体燃料の蒸気を透過可能」とは、燃料輸送部材６１内の液体燃料を、ガス透過層６２の外表面からガス状態で放出できることを意味している。ガス透過層６２内に存在する液体燃料は、液体状態であってもよいし、ガス状態であってもよい。ガス透過層６２を燃料輸送部材６１の表面に形成することにより、燃料輸送部材６１とガス透過層６２との界面にも毛細管が形成されることとなるため、非常に大きな毛管力を得ることが可能となり、これにより、吸い上げ高および吸い上げ速度を向上させることができる。また、ガス透過層６２は、液体燃料それ自体を透過させることなく、液体燃料の蒸気を透過させる層であることから、燃料輸送部材６１から燃料供給室６０、ひいては燃料極１１にガス状態の液体燃料を輸送する機能を有している。そして、燃料供給室６０への液体状態での液体燃料の輸送を抑制し、ガス状態の液体燃料を透過する結果、ガス透過層６２は、燃料極１１への液体燃料の過度の供給を抑制する機能をも果たしている。これにより、液体燃料の空気極１２へのクロスオーバーによる出力低下および燃料利用効率の低下を効果的に抑制することができる。このような液体燃料供給抑制機能は、液体燃料の水分含有量が低い場合、具体的には、液体燃料がアルコール水溶液であり、アルコール濃度が数十ｍｏｌ／Ｌ〜アルコール１００重量％と高濃度である場合に特に有効であり、このような高濃度の液体燃料を用いる場合であっても、本発明に従うガス透過層６２の形成により、液体燃料のクロスオーバーを効果的に抑制することができる。したがって、本発明の燃料電池は、高濃度の液体燃料（水分含有量が低い液体燃料）を使用する場合に特に好適である。
【００４９】
ガス透過層６２としては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリイミド、シリコンラバーなどの有機または無機高分子材料からなるシートであって、細孔径が０．０１〜１０μｍ程度である細孔を有し、この細孔をガス状態の液体燃料の通過孔とする多孔質シートや、意図的に設けられた細孔は有さず、シートを構成する高分子の分子鎖の隙間をガス状態の液体燃料の通過孔とする非多孔質シート（たとえば、上記高分子材料からなる延伸シートなど）を用いることができる。なお、ガス透過層６２が有する細孔の細孔径は、水銀圧入法により測定される径である。また、ガス透過層６２として、無機材料からなるシートを用いることもできる。無機材料からなるシートとしては、たとえば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ等からなる金属粒子を加圧下での加熱により焼結した金属粒子焼結体からなるシートなどの金属多孔質シート（または板）；チタニア（ＴｉＯ2）粒子やシリカ（ＳｉＯ2）粒子の焼結体またはポーラスアルミナ（アルミニウムを酸性電解液中で陽極酸化することにより得られる規則的なナノサイズの細孔が形成されたアルミナ）等からなるシートなどの金属酸化物多孔質シート（または板）を挙げることができる。これらのなかでも、熱圧着により容易に燃料輸送部材６１上に積層できることから、高分子材料からなるシートを用いることが好ましい。
【００５０】
ガス透過層６２が細孔を有する多孔質シートである場合、ガス透過層６２が有する細孔の細孔径は、ガス状態の液体燃料のみが透過されるために、好ましくは０．０１〜５μｍ、より好ましくは０．０１〜１μｍである。また、ガス透過層６２が細孔を有する多孔質シートである場合、ガス透過層６２の空隙率は特に制限されないが、たとえば２０〜９０％程度とすることができ、高濃度の液体燃料（たとえば高濃度アルコール）を使用する場合には、蒸発量を抑制する観点から、好ましくは２０〜５０％である。
【００５１】
ガス透過層６２の厚みは特に制限されず、たとえば２０〜５００μｍ程度とすることができ、製造プロセスにおける破損を防止する観点から、好ましくは１００〜５００μｍである。ガス透過層６２が熱圧着により燃料輸送部材６１に接合される高分子材料からなるシートである場合、ガス透過層６２は、燃料輸送部材６１の表面に存在する細孔の細孔径（好ましくは０．１〜１００μｍである）の０．５〜１０倍程度の厚みを有することが好ましい。これにより、燃料輸送部材６１の表面に存在する細孔によって形成される凹凸にガス透過層６２がアンカー効果により物理的に接合されることになるため、特に接着剤等を用いることなく、燃料輸送部材６１とガス透過層６２とを強固に接合することが可能になる。接着剤を用いて燃料輸送部材６１とガス透過層６２とを接合する場合には、特に純メタノール等の高濃度アルコールを液体燃料として使用すると、接着剤が膨潤・溶解してガス透過層６２が剥離することがあるが、熱圧着による接合によれば、高濃度の液体燃料を用いる場合であっても、ガス透過層６２の剥離などの問題を抑制することができる。高濃度の液体燃料を使用する場合のガス透過層６２の好適な例として、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンまたはポリエチレン等の高分子材料からなる厚さ２０〜５００μｍの延伸シート（高分子鎖の隙間をガス状態の液体燃料の通過孔とする非多孔質シート）を挙げることができる。
【００５２】
上述のように、ガス透過層６２は、燃料極１１への液体燃料の過度の供給を抑制する機能を有することができるが、このようなガス透過層６２の燃料供給抑制能力は、たとえば、ガス透過層６２の厚み、細孔径、空隙率、細孔の濡れ性などの調整により制御することができる。液体燃料として純メタノールを使用する場合における最適な燃料供給抑制能力を有するガス透過層の一例として、厚み１００〜５００μｍ、細孔径０．０１〜１μｍ、空隙率２０〜８０％の、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンまたはポリエチレン等の高分子材料からなる細孔を有する多孔質シートを挙げることができ、細孔内面は、フルオロアルキル基やシリル基などの官能基を導入したり、細孔内面に微細な凹凸形状を形成したりした撥油処理が施されていることが好ましい。一方、５０重量％以下のメタノール水溶液等の比較的低濃度の液体燃料を用いる場合には、ガス透過層６２の細孔内面は、親水化処理を施すことが好ましい。親水化処理としては、たとえば、予め表面張力の低い水溶性溶剤を含浸させ、これを過酸化水素水または水溶性有機溶剤の水溶液で置換し、レーザー光を照射する方法を挙げることができる。親水化処理により、燃料輸送部材６１の細孔とガス透過層の間に生じる空間においてより強い毛細管力を得ることができる。
【００５３】
図９に示される例のように、ガス透過層６２は、２以上の層からなる積層構造を有するものであってもよい。図９に示される燃料電池９００において、ガス透過層は、燃料輸送部材６１の燃料極１１に対向する表面および該表面と反対側の表面に接して形成された第１のガス透過層６２ａと、この上に積層された第２のガス透過層６２ｂとからなる。たとえば、第１のガス透過層６２ａを、上記したような親水化処理方法で作製した親水性のガス透過層とし、第２のガス透過層６２ｂを、フッ素系樹脂を延伸することで作製した撥水性のガス透過層とすることにより、燃料輸送部材６１の細孔と第１のガス透過層６２ａとの間に生じる空間においてより強い毛管力を得ながらも、第２のガス透過層６２ｂによって、燃料輸送部材６１から液体状態の液体燃料が滲み出ることを防止することが可能となる。
【００５４】
ガス透過層を２以上の層からなる積層構造とする構成は、上述の燃料供給抑制能力を制御する手段としても有効である。たとえば、高分子材料の多孔質シート等からなる第１のガス透過層６２ａ上に、ポリオレフィン系樹脂の有機溶剤溶液または分散液を塗布、乾燥し、高分子鎖の隙間をガス状態の液体燃料の通過孔とする非多孔質層からなる第２のガス透過層６２ｂを形成することにより、ガス透過層の燃料供給抑制能力をより高めることができる。この際、第２のガス透過層６２ｂの厚みは一定であってもよいが、液体燃料がアルコール水溶液またはアルコールである場合においては、燃料貯蔵室７０から離れるに従い、厚みを小さくしていくことが好ましい。燃料輸送部材６１の燃料貯蔵室７０に近い側はアルコール蒸発量が多く、燃料貯蔵室７０から離れるに従いアルコール濃度が低下するなどの理由によりアルコールの蒸発量が少なくなるが、第２のガス透過層６２ｂの厚みに上記のような傾斜を持たせることにより、燃料貯蔵室７０に近い側において液体燃料の過剰供給を適度に抑制しつつ、燃料貯蔵室７０から離れた部位においても液体燃料の十分な供給が可能となり、燃料極１１の面内で均一な反応を行なうことが可能となる。
【００５５】
本発明においてガス透過層６２は、燃料輸送部材６１の表面の少なくとも一部を被覆していればよいが、図１に示される燃料電池１００や図１０に示される燃料電池１０００のように、少なくとも燃料輸送部材６１における燃料極１１に対向する表面を被覆することが好ましい。これにより、十分な吸い上げ高および吸い上げ速度の向上が得られるとともに、燃料供給抑制機能が発揮され、液体燃料の空気極１２へのクロスオーバーによる出力低下を効果的に抑制することができる。吸い上げ高および吸い上げ速度をより向上させるために、ガス透過層６２は、燃料輸送部材６１の燃料極１１に対向する表面とともに該表面とは反対側の表面を被覆することがより好ましい（図１参照）。ガス透過層６２は、燃料貯蔵室７０側とは反対側の端部側面をさらに被覆してもよい。なお、ガス透過層６２は、燃料極１１に対向する表面とは反対側の表面のみを被覆していてもよいが、ガス透過層６２に燃料供給抑制機能を発揮させ、クロスオーバーを抑制するために、少なくとも燃料輸送部材６１における燃料極１１に対向する表面はガス透過層６２によって被覆されることが好ましい。
【００５６】
（電解質膜）
膜電極複合体２０を構成する電解質膜１０は、本発明の膜電極複合体における電解質膜は、燃料極１１から空気極１２へプロトンを伝達する機能と、燃料極１１と空気極１２との電気的絶縁性を保ち、短絡を防止する機能を有する。電解質膜の材質は、プロトン伝導性を有し、かつ電気的絶縁性を有する材質であれば特に限定されず、高分子膜、無機膜またはコンポジット膜を用いることができる。高分子膜としては、たとえば、パーフルオロスルホン酸系電解質膜である、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成社製）、フレミオン（登録商標、旭硝子社製）などが挙げられる。また、スチレン系グラフト重合体、トリフルオロスチレン誘導体共重合体、スルホン化ポリアリーレンエーテル、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリイミド、スルホン化ポリベンゾイミダゾール、ホスホン化ポリベンゾイミダゾール、スルホン化ポリフォスファゼンなどの炭化水素系電解質膜なども挙げられる。
【００５７】
無機膜としては、たとえばリン酸ガラス、硫酸水素セシウム、ポリタングストリン酸、ポリリン酸アンモニウムなどからなる膜が挙げられる。コンポジット膜としては、タングステン酸、硫酸水素セシウム、ポリタングストリン酸等の無機物とポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、パーフルオロスルホン酸等の有機物とのコンポジット膜などが挙げられる。
【００５８】
電解質膜１０の膜厚はたとえば１〜２００μｍである。また、電解質膜１０のＥＷ値（プロトン官能基１モルあたりの乾燥重量）は、８００〜１１００程度であることが好ましい。ＥＷ値が小さいほど、プロトン移動に伴う電解質膜の抵抗が小さくなり高い出力を得ることができるが、実用上は電解質膜の寸法安定性や強度の問題から、極端に小さくすることは困難である。
【００５９】
（燃料極および空気極）
電解質膜１０の一方の表面に積層される燃料極１１および他方の表面に積層される空気極１２には、少なくとも触媒と電解質とを有する多孔質層からなる触媒層が設けられる。燃料極１１用の触媒は、メタノール水溶液等の液体燃料をプロトンと電子に分解し、電解質は、生成した該プロトンを電解質膜１０へ伝導する機能を有する。空気極１２用の触媒は、電解質を伝導してきたプロトンと空気中の酸素から水を生成する機能を有する。
【００６０】
燃料極１１および空気極１２用の触媒は、カーボンやチタン等の導電体の表面に担持されていてもよく、なかでも、水酸基やカルボキシル基等の親水性の官能基を有するカーボンやチタン等の導電体の表面に担持されていることが好ましい。これにより、燃料極１１および空気極１２の保水性を向上させることができる。また、燃料極１１および空気極１２の電解質は、電解質膜１０のＥＷ値よりも小さなＥＷ値を有する材料からなることが好ましく、具体的には、電解質膜１０と同質材料であるが、ＥＷ値が４００〜８００である電解質材料が好ましい。このような電解質材料を用いることによっても、燃料極１１および空気極１２の保水性を向上させることができる。燃料極１１および空気極１２の保水性の向上により、プロトン移動に伴う電解質膜１０の抵抗や燃料極１１および空気極１２における電位分布を改善することができる。また、ＥＷ値の低い電解質は同時に液体燃料の透過性も高いことから、ＥＷ値の低い電解質を用いることにより、燃料極１１の触媒層に均一にガス状態の液体燃料を供給することができる。
【００６１】
燃料極１１および空気極１２はそれぞれ、触媒層上に積層されるアノード導電性多孔質層、カソード導電性多孔質層を備えていてもよい。これらの多孔質層は、燃料極１１、空気極１２に供給されるガス（ガス状態の液体燃料または空気）を面内において拡散させる機能を有するとともに、触媒層と電子の授受を行なう機能を有する。アノード導電性多孔質層およびカソード導電性多孔質層としては、比抵抗が小さく、電圧の低下が抑制されることから、カーボン材料；導電性高分子；Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属；Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の遷移金属；これらの金属の窒化物または炭化物等；ならびに、ステンレスに代表されるこれらの金属を含有する合金などからなる多孔質材料を用いることが好ましい。Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の、酸性雰囲気下で耐腐食性に乏しい金属を用いる場合には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの耐腐食性を有する貴金属、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化物等により表面処理（皮膜形成）を行なってもよい。より具体的には、アノード導電性多孔質層およびカソード導電性多孔質層として、たとえば、上記貴金属、遷移金属または合金からなる発泡金属、金属織物および金属焼結体；ならびにカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボン粒子を含有するエポキシ樹脂膜などを好適に用いることができる。
【００６２】
（アノード集電層およびカソード集電層）
