２次電池型燃料電池
【課題】２次電池型燃料電池において充電時間を短縮する。
【解決手段】本発明に係る２次電池型燃料電池は、化学反応により水素を含む燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材１と、酸素を含む酸化剤と燃料発生部材１から供給される燃料との反応により発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材に供給する水素を生成するための水蒸気の電気分解を行う電気分解機能を有する発電・電気分解部（例えば、燃料電池部２）とを備える。前記発電・電気分解部が、充電時に水蒸気の電気分解を行う燃料電池部を有し、前記燃料電池部の燃料極に、水素及び水蒸気が差異なく透過する第１の部分と、水素が水蒸気よりも優先的に透過する第２の部分とが設けられている。
【解決手段】本発明に係る２次電池型燃料電池は、化学反応により水素を含む燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材１と、酸素を含む酸化剤と燃料発生部材１から供給される燃料との反応により発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材に供給する水素を生成するための水蒸気の電気分解を行う電気分解機能を有する発電・電気分解部（例えば、燃料電池部２）とを備える。前記発電・電気分解部が、充電時に水蒸気の電気分解を行う燃料電池部を有し、前記燃料電池部の燃料極に、水素及び水蒸気が差異なく透過する第１の部分と、水素が水蒸気よりも優先的に透過する第２の部分とが設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電動作だけでなく充電動作も行える２次電池型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、典型的には、固体ポリマーイオン交換膜を用いた固体高分子電解質膜、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いた固体酸化物電解質膜等を、燃料極（アノード）と酸化剤極（カソード）とで両側から挟み込んだものを１つのセル構成としている。そして、燃料極に燃料ガス（例えば水素ガス）を供給する燃料ガス流路と、酸化剤極に酸化剤ガス（例えば酸素や空気）を供給する酸化剤ガス流路とが設けられ、これらの流路を介して燃料ガス、酸化剤ガスがそれぞれ燃料極、酸化剤極に供給されることにより発電が行われる。
【０００３】
この燃料電池は、水素と酸素から水を生成した際に電力を取り出すものであり、原理的に取り出せる電力エネルギーの効率が高いため、省エネルギーになるだけでなく、発電時の排出物が水のみであるため、環境に優れた発電方式であり、地球規模でのエネルギーや環境問題解決の切り札として期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０３０６２５号
【特許文献２】特開２０１１−２９１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、燃料電池部と、化学反応により還元性物質である燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材とを備える２次電池型燃料電池が開示されている。特許文献１で開示されている２次電池型燃料電池では、燃料電池部の燃料極と燃料発生部材とを封じた空間が閉空間になっており、その閉空間内には、燃料電池部の発電に必要となる燃料ガス（発電用ガスと称す）と、燃料電池部の発電反応によって生成した生成ガス（このガスは充電時に燃料発生部材の再生に必要となるため充電用ガスと称す）とが存在する。
【０００６】
特許文献１で開示されている２次電池型燃料電池において、例えば、燃料電池部として固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）を用い、燃料発生部材として鉄を用いた場合、発電時の燃料電池部では下記の（１）式の反応が起こる。燃料電池部として用いられているＳＯＦＣは、燃料極で水素（発電用ガス）を消費し、酸化剤極で酸素を消費して発電を行う。そして、燃料極側で生成された水蒸気（充電用ガス）は燃料発生部材に供給される。
Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ …（１）
【０００７】
また、発電時の燃料発生部材では下記の（２）式の反応が起こる。燃料発生部材として用いられている鉄は、燃料電池部から供給された水蒸気を消費して水素を生成し、その生成した水素を燃料電池部へと供給する。
３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ→Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２ …（２）
【０００８】
また、充電時においては、上記の（１）式および（２）式の逆反応がそれぞれ起こる。このため、充電時に燃料電池部は充電用ガスである水蒸気を電気分解し、燃料極で水素を生成し、酸化剤極で酸素を生成する。また、充電時に燃料発生部材は、燃料電池部の燃料極から供給された水素を消費して酸化鉄を還元して水蒸気（充電用ガス）を生成し、その生成した水蒸気（充電用ガス）を燃料電池部の燃料極へと供給する。
【０００９】