アノード集電層２１、カソード集電層２２はそれぞれ、燃料極１１上、空気極１２上に積層され、膜電極複合体２０とともに単位電池セル３０を構成する。アノード集電層２１およびカソード集電層２２はそれぞれ、燃料極１１、空気極１２における電子を集電する機能と、電気的配線を行なう機能とを有する。集電層の材質は、比抵抗が小さく、面方向に電流を取り出しても電圧の低下が抑制されることから、金属であることが好ましく、なかでも、電子伝導性を有し、酸性雰囲気下で耐腐食性を有する金属であることがより好ましい。このような金属としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属；Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の遷移金属；およびこれらの金属の窒化物または炭化物等；ならびに、ステンレスに代表されるこれらの金属を含有する合金などが挙げられる。Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の、酸性雰囲気下で耐腐食性に乏しい金属を用いる場合には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの耐腐食性を有する貴金属、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化物等により表面処理（皮膜形成）を行なってもよい。なお、アノード導電性多孔質層およびカソード導電性多孔質層が、たとえば金属等からなり、導電性が比較的高い場合には、アノード集電層およびカソード集電層は省略されてもよい。
【００６３】
より具体的には、アノード集電層２１は、ガス状態の液体燃料を燃料供給室６０から燃料極１１へ誘導するための厚み方向に貫通する貫通孔を複数備える、上記金属材料などからなるメッシュ形状またはパンチングメタル形状を有する平板であることができる。この貫通孔は、燃料極１１の触媒層で生成する排ガス（二酸化炭素ガス等）を燃料供給室６０へ誘導するための排出孔としても機能する。同様に、カソード集電層２２は、燃料電池外部の空気を空気極１２の触媒層に供給するための厚み方向に貫通する貫通孔を複数備える、上記金属材料などからなるメッシュ形状またはパンチングメタル形状を有する平板であることができる。
【００６４】
（燃料供給室）
燃料供給室６０は、好ましくは燃料極１１の直下に配置され、その内部空間に上述のガス透過層６２で表面が被覆された燃料輸送部材６１を備えている。燃料供給室６０の内部空間は、好ましくは、燃料極１１の燃料貯蔵室７０側端部からこれと反対側の端部までの長さと同じかまたはそれ以上の長さを有しており、燃料極１１の幅と同じかまたはそれ以上の幅を有している。燃料供給室６０の内部空間の高さ（深さ）は特に制限されず、ガス透過層６２で表面が被覆された燃料輸送部材６１を設置できる高さを有していればよい。
【００６５】
図１に示される燃料電池１００において燃料供給室６０は、単位電池セル３０の下部にアノード集電層２１に接するように配置された、燃料供給室６０の内部空間を構成する凹部を有する箱筺体４０とアノード集電層２１とによって形成されている。なお、箱筺体４０は、燃料供給室６０を構成する部位とともに、燃料貯蔵室７０の底壁および側壁を構成する部位を一体として有しているが、これに限定されるものではなく、燃料供給室６０を構成する部材と燃料貯蔵室７０を構成する部材とは異なる部材であってもよい。
【００６６】
箱筺体４０は、プラスチック材料または金属材料を用いて、少なくとも燃料供給室６０の内部空間を構成する凹部を有するように適宜の形状に成形することによって作製することができる。プラスチック材料としては、たとえば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などを挙げることができる。金属材料としては、たとえば、チタン、アルミニウム等のほか、ステンレス、マグネシウム合金等の合金材料を用いることができる。これらのなかでも、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリエチレン（ＰＥ）は、３次元架橋による分子量増加により強度が高く安価に加工ができ、また軽量であることから好ましく用いられる。
【００６７】
燃料供給室６０は、燃料極１１の触媒層で生成する排ガス（二酸化炭素ガス等）を燃料供給室６０の内部空間から排出するための第１の開孔６３を有することが好ましい。図１に示される燃料電池１００において第１の開孔６３は、燃料供給室６０の内部空間と燃料貯蔵室７０の内部空間とを連通する孔（燃料供給室６０の内部空間を構成する箱筺体４０が有する壁に設けられた貫通孔）である。後述するように、燃料貯蔵室７０には、その内部空間と燃料電池外部とを連通する第２の開孔７１が設けられており、したがって、燃料極１１の触媒層で生成した排ガスは、燃料供給室６０、第１の開孔６３、燃料貯蔵室７０および第２の開孔７１を順に通って燃料電池外部に排出される。
【００６８】
また、これら第１の開孔６３および第２の開孔７１が設けられることにより、燃料供給室６０内は常に大気圧に維持されるため、燃料輸送部材６１の高い吸い上げ高および吸い上げ速度を維持することができる。すなわち、燃料輸送部材６１に液体燃料が染み込み、燃料供給室６０内が加圧状態となって、燃料輸送部材６１の吸い上げ高および吸い上げ速度が低下することを防止できる。このような吸い上げ高および吸い上げ速度の低下を効果的に防止するために、燃料供給室６０の内部空間と燃料貯蔵室７０の内部空間とを連通する第１の開孔６３の断面積は、燃料輸送部材６１が有する細孔の断面積よりも大きいことが好ましい。これにより、燃料極１１で生成した排ガスが燃料輸送部材６１中の液体燃料を燃料貯蔵室７０に押し戻しながら燃料貯蔵室７０に排出されるときの圧力損失よりも、第１の開孔６３を通って燃料貯蔵室７０に排出されるときの圧力損失の方がはるかに小さくなるため、燃料輸送部材６１の吸い上げ高および吸い上げ速度の低下が効果的に防止される。ただし、第１の開孔６３の断面積は、燃料貯蔵室７０内に保持された液体燃料が直接第１の開孔６３内に侵入して燃料供給室６０内に漏れ出さない程度の大きさとすることが好ましく、あるいは、燃料供給室６０内への液体燃料の漏出を防止するための気液分離膜（たとえば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンまたはポリエチレン等からなる多孔質膜）を第１の開孔６３内に設けることが好ましい。
【００６９】
燃料極１１で生成する排ガスを燃料供給室６０内から排出するための第１の開孔６３は、燃料供給室６０の内部空間と燃料貯蔵室７０の内部空間とを連通する孔である必要は必ずしもなく、たとえば、図１１に示される燃料電池１１００のように、燃料供給室６０の内部空間と燃料電池外部とを直接連通する孔（箱筺体４０における燃料供給室６０の底壁を構成する部位に設けられた貫通孔）であってもよい。この場合、燃料供給室６０内と燃料電池の外部とは液相を介さずにガス相のみで連通することとなるため（第１の開孔６３が燃料供給室６０の内部空間と燃料貯蔵室７０の内部空間とを連通する孔であって、燃料貯蔵室７０に保持される液体燃料の液面が第１の開孔６３の設置位置を超える場合には、燃料供給室６０内と燃料電池の外部とは液相（液体燃料）を介して連通することとなる）、排ガスを排出するための圧力損失をより小さくすることができ、燃料輸送部材６１の吸い上げ高および吸い上げ速度をより向上させることができる。特に燃料電池の起動時においては、液体燃料が瞬時に燃料輸送部材６１に浸透するため、燃料電池の起動から電力が取り出されるまでの時間をより短縮することができる。
【００７０】
第１の開孔６３が燃料供給室６０の内部空間と燃料電池外部とを直接連通する孔である場合、第１の開孔６３は、燃料貯蔵室７０からできるだけ離れた位置に配置されることが好ましく、燃料輸送部材６１の燃料貯蔵室７０側とは反対側の端部近傍に配置されることがより好ましい。液体燃料がアルコール水溶液（メタノール水溶液など）である場合、ガス透過層６２を介して放出されるガス状態の液体燃料のアルコール濃度は、燃料貯蔵室７０に近いほど高濃度となり、燃料輸送部材６１の燃料貯蔵室７０側とは反対側の端部に近づくほど低濃度となるため、上記のような位置に第１の開孔６３を設置することにより、燃料極１１で生成する排ガスとともに第１の開孔６３から排出されるアルコール量を低減することができる。第１の開孔６３から排出される液体燃料をより低減するために、第１の開孔６３内に液体燃料を燃焼させる触媒を含む多孔質層を形成することも好ましい。
【００７１】
なお、第１の開孔６３、特に燃料供給室６０の内部空間と燃料貯蔵室７０の内部空間とを連通する第１の開孔６３においては、開孔内部が液体燃料で濡れてしまうことによる排ガス通過時の圧力損失の上昇を抑制するために、液体燃料に対する第１の開孔６３内部の濡れ性を低減させることが好ましい。濡れ性を低減する方法としては、開孔内壁面に撥水処理を施すか、もしくは開孔内に撥水性の多孔質材料を充填する方法が挙げられる。ただし、使用する液体燃料の濃度および表面張力によっては、撥水処理ではなく撥油処理を施すことが好ましい場合もある。たとえば、液体燃料として純メタノールを使用する場合には、開孔内壁面に撥油処理を施すか、もしくは開孔内に撥油性の多孔質材料を充填することが好ましい。
【００７２】
第１の開孔６３の直径は、たとえば１〜１０００μｍとすることができ、好ましくは１０〜５００μｍである。
【００７３】
（燃料貯蔵室）
燃料貯蔵室７０は、好ましくは単位電池セル３０および燃料供給室６０の側方に配置される、液体燃料を保持するための室である。燃料貯蔵室７０の大きさや形状は特に制限されないが、燃料供給室６０内に配置されたガス透過層６２で被覆された燃料輸送部材６１の一端と燃料貯蔵室７０内に保持された液体燃料とが接触可能となるよう、その側壁面に開口を有する必要がある。その開口は、燃料供給室６０と燃料貯蔵室７０とを仕切る箱筺体４０の一部分を構成する壁を貫通する穴から形成されるものであってもよく、この場合、燃料輸送部材６１は、その一端が当該穴の内部に位置するか（図１）または燃料貯蔵室７０内部に位置する（図８）ように、当該穴に挿入される。
【００７４】
図１に示される燃料電池１００において燃料貯蔵室７０は、カソード集電層２２上に積層され、複数の開口５１を有する蓋筺体５０、箱筺体４０および単位電池セル３０によって形成されている。ただし、燃料貯蔵室７０は、これら蓋筺体５０および箱筺体４０を用いて構成する必要性は必ずしもなく、たとえば、燃料貯蔵室７０の上壁（天井壁）、側壁および底壁を形成する部位を一体として含む１つの部材から構成することもできる。
【００７５】
図１に示される燃料電池１００において蓋筺体５０は、燃料貯蔵室７０の上壁（天井壁）を形成するとともに、単位電池セル３０が直接露出することを防止している。蓋筺体５０の空気極１２直上部分には、空気を流通させるための複数の開口５１（ただし、開口の数は１以上あればよい）が形成されている。
【００７６】
蓋筺体５０は、プラスチック材料または金属材料を用い、適宜の形状に成形することによって作製することができる。プラスチック材料としては、たとえば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などを挙げることができる。金属材料としては、たとえば、チタン、アルミニウム等のほか、ステンレス、マグネシウム合金等の合金材料を用いることができる。これらのなかでも、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリエチレン（ＰＥ）は、３次元架橋による分子量増加により強度が高く安価に加工ができ、また軽量であることから好ましく用いられる。
【００７７】
燃料貯蔵室７０は、その内部空間と燃料電池外部とを連通する第２の開孔７１を備えることが好ましい。これにより、液体燃料が燃料輸送部材６１によって燃料供給室６０に輸送される場合においても、燃料貯蔵室７０内が大気圧に維持されるため、液体燃料の輸送が阻害されず、燃料輸送部材６１の高い吸い上げ高および吸い上げ速度を維持することができる。第１の開孔６３が燃料供給室６０の内部空間と燃料貯蔵室７０の内部空間とを連通する孔である場合、第２の開孔７１は、燃料極１１で生成した排ガスを燃料電池外部へ排出する機能も有している。図１に示される燃料電池１００において第２の開孔７１は、蓋筺体５０を厚み方向に貫通する貫通孔であるが、これに限定されるものではない。
【００７８】
第２の開孔７１からの液体燃料の漏洩を防止するために、第２の開孔７１の開孔径は十分に小さいことが好ましく（たとえば直径１００〜５００μｍ程度、好ましくは１００〜３００μｍ）、あるいは、燃料電池外部への液体燃料の漏出を防止するための気液分離膜（たとえば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンまたはポリエチレン等からなる多孔質膜）を第２の開孔７１内に設けることが好ましい。
【００７９】
なお、特に第２の開孔７１が、燃料極１１で生成した排ガスを燃料電池外部へ排出する機能を有する場合においては、第２の開孔７１の内部が液体燃料で濡れてしまうことによる排ガス通過時の圧力損失の上昇を抑制するために、液体燃料に対する第２の開孔７１内部の濡れ性を低減させることが好ましい。濡れ性を低減する方法としては、開孔内壁面に撥水処理を施すか、もしくは開孔内に撥水性の多孔質材料を充填する方法が挙げられる。ただし、使用する液体燃料の濃度および表面張力によっては、撥水処理ではなく撥油処理を施すことが好ましい場合もある。たとえば、液体燃料として純メタノールを使用する場合には、開孔内壁面に撥油処理を施すか、もしくは開孔内に撥油性の多孔質材料を充填することが好ましい。
【００８０】
以上、本発明の燃料電池について、燃料電池が１つの単位電池セルを備える実施形態を示して説明したが、本発明の燃料電池はこのような構成に限定されるものではなく、単位電池セル３０を２以上含むものであってもよい。その一例として、単位電池セル３０を４つ備える燃料電池の概略上面図を図１２に示す。この燃料電池の層構成は図１と同じであってよい。また、図１３は、燃料輸送部材６１が存在する位置で構成部材の積層方向に対して垂直な方向に切断したときの概略上面図であり、図１に示されるＶ−Ｖ線における断面図に相当する図である。
【００８１】
図１２および１３に示される燃料電池において、各単位電池セル３０は、図１の燃料電池１００と同様、短冊形状（より具体的には直方体形状）を有しており、隣り合う単位電池セル同士が互いに平行となるように、離間して配置されている。単位電池セル３０間に設けられる隙間の幅Ｌは、たとえば０．５〜１０ｍｍ程度である。ただし、各単位電池セルは必ずしも平行に配置される必要はない。
【００８２】
燃料電池が複数の単位電池セル３０を有する場合、燃料輸送部材６１は、図１３に示されるように、燃料供給室６０内に各単位電池セルに対向するように配置される複数の燃料輸送用の部材（櫛歯）が燃料貯蔵室７０側において一体化された櫛歯形状の１つの部材であってもよく、あるいは、単位電池セル３０のそれぞれに対向するように配置された単位電池セル３０と同数の複数の燃料輸送部材６１を設けるようにしてもよい。また、図１２および１３に示される例においては、単位電池セル３０と同数の燃料供給室６０が設けられているが、これに限定されるものではなく、たとえば複数の単位電池セル３０に対して燃料供給室６０を１つのみ設け、この燃料供給室６０内に複数の燃料輸送部材６１（または複数の櫛歯を有する１つの燃料輸送部材６１）を設置するようにしてもよい。複数の単位電池セルを備える燃料電池のその他の可能な変形は、上述した１つの単位電池セルを備える燃料電池と同様である。
【００８３】
なお、本発明の燃料電池において使用することのできる液体燃料としては、たとえば、メタノール、エタノールなどのアルコール類、ジメトキシメタンなどのアセタール類、ギ酸などのカルボン酸類；ギ酸メチルなどのエステル類；ならびにこれらの水溶液を挙げることができる。液体燃料は１種に限定されず、２種以上の混合物であってもよい。コストの低さや体積あたりのエネルギー密度の高さ、発電効率の高さなどの点から、メタノール水溶液または純メタノールが好ましく用いられる。
【実施例】
【００８４】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８５】
＜実施例１＞