しかしながら、上記の（２）式の反応は化学反応であるため、化学平衡状態が存在し、発電時において、水素（発電用ガス）と水蒸気（充電用ガス）とが混在した混合ガスが燃料電池部の燃料極と燃料発生部材とを封じた閉空間内に残存する。例えば300℃における平衡時の水素と水蒸気との分圧比は水素：水蒸気≒0.965：0.035であり、400℃における平衡時の水素と水蒸気との分圧比は水素：水蒸気≒0.909：0.091であり、600℃における平衡時の水素と水蒸気との分圧比は水素：水蒸気≒0.753：0.247であり、鉄が十分に反応すれば、燃料発生部材の温度に応じた平衡時の分圧比で水素と水蒸気が混合した混合ガスが燃料電池部へと供給される。なお、充電時においても、上記の（２）式の反応方向が逆転するだけであり、同様に燃料発生部材の温度に応じた平衡時の分圧比で水素と水蒸気が混在した混合ガスが燃料電池部へと供給される。
【００１０】
上述した分圧比の例から明らかなように、燃料発生部材の温度に応じた平衡時の分圧比で水素と水蒸気が混在した混合ガスは、発電用ガスである水素の方が充電用ガスである水蒸気よりも含有量が多い。このため、燃料電池部において充電反応が効率良く行えない、すなわち充電時間が長くなってしまうという課題がある。
【００１１】
なお、高濃度な燃料ガスを燃料電池に供給する方法として、例えば特許文献２においては、水素分離膜を設けて、混合ガスから水素のみを分離して燃料電池に供給している。しかしながら、特許文献２に記載のシステム構成では、特許文献１で開示されている２次電池型燃料電池とは異なり、燃料極側に水素しか流せないため、燃料電池部の燃料極側に水蒸気を供給する必要がある充電動作を行うことができない。すなわち、特許文献２に記載のシステム構成では、２次電池型燃料電池を実現することができない。
【００１２】
本発明は、上記の状況に鑑み、充電時間の短縮を図ることができる２次電池型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】
上記目的を達成するために本発明に係る２次電池型燃料電池は、化学反応により水素を含む燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材と、酸素を含む酸化剤と前記燃料発生部材から供給される燃料との反応により発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材に供給する水素を生成するための水蒸気の電気分解を行う電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、前記発電・電気分解部が、充電時に水蒸気の電気分解を行う燃料電池部を有し、前記燃料電池部の燃料極に、水素及び水蒸気が差異なく透過する第１の部分と、水素が水蒸気よりも優先的に透過する第２の部分とが設けられている構成（第１の構成）とする。
【００１４】
このような構成によると、充電時に、燃料発生部材から燃料電池部に供給された混合ガスは、第１の部分から優先的に燃料極の内部に流入し、燃料極と電解質との界面で起こる充電反応後のガスは、流入ガスの気流に乗って、第２の部分から燃料極の外部に流出する。このとき、水素は第２の部分から抜けていくが、燃料極の内部で未反応のまま残った水蒸気は第２の部分によって透過が阻害されるため、燃料極の内部に残る。その結果、燃料極内の水蒸気濃度は、燃料発生部材から燃料電池部に供給される混合ガスの水蒸気濃度よりも高くなるため、燃料極と電解質との界面で起こる充電反応が促進される。この充電反応の促進によって、充電時間を短縮することができる。
【００１５】
また、上記第１の構成の２次電池型燃料電池において、前記第２の部分は、水素を透過し、水蒸気の透過を妨げる水素透過部材が前記燃料極の表面上に設けられている部分であり、前記第１の部分は、前記水素透過部材が設けられていない部分である構成（第２の構成）にしてもよい。
【００１６】
また、上記第１又は第２の構成の２次電池型燃料電池において、前記第１の部分は、電極構造内の最小開口径が水素の分子直径および水蒸気の分子直径のそれぞれよりも大きい部分であり、前記第２の部分は、電極構造内の最小開口径が水素の分子直径よりも大きく水蒸気の分子直径よりも小さい部分である構成（第３の構成）にしてもよい。
【００１７】
また、上記第１〜３のいずれかの構成の２次電池型燃料電池において、充電時に前記燃料発生部材から前記燃料極の第１の部分に偏って水素と水蒸気の混合ガスが供給される構成（第４の構成）にしてもよい。
【００１８】
また、上記第１〜３のいずれかの構成の２次電池型燃料電池において、前記燃料発生部材の燃料を放出する放出面と前記燃料極の燃料が供給される供給面とが対向しており、前記燃料極に複数の前記第１の部分が分散して設けられている構成（第５の構成）にしてもよい。
【００１９】
また、上記第１〜５のいずれかの構成の２次電池型燃料電池において、前記燃料電池部が固体酸化物燃料電池であるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る２次電池型燃料電池によると、充電時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池の概略構成を示す図である。
【図２】燃料極と電解質との界面近傍の構造を示す模式図である。
【図３】水素透過膜の概略構成を示す図である。
【図４】充電時における燃料電池部の動作を示す模式図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態での燃料極と電解質との界面近傍の構造を示す模式図である。
【図７】本発明の第３実施形態での燃料極と電解質との界面近傍の他の構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。なお、本発明は、後述する実施形態に限られない。
【００２３】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池の概略構成を図１に示す。本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池は、化学反応により水素を含む燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材１と、酸素を含む酸化剤と燃料発生部材１から供給される燃料との反応により発電を行う燃料電池部２と、燃料発生部材１を収容する容器３と、燃料電池部２を収容する容器４と、燃料発生部材１と燃料電池部２とを連通するガス流通経路５とを備えている。
【００２４】
ガス流通経路５には必要に応じて、ブロアやポンプ等の循環器を設けてもよい。また、燃料発生部材１の周辺や燃料電池部２の周辺には必要に応じて、温度を調節するヒーター等を設けてもよい。
【００２５】
燃料発生部材１としては、例えば、金属を母材として、その表面に金属または金属酸化物が添加されており、化学反応によって燃料を発生するものを用いることができる。母材の金属としては例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｖ、Ｍｇやこれらを基材とする合金が挙げられ、特にＦｅは安価で、加工も容易なので好ましい。また、添加される金属としては、Ａｌ、Ｒｄ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｖ、Ｍｏが挙げられ、添加される金属酸化物としてはＳｉＯ２、ＴｉＯ２が挙げられる。ただし、母材となる金属と、添加される金属は同一の材料ではない。なお、本実施形態においては、燃料発生部材１として、Ｆｅを主体とする水素発生部材を用いる。
【００２６】
また、燃料発生部材１においては、その反応性を上げるために単位体積当りの表面積を大きくすることが望ましい。燃料発生部材１の単位体積当りの表面積を増加させる方策としては、例えば、燃料発生部材１の主体を微粒子化し、その微粒子化したものを成型すればよい。微粒子化の方法は例えばボールミル等を用いた粉砕によって粒子を砕く方法が挙げられる。さらに、機械的な手法などにより微粒子にクラックを発生させることで微粒子の表面積をより一層増加させてもよく、酸処理、アルカリ処理、ブラスト加工などによって微粒子の表面を荒らして微粒子の表面積をより一層増加させてもよい。また、燃料発生部材１としては、微粒子をガスが通過する程度の空隙を残して固めたものであってもよいし、ペレット状の粒に形成してこの粒を多数空間内に埋める形態であっても構わない。
【００２７】
燃料電池部２は、図１に示す通り、電解質膜６の両面に燃料極７と酸化剤極である空気極８を接合したＭＥＡ構造(膜・電極接合体：Membrane Electrode Assembly)である。なお、図１では、ＭＥＡを１つだけ設けた構造を図示しているが、ＭＥＡを複数設けたり、さらに複数のＭＥＡを積層構造にしたりしてもよい。
【００２８】
電解質膜６の材料としては、酸素イオン又は水酸化物イオンを通す電解質、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いた固体酸化物電解質を用い、発電時に燃料極７側に水を発生させるようにしている。この場合、発電時に燃料極７側に発生した水を用いた化学反応によって燃料発生部材１から水素を発生させることができる。
【００２９】
電解質膜６は、電気化学蒸着法（ＣＶＤ−ＥＶＤ法；Chemical Vapor Deposition -Electrochemical Vapor Deposition）等を用いて形成することができる。
【００３０】
燃料極７、空気極８はそれぞれ、例えば、電解質膜６に接する触媒層と、その触媒層に積層された拡散電極とからなる構成にすることができる。触媒層としては、例えば白金黒或いは白金合金をカーボンブラックに担持させたもの等を用いることができる。また、燃料極７の拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、Ｎｉ−Ｆｅ系サーメットやＮｉ−ＹＳＺ系サーメット等を用いることができる。また、空気極８の拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、Ｌａ−Ｍｎ−Ｏ系化合物やＬａ−Ｃｏ−Ｃｅ系化合物等を用いることができる。燃料極７、空気極８はそれぞれ、例えば蒸着法等を用いて形成することができる。
【００３１】
燃料極７は、図２に示す通り、ガスが透過できるように多孔質形状になっている。燃料電池部２として固体酸化物燃料電池を用いた場合、燃料極７と電解質６との界面において、発電時には下記の（３）式の反応が起こり、充電時には下記の（３）式の逆反応である下記の（４）式の反応が起こる。
Ｈ２＋Ｏ２-→Ｈ２Ｏ＋２ｅ- …（３）
Ｈ２Ｏ＋２ｅ-→Ｈ２＋Ｏ２- …（４）
【００３２】
燃料極７の一部の表面上には、図１に示す通り、水素を透過し、水蒸気の透過を妨げる水素透過部９が設けられている。燃料極７の、表面上に水素透過部９が設けられている部分は、水素が水蒸気よりも優先的に透過する部分になる。これに対して、燃料極７の、表面上に水素透過部９が設けられていない部分は、水素及び水蒸気が差異なく透過する部分になる。
【００３３】
水素透過部９には、例えば、Ｐｄのように水素透過部材として一般的に用いられている材料を用いてもよいし、プロトン導電性の電解質を２つの電極で挟み込んだ水素透過膜を用いてもよい。プロトン導電性の電解質を２つの電極で挟み込んだ水素透過膜は、図３に示すように、２つの電極９１及び９３間に電圧を印加することによって、水素分子は陽極である電極９３側でプロトンとなって電解質９２内を陰極である電極９１側へと移動し、陰極である電極９１側で再び水素分子となる。プロトン導電性の電解質には、強度や耐熱性等の観点からＳｒＣｅＯ３等のＣｅやＺｒを基材としたセラミクス系の固体電解質を用いることが好ましい。