以下の手順で図１〜６に示される燃料電池と同様の構成を有する燃料電池を作製した。
【００８６】
（１）ガス透過層６２で被覆された燃料輸送部材６１の作製
繊維径Ｒ ２０μｍ、厚さ０．８ｍｍ、目付量７００ｇ／ｍ2、空隙率８１％、細孔径２００μｍのチタン繊維不織布の焼結品（ベキニット社製）を用意し、これを幅約３０ｍｍ、長さ約６０ｍｍに切断して燃料輸送部材６１とした。また、細孔径０．１μｍ、膜厚１２５μｍ、空隙率８５％の多孔質体であるポリフッ化ビニリデン製メンブレンフィルタ（親水性デュラポア、ミリポア社製）を用意し、これを同じく約３０ｍｍ、長さ約６０ｍｍに切断して、２枚のガス透過層６２を作製した。ついで、燃料輸送部材６１の両面に、ガス透過層６２を、それらの中心が完全に一致するように重ね合わせた後、厚さ０．５ｍｍのステンレス製の隙間ゲージを用いて完全に燃料輸送部材６１がつぶれてしまうのを防止しながら、ホットプレス（１３０℃、５ｋＮ）により、燃料輸送部材６１とガス透過層６２とを熱圧着した。得られた積層体を幅１８ｍｍ、長さ５０ｍｍに切断し、厚さ０．５ｍｍの、両面がガス透過層６２で被覆された燃料輸送部材６１（以下、ガス透過層付き燃料輸送部材Ａと称する）を得た。得られたガス透過層付き燃料輸送部材Ａを、メタノール、エタノール、アセトンのそれぞれに２４時間浸漬する浸漬試験を行なったところ、ガス透過層の剥離は生じず、高濃度燃料を使用する場合においても構造的に問題がないことがわかった。
【００８７】
（２）膜電極複合体２０の作製
Ｐｔ担持量３２．５重量％、Ｒｕ担持量１６．９重量％の触媒担持カーボン粒子（ＴＥＣ６６Ｅ５０、田中貴金属社製）と、電解質である２０重量％のナフィオン（登録商標）のアルコール溶液（アルドリッチ社製）と、ｎ−プロパノールと、イソプロパノールと、ジルコニアボールとを、所定の割合でフッ素系樹脂製の容器に入れ、攪拌機を用いて５００ｒｐｍで５０分間の混合を行なうことにより、燃料極１１用の触媒ペーストを作製した。また、Ｐｔ担持量４６．８重量％の触媒担持カーボン粒子（ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ、田中貴金属社製）を用いて、燃料極１１用の触媒ペーストと同様にして、空気極１２用の触媒ペーストを作製した。
【００８８】
ついで、片面に撥水性を有する多孔質層が形成されたカーボンペーパ（２５ＢＣ、ＳＧＬ社製）を幅約３０ｍｍ、長さ約５０ｍｍに切断した後、その多孔質層上に、上記の燃料極１１用の触媒ペーストを触媒担持量が約３ｍｇ／ｃｍ2となるように、幅２５ｍｍ、長さ４５ｍｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、アノード導電性多孔質層であるカーボンペーパ上の中央にアノード触媒層が形成された、厚み約２００μｍの燃料極１１を作製した。また、同じサイズのカーボンペーパの多孔質層上に、上記の空気極１２用の触媒ペーストを触媒担持量が約１ｍｇ／ｃｍ2となるように、幅２５ｍｍ、長さ４５ｍｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、カソード導電性多孔質層であるカーボンペーパ上の中央にカソード触媒層が形成された、厚み約２００μｍの空気極１２を作製した。
【００８９】
つぎに、厚さ約１７５μｍのパーフルオロスルホン酸系イオン交換膜（ナフィオン（登録商標）１１７、デュポン社製）を幅約３０ｍｍ、長さ６０ｍｍに切断して電解質膜１０とし、上記燃料極１１と電解質膜１０と上記空気極１２をこの順で、それぞれの触媒層が電解質膜１０に対向するように重ね合わせた後、１３０℃、２分間のホットプレスを行ない、燃料極１１および空気極１２を電解質膜１０に接合した。上記重ね合わせは、燃料極１１と空気極１２の電解質膜１０の面内における位置が一致するように、かつ燃料極１１と電解質膜１０と空気極１２の中心が一致するように行なった。ついで、得られた積層体の長辺側両端部を切断して、幅２０ｍｍ、長さ６０ｍｍの膜電極複合体２０を作製した。
【００９０】
（３）単位電池セル３０の作製
厚さ１００μｍ、幅２０ｍｍ、長さ６０ｍｍのステンレス板（ＮＳＳ４４５Ｍ２、日新製鋼社製）を用意し、この中央領域に、開孔径φ０．６ｍｍである複数の開孔（開孔パターン：千鳥６０°ピッチ０．８ｍｍ）を、フォトレジストマスクを用いたウェットエッチングにて両面から加工することにより、厚み方向に貫通する貫通孔を複数備えるステンレス板を２枚作製し、これらをアノード集電層２１およびカソード集電層２２とした。
【００９１】
つぎに、上記アノード集電層２１を燃料極１１上に、カーボン粒子とエポキシ樹脂とからなる導電性接着材層を介して積層するとともに、カソード集電層２２を空気極１２上に、カーボン粒子とエポキシ樹脂とからなる導電性接着材層を介して積層し、これらをホットプレスにより接合して、単位電池セル３０を作製した。なお、アノード集電層２１およびカソード集電層２２は、それらの開孔が形成された領域がそれぞれ燃料極１１、空気極１２の直上に配置されるように積層した。
【００９２】
（４）箱筺体４０の作製
幅２５ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚さ３ｍｍのポリフェニレンサルファイド製の樹脂基板（ＰＰＳ）に、燃料貯蔵室７０を形成する幅２３ｍｍ、長さ１５ｍｍ、深さ２ｍｍの凹部を切削加工するとともに、燃料供給室６０を形成する幅１８ｍｍ、長さ４５ｍｍ、深さ２ｍｍの凹部を切削加工し、箱筺体４０とした。また、燃料貯蔵室７０を形成する凹部と燃料供給室６０を形成する凹部との間に位置する仕切り壁の上部を、深さ１ｍｍ、幅１８ｍｍで切削した。
【００９３】
（５）蓋筺体５０の作製
幅２５ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚さ３ｍｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）製の樹脂基板を用意し、切削加工により、空気極１２の直上に配置される領域に２３×２ｍｍの開口５１を２０個形成するとともに、燃料貯蔵室７０の天井壁を構成する部位に第２の開孔７１として直径０．２ｍｍの貫通孔を形成した。
【００９４】
（６）燃料電池１００の作製
上記箱筺体４０の切削加工を施した仕切り壁上に、ガス透過層付き燃料輸送部材Ａの一端が当該仕切り壁上に配置されるとともに、その他端が、およそ燃料極１１の燃料貯蔵室７０側とは反対側の端部の直下に位置するようにガス透過層付き燃料輸送部材Ａを配置した。この際、ガス透過層付き燃料輸送部材Ａは、燃料極１１の直下の位置に、燃料極１１と平行になるように配置した。ついで、ガス透過層付き燃料輸送部材Ａの上記仕切り壁上に配置された部分の上に、第１の開孔６３としての、幅１８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ、空隙率８０％のポリテトラフルオロエチレン製の多孔質フィルタを重ね合わせた。さらに、シリコンシートからなるガスケットを多孔質フィルタ上に重ねて厚み調整を行ない、燃料供給室６０を形成する空間に蓋をするように、上記の単位電池セル３０をガスケット上（および、燃料貯蔵室７０側とは反対側の領域においては箱筺体４０上）に配置した。この際、単位電池セル３０は、そのアノード集電層２１側がガスケット側（燃料供給室６０側）となるように配置した。そして、単位電池セル３０のカソード集電層２２上に、上記の蓋筺体５０を、その複数の開口５１が空気極１２の直上に配置されるように積層して、燃料電池１００を作製した。なお、本実施例では箱筺体４０と蓋筺体５０とをネジ止めすることにより、各部材の積層方向に押圧をかけ、各部材の固定化を行なったが、箱筺体４０とガス透過層付き燃料輸送部材Ａ、ガス透過層付き燃料輸送部材Ａと多孔質フィルタ、ガスケットと多孔質フィルタ、単位電池セル３０と蓋筺体５０は、ホットメルト剤を用いた熱圧着や両面テープによる貼合などの各種方法により接合してもよい。また、図６を参照して、カソード集電層２２からガス透過層６２に至る各部材の側面と箱筺体４０の側面とを、液状シール剤の充填し、これを固化させることにより接合してもよい。
【００９５】
＜実施例２＞
燃料極１１に対向する表面にのみガス透過層６２を形成したガス透過層付き燃料輸送部材Ｂを作製し、これを用いること以外は実施例１と同様にして、図１０に示される燃料電池と同様の構成を有する燃料電池を作製した。
【００９６】
＜実施例３＞
燃料極１１に対向する表面とは反対側の表面にのみガス透過層６２を形成したガス透過層付き燃料輸送部材Ｃを作製し、これを用いること以外は実施例１と同様にして、燃料電池を作製した。
【００９７】
＜実施例４＞
実施例１で用いたチタン繊維不織布の焼結品を３００℃のホットプレート上で２時間保持することにより、チタン繊維の表面に厚さ約１μｍの酸化皮膜を形成し、ついで、幅約３０ｍｍ、長さ約６０ｍｍに切断することにより燃料輸送部材６１作製した。この燃料輸送部材を用いること以外は実施例１と同様にしてガス透過層付き燃料輸送部材Ｄを作製し、さらにガス透過層付き燃料輸送部材Ｄを用いること以外は実施例１と同様にして、図１１に示される燃料電池と同様の構成を有する燃料電池を作製した。
【００９８】
＜実施例５＞
厚さ１ｍｍ、目付量２００ｇ／ｍ2、空隙率７０％、細孔径５０μｍのパルプ系不織布（ハトシートＳＦ１）を用意し、これを幅約３０ｍｍ、長さ約６０ｍｍに切断して燃料輸送部材６１とした。また、細孔径０．１μｍ、膜厚１２５μｍ、空隙率８５％の多孔質体であるポリフッ化ビニリデン製メンブレンフィルタ（親水性デュラポア、ミリポア社製）を用意し、これを同じく約３０ｍｍ、長さ約６０ｍｍに切断して、２枚のガス透過層６２を作製した。ついで、２枚のガス透過層６２の一方の表面全体に、バーコート法を用いて厚さ５μｍ程度となるように、ホットメルト剤（ＰＰＥＴ１６００、東亜合成社製）を塗布した後、燃料輸送部材６１の両面にガス透過層６２を、それらの中心が完全に一致するように、かつホットメルト剤の塗布面が燃料輸送部材６１側となるように重ね合わせた後、厚さ０．５ｍｍのステンレス製の隙間ゲージを用いて完全に燃料輸送部材６１がつぶれてしまうのを防止しながら、ホットプレス（１００℃、５ｋＮ）により、燃料輸送部材６１とガス透過層６２とを熱圧着した。得られた積層体を幅１８ｍｍ、長さ５０ｍｍに切断し、厚さ０．５ｍｍの、両面がガス透過層６２で被覆された燃料輸送部材６１（ガス透過層付き燃料輸送部材Ｅ）を作製した。ついで、ガス透過層付き燃料輸送部材Ｅを用いること以外は実施例１と同様にして、図１１に示される燃料電池と同様の構成を有する燃料電池を作製した。なお、ホットメルト剤の層もまたガス透過層に属するものであり、したがって、ガス透過層付き燃料輸送部材Ｅが有するガス透過層は２層構造からなる。
【００９９】
＜比較例１＞
ガス透過層６２を有しない燃料輸送部材（この燃料輸送部材の材質およびサイズは、実施例１で使用したものと同じである）用いること以外は実施例１と同様にして、図１４に示される燃料電池１４００を作製した。
【０１００】
（燃料電池の性能評価）
（１）燃料電池の開回路電圧および電流密度の測定
実施例１〜５および比較例１の燃料電池に、１５ｍｏｌ／Ｌのメタノール水溶液を燃料室に充填した後、燃料電池を作動させ、６０秒後の開回路電圧と、電圧０．２Ｖ時に得られた電流密度を測定した。結果を表１に示す。なお、表１における比較例１の数値「＜１０」は、装置の分解能下限界を示している。すなわち、比較例１の燃料電池の電圧０．２Ｖ時の電流密度については、時間の経過とともに、電流密度が低下し続けて評価できなかった。
【０１０１】
【表１】
【０１０２】
（２）電流密度の燃料極および空気極の長さ依存性の評価
実施例１〜３および比較例１において、燃料極１１および空気極１２の長さを変更した燃料電池を作製し、電圧０．２Ｖ時に得られる電流密度の燃料極および空気極の長さ依存性を評価した。結果を図１５に示す。なお、実施例１〜３および比較例１の燃料電池の燃料極１１および空気極１２の長さはいずれも４５ｍｍであり、この長さを１０ｍｍから最大７０ｍｍまで増減させて（比較例１については、安定した電流密度の測定が可能な長さまでとした）、燃料極１１および空気極１２の長さを変更した燃料電池を作製した。燃料極１１の長さと空気極１２の長さとは、変更後のいずれの燃料電池においても同じであり、また、燃料極１１および空気極１２の長さを変更した燃料電池においては、燃料極１１および空気極１２の長さの増減と同じ分だけガス透過層付き燃料輸送部材（比較例においては燃料輸送部材）の長さを増減させた。
【０１０３】
ガス透過層を備える本発明に係る実施例１〜５の燃料電池は、ガス透過層を有しない比較例１の燃料電池に比べて、６０秒後の開回路電圧が高く、このことは、吸い上げ速度に優れ、燃料電池の起動から電力が取り出されるまでの時間がより短いことを意味している。特に、燃料輸送部材６１として繊維表面に酸化皮膜が形成されたチタン繊維不織布の焼結品を用いた実施例４の燃料電池は、酸化皮膜を有しない実施例１の燃料電池と比べて６０秒後の開回路電圧が高く、吸い上げ速度により優れている。また、ガス透過層を有しない比較例１の燃料電池においては、燃料極１１および空気極１２の長さが４０ｍｍに近づくと急激に電流密度が低下するのに対し、実施例１〜３の燃料電池においては、燃料極１１および空気極１２の長さが４０ｍｍ以上である場合にも電流を得ることができた。特に、実施例１の燃料電池では、長さを７０ｍｍまで長くしても比較例１の燃料電池に認められる極端な電流密度の低下は観察されなかった。このことは、ガス透過層を形成することにより、とりわけ、ガス透過層を燃料輸送部材における燃料極に対向する側の表面およびこれとは反対側の表面に設けることにより、液体燃料の吸い上げ高および吸い上げ速度が顕著に向上することを意味している。
【０１０４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ 電解質膜、１１ 燃料極、１２ 空気極、２０ 膜電極複合体、２１ アノード集電層、２２ カソード集電層、３０ 単位電池セル、４０ 箱筺体、５０ 蓋筺体、５１ 開口、６０ 燃料供給室、６１ 燃料輸送部材、６２ ガス透過層、６２ａ 第１のガス透過層、６２ｂ 第２のガス透過層、６３ 第１の開孔、７０ 燃料貯蔵室、７１ 第２の開孔、１００，８００，９００，１０００，１１００，１４００ 燃料電池。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、毛細管現象による液体燃料輸送を利用したパッシブ型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、ユーザが１回燃料補充することで電子機器を従来よりも長く利用できる長時間駆動の点や、ユーザが外出先で電池を使い切ってしまっても、電池の充電を待たずに燃料を購入し補充することで直ぐに電子機器が利用できる利便性の点から、情報化社会を支える携帯用電子機器の新規電源として実用化の期待が高まっている。
【０００３】
燃料電池は一般的に、燃料極で炭化水素系ガス、水素ガス等の燃料ガスまたはアルコール水溶液等の液体燃料を酸化し、空気極で空気中の酸素を還元する酸化還元反応を起こして、電力を生じさせる。
【０００４】
燃料電池は、使用する電解質材料や燃料の分類から、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型、ダイレクトアルコール型等に分類される。特に、電解質材料に固体高分子であるイオン交換膜を用いる固体高分子型燃料電池およびダイレクトアルコール型燃料電池は、常温で高い発電効率が得られることから、携帯電子機器への応用を目的とした小型燃料電池としての実用化が検討されている。
【０００５】
特に、燃料としてアルコールまたはアルコール水溶液を使用するダイレクトアルコール型燃料電池は、燃料がガスである場合と比較して、燃料貯蔵室を比較的簡易に設計できるなどの理由から、燃料電池の構造の簡略化、省スペース化が可能であり、携帯電子機器への応用を目的とした小型燃料電池としての期待が高い。電解質膜としてカチオン交換膜を使用するダイレクトアルコール型燃料電池においては、燃料極にアルコールまたはアルコール水溶液である液体燃料を供給すると、燃料極に接触した液体燃料が酸化されて、二酸化炭素等のガスおよびプロトンに分離される。
【０００６】
たとえばアルコールとしてメタノールを用いた場合では、
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2↑＋６Ｈ+＋６ｅ-
の酸化反応により二酸化炭素が燃料極側で発生する。
【０００７】
燃料極側で発生したプロトンは、電解質膜を介して空気極側に伝達される。そして、空気極に伝達されたプロトンと、空気極に供給される空気中の酸素とが、
３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ- → ３Ｈ2Ｏ
の還元反応を起こし、水が生成する。このときに電子が外部の電子機器（負荷）を通過して燃料極から空気極に移動し、電力が取り出される。
【０００８】
一方、燃料電池、特に小型燃料電池は、燃料供給や空気供給の供給方式による分類から、パッシブ型とアクティブ型とに大きく分類することができる。パッシブ型燃料電池は、ポンプやファン等の外部動力を用いる補機を使用することなく、燃料および空気をそれぞれ、燃料極、空気極に供給する方式の燃料電池であり、非常に小さな小型燃料電池の実現の可能性があることから、携帯電子機器への搭載用途として期待が高い。
【０００９】
毛細管現象を利用して液体燃料を輸送するパッシブ型燃料電池として、たとえば、特許文献１には、天然繊維、ガラス不織布、合成繊維不織布等の毛細管作用を示す材料をアノードに接触させ、かつ毛細管作用を示す材料の一端を液体燃料に接触するようにした液体燃料電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５９−６６０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
毛細管作用を示す材料からなる部材（以下、燃料輸送部材とも称する）を用いて液体燃料を燃料電池内で輸送させるパッシブ型燃料電池において、良好な発電性能を示す燃料電池が実現されるためには、この燃料輸送部材は、十分に高い「吸い上げ高」と十分に高い「吸い上げ速度」を有していなければならない。「吸い上げ高」とは、燃料輸送部材の一端を液体燃料に浸漬したときの、毛細管現象による液体燃料の当該部材における到達可能位置を意味し、これが小さいと、燃料極全体にわたって液体燃料を供給させることができず、燃料電池の出力が低下する。また、「吸い上げ速度」とは、燃料輸送部材の一端を液体燃料に浸漬したときの、単位時間当たりに吸い上げられる液体燃料の体積を意味し、燃料電池による発電で消費される液体燃料の消費速度に対して、十分な吸い上げ速度を有していないと、燃料輸送部材のいずれかの箇所で液体燃料が枯渇し、燃料輸送部材の他端まで液体燃料が供給されない結果、同様に燃料電池の出力が低下する。この吸い上げ速度の問題は、燃料電池から大電流を取り出す場合や、燃料輸送部材の空隙率が小さい場合に特に顕著である。
【００１２】
そこで本発明は、ポンプやファン等の外部動力を使用する補機を用いることなく液体燃料および空気の供給が可能なパッシブ型の燃料電池であって、十分な電力を供給することができる発電性能の高い燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、燃料極、電解質膜および空気極をこの順で積層してなる膜電極複合体を備える単位電池セルと、燃料極の下方に配置され、燃料極側が開放された空間からなる燃料供給室と、燃料極に供給される液体燃料を保持するための燃料貯蔵室と、液体燃料に対して毛細管作用を示す材料からなる部材であって、その一端が燃料貯蔵室内に保持される液体燃料に接触可能な位置に配置されるとともに、その他端が燃料供給室内部に配置され、燃料極に対向するように延びる燃料輸送部材とを含み、燃料輸送部材が、その表面の少なくとも一部を被覆する層であって、液体燃料の蒸気を透過させるガス透過層を備える燃料電池を提供する。
【００１４】
上記燃料供給室は、その内部と燃料貯蔵室の内部とを連通する、または、その内部と燃料電池外部とを連通する第１の開孔を備え、燃料貯蔵室は、その内部と燃料電池外部とを連通する第２の開孔を備えることが好ましい。
【００１５】
上記ガス透過層は、燃料輸送部材における、燃料極に対向する表面を被覆することが好ましく、燃料極に対向する表面とは反対側の表面をさらに被覆することがより好ましい。ガス透過層は、細孔径が０．０１〜１０μｍである細孔を有する多孔質樹脂層からなることができる。また、ガス透過層は、２以上の層の積層構造からなっていてもよい。
【００１６】
上記燃料輸送部材は、液体燃料に対して毛細管作用を示す金属多孔質体からなることが好ましい。該金属多孔質体は、好ましくは、繊維表面が酸化皮膜で被覆された金属繊維不織布の焼結体からなる。
【００１７】
本発明の燃料電池の１つの好ましい実施形態において、燃料貯蔵室は、単位電池セルおよびその下方に配置される燃料供給室の側方に配置され、燃料輸送部材は、その一端が燃料貯蔵室内に保持される液体燃料に接触可能な位置に配置されるとともに、その他端が燃料極における燃料貯蔵室側とは反対側の端部の略直下の位置に配置される。
【００１８】
本発明の燃料電池において燃料供給室は、上述のように、その内部と燃料電池外部とを連通する第１の開孔を備えることができ、この場合、第１の開孔は、燃料輸送部材の上記他端近傍に配置されることが好ましい。
【００１９】
上記単位電池セルは、燃料極上に積層されるアノード集電層と、空気極上に積層されるカソード集電層とをさらに備えることが好ましい。
【００２０】
本発明の燃料電池は、単位電池セルを２以上含んでいてもよく、この場合、これら２以上の単位電池セルのそれぞれに対向するように２以上の燃料輸送部材を配置してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の燃料電池が備える燃料輸送部材は、その表面がガス透過層で被覆されていることにより、優れた吸い上げ高および吸い上げ速度を有している。したがって、本発明の燃料電池は、ポンプやファン等の外部動力を使用する補機を用いることなく液体燃料を燃料極全体にわたって十分な速度で供給することが可能であり、これにより、十分な電力を供給することができる。また、本発明で用いるガス透過層が形成された燃料輸送部材は、優れた吸い上げ速度を有し、したがって液体燃料は燃料輸送部材内部を速やかに浸透していくため、燃料電池の起動から電力が取り出されるまでの時間を短縮することができる。
【００２２】
本発明の燃料電池は、数ワットクラスの消費電力である携帯電子機器への応用を目的とした小型燃料電池、特に携帯電子機器搭載型の小型燃料電池して好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の燃料電池の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１に示される燃料電池の概略上面図である。
【図３】図１に示されるＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
【図４】図１に示されるＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【図５】図１に示されるＶ−Ｖ線における断面図である。
【図６】図１に示されるＶＩ−ＶＩ線における断面図である。
【図７】金属繊維表面が酸化皮膜で被覆されている金属繊維不織布焼結体からなる燃料輸送部材の燃料極に対向する表面およびこれと反対側の表面にガス透過層を形成したときの一例を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の燃料電池の他の一例を示す概略断面図である。
【図９】本発明の燃料電池のさらに他の一例を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の燃料電池のさらに他の一例を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の燃料電池のさらに他の一例を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の燃料電池のさらに他の一例を示す概略上面図である。
【図１３】図１２に示される燃料電池を燃料輸送部材が存在する位置で構成部材の積層方向に対して垂直な方向に切断したときの概略上面図である。
【図１４】比較例１で作製した燃料電池を示す概略断面図である。
【図１５】実施例１〜３および比較例１の燃料電池における電圧０．２Ｖ時に得られる電流密度の燃料極および空気極の長さ依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の燃料電池を実施の形態を示して詳細に説明する。
図１は本発明の燃料電池の一例を示す概略断面図であり、図２は当該燃料電池の概略上面図である。また、図１に示されるＩＩＩ−ＩＩＩ線、ＩＶ−ＩＶ線、Ｖ−Ｖ線およびＶＩ−ＶＩ線における断面図をそれぞれ図３〜図６に示している。これらの図面に示されるように、図１に示される燃料電池１００は、燃料極１１、電解質膜１０および空気極１２をこの順で積層してなる膜電極複合体２０と、燃料極１１上に積層され、これに電気的に接続されたアノード集電層２１と、空気極１２上に積層され、これに電気的に接続されたカソード集電層２２とを備える単位電池セル３０；燃料極１１（より具体的にはアノード集電層２１）の下方に配置され、燃料極１１側が開放された空間からなる燃料供給室６０；燃料極１１に供給される液体燃料（図示せず）を保持するための燃料貯蔵室７０；および、一端（図１における左側端部）が燃料貯蔵室７０内に保持される液体燃料に接触可能な位置に配置されるとともに、その他端が燃料供給室６０内部に配置され、燃料極１１（ただし、アノード集電層２１が介在している）に対向するように延びる燃料輸送部材６１とを備える。燃料輸送部材６１は、燃料貯蔵室７０に保持される液体燃料に対して毛細管作用を示す材料からなる。
【００２５】
燃料供給室６０を構成する燃料極１１直下の空間は、単位電池セル３０の下部にアノード集電層２１に接するように配置された箱筺体４０とアノード集電層２１とによって形成されている。すなわち、箱筺体４０は、燃料供給室６０を構成する凹部を有しており、この凹部が燃料極１１の直下に配置されるようにアライメントし、かつ当該凹部の開口部側がアノード集電層２１に対向するように箱筺体４０をアノード集電層２１上に積層することにより、燃料供給室６０が形成される。また、箱筺体４０は、燃料電池１００の燃料供給室６０を構成する部位とともに、燃料貯蔵室７０の底壁および側壁を構成する部位を一体として有している。
【００２６】
燃料電池１００は、箱筺体４０とともに、カソード集電層２２上に積層され、複数の開口５１を有する蓋筺体５０を備えており、単位電池セル３０は、箱筺体４０と蓋筺体５０とによって挟持されている。蓋筺体５０は、カソード集電層２２上に積層される部位とともに、燃料貯蔵室７０の上壁（天井壁）を構成する部位を一体として有しており、箱筺体４０、蓋筺体５０および単位電池セル３０によって燃料貯蔵室７０が形成されている。図１に示される燃料電池１００において、燃料貯蔵室７０は、単位電池セル３０およびその下方に配置された燃料供給室６０の側方に配置されている。
【００２７】
燃料供給室６０は、その内部空間と燃料貯蔵室７０の内部空間とを連通する第１の開孔６３を備えている。この第１の開孔６３は、箱筺体４０に設けられた貫通孔である。また、燃料貯蔵室７０は、その内部空間と燃料電池１００外部とを連通する第２の開孔７１を備えている。この第２の開孔７１は、蓋筺体５０に設けられた貫通孔である。
【００２８】
ここで、本発明の燃料電池は、燃料輸送部材の表面の少なくとも一部を、液体燃料の蒸気を透過させるガス透過層で被覆することを１つの特徴としており、図１に示される燃料電池１００において、ガス透過層６２は、燃料輸送部材６１における燃料極１１に対向する表面および燃料極１１に対向する表面とは反対側の表面を被覆している。
【００２９】
本発明の燃料電池は、次のような動作により発電を行なう。すなわち、図１に示される燃料電池１００を参照して、燃料貯蔵室７０に液体燃料が供給されると、液体燃料は、燃料輸送部材６１の燃料貯蔵室７０側端部から、燃料輸送部材６１が有する細孔へ毛細管現象により移動する。移動した液体燃料は、燃料輸送部材６１の細孔および燃料輸送部材６１とガス透過層６２とによって形成される毛細管を通して燃料輸送部材６１内を浸透していき、燃料輸送部材６１の他端（燃料貯蔵室７０側とは反対側の端部）まで行き渡る。
【００３０】
燃料輸送部材６１内を浸透して燃料供給室６０に輸送された液体燃料は、液体燃料の蒸気を透過させるガス透過層６２を介して、燃料供給室６０の空間にガス状態で充満する。燃料供給室６０の空間に充満したガス状態の液体燃料は、アノード集電層２１の開口から燃料極１１に供給される。そして、液体燃料としてメタノール水溶液を例に挙げると、燃料極１１に供給されたガス状態のメタノール水溶液は、
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ → ＣＯ2↑＋６Ｈ+＋６ｅ-
の式で表される酸化反応を起こし消費される。一方、空気極１２においては、蓋筺体５０の開口５１およびカソード集電層２１の開口を通って到達した空気中の酸素と、電解質膜１０を介して燃料極１１から空気極１２に伝達されたプロトンとが、
３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ- → ３Ｈ2Ｏ
の式で表される還元反応を起こす。かかる酸化還元反応により、電子が、燃料極１１→アノード集電層２１→外部の電子機器（負荷）→カソード集電層２２→空気極１２のルートで移動し、外部の電子機器に対して電力が供給される。
【００３１】
燃料供給室６０内のガス状態の液体燃料は、燃料電池１００の消費電流量に応じて消費されていくこととなるが、これを補うように、燃料輸送部材６１からガス透過層６２を介して、液体燃料が随時蒸発を続けるため、燃料供給室６０内におけるガス状態の液体燃料の濃度は略一定に保持され、十分に高い電力を安定して供給することができる。
【００３２】
燃料貯蔵室７０から燃料供給室６０への液体燃料の輸送（燃料輸送部材６１内での液体燃料の浸透移動）は専ら毛細管現象を利用したものである。本発明では、液体燃料輸送用部材として、燃料輸送部材６１の表面をガス透過層６２で被覆したものを用いているため、燃料輸送部材６１自身の毛管力とともに、燃料輸送部材６１とガス透過層６２との界面に形成される毛細管による毛管力が付加され、その結果、非常に大きな毛管力が得られ、十分に高い吸い上げ高と吸い上げ速度とが実現されている。したがって、燃料貯蔵室７０から燃料供給室６０への液体燃料の輸送を、外部動力を用いることなく、そしてほぼ重力の影響を受けることなく行なうことができる。
【００３３】
このように、図１に示される燃料電池１００では、燃料貯蔵室７０から燃料供給室６０への液体燃料の輸送において非常に大きな毛管力が得られるため、使用時の燃料電池１００の向きが特に制限されず、たとえば燃料貯蔵室７０を下にし、燃料輸送部材６１を鉛直方向上向きに立てた状態で使用した場合であっても、十分に高い電力を供給することができる。また、吸い上げ速度が高いため、液体燃料が燃料輸送部材６１に染み渡る（飽和する）時間が短縮されることから、燃料電池の起動から電力が取り出されるまでの時間を短縮することができる。