【００３４】
次に、充電時における燃料電池部２の動作について図４を参照して説明する。充電時には燃料発生部材１から水蒸気と水素を含む混合ガスが燃料電池部２に供給される。燃料電池部２に供給された混合ガスは、流入抵抗が少ない水素透過部９が設けられていない部分から優先的に燃料極７の内部に流入する。例えば燃料電池部２に固体酸化物燃料電池を用いた場合、燃料極７と電解質６との界面において上述した（４）式の反応が生じて水蒸気が消費され、水素が生成される。燃料極７の内部へのガス流入は、水素透過部９が設けられていない部分から優先的に行われているため、反応後のガスは流入ガスの気流に乗って、水素透過部９が設けられている部分から燃料極７の外部に流出する。このとき、水素は水素透過部９を透過するので燃料極７から抜けていくが、燃料極７の内部で未反応のまま残った水蒸気は、水素透過部９によって透過が阻害されるため、燃料極７の内部に残る。その結果、燃料極７内の水蒸気濃度は、燃料発生部材１から燃料電池部２に供給される混合ガスの水蒸気濃度よりも高くなるため、燃料極７と電解質６との界面で起こる充電反応が促進される。この充電反応の促進によって、充電時間を短縮することができる。
【００３５】
なお、水素透過部９は燃料極７の表面の一部に適当に設けてもよいが、例えば、図１に示すように、燃料発生部材１から燃料電池部２へのガス供給が、燃料電池部２の或る部分（図１においては紙面上部）に偏って供給される場合は、前記ガスが偏って供給される部分を水素透過部９が設けられていない部分とすることが好ましい。この好適態様によると、燃料発生部材１から供給されるガスを燃料極７の内部によりスムーズに流入させることができる。
【００３６】
また、水素透過部９にプロトン導電性の電解質を２つの電極で挟み込んだ水素透過膜を用いている場合、発電時には水素の透過方向を図４に示す矢印と逆方向にすることで燃料極７の内部への水素の流入量を増やすことができる。
【００３７】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池の概略構成を図５に示す。なお、図５において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池は、本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池と異なり、燃料発生部材１と燃料電池部２とを同一の容器１０に収容している構成である。
【００３８】
図５に示す通り、本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池においては、燃料発生部材１の燃料を放出する放出面１ａと燃料極７の燃料が供給される供給面７ａとは対向し、図示しないビーズ等のスペーサにより一定の間隔で平行に配置される。このような構成により、燃料発生部材１から燃料電池部２へガスが面状に均一に供給される。
【００３９】
水素透過部９は燃料極７の表面の一部に適当に設けてもよいが、例えば、図５に示すように、燃料発生部材１の燃料を放出する放出面１ａと燃料極７の燃料が供給される供給面７ａとが対向している場合は、複数の水素透過部９を燃料極７の表面上に分散して設けることが好ましい。この好適態様によると、燃料発生部材１から均一に供給されるガスの流れを阻害することなく、燃料極７の内部によりスムーズに流入させることができる。
【００４０】
本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池も本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池と同様に、充電時において、燃料極７内の水蒸気濃度が、燃料発生部材１から燃料電池部２に供給される混合ガスの水蒸気濃度よりも高くなるため、燃料極７と電解質６との界面で起こる充電反応が促進される。その結果、充電時間を短縮することができる。
【００４１】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る２次電池型燃料電池は、燃料発生部材１及び燃料電池部２の材料や配置については本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池または本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池と同様であるが、本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池及び本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池と異なり、水素透過部９を設けず、図６や図７に示すように燃料極７の多孔質形状を部分的に異なるようにして、水素及び水蒸気が差異なく透過する第１の部分７１と、水素が水蒸気よりも優先的に透過する第２の部分７２とを燃料極７に設けている。より具体的には、水素の分子直径をσ1とし、水蒸気の分子直径をσ2として、φ1＞σ1かつφ1＞σ２となる最小開口径φ1を有する部分と、σ２＞φ２＞σ1となる最小開口径φ２を有する部分とを燃料極７に設けている。燃料極７の、φ1＞σ1かつφ1＞σ２となる最小開口径φ1を有する部分は、水素及び水蒸気が差異なく透過する部分になる。これに対して、燃料極７の、σ２＞φ２＞σ1となる最小開口径φ２を有する部分は、水素が水蒸気よりも優先的に透過する部分になる。
【００４２】
なお、燃料発生部材１及び燃料電池部２の配置を本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池と同様にする場合、水素透過部９を設けないので、燃料発生部材１の燃料を放出する放出面１ａと燃料極７の燃料が供給される供給面７ａとを間隔をあけずに対向させる、すなわち燃料発生部材１の燃料を放出する放出面１ａと燃料極７の燃料が供給される供給面７ａとを重ねるように配置することも可能である。