【００３４】
次に、燃料電池１００を構成する各部材等について詳細に説明する。
（燃料輸送部材）
燃料輸送部材６１は、その少なくとも一部が燃料供給室６０内に配置され、燃料貯蔵室７０から燃料供給室６０に毛細管現象を利用して液体燃料を輸送するための部材であり、用いる液体燃料に対して毛細管作用を示す材料からなる。このような毛細管作用を示す材料としては、アクリル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、セルロースなどの高分子材料（プラスチック材料）および、ステンレス、チタン、タングステン、ニッケル、アルミニウム、スチールなどの金属材料からなる不規則な細孔を有する多孔質体が挙げられる。多孔質体としては、上記材料からなる不織布、発泡体、焼結体などを挙げることができる。また、上記高分子材料または金属材料からなり、毛細管として表面に規則的なまたは不規則なスリットパターン（溝パターン）を有する基板を燃料輸送部材６１として用いることもできる。
【００３５】
燃料輸送部材６１が有する細孔の細孔径は、重力に対して十分な毛細管現象が生じ、良好な吸い上げ高および吸い上げ速度を得るために、０．１〜５００μｍとすることが好ましく、１〜３００μｍとすることがより好ましい。なお、燃料輸送部材６１が有する細孔の細孔径は、水銀圧入法により測定される径である。
【００３６】
上記のなかでも、ステンレス、チタン、タングステン、ニッケル、アルミニウム、スチールなどの金属材料からなる金属多孔質体が好ましく、該金属材料を繊維状に加工し、不織布とした金属繊維不織布、およびこれを焼結し、必要に応じて圧延してなる金属繊維不織布焼結体がより好ましく、金属繊維不織布焼結体を用いることがさらに好ましい。金属繊維不織布焼結体を用いることにより、空隙率を高くした場合であっても燃料輸送部材６１の十分な強度を維持することができるため、燃料電池製造時における組み立て精度を高めることができる。また、十分な強度を維持しつつ、空隙率を高めることができるため、燃料輸送部材６１が保持可能な液体燃料量を向上させることができる。このことは、吸い上げ高さが同じ場合、吸い上げ速度がより大きくなることを意味しており、したがって、燃料貯蔵室７０から離れた燃料極１１の部位に対しても、効果的に液体燃料を供給することが可能となる。
【００３７】
金属繊維不織布および金属繊維不織布焼結体を構成する金属繊維の繊維径Ｒは特に制限されず、たとえば１０〜２００μｍとすることができる。金属繊維不織布および金属繊維不織布焼結体の空隙率は、たとえば３０〜９０％であり、吸い上げ高および吸い上げ速度向上の観点から、好ましくは５０〜８０％である。
【００３８】
また、燃料輸送部材６１を構成する材料として、ステンレス、チタン、タングステン、アルミニウムなどからなる金属繊維不織布焼結体の繊維表面に、酸化皮膜からなる不動態層を形成した金属多孔質体も好ましく用いられる。繊維表面が酸化皮膜で被覆されていると、燃料輸送部材６１から液体燃料への金属イオンの溶出が防止されるため、膜電極複合体２０に含まれる固体電解質成分（イオン交換樹脂）中に金属イオンがトラップされ、出力が低下する恐れがなくなる。図７に、金属繊維３表面が酸化皮膜４で被覆されている金属繊維不織布焼結体からなる燃料輸送部材の燃料極に対向する表面およびこれと反対側の表面にガス透過層６２を形成したときの一例を断面図で示した。
【００３９】
また、特にアルコール濃度が５０重量％以下のアルコール水溶液を液体燃料として使用する場合には、酸化皮膜からなる不動態層を形成することにより、繊維表面に対する液体燃料の濡れ性が向上するため、液体燃料の吸い上げ速度および引き上げ高さがより向上し、したがって、燃料貯蔵室７０から離れた燃料極１１の部位に対しても、より効果的に液体燃料を供給することが可能となる。
【００４０】
繊維表面が酸化皮膜で被覆された金属繊維不織布焼結体を用いる場合、金属繊維の繊維径Ｒは、たとえば１０〜２００μｍとすることができ、酸化皮膜の膜厚ｄは、０．１〜１０μｍであることが好ましい。酸化皮膜は、少なくとも原子レベルで１層形成されていれば、金属イオンの溶出防止効果および繊維表面に対する液体燃料の濡れ性向上効果を得ることができるが、酸化皮膜の膜厚ｄが０．１μｍ未満であると、後述するガス透過層６２を燃料輸送部材６１に熱圧着する製造プロセスにおいて、酸化皮膜が破損し、部分的に金属の溶出が生じたり、濡れ性が低下する恐れがある。
【００４１】
また、金属繊維の繊維径Ｒと酸化皮膜の膜厚ｄとの比Ｒ／ｄは、１０＜Ｒ／ｄ＜１００を満たすことが好ましい。酸化皮膜は非常に硬く強靭である一方、脆い性状を有するが、Ｒ／ｄを上記範囲内にすることにより、金属繊維の柔軟性を損なうことなく、破損等のない良好な酸化皮膜を形成することができる。
【００４２】
図１に示される燃料電池１００において、燃料輸送部材６１は、短冊形状、より具体的には直方体形状を有している（図１および図５参照）。ただし、これに限定されるものではなく、燃料輸送部材６１の形状は、燃料電池全体の形状や膜電極複合体の形状等に応じた適宜の形状とすることができる。直方体形状以外の他の例として、たとえば立方体形状、一端から他端に向かうに従い、幅が連続的または段階的に小さくまたは大きくなる形状（表面が台形や三角形である形状等）などの短冊形状が挙げられる。
【００４３】
燃料輸送部材６１の長さ（燃料貯蔵室７０側の一端からこれに対向する他端までの距離）は、特に制限されず、燃料電池全体の形状や膜電極複合体の形状等に応じた適宜の長さとすることができるが、燃料輸送部材６１の一端を燃料貯蔵室７０に保持された液体燃料に接触可能な位置に配置したときに、その他端が燃料極１１の端部（燃料貯蔵室７０側とは反対側の端部）の略直下の位置に配置されるような長さまたはそれ以上の長さを有していることが好ましい。これにより、燃料極１１の燃料貯蔵室７０側とは反対側の端部までを含めた燃料極１１全体にわたって、液体燃料をより効果的に供給することができる。
【００４４】
なお、「液体燃料に接触可能な位置」とは、図１に示されるように、燃料輸送部材６１の一端が燃料供給室６０と燃料貯蔵室７０とを仕切る壁（箱筺体４０の一部分である）の内部に位置する場合や、図８に示される燃料電池８００のように、燃料輸送部材６１の一端が燃料貯蔵室７０内部に位置する場合などを含む。燃料輸送部材６１の一端が燃料貯蔵室７０内部に位置するように燃料輸送部材６１の長さを調整することにより、使用時における燃料電池１００の向きがどのような向きであっても、液体燃料と燃料輸送部材６１との接触が可能となる。この場合、使用時の燃料電池１００の向きにかかわらず、燃料輸送部材６１への液体燃料の浸透を可能とするために、燃料貯蔵室７０内に位置している燃料輸送部材６１の端部側面および燃料輸送部材６１の表面は、ガス透過層６２で被覆されていないことが好ましい。
【００４５】
燃料輸送部材６１の厚みについても特に制限はなく、燃料電池１００の厚みや燃料供給室６０の高さなどに応じて適宜されるが、たとえば０．０５〜５ｍｍ程度とすることができ、燃料電池１００の小型化、ならびに、吸い上げ高および吸い上げ速度向上の観点からは０．１〜１ｍｍとすることが好ましい。
【００４６】
図１に示される燃料電池１００において、短冊形状を有する燃料輸送部材６１は、短冊形状（より具体的には直方体形状）を有する単位電池セル３０の直下の位置に、燃料輸送部材６１のガス透過層６２が形成された表面が燃料極１１に対向するように配置されている。より具体的には、燃料輸送部材６１は、アノード集電層２１および燃料供給室６１の上部空間を介して、燃料極１１の直下の位置に配置されており、かつ、燃料極１１と燃料輸送部材６１との配置関係は、上下方向（燃料電池の各部材の積層方向）（図１参照）およびこれと垂直な方向（燃料電池の幅方向）（図３〜６参照）に関して、ともに平行である。このような燃料極１１と燃料輸送部材６１との配置関係は、燃料輸送部材６１からガス透過層６２を介して蒸発したガス状の液体燃料を効率的に燃料極１１へ供給する上で極めて好ましいが、このような配置関係に限定されるものではない。たとえば、燃料輸送部材６１は、燃料貯蔵室７０から離れるに従い、次第に燃料極１１に近づくように、あるいは離れるように、上下方向に関して傾斜して配置することができる。また、燃料輸送部材６１は、燃料電池１００を上から見たときに、燃料極１１と交差するように配置してもよい。さらに、燃料輸送部材６１は、燃料極１１の直下の位置に（燃料電池１００を上からみたときに、燃料輸送部材６１の位置と燃料極１１の位置とが一致するように）配置するのではなく、ずらした状態で配置してもよい。
【００４７】
また、図１に示される燃料電池１００において燃料輸送部材６１は、燃料供給室６０における上下方向の中心部付近に配置されているが、これに限定されるものではなく、たとえば、上下方向の中心部付近以外の箇所に配置してもよいし、アノード集電層２１に接するように配置してもよいし、燃料供給室６０の底面（箱筺体４０）に接するように配置してもよい。
【００４８】
（ガス透過層）
ガス透過層６２は、燃料輸送部材６１の表面の少なくとも一部を被覆する、液体燃料の蒸気を透過可能な層である。「液体燃料の蒸気を透過可能」とは、燃料輸送部材６１内の液体燃料を、ガス透過層６２の外表面からガス状態で放出できることを意味している。ガス透過層６２内に存在する液体燃料は、液体状態であってもよいし、ガス状態であってもよい。ガス透過層６２を燃料輸送部材６１の表面に形成することにより、燃料輸送部材６１とガス透過層６２との界面にも毛細管が形成されることとなるため、非常に大きな毛管力を得ることが可能となり、これにより、吸い上げ高および吸い上げ速度を向上させることができる。また、ガス透過層６２は、液体燃料それ自体を透過させることなく、液体燃料の蒸気を透過させる層であることから、燃料輸送部材６１から燃料供給室６０、ひいては燃料極１１にガス状態の液体燃料を輸送する機能を有している。そして、燃料供給室６０への液体状態での液体燃料の輸送を抑制し、ガス状態の液体燃料を透過する結果、ガス透過層６２は、燃料極１１への液体燃料の過度の供給を抑制する機能をも果たしている。これにより、液体燃料の空気極１２へのクロスオーバーによる出力低下および燃料利用効率の低下を効果的に抑制することができる。このような液体燃料供給抑制機能は、液体燃料の水分含有量が低い場合、具体的には、液体燃料がアルコール水溶液であり、アルコール濃度が数十ｍｏｌ／Ｌ〜アルコール１００重量％と高濃度である場合に特に有効であり、このような高濃度の液体燃料を用いる場合であっても、本発明に従うガス透過層６２の形成により、液体燃料のクロスオーバーを効果的に抑制することができる。したがって、本発明の燃料電池は、高濃度の液体燃料（水分含有量が低い液体燃料）を使用する場合に特に好適である。
【００４９】
ガス透過層６２としては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリイミド、シリコンラバーなどの有機または無機高分子材料からなるシートであって、細孔径が０．０１〜１０μｍ程度である細孔を有し、この細孔をガス状態の液体燃料の通過孔とする多孔質シートや、意図的に設けられた細孔は有さず、シートを構成する高分子の分子鎖の隙間をガス状態の液体燃料の通過孔とする非多孔質シート（たとえば、上記高分子材料からなる延伸シートなど）を用いることができる。なお、ガス透過層６２が有する細孔の細孔径は、水銀圧入法により測定される径である。また、ガス透過層６２として、無機材料からなるシートを用いることもできる。無機材料からなるシートとしては、たとえば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ等からなる金属粒子を加圧下での加熱により焼結した金属粒子焼結体からなるシートなどの金属多孔質シート（または板）；チタニア（ＴｉＯ2）粒子やシリカ（ＳｉＯ2）粒子の焼結体またはポーラスアルミナ（アルミニウムを酸性電解液中で陽極酸化することにより得られる規則的なナノサイズの細孔が形成されたアルミナ）等からなるシートなどの金属酸化物多孔質シート（または板）を挙げることができる。これらのなかでも、熱圧着により容易に燃料輸送部材６１上に積層できることから、高分子材料からなるシートを用いることが好ましい。
【００５０】
ガス透過層６２が細孔を有する多孔質シートである場合、ガス透過層６２が有する細孔の細孔径は、ガス状態の液体燃料のみが透過されるために、好ましくは０．０１〜５μｍ、より好ましくは０．０１〜１μｍである。また、ガス透過層６２が細孔を有する多孔質シートである場合、ガス透過層６２の空隙率は特に制限されないが、たとえば２０〜９０％程度とすることができ、高濃度の液体燃料（たとえば高濃度アルコール）を使用する場合には、蒸発量を抑制する観点から、好ましくは２０〜５０％である。
【００５１】
ガス透過層６２の厚みは特に制限されず、たとえば２０〜５００μｍ程度とすることができ、製造プロセスにおける破損を防止する観点から、好ましくは１００〜５００μｍである。ガス透過層６２が熱圧着により燃料輸送部材６１に接合される高分子材料からなるシートである場合、ガス透過層６２は、燃料輸送部材６１の表面に存在する細孔の細孔径（好ましくは０．１〜１００μｍである）の０．５〜１０倍程度の厚みを有することが好ましい。これにより、燃料輸送部材６１の表面に存在する細孔によって形成される凹凸にガス透過層６２がアンカー効果により物理的に接合されることになるため、特に接着剤等を用いることなく、燃料輸送部材６１とガス透過層６２とを強固に接合することが可能になる。接着剤を用いて燃料輸送部材６１とガス透過層６２とを接合する場合には、特に純メタノール等の高濃度アルコールを液体燃料として使用すると、接着剤が膨潤・溶解してガス透過層６２が剥離することがあるが、熱圧着による接合によれば、高濃度の液体燃料を用いる場合であっても、ガス透過層６２の剥離などの問題を抑制することができる。高濃度の液体燃料を使用する場合のガス透過層６２の好適な例として、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンまたはポリエチレン等の高分子材料からなる厚さ２０〜５００μｍの延伸シート（高分子鎖の隙間をガス状態の液体燃料の通過孔とする非多孔質シート）を挙げることができる。
【００５２】
上述のように、ガス透過層６２は、燃料極１１への液体燃料の過度の供給を抑制する機能を有することができるが、このようなガス透過層６２の燃料供給抑制能力は、たとえば、ガス透過層６２の厚み、細孔径、空隙率、細孔の濡れ性などの調整により制御することができる。液体燃料として純メタノールを使用する場合における最適な燃料供給抑制能力を有するガス透過層の一例として、厚み１００〜５００μｍ、細孔径０．０１〜１μｍ、空隙率２０〜８０％の、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンまたはポリエチレン等の高分子材料からなる細孔を有する多孔質シートを挙げることができ、細孔内面は、フルオロアルキル基やシリル基などの官能基を導入したり、細孔内面に微細な凹凸形状を形成したりした撥油処理が施されていることが好ましい。一方、５０重量％以下のメタノール水溶液等の比較的低濃度の液体燃料を用いる場合には、ガス透過層６２の細孔内面は、親水化処理を施すことが好ましい。親水化処理としては、たとえば、予め表面張力の低い水溶性溶剤を含浸させ、これを過酸化水素水または水溶性有機溶剤の水溶液で置換し、レーザー光を照射する方法を挙げることができる。親水化処理により、燃料輸送部材６１の細孔とガス透過層の間に生じる空間においてより強い毛細管力を得ることができる。
【００５３】
図９に示される例のように、ガス透過層６２は、２以上の層からなる積層構造を有するものであってもよい。図９に示される燃料電池９００において、ガス透過層は、燃料輸送部材６１の燃料極１１に対向する表面および該表面と反対側の表面に接して形成された第１のガス透過層６２ａと、この上に積層された第２のガス透過層６２ｂとからなる。たとえば、第１のガス透過層６２ａを、上記したような親水化処理方法で作製した親水性のガス透過層とし、第２のガス透過層６２ｂを、フッ素系樹脂を延伸することで作製した撥水性のガス透過層とすることにより、燃料輸送部材６１の細孔と第１のガス透過層６２ａとの間に生じる空間においてより強い毛管力を得ながらも、第２のガス透過層６２ｂによって、燃料輸送部材６１から液体状態の液体燃料が滲み出ることを防止することが可能となる。
【００５４】
ガス透過層を２以上の層からなる積層構造とする構成は、上述の燃料供給抑制能力を制御する手段としても有効である。たとえば、高分子材料の多孔質シート等からなる第１のガス透過層６２ａ上に、ポリオレフィン系樹脂の有機溶剤溶液または分散液を塗布、乾燥し、高分子鎖の隙間をガス状態の液体燃料の通過孔とする非多孔質層からなる第２のガス透過層６２ｂを形成することにより、ガス透過層の燃料供給抑制能力をより高めることができる。この際、第２のガス透過層６２ｂの厚みは一定であってもよいが、液体燃料がアルコール水溶液またはアルコールである場合においては、燃料貯蔵室７０から離れるに従い、厚みを小さくしていくことが好ましい。燃料輸送部材６１の燃料貯蔵室７０に近い側はアルコール蒸発量が多く、燃料貯蔵室７０から離れるに従いアルコール濃度が低下するなどの理由によりアルコールの蒸発量が少なくなるが、第２のガス透過層６２ｂの厚みに上記のような傾斜を持たせることにより、燃料貯蔵室７０に近い側において液体燃料の過剰供給を適度に抑制しつつ、燃料貯蔵室７０から離れた部位においても液体燃料の十分な供給が可能となり、燃料極１１の面内で均一な反応を行なうことが可能となる。
【００５５】
本発明においてガス透過層６２は、燃料輸送部材６１の表面の少なくとも一部を被覆していればよいが、図１に示される燃料電池１００や図１０に示される燃料電池１０００のように、少なくとも燃料輸送部材６１における燃料極１１に対向する表面を被覆することが好ましい。これにより、十分な吸い上げ高および吸い上げ速度の向上が得られるとともに、燃料供給抑制機能が発揮され、液体燃料の空気極１２へのクロスオーバーによる出力低下を効果的に抑制することができる。吸い上げ高および吸い上げ速度をより向上させるために、ガス透過層６２は、燃料輸送部材６１の燃料極１１に対向する表面とともに該表面とは反対側の表面を被覆することがより好ましい（図１参照）。ガス透過層６２は、燃料貯蔵室７０側とは反対側の端部側面をさらに被覆してもよい。なお、ガス透過層６２は、燃料極１１に対向する表面とは反対側の表面のみを被覆していてもよいが、ガス透過層６２に燃料供給抑制機能を発揮させ、クロスオーバーを抑制するために、少なくとも燃料輸送部材６１における燃料極１１に対向する表面はガス透過層６２によって被覆されることが好ましい。
【００５６】
（電解質膜）
膜電極複合体２０を構成する電解質膜１０は、本発明の膜電極複合体における電解質膜は、燃料極１１から空気極１２へプロトンを伝達する機能と、燃料極１１と空気極１２との電気的絶縁性を保ち、短絡を防止する機能を有する。電解質膜の材質は、プロトン伝導性を有し、かつ電気的絶縁性を有する材質であれば特に限定されず、高分子膜、無機膜またはコンポジット膜を用いることができる。高分子膜としては、たとえば、パーフルオロスルホン酸系電解質膜である、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成社製）、フレミオン（登録商標、旭硝子社製）などが挙げられる。また、スチレン系グラフト重合体、トリフルオロスチレン誘導体共重合体、スルホン化ポリアリーレンエーテル、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリイミド、スルホン化ポリベンゾイミダゾール、ホスホン化ポリベンゾイミダゾール、スルホン化ポリフォスファゼンなどの炭化水素系電解質膜なども挙げられる。
【００５７】
無機膜としては、たとえばリン酸ガラス、硫酸水素セシウム、ポリタングストリン酸、ポリリン酸アンモニウムなどからなる膜が挙げられる。コンポジット膜としては、タングステン酸、硫酸水素セシウム、ポリタングストリン酸等の無機物とポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、パーフルオロスルホン酸等の有機物とのコンポジット膜などが挙げられる。
【００５８】
電解質膜１０の膜厚はたとえば１〜２００μｍである。また、電解質膜１０のＥＷ値（プロトン官能基１モルあたりの乾燥重量）は、８００〜１１００程度であることが好ましい。ＥＷ値が小さいほど、プロトン移動に伴う電解質膜の抵抗が小さくなり高い出力を得ることができるが、実用上は電解質膜の寸法安定性や強度の問題から、極端に小さくすることは困難である。
【００５９】
（燃料極および空気極）
電解質膜１０の一方の表面に積層される燃料極１１および他方の表面に積層される空気極１２には、少なくとも触媒と電解質とを有する多孔質層からなる触媒層が設けられる。燃料極１１用の触媒は、メタノール水溶液等の液体燃料をプロトンと電子に分解し、電解質は、生成した該プロトンを電解質膜１０へ伝導する機能を有する。空気極１２用の触媒は、電解質を伝導してきたプロトンと空気中の酸素から水を生成する機能を有する。
【００６０】
燃料極１１および空気極１２用の触媒は、カーボンやチタン等の導電体の表面に担持されていてもよく、なかでも、水酸基やカルボキシル基等の親水性の官能基を有するカーボンやチタン等の導電体の表面に担持されていることが好ましい。これにより、燃料極１１および空気極１２の保水性を向上させることができる。また、燃料極１１および空気極１２の電解質は、電解質膜１０のＥＷ値よりも小さなＥＷ値を有する材料からなることが好ましく、具体的には、電解質膜１０と同質材料であるが、ＥＷ値が４００〜８００である電解質材料が好ましい。このような電解質材料を用いることによっても、燃料極１１および空気極１２の保水性を向上させることができる。燃料極１１および空気極１２の保水性の向上により、プロトン移動に伴う電解質膜１０の抵抗や燃料極１１および空気極１２における電位分布を改善することができる。また、ＥＷ値の低い電解質は同時に液体燃料の透過性も高いことから、ＥＷ値の低い電解質を用いることにより、燃料極１１の触媒層に均一にガス状態の液体燃料を供給することができる。
【００６１】
燃料極１１および空気極１２はそれぞれ、触媒層上に積層されるアノード導電性多孔質層、カソード導電性多孔質層を備えていてもよい。これらの多孔質層は、燃料極１１、空気極１２に供給されるガス（ガス状態の液体燃料または空気）を面内において拡散させる機能を有するとともに、触媒層と電子の授受を行なう機能を有する。アノード導電性多孔質層およびカソード導電性多孔質層としては、比抵抗が小さく、電圧の低下が抑制されることから、カーボン材料；導電性高分子；Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属；Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の遷移金属；これらの金属の窒化物または炭化物等；ならびに、ステンレスに代表されるこれらの金属を含有する合金などからなる多孔質材料を用いることが好ましい。Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の、酸性雰囲気下で耐腐食性に乏しい金属を用いる場合には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの耐腐食性を有する貴金属、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化物等により表面処理（皮膜形成）を行なってもよい。より具体的には、アノード導電性多孔質層およびカソード導電性多孔質層として、たとえば、上記貴金属、遷移金属または合金からなる発泡金属、金属織物および金属焼結体；ならびにカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボン粒子を含有するエポキシ樹脂膜などを好適に用いることができる。
【００６２】
（アノード集電層およびカソード集電層）
アノード集電層２１、カソード集電層２２はそれぞれ、燃料極１１上、空気極１２上に積層され、膜電極複合体２０とともに単位電池セル３０を構成する。アノード集電層２１およびカソード集電層２２はそれぞれ、燃料極１１、空気極１２における電子を集電する機能と、電気的配線を行なう機能とを有する。集電層の材質は、比抵抗が小さく、面方向に電流を取り出しても電圧の低下が抑制されることから、金属であることが好ましく、なかでも、電子伝導性を有し、酸性雰囲気下で耐腐食性を有する金属であることがより好ましい。このような金属としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属；Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の遷移金属；およびこれらの金属の窒化物または炭化物等；ならびに、ステンレスに代表されるこれらの金属を含有する合金などが挙げられる。Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の、酸性雰囲気下で耐腐食性に乏しい金属を用いる場合には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの耐腐食性を有する貴金属、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化物等により表面処理（皮膜形成）を行なってもよい。なお、アノード導電性多孔質層およびカソード導電性多孔質層が、たとえば金属等からなり、導電性が比較的高い場合には、アノード集電層およびカソード集電層は省略されてもよい。
【００６３】
より具体的には、アノード集電層２１は、ガス状態の液体燃料を燃料供給室６０から燃料極１１へ誘導するための厚み方向に貫通する貫通孔を複数備える、上記金属材料などからなるメッシュ形状またはパンチングメタル形状を有する平板であることができる。この貫通孔は、燃料極１１の触媒層で生成する排ガス（二酸化炭素ガス等）を燃料供給室６０へ誘導するための排出孔としても機能する。同様に、カソード集電層２２は、燃料電池外部の空気を空気極１２の触媒層に供給するための厚み方向に貫通する貫通孔を複数備える、上記金属材料などからなるメッシュ形状またはパンチングメタル形状を有する平板であることができる。
【００６４】
（燃料供給室）
燃料供給室６０は、好ましくは燃料極１１の直下に配置され、その内部空間に上述のガス透過層６２で表面が被覆された燃料輸送部材６１を備えている。燃料供給室６０の内部空間は、好ましくは、燃料極１１の燃料貯蔵室７０側端部からこれと反対側の端部までの長さと同じかまたはそれ以上の長さを有しており、燃料極１１の幅と同じかまたはそれ以上の幅を有している。燃料供給室６０の内部空間の高さ（深さ）は特に制限されず、ガス透過層６２で表面が被覆された燃料輸送部材６１を設置できる高さを有していればよい。
【００６５】
図１に示される燃料電池１００において燃料供給室６０は、単位電池セル３０の下部にアノード集電層２１に接するように配置された、燃料供給室６０の内部空間を構成する凹部を有する箱筺体４０とアノード集電層２１とによって形成されている。なお、箱筺体４０は、燃料供給室６０を構成する部位とともに、燃料貯蔵室７０の底壁および側壁を構成する部位を一体として有しているが、これに限定されるものではなく、燃料供給室６０を構成する部材と燃料貯蔵室７０を構成する部材とは異なる部材であってもよい。
【００６６】
箱筺体４０は、プラスチック材料または金属材料を用いて、少なくとも燃料供給室６０の内部空間を構成する凹部を有するように適宜の形状に成形することによって作製することができる。プラスチック材料としては、たとえば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などを挙げることができる。金属材料としては、たとえば、チタン、アルミニウム等のほか、ステンレス、マグネシウム合金等の合金材料を用いることができる。これらのなかでも、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリエチレン（ＰＥ）は、３次元架橋による分子量増加により強度が高く安価に加工ができ、また軽量であることから好ましく用いられる。
【００６７】
燃料供給室６０は、燃料極１１の触媒層で生成する排ガス（二酸化炭素ガス等）を燃料供給室６０の内部空間から排出するための第１の開孔６３を有することが好ましい。図１に示される燃料電池１００において第１の開孔６３は、燃料供給室６０の内部空間と燃料貯蔵室７０の内部空間とを連通する孔（燃料供給室６０の内部空間を構成する箱筺体４０が有する壁に設けられた貫通孔）である。後述するように、燃料貯蔵室７０には、その内部空間と燃料電池外部とを連通する第２の開孔７１が設けられており、したがって、燃料極１１の触媒層で生成した排ガスは、燃料供給室６０、第１の開孔６３、燃料貯蔵室７０および第２の開孔７１を順に通って燃料電池外部に排出される。
【００６８】
また、これら第１の開孔６３および第２の開孔７１が設けられることにより、燃料供給室６０内は常に大気圧に維持されるため、燃料輸送部材６１の高い吸い上げ高および吸い上げ速度を維持することができる。すなわち、燃料輸送部材６１に液体燃料が染み込み、燃料供給室６０内が加圧状態となって、燃料輸送部材６１の吸い上げ高および吸い上げ速度が低下することを防止できる。このような吸い上げ高および吸い上げ速度の低下を効果的に防止するために、燃料供給室６０の内部空間と燃料貯蔵室７０の内部空間とを連通する第１の開孔６３の断面積は、燃料輸送部材６１が有する細孔の断面積よりも大きいことが好ましい。これにより、燃料極１１で生成した排ガスが燃料輸送部材６１中の液体燃料を燃料貯蔵室７０に押し戻しながら燃料貯蔵室７０に排出されるときの圧力損失よりも、第１の開孔６３を通って燃料貯蔵室７０に排出されるときの圧力損失の方がはるかに小さくなるため、燃料輸送部材６１の吸い上げ高および吸い上げ速度の低下が効果的に防止される。ただし、第１の開孔６３の断面積は、燃料貯蔵室７０内に保持された液体燃料が直接第１の開孔６３内に侵入して燃料供給室６０内に漏れ出さない程度の大きさとすることが好ましく、あるいは、燃料供給室６０内への液体燃料の漏出を防止するための気液分離膜（たとえば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンまたはポリエチレン等からなる多孔質膜）を第１の開孔６３内に設けることが好ましい。
【００６９】
燃料極１１で生成する排ガスを燃料供給室６０内から排出するための第１の開孔６３は、燃料供給室６０の内部空間と燃料貯蔵室７０の内部空間とを連通する孔である必要は必ずしもなく、たとえば、図１１に示される燃料電池１１００のように、燃料供給室６０の内部空間と燃料電池外部とを直接連通する孔（箱筺体４０における燃料供給室６０の底壁を構成する部位に設けられた貫通孔）であってもよい。この場合、燃料供給室６０内と燃料電池の外部とは液相を介さずにガス相のみで連通することとなるため（第１の開孔６３が燃料供給室６０の内部空間と燃料貯蔵室７０の内部空間とを連通する孔であって、燃料貯蔵室７０に保持される液体燃料の液面が第１の開孔６３の設置位置を超える場合には、燃料供給室６０内と燃料電池の外部とは液相（液体燃料）を介して連通することとなる）、排ガスを排出するための圧力損失をより小さくすることができ、燃料輸送部材６１の吸い上げ高および吸い上げ速度をより向上させることができる。特に燃料電池の起動時においては、液体燃料が瞬時に燃料輸送部材６１に浸透するため、燃料電池の起動から電力が取り出されるまでの時間をより短縮することができる。