【００４３】
最小開口径が場所によって異なる構造の燃料極７を作製する方法としては、例えば、燃料極７の形成時に燃料極材料に有機系バインダー等を混ぜておき、その有機系バインダー等の量を場所によって変えておき、燃料極７の形成後に昇温による気化等で有機系バインダー等を除去する方法を挙げることができる。この方法によると、図６に示す構造の燃料極７を得ることができる。また、燃料極材料の粒径を場所によって変えて燃料極７を形成してもよい。この方法によると、図７に示す構造の燃料極７を得ることができる。また、ここで例示した２つの方法を組み合わせて実施してもよい。
【００４４】
燃料極７を上記のように最小開口径が場所によって異なる構造にした場合、充電時に燃料電池部２に供給された混合ガスは、流入抵抗が少ない最小開口径φ1を有する部分から優先的に燃料極７の内部に流入する。例えば燃料電池部２に固体酸化物燃料電池を用いた場合、燃料極７と電解質６との界面において上述した（４）式の反応が生じて水蒸気が消費され、水素が生成される。燃料極７の内部へのガス流入は、最小開口径φ1を有する部分から優先的に行われているため、反応後のガスは流入ガスの気流に乗って、最小開口径φ２を有する部分から燃料極７の外部に流出する。このとき、水素は分子直径σ1が最小開口径φ２よりも小さいので燃料極７から抜けていくが、燃料極７の内部で未反応のまま残った水蒸気は分子直径σ２が最小開口径φ２よりも大きく透過が阻害されるため、燃料極７の内部に残る。その結果、燃料極７内の水蒸気濃度は、燃料発生部材１から燃料電池部２に供給される混合ガスの水蒸気濃度よりも高くなるため、燃料極７と電解質６との界面で起こる充電反応が促進される。この充電反応の促進によって、充電時間を短縮することができる。
【００４５】
なお、最小開口径φ1を有する部分及び最小開口径φ２を有する部分はそれぞれ燃料極７に適当に設けてもよいが、第１実施形態と同様に燃料発生部材１から燃料電池部２へのガス供給が、燃料電池部２の或る部分に偏って供給される場合は、前記ガスが偏って供給される部分を最小開口径φ1を有する部分とし、前記ガスが余り供給されない部分を最小開口径φ２を有する部分とすることが好ましく、また、第２実施形態と同様に燃料発生部材１の燃料を放出する放出面１ａと燃料極７の燃料が供給される供給面７ａとが対向している場合は、複数の最小開口径φ1を有する部分を燃料極７に分散して設け、複数の最小開口径φ２を有する部分も燃料極７に分散して設けることが好ましい。
【００４６】
また、説明を簡単にするため、本発明の第３実施形態に係る２次電池型燃料電池では、水素透過部９を設けていない構成としたが、燃料極７の、最小開口径φ2を有する部分の表面に水素透過部９を設けてもよい。
【００４７】
＜変形例＞
上述した各実施形態では、１つの燃料電池部２が発電も水の電気分解も行っているが、燃料電池（例えば発電専用の固体酸化物燃料電池）と水の電気分解器（例えば水の電気分解専用の固体酸化物燃料電池）が燃料発生部材１に対してガス流路上並列に接続される構成にしてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１ 燃料発生部材
１ａ 燃料の放出面
２ 燃料電池部
３、４、１０ 容器
５ ガス流通経路
６ 電解質膜
７ 燃料極
７ａ 燃料の供給面
８ 空気極
９ 水素透過部
９１、９３ 電極
９２ プロトン導電性の電解質
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電動作だけでなく充電動作も行える２次電池型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、典型的には、固体ポリマーイオン交換膜を用いた固体高分子電解質膜、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いた固体酸化物電解質膜等を、燃料極（アノード）と酸化剤極（カソード）とで両側から挟み込んだものを１つのセル構成としている。そして、燃料極に燃料ガス（例えば水素ガス）を供給する燃料ガス流路と、酸化剤極に酸化剤ガス（例えば酸素や空気）を供給する酸化剤ガス流路とが設けられ、これらの流路を介して燃料ガス、酸化剤ガスがそれぞれ燃料極、酸化剤極に供給されることにより発電が行われる。
【０００３】
この燃料電池は、水素と酸素から水を生成した際に電力を取り出すものであり、原理的に取り出せる電力エネルギーの効率が高いため、省エネルギーになるだけでなく、発電時の排出物が水のみであるため、環境に優れた発電方式であり、地球規模でのエネルギーや環境問題解決の切り札として期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０３０６２５号
【特許文献２】特開２０１１−２９１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、燃料電池部と、化学反応により還元性物質である燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材とを備える２次電池型燃料電池が開示されている。特許文献１で開示されている２次電池型燃料電池では、燃料電池部の燃料極と燃料発生部材とを封じた空間が閉空間になっており、その閉空間内には、燃料電池部の発電に必要となる燃料ガス（発電用ガスと称す）と、燃料電池部の発電反応によって生成した生成ガス（このガスは充電時に燃料発生部材の再生に必要となるため充電用ガスと称す）とが存在する。
【０００６】