【００７０】
第１の開孔６３が燃料供給室６０の内部空間と燃料電池外部とを直接連通する孔である場合、第１の開孔６３は、燃料貯蔵室７０からできるだけ離れた位置に配置されることが好ましく、燃料輸送部材６１の燃料貯蔵室７０側とは反対側の端部近傍に配置されることがより好ましい。液体燃料がアルコール水溶液（メタノール水溶液など）である場合、ガス透過層６２を介して放出されるガス状態の液体燃料のアルコール濃度は、燃料貯蔵室７０に近いほど高濃度となり、燃料輸送部材６１の燃料貯蔵室７０側とは反対側の端部に近づくほど低濃度となるため、上記のような位置に第１の開孔６３を設置することにより、燃料極１１で生成する排ガスとともに第１の開孔６３から排出されるアルコール量を低減することができる。第１の開孔６３から排出される液体燃料をより低減するために、第１の開孔６３内に液体燃料を燃焼させる触媒を含む多孔質層を形成することも好ましい。
【００７１】
なお、第１の開孔６３、特に燃料供給室６０の内部空間と燃料貯蔵室７０の内部空間とを連通する第１の開孔６３においては、開孔内部が液体燃料で濡れてしまうことによる排ガス通過時の圧力損失の上昇を抑制するために、液体燃料に対する第１の開孔６３内部の濡れ性を低減させることが好ましい。濡れ性を低減する方法としては、開孔内壁面に撥水処理を施すか、もしくは開孔内に撥水性の多孔質材料を充填する方法が挙げられる。ただし、使用する液体燃料の濃度および表面張力によっては、撥水処理ではなく撥油処理を施すことが好ましい場合もある。たとえば、液体燃料として純メタノールを使用する場合には、開孔内壁面に撥油処理を施すか、もしくは開孔内に撥油性の多孔質材料を充填することが好ましい。
【００７２】
第１の開孔６３の直径は、たとえば１〜１０００μｍとすることができ、好ましくは１０〜５００μｍである。
【００７３】
（燃料貯蔵室）
燃料貯蔵室７０は、好ましくは単位電池セル３０および燃料供給室６０の側方に配置される、液体燃料を保持するための室である。燃料貯蔵室７０の大きさや形状は特に制限されないが、燃料供給室６０内に配置されたガス透過層６２で被覆された燃料輸送部材６１の一端と燃料貯蔵室７０内に保持された液体燃料とが接触可能となるよう、その側壁面に開口を有する必要がある。その開口は、燃料供給室６０と燃料貯蔵室７０とを仕切る箱筺体４０の一部分を構成する壁を貫通する穴から形成されるものであってもよく、この場合、燃料輸送部材６１は、その一端が当該穴の内部に位置するか（図１）または燃料貯蔵室７０内部に位置する（図８）ように、当該穴に挿入される。
【００７４】
図１に示される燃料電池１００において燃料貯蔵室７０は、カソード集電層２２上に積層され、複数の開口５１を有する蓋筺体５０、箱筺体４０および単位電池セル３０によって形成されている。ただし、燃料貯蔵室７０は、これら蓋筺体５０および箱筺体４０を用いて構成する必要性は必ずしもなく、たとえば、燃料貯蔵室７０の上壁（天井壁）、側壁および底壁を形成する部位を一体として含む１つの部材から構成することもできる。
【００７５】
図１に示される燃料電池１００において蓋筺体５０は、燃料貯蔵室７０の上壁（天井壁）を形成するとともに、単位電池セル３０が直接露出することを防止している。蓋筺体５０の空気極１２直上部分には、空気を流通させるための複数の開口５１（ただし、開口の数は１以上あればよい）が形成されている。
【００７６】
蓋筺体５０は、プラスチック材料または金属材料を用い、適宜の形状に成形することによって作製することができる。プラスチック材料としては、たとえば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などを挙げることができる。金属材料としては、たとえば、チタン、アルミニウム等のほか、ステンレス、マグネシウム合金等の合金材料を用いることができる。これらのなかでも、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリエチレン（ＰＥ）は、３次元架橋による分子量増加により強度が高く安価に加工ができ、また軽量であることから好ましく用いられる。
【００７７】
燃料貯蔵室７０は、その内部空間と燃料電池外部とを連通する第２の開孔７１を備えることが好ましい。これにより、液体燃料が燃料輸送部材６１によって燃料供給室６０に輸送される場合においても、燃料貯蔵室７０内が大気圧に維持されるため、液体燃料の輸送が阻害されず、燃料輸送部材６１の高い吸い上げ高および吸い上げ速度を維持することができる。第１の開孔６３が燃料供給室６０の内部空間と燃料貯蔵室７０の内部空間とを連通する孔である場合、第２の開孔７１は、燃料極１１で生成した排ガスを燃料電池外部へ排出する機能も有している。図１に示される燃料電池１００において第２の開孔７１は、蓋筺体５０を厚み方向に貫通する貫通孔であるが、これに限定されるものではない。
【００７８】
第２の開孔７１からの液体燃料の漏洩を防止するために、第２の開孔７１の開孔径は十分に小さいことが好ましく（たとえば直径１００〜５００μｍ程度、好ましくは１００〜３００μｍ）、あるいは、燃料電池外部への液体燃料の漏出を防止するための気液分離膜（たとえば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンまたはポリエチレン等からなる多孔質膜）を第２の開孔７１内に設けることが好ましい。
【００７９】
なお、特に第２の開孔７１が、燃料極１１で生成した排ガスを燃料電池外部へ排出する機能を有する場合においては、第２の開孔７１の内部が液体燃料で濡れてしまうことによる排ガス通過時の圧力損失の上昇を抑制するために、液体燃料に対する第２の開孔７１内部の濡れ性を低減させることが好ましい。濡れ性を低減する方法としては、開孔内壁面に撥水処理を施すか、もしくは開孔内に撥水性の多孔質材料を充填する方法が挙げられる。ただし、使用する液体燃料の濃度および表面張力によっては、撥水処理ではなく撥油処理を施すことが好ましい場合もある。たとえば、液体燃料として純メタノールを使用する場合には、開孔内壁面に撥油処理を施すか、もしくは開孔内に撥油性の多孔質材料を充填することが好ましい。
【００８０】
以上、本発明の燃料電池について、燃料電池が１つの単位電池セルを備える実施形態を示して説明したが、本発明の燃料電池はこのような構成に限定されるものではなく、単位電池セル３０を２以上含むものであってもよい。その一例として、単位電池セル３０を４つ備える燃料電池の概略上面図を図１２に示す。この燃料電池の層構成は図１と同じであってよい。また、図１３は、燃料輸送部材６１が存在する位置で構成部材の積層方向に対して垂直な方向に切断したときの概略上面図であり、図１に示されるＶ−Ｖ線における断面図に相当する図である。
【００８１】
図１２および１３に示される燃料電池において、各単位電池セル３０は、図１の燃料電池１００と同様、短冊形状（より具体的には直方体形状）を有しており、隣り合う単位電池セル同士が互いに平行となるように、離間して配置されている。単位電池セル３０間に設けられる隙間の幅Ｌは、たとえば０．５〜１０ｍｍ程度である。ただし、各単位電池セルは必ずしも平行に配置される必要はない。
【００８２】
燃料電池が複数の単位電池セル３０を有する場合、燃料輸送部材６１は、図１３に示されるように、燃料供給室６０内に各単位電池セルに対向するように配置される複数の燃料輸送用の部材（櫛歯）が燃料貯蔵室７０側において一体化された櫛歯形状の１つの部材であってもよく、あるいは、単位電池セル３０のそれぞれに対向するように配置された単位電池セル３０と同数の複数の燃料輸送部材６１を設けるようにしてもよい。また、図１２および１３に示される例においては、単位電池セル３０と同数の燃料供給室６０が設けられているが、これに限定されるものではなく、たとえば複数の単位電池セル３０に対して燃料供給室６０を１つのみ設け、この燃料供給室６０内に複数の燃料輸送部材６１（または複数の櫛歯を有する１つの燃料輸送部材６１）を設置するようにしてもよい。複数の単位電池セルを備える燃料電池のその他の可能な変形は、上述した１つの単位電池セルを備える燃料電池と同様である。
【００８３】
なお、本発明の燃料電池において使用することのできる液体燃料としては、たとえば、メタノール、エタノールなどのアルコール類、ジメトキシメタンなどのアセタール類、ギ酸などのカルボン酸類；ギ酸メチルなどのエステル類；ならびにこれらの水溶液を挙げることができる。液体燃料は１種に限定されず、２種以上の混合物であってもよい。コストの低さや体積あたりのエネルギー密度の高さ、発電効率の高さなどの点から、メタノール水溶液または純メタノールが好ましく用いられる。
【実施例】
【００８４】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８５】
＜実施例１＞
以下の手順で図１〜６に示される燃料電池と同様の構成を有する燃料電池を作製した。
【００８６】
（１）ガス透過層６２で被覆された燃料輸送部材６１の作製
繊維径Ｒ ２０μｍ、厚さ０．８ｍｍ、目付量７００ｇ／ｍ2、空隙率８１％、細孔径２００μｍのチタン繊維不織布の焼結品（ベキニット社製）を用意し、これを幅約３０ｍｍ、長さ約６０ｍｍに切断して燃料輸送部材６１とした。また、細孔径０．１μｍ、膜厚１２５μｍ、空隙率８５％の多孔質体であるポリフッ化ビニリデン製メンブレンフィルタ（親水性デュラポア、ミリポア社製）を用意し、これを同じく約３０ｍｍ、長さ約６０ｍｍに切断して、２枚のガス透過層６２を作製した。ついで、燃料輸送部材６１の両面に、ガス透過層６２を、それらの中心が完全に一致するように重ね合わせた後、厚さ０．５ｍｍのステンレス製の隙間ゲージを用いて完全に燃料輸送部材６１がつぶれてしまうのを防止しながら、ホットプレス（１３０℃、５ｋＮ）により、燃料輸送部材６１とガス透過層６２とを熱圧着した。得られた積層体を幅１８ｍｍ、長さ５０ｍｍに切断し、厚さ０．５ｍｍの、両面がガス透過層６２で被覆された燃料輸送部材６１（以下、ガス透過層付き燃料輸送部材Ａと称する）を得た。得られたガス透過層付き燃料輸送部材Ａを、メタノール、エタノール、アセトンのそれぞれに２４時間浸漬する浸漬試験を行なったところ、ガス透過層の剥離は生じず、高濃度燃料を使用する場合においても構造的に問題がないことがわかった。
【００８７】
（２）膜電極複合体２０の作製
Ｐｔ担持量３２．５重量％、Ｒｕ担持量１６．９重量％の触媒担持カーボン粒子（ＴＥＣ６６Ｅ５０、田中貴金属社製）と、電解質である２０重量％のナフィオン（登録商標）のアルコール溶液（アルドリッチ社製）と、ｎ−プロパノールと、イソプロパノールと、ジルコニアボールとを、所定の割合でフッ素系樹脂製の容器に入れ、攪拌機を用いて５００ｒｐｍで５０分間の混合を行なうことにより、燃料極１１用の触媒ペーストを作製した。また、Ｐｔ担持量４６．８重量％の触媒担持カーボン粒子（ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ、田中貴金属社製）を用いて、燃料極１１用の触媒ペーストと同様にして、空気極１２用の触媒ペーストを作製した。
【００８８】
ついで、片面に撥水性を有する多孔質層が形成されたカーボンペーパ（２５ＢＣ、ＳＧＬ社製）を幅約３０ｍｍ、長さ約５０ｍｍに切断した後、その多孔質層上に、上記の燃料極１１用の触媒ペーストを触媒担持量が約３ｍｇ／ｃｍ2となるように、幅２５ｍｍ、長さ４５ｍｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、アノード導電性多孔質層であるカーボンペーパ上の中央にアノード触媒層が形成された、厚み約２００μｍの燃料極１１を作製した。また、同じサイズのカーボンペーパの多孔質層上に、上記の空気極１２用の触媒ペーストを触媒担持量が約１ｍｇ／ｃｍ2となるように、幅２５ｍｍ、長さ４５ｍｍのウィンドウを有したスクリーン印刷版を用いて塗布し、乾燥させることにより、カソード導電性多孔質層であるカーボンペーパ上の中央にカソード触媒層が形成された、厚み約２００μｍの空気極１２を作製した。
【００８９】
つぎに、厚さ約１７５μｍのパーフルオロスルホン酸系イオン交換膜（ナフィオン（登録商標）１１７、デュポン社製）を幅約３０ｍｍ、長さ６０ｍｍに切断して電解質膜１０とし、上記燃料極１１と電解質膜１０と上記空気極１２をこの順で、それぞれの触媒層が電解質膜１０に対向するように重ね合わせた後、１３０℃、２分間のホットプレスを行ない、燃料極１１および空気極１２を電解質膜１０に接合した。上記重ね合わせは、燃料極１１と空気極１２の電解質膜１０の面内における位置が一致するように、かつ燃料極１１と電解質膜１０と空気極１２の中心が一致するように行なった。ついで、得られた積層体の長辺側両端部を切断して、幅２０ｍｍ、長さ６０ｍｍの膜電極複合体２０を作製した。
【００９０】
（３）単位電池セル３０の作製
厚さ１００μｍ、幅２０ｍｍ、長さ６０ｍｍのステンレス板（ＮＳＳ４４５Ｍ２、日新製鋼社製）を用意し、この中央領域に、開孔径φ０．６ｍｍである複数の開孔（開孔パターン：千鳥６０°ピッチ０．８ｍｍ）を、フォトレジストマスクを用いたウェットエッチングにて両面から加工することにより、厚み方向に貫通する貫通孔を複数備えるステンレス板を２枚作製し、これらをアノード集電層２１およびカソード集電層２２とした。
【００９１】
つぎに、上記アノード集電層２１を燃料極１１上に、カーボン粒子とエポキシ樹脂とからなる導電性接着材層を介して積層するとともに、カソード集電層２２を空気極１２上に、カーボン粒子とエポキシ樹脂とからなる導電性接着材層を介して積層し、これらをホットプレスにより接合して、単位電池セル３０を作製した。なお、アノード集電層２１およびカソード集電層２２は、それらの開孔が形成された領域がそれぞれ燃料極１１、空気極１２の直上に配置されるように積層した。
【００９２】
（４）箱筺体４０の作製
幅２５ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚さ３ｍｍのポリフェニレンサルファイド製の樹脂基板（ＰＰＳ）に、燃料貯蔵室７０を形成する幅２３ｍｍ、長さ１５ｍｍ、深さ２ｍｍの凹部を切削加工するとともに、燃料供給室６０を形成する幅１８ｍｍ、長さ４５ｍｍ、深さ２ｍｍの凹部を切削加工し、箱筺体４０とした。また、燃料貯蔵室７０を形成する凹部と燃料供給室６０を形成する凹部との間に位置する仕切り壁の上部を、深さ１ｍｍ、幅１８ｍｍで切削した。
【００９３】
（５）蓋筺体５０の作製
幅２５ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚さ３ｍｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）製の樹脂基板を用意し、切削加工により、空気極１２の直上に配置される領域に２３×２ｍｍの開口５１を２０個形成するとともに、燃料貯蔵室７０の天井壁を構成する部位に第２の開孔７１として直径０．２ｍｍの貫通孔を形成した。
【００９４】
（６）燃料電池１００の作製