特許文献１で開示されている２次電池型燃料電池において、例えば、燃料電池部として固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）を用い、燃料発生部材として鉄を用いた場合、発電時の燃料電池部では下記の（１）式の反応が起こる。燃料電池部として用いられているＳＯＦＣは、燃料極で水素（発電用ガス）を消費し、酸化剤極で酸素を消費して発電を行う。そして、燃料極側で生成された水蒸気（充電用ガス）は燃料発生部材に供給される。
Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ …（１）
【０００７】
また、発電時の燃料発生部材では下記の（２）式の反応が起こる。燃料発生部材として用いられている鉄は、燃料電池部から供給された水蒸気を消費して水素を生成し、その生成した水素を燃料電池部へと供給する。
３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ→Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２ …（２）
【０００８】
また、充電時においては、上記の（１）式および（２）式の逆反応がそれぞれ起こる。このため、充電時に燃料電池部は充電用ガスである水蒸気を電気分解し、燃料極で水素を生成し、酸化剤極で酸素を生成する。また、充電時に燃料発生部材は、燃料電池部の燃料極から供給された水素を消費して酸化鉄を還元して水蒸気（充電用ガス）を生成し、その生成した水蒸気（充電用ガス）を燃料電池部の燃料極へと供給する。
【０００９】
しかしながら、上記の（２）式の反応は化学反応であるため、化学平衡状態が存在し、発電時において、水素（発電用ガス）と水蒸気（充電用ガス）とが混在した混合ガスが燃料電池部の燃料極と燃料発生部材とを封じた閉空間内に残存する。例えば300℃における平衡時の水素と水蒸気との分圧比は水素：水蒸気≒0.965：0.035であり、400℃における平衡時の水素と水蒸気との分圧比は水素：水蒸気≒0.909：0.091であり、600℃における平衡時の水素と水蒸気との分圧比は水素：水蒸気≒0.753：0.247であり、鉄が十分に反応すれば、燃料発生部材の温度に応じた平衡時の分圧比で水素と水蒸気が混合した混合ガスが燃料電池部へと供給される。なお、充電時においても、上記の（２）式の反応方向が逆転するだけであり、同様に燃料発生部材の温度に応じた平衡時の分圧比で水素と水蒸気が混在した混合ガスが燃料電池部へと供給される。
【００１０】
上述した分圧比の例から明らかなように、燃料発生部材の温度に応じた平衡時の分圧比で水素と水蒸気が混在した混合ガスは、発電用ガスである水素の方が充電用ガスである水蒸気よりも含有量が多い。このため、燃料電池部において充電反応が効率良く行えない、すなわち充電時間が長くなってしまうという課題がある。
【００１１】
なお、高濃度な燃料ガスを燃料電池に供給する方法として、例えば特許文献２においては、水素分離膜を設けて、混合ガスから水素のみを分離して燃料電池に供給している。しかしながら、特許文献２に記載のシステム構成では、特許文献１で開示されている２次電池型燃料電池とは異なり、燃料極側に水素しか流せないため、燃料電池部の燃料極側に水蒸気を供給する必要がある充電動作を行うことができない。すなわち、特許文献２に記載のシステム構成では、２次電池型燃料電池を実現することができない。
【００１２】
本発明は、上記の状況に鑑み、充電時間の短縮を図ることができる２次電池型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】
上記目的を達成するために本発明に係る２次電池型燃料電池は、化学反応により水素を含む燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材と、酸素を含む酸化剤と前記燃料発生部材から供給される燃料との反応により発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材に供給する水素を生成するための水蒸気の電気分解を行う電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、前記発電・電気分解部が、充電時に水蒸気の電気分解を行う燃料電池部を有し、前記燃料電池部の燃料極に、水素及び水蒸気が差異なく透過する第１の部分と、水素が水蒸気よりも優先的に透過する第２の部分とが設けられている構成（第１の構成）とする。
【００１４】
このような構成によると、充電時に、燃料発生部材から燃料電池部に供給された混合ガスは、第１の部分から優先的に燃料極の内部に流入し、燃料極と電解質との界面で起こる充電反応後のガスは、流入ガスの気流に乗って、第２の部分から燃料極の外部に流出する。このとき、水素は第２の部分から抜けていくが、燃料極の内部で未反応のまま残った水蒸気は第２の部分によって透過が阻害されるため、燃料極の内部に残る。その結果、燃料極内の水蒸気濃度は、燃料発生部材から燃料電池部に供給される混合ガスの水蒸気濃度よりも高くなるため、燃料極と電解質との界面で起こる充電反応が促進される。この充電反応の促進によって、充電時間を短縮することができる。
【００１５】
また、上記第１の構成の２次電池型燃料電池において、前記第２の部分は、水素を透過し、水蒸気の透過を妨げる水素透過部材が前記燃料極の表面上に設けられている部分であり、前記第１の部分は、前記水素透過部材が設けられていない部分である構成（第２の構成）にしてもよい。
【００１６】
また、上記第１又は第２の構成の２次電池型燃料電池において、前記第１の部分は、電極構造内の最小開口径が水素の分子直径および水蒸気の分子直径のそれぞれよりも大きい部分であり、前記第２の部分は、電極構造内の最小開口径が水素の分子直径よりも大きく水蒸気の分子直径よりも小さい部分である構成（第３の構成）にしてもよい。
【００１７】
また、上記第１〜３のいずれかの構成の２次電池型燃料電池において、充電時に前記燃料発生部材から前記燃料極の第１の部分に偏って水素と水蒸気の混合ガスが供給される構成（第４の構成）にしてもよい。
【００１８】
また、上記第１〜３のいずれかの構成の２次電池型燃料電池において、前記燃料発生部材の燃料を放出する放出面と前記燃料極の燃料が供給される供給面とが対向しており、前記燃料極に複数の前記第１の部分が分散して設けられている構成（第５の構成）にしてもよい。
【００１９】
また、上記第１〜５のいずれかの構成の２次電池型燃料電池において、前記燃料電池部が固体酸化物燃料電池であるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る２次電池型燃料電池によると、充電時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池の概略構成を示す図である。
【図２】燃料極と電解質との界面近傍の構造を示す模式図である。
【図３】水素透過膜の概略構成を示す図である。
【図４】充電時における燃料電池部の動作を示す模式図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態での燃料極と電解質との界面近傍の構造を示す模式図である。
【図７】本発明の第３実施形態での燃料極と電解質との界面近傍の他の構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。なお、本発明は、後述する実施形態に限られない。
【００２３】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池の概略構成を図１に示す。本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池は、化学反応により水素を含む燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材１と、酸素を含む酸化剤と燃料発生部材１から供給される燃料との反応により発電を行う燃料電池部２と、燃料発生部材１を収容する容器３と、燃料電池部２を収容する容器４と、燃料発生部材１と燃料電池部２とを連通するガス流通経路５とを備えている。
【００２４】
ガス流通経路５には必要に応じて、ブロアやポンプ等の循環器を設けてもよい。また、燃料発生部材１の周辺や燃料電池部２の周辺には必要に応じて、温度を調節するヒーター等を設けてもよい。
【００２５】
燃料発生部材１としては、例えば、金属を母材として、その表面に金属または金属酸化物が添加されており、化学反応によって燃料を発生するものを用いることができる。母材の金属としては例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｖ、Ｍｇやこれらを基材とする合金が挙げられ、特にＦｅは安価で、加工も容易なので好ましい。また、添加される金属としては、Ａｌ、Ｒｄ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｖ、Ｍｏが挙げられ、添加される金属酸化物としてはＳｉＯ２、ＴｉＯ２が挙げられる。ただし、母材となる金属と、添加される金属は同一の材料ではない。なお、本実施形態においては、燃料発生部材１として、Ｆｅを主体とする水素発生部材を用いる。
【００２６】
また、燃料発生部材１においては、その反応性を上げるために単位体積当りの表面積を大きくすることが望ましい。燃料発生部材１の単位体積当りの表面積を増加させる方策としては、例えば、燃料発生部材１の主体を微粒子化し、その微粒子化したものを成型すればよい。微粒子化の方法は例えばボールミル等を用いた粉砕によって粒子を砕く方法が挙げられる。さらに、機械的な手法などにより微粒子にクラックを発生させることで微粒子の表面積をより一層増加させてもよく、酸処理、アルカリ処理、ブラスト加工などによって微粒子の表面を荒らして微粒子の表面積をより一層増加させてもよい。また、燃料発生部材１としては、微粒子をガスが通過する程度の空隙を残して固めたものであってもよいし、ペレット状の粒に形成してこの粒を多数空間内に埋める形態であっても構わない。
【００２７】
燃料電池部２は、図１に示す通り、電解質膜６の両面に燃料極７と酸化剤極である空気極８を接合したＭＥＡ構造(膜・電極接合体：Membrane Electrode Assembly)である。なお、図１では、ＭＥＡを１つだけ設けた構造を図示しているが、ＭＥＡを複数設けたり、さらに複数のＭＥＡを積層構造にしたりしてもよい。
【００２８】
電解質膜６の材料としては、酸素イオン又は水酸化物イオンを通す電解質、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いた固体酸化物電解質を用い、発電時に燃料極７側に水を発生させるようにしている。この場合、発電時に燃料極７側に発生した水を用いた化学反応によって燃料発生部材１から水素を発生させることができる。
【００２９】
電解質膜６は、電気化学蒸着法（ＣＶＤ−ＥＶＤ法；Chemical Vapor Deposition -Electrochemical Vapor Deposition）等を用いて形成することができる。
【００３０】