上記箱筺体４０の切削加工を施した仕切り壁上に、ガス透過層付き燃料輸送部材Ａの一端が当該仕切り壁上に配置されるとともに、その他端が、およそ燃料極１１の燃料貯蔵室７０側とは反対側の端部の直下に位置するようにガス透過層付き燃料輸送部材Ａを配置した。この際、ガス透過層付き燃料輸送部材Ａは、燃料極１１の直下の位置に、燃料極１１と平行になるように配置した。ついで、ガス透過層付き燃料輸送部材Ａの上記仕切り壁上に配置された部分の上に、第１の開孔６３としての、幅１８ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ、空隙率８０％のポリテトラフルオロエチレン製の多孔質フィルタを重ね合わせた。さらに、シリコンシートからなるガスケットを多孔質フィルタ上に重ねて厚み調整を行ない、燃料供給室６０を形成する空間に蓋をするように、上記の単位電池セル３０をガスケット上（および、燃料貯蔵室７０側とは反対側の領域においては箱筺体４０上）に配置した。この際、単位電池セル３０は、そのアノード集電層２１側がガスケット側（燃料供給室６０側）となるように配置した。そして、単位電池セル３０のカソード集電層２２上に、上記の蓋筺体５０を、その複数の開口５１が空気極１２の直上に配置されるように積層して、燃料電池１００を作製した。なお、本実施例では箱筺体４０と蓋筺体５０とをネジ止めすることにより、各部材の積層方向に押圧をかけ、各部材の固定化を行なったが、箱筺体４０とガス透過層付き燃料輸送部材Ａ、ガス透過層付き燃料輸送部材Ａと多孔質フィルタ、ガスケットと多孔質フィルタ、単位電池セル３０と蓋筺体５０は、ホットメルト剤を用いた熱圧着や両面テープによる貼合などの各種方法により接合してもよい。また、図６を参照して、カソード集電層２２からガス透過層６２に至る各部材の側面と箱筺体４０の側面とを、液状シール剤の充填し、これを固化させることにより接合してもよい。
【００９５】
＜実施例２＞
燃料極１１に対向する表面にのみガス透過層６２を形成したガス透過層付き燃料輸送部材Ｂを作製し、これを用いること以外は実施例１と同様にして、図１０に示される燃料電池と同様の構成を有する燃料電池を作製した。
【００９６】
＜実施例３＞
燃料極１１に対向する表面とは反対側の表面にのみガス透過層６２を形成したガス透過層付き燃料輸送部材Ｃを作製し、これを用いること以外は実施例１と同様にして、燃料電池を作製した。
【００９７】
＜実施例４＞
実施例１で用いたチタン繊維不織布の焼結品を３００℃のホットプレート上で２時間保持することにより、チタン繊維の表面に厚さ約１μｍの酸化皮膜を形成し、ついで、幅約３０ｍｍ、長さ約６０ｍｍに切断することにより燃料輸送部材６１作製した。この燃料輸送部材を用いること以外は実施例１と同様にしてガス透過層付き燃料輸送部材Ｄを作製し、さらにガス透過層付き燃料輸送部材Ｄを用いること以外は実施例１と同様にして、図１１に示される燃料電池と同様の構成を有する燃料電池を作製した。
【００９８】
＜実施例５＞
厚さ１ｍｍ、目付量２００ｇ／ｍ2、空隙率７０％、細孔径５０μｍのパルプ系不織布（ハトシートＳＦ１）を用意し、これを幅約３０ｍｍ、長さ約６０ｍｍに切断して燃料輸送部材６１とした。また、細孔径０．１μｍ、膜厚１２５μｍ、空隙率８５％の多孔質体であるポリフッ化ビニリデン製メンブレンフィルタ（親水性デュラポア、ミリポア社製）を用意し、これを同じく約３０ｍｍ、長さ約６０ｍｍに切断して、２枚のガス透過層６２を作製した。ついで、２枚のガス透過層６２の一方の表面全体に、バーコート法を用いて厚さ５μｍ程度となるように、ホットメルト剤（ＰＰＥＴ１６００、東亜合成社製）を塗布した後、燃料輸送部材６１の両面にガス透過層６２を、それらの中心が完全に一致するように、かつホットメルト剤の塗布面が燃料輸送部材６１側となるように重ね合わせた後、厚さ０．５ｍｍのステンレス製の隙間ゲージを用いて完全に燃料輸送部材６１がつぶれてしまうのを防止しながら、ホットプレス（１００℃、５ｋＮ）により、燃料輸送部材６１とガス透過層６２とを熱圧着した。得られた積層体を幅１８ｍｍ、長さ５０ｍｍに切断し、厚さ０．５ｍｍの、両面がガス透過層６２で被覆された燃料輸送部材６１（ガス透過層付き燃料輸送部材Ｅ）を作製した。ついで、ガス透過層付き燃料輸送部材Ｅを用いること以外は実施例１と同様にして、図１１に示される燃料電池と同様の構成を有する燃料電池を作製した。なお、ホットメルト剤の層もまたガス透過層に属するものであり、したがって、ガス透過層付き燃料輸送部材Ｅが有するガス透過層は２層構造からなる。
【００９９】
＜比較例１＞
ガス透過層６２を有しない燃料輸送部材（この燃料輸送部材の材質およびサイズは、実施例１で使用したものと同じである）用いること以外は実施例１と同様にして、図１４に示される燃料電池１４００を作製した。
【０１００】
（燃料電池の性能評価）
（１）燃料電池の開回路電圧および電流密度の測定
実施例１〜５および比較例１の燃料電池に、１５ｍｏｌ／Ｌのメタノール水溶液を燃料室に充填した後、燃料電池を作動させ、６０秒後の開回路電圧と、電圧０．２Ｖ時に得られた電流密度を測定した。結果を表１に示す。なお、表１における比較例１の数値「＜１０」は、装置の分解能下限界を示している。すなわち、比較例１の燃料電池の電圧０．２Ｖ時の電流密度については、時間の経過とともに、電流密度が低下し続けて評価できなかった。
【０１０１】
【表１】
【０１０２】
（２）電流密度の燃料極および空気極の長さ依存性の評価
実施例１〜３および比較例１において、燃料極１１および空気極１２の長さを変更した燃料電池を作製し、電圧０．２Ｖ時に得られる電流密度の燃料極および空気極の長さ依存性を評価した。結果を図１５に示す。なお、実施例１〜３および比較例１の燃料電池の燃料極１１および空気極１２の長さはいずれも４５ｍｍであり、この長さを１０ｍｍから最大７０ｍｍまで増減させて（比較例１については、安定した電流密度の測定が可能な長さまでとした）、燃料極１１および空気極１２の長さを変更した燃料電池を作製した。燃料極１１の長さと空気極１２の長さとは、変更後のいずれの燃料電池においても同じであり、また、燃料極１１および空気極１２の長さを変更した燃料電池においては、燃料極１１および空気極１２の長さの増減と同じ分だけガス透過層付き燃料輸送部材（比較例においては燃料輸送部材）の長さを増減させた。
【０１０３】
ガス透過層を備える本発明に係る実施例１〜５の燃料電池は、ガス透過層を有しない比較例１の燃料電池に比べて、６０秒後の開回路電圧が高く、このことは、吸い上げ速度に優れ、燃料電池の起動から電力が取り出されるまでの時間がより短いことを意味している。特に、燃料輸送部材６１として繊維表面に酸化皮膜が形成されたチタン繊維不織布の焼結品を用いた実施例４の燃料電池は、酸化皮膜を有しない実施例１の燃料電池と比べて６０秒後の開回路電圧が高く、吸い上げ速度により優れている。また、ガス透過層を有しない比較例１の燃料電池においては、燃料極１１および空気極１２の長さが４０ｍｍに近づくと急激に電流密度が低下するのに対し、実施例１〜３の燃料電池においては、燃料極１１および空気極１２の長さが４０ｍｍ以上である場合にも電流を得ることができた。特に、実施例１の燃料電池では、長さを７０ｍｍまで長くしても比較例１の燃料電池に認められる極端な電流密度の低下は観察されなかった。このことは、ガス透過層を形成することにより、とりわけ、ガス透過層を燃料輸送部材における燃料極に対向する側の表面およびこれとは反対側の表面に設けることにより、液体燃料の吸い上げ高および吸い上げ速度が顕著に向上することを意味している。
【０１０４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０５】
１０ 電解質膜、１１ 燃料極、１２ 空気極、２０ 膜電極複合体、２１ アノード集電層、２２ カソード集電層、３０ 単位電池セル、４０ 箱筺体、５０ 蓋筺体、５１ 開口、６０ 燃料供給室、６１ 燃料輸送部材、６２ ガス透過層、６２ａ 第１のガス透過層、６２ｂ 第２のガス透過層、６３ 第１の開孔、７０ 燃料貯蔵室、７１ 第２の開孔、１００，８００，９００，１０００，１１００，１４００ 燃料電池。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極、電解質膜および空気極をこの順で積層してなる膜電極複合体を備える単位電池セルと、
前記燃料極の下方に配置され、前記燃料極側が開放された空間からなる燃料供給室と、
前記燃料極に供給される液体燃料を保持するための燃料貯蔵室と、
前記液体燃料に対して毛細管作用を示す材料からなる部材であって、その一端が前記燃料貯蔵室内に保持される前記液体燃料に接触可能な位置に配置されるとともに、その他端が前記燃料供給室内部に配置され、前記燃料極に対向するように延びる燃料輸送部材と、
を含み、
前記燃料輸送部材は、その表面の少なくとも一部を被覆する層であって、前記液体燃料の蒸気を透過させるガス透過層を備える、燃料電池。
【請求項２】
前記燃料供給室は、その内部と前記燃料貯蔵室の内部とを連通する、または、その内部と燃料電池外部とを連通する第１の開孔を備え、
前記燃料貯蔵室は、その内部と燃料電池外部とを連通する第２の開孔を備える、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記ガス透過層は、前記燃料輸送部材における、前記燃料極に対向する表面を被覆する、請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記ガス透過層は、前記燃料輸送部材における、前記燃料極に対向する表面とは反対側の表面をさらに被覆する、請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記ガス透過層は、細孔径が０．０１〜１０μｍである細孔を有する多孔質樹脂層からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６】
前記ガス透過層は、２以上の層の積層構造からなる、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７】
前記燃料輸送部材は、前記液体燃料に対して毛細管作用を示す金属多孔質体からなる、請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記金属多孔質体は、繊維表面が酸化皮膜で被覆された金属繊維不織布の焼結体からなる、請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記燃料貯蔵室は、前記単位電池セルおよびその下方に配置される燃料供給室の側方に配置され、
前記燃料輸送部材は、その一端が燃料貯蔵室内に保持される前記液体燃料に接触可能な位置に配置されるとともに、その他端が前記燃料極における前記燃料貯蔵室側とは反対側の端部の略直下の位置に配置される、請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記燃料供給室は、その内部と燃料電池外部とを連通する第１の開孔を備え、
前記第１の開孔は、前記燃料輸送部材の前記他端近傍に配置される、請求項１〜９のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記単位電池セルは、前記燃料極上に積層されるアノード集電層と、前記空気極上に積層されるカソード集電層とをさらに備える、請求項１〜１０のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記単位電池セルを２以上含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１３】
２以上の前記単位電池セルのそれぞれに対向するように配置される２以上の前記燃料輸送部材を備える、請求項１２に記載の燃料電池。
【請求項１】
燃料極、電解質膜および空気極をこの順で積層してなる膜電極複合体を備える単位電池セルと、
前記燃料極の下方に配置され、前記燃料極側が開放された空間からなる燃料供給室と、
前記燃料極に供給される液体燃料を保持するための燃料貯蔵室と、
前記液体燃料に対して毛細管作用を示す材料からなる部材であって、その一端が前記燃料貯蔵室内に保持される前記液体燃料に接触可能な位置に配置されるとともに、その他端が前記燃料供給室内部に配置され、前記燃料極に対向するように延びる燃料輸送部材と、
を含み、
前記燃料輸送部材は、その表面の少なくとも一部を被覆する層であって、前記液体燃料の蒸気を透過させるガス透過層を備える、燃料電池。
【請求項２】
前記燃料供給室は、その内部と前記燃料貯蔵室の内部とを連通する、または、その内部と燃料電池外部とを連通する第１の開孔を備え、
前記燃料貯蔵室は、その内部と燃料電池外部とを連通する第２の開孔を備える、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記ガス透過層は、前記燃料輸送部材における、前記燃料極に対向する表面を被覆する、請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記ガス透過層は、前記燃料輸送部材における、前記燃料極に対向する表面とは反対側の表面をさらに被覆する、請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記ガス透過層は、細孔径が０．０１〜１０μｍである細孔を有する多孔質樹脂層からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６】
前記ガス透過層は、２以上の層の積層構造からなる、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７】
前記燃料輸送部材は、前記液体燃料に対して毛細管作用を示す金属多孔質体からなる、請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記金属多孔質体は、繊維表面が酸化皮膜で被覆された金属繊維不織布の焼結体からなる、請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記燃料貯蔵室は、前記単位電池セルおよびその下方に配置される燃料供給室の側方に配置され、
前記燃料輸送部材は、その一端が燃料貯蔵室内に保持される前記液体燃料に接触可能な位置に配置されるとともに、その他端が前記燃料極における前記燃料貯蔵室側とは反対側の端部の略直下の位置に配置される、請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記燃料供給室は、その内部と燃料電池外部とを連通する第１の開孔を備え、
前記第１の開孔は、前記燃料輸送部材の前記他端近傍に配置される、請求項１〜９のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記単位電池セルは、前記燃料極上に積層されるアノード集電層と、前記空気極上に積層されるカソード集電層とをさらに備える、請求項１〜１０のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記単位電池セルを２以上含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１３】
２以上の前記単位電池セルのそれぞれに対向するように配置される２以上の前記燃料輸送部材を備える、請求項１２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１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−１４６２２４（Ｐ２０１１−１４６２２４Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５６１３（Ｐ２０１０−５６１３）
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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