燃料極７、空気極８はそれぞれ、例えば、電解質膜６に接する触媒層と、その触媒層に積層された拡散電極とからなる構成にすることができる。触媒層としては、例えば白金黒或いは白金合金をカーボンブラックに担持させたもの等を用いることができる。また、燃料極７の拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、Ｎｉ−Ｆｅ系サーメットやＮｉ−ＹＳＺ系サーメット等を用いることができる。また、空気極８の拡散電極の材料としては、例えばカーボンペーパ、Ｌａ−Ｍｎ−Ｏ系化合物やＬａ−Ｃｏ−Ｃｅ系化合物等を用いることができる。燃料極７、空気極８はそれぞれ、例えば蒸着法等を用いて形成することができる。
【００３１】
燃料極７は、図２に示す通り、ガスが透過できるように多孔質形状になっている。燃料電池部２として固体酸化物燃料電池を用いた場合、燃料極７と電解質６との界面において、発電時には下記の（３）式の反応が起こり、充電時には下記の（３）式の逆反応である下記の（４）式の反応が起こる。
Ｈ２＋Ｏ２-→Ｈ２Ｏ＋２ｅ- …（３）
Ｈ２Ｏ＋２ｅ-→Ｈ２＋Ｏ２- …（４）
【００３２】
燃料極７の一部の表面上には、図１に示す通り、水素を透過し、水蒸気の透過を妨げる水素透過部９が設けられている。燃料極７の、表面上に水素透過部９が設けられている部分は、水素が水蒸気よりも優先的に透過する部分になる。これに対して、燃料極７の、表面上に水素透過部９が設けられていない部分は、水素及び水蒸気が差異なく透過する部分になる。
【００３３】
水素透過部９には、例えば、Ｐｄのように水素透過部材として一般的に用いられている材料を用いてもよいし、プロトン導電性の電解質を２つの電極で挟み込んだ水素透過膜を用いてもよい。プロトン導電性の電解質を２つの電極で挟み込んだ水素透過膜は、図３に示すように、２つの電極９１及び９３間に電圧を印加することによって、水素分子は陽極である電極９３側でプロトンとなって電解質９２内を陰極である電極９１側へと移動し、陰極である電極９１側で再び水素分子となる。プロトン導電性の電解質には、強度や耐熱性等の観点からＳｒＣｅＯ３等のＣｅやＺｒを基材としたセラミクス系の固体電解質を用いることが好ましい。
【００３４】
次に、充電時における燃料電池部２の動作について図４を参照して説明する。充電時には燃料発生部材１から水蒸気と水素を含む混合ガスが燃料電池部２に供給される。燃料電池部２に供給された混合ガスは、流入抵抗が少ない水素透過部９が設けられていない部分から優先的に燃料極７の内部に流入する。例えば燃料電池部２に固体酸化物燃料電池を用いた場合、燃料極７と電解質６との界面において上述した（４）式の反応が生じて水蒸気が消費され、水素が生成される。燃料極７の内部へのガス流入は、水素透過部９が設けられていない部分から優先的に行われているため、反応後のガスは流入ガスの気流に乗って、水素透過部９が設けられている部分から燃料極７の外部に流出する。このとき、水素は水素透過部９を透過するので燃料極７から抜けていくが、燃料極７の内部で未反応のまま残った水蒸気は、水素透過部９によって透過が阻害されるため、燃料極７の内部に残る。その結果、燃料極７内の水蒸気濃度は、燃料発生部材１から燃料電池部２に供給される混合ガスの水蒸気濃度よりも高くなるため、燃料極７と電解質６との界面で起こる充電反応が促進される。この充電反応の促進によって、充電時間を短縮することができる。
【００３５】
なお、水素透過部９は燃料極７の表面の一部に適当に設けてもよいが、例えば、図１に示すように、燃料発生部材１から燃料電池部２へのガス供給が、燃料電池部２の或る部分（図１においては紙面上部）に偏って供給される場合は、前記ガスが偏って供給される部分を水素透過部９が設けられていない部分とすることが好ましい。この好適態様によると、燃料発生部材１から供給されるガスを燃料極７の内部によりスムーズに流入させることができる。
【００３６】
また、水素透過部９にプロトン導電性の電解質を２つの電極で挟み込んだ水素透過膜を用いている場合、発電時には水素の透過方向を図４に示す矢印と逆方向にすることで燃料極７の内部への水素の流入量を増やすことができる。
【００３７】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池の概略構成を図５に示す。なお、図５において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池は、本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池と異なり、燃料発生部材１と燃料電池部２とを同一の容器１０に収容している構成である。
【００３８】
図５に示す通り、本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池においては、燃料発生部材１の燃料を放出する放出面１ａと燃料極７の燃料が供給される供給面７ａとは対向し、図示しないビーズ等のスペーサにより一定の間隔で平行に配置される。このような構成により、燃料発生部材１から燃料電池部２へガスが面状に均一に供給される。
【００３９】
水素透過部９は燃料極７の表面の一部に適当に設けてもよいが、例えば、図５に示すように、燃料発生部材１の燃料を放出する放出面１ａと燃料極７の燃料が供給される供給面７ａとが対向している場合は、複数の水素透過部９を燃料極７の表面上に分散して設けることが好ましい。この好適態様によると、燃料発生部材１から均一に供給されるガスの流れを阻害することなく、燃料極７の内部によりスムーズに流入させることができる。
【００４０】
本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池も本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池と同様に、充電時において、燃料極７内の水蒸気濃度が、燃料発生部材１から燃料電池部２に供給される混合ガスの水蒸気濃度よりも高くなるため、燃料極７と電解質６との界面で起こる充電反応が促進される。その結果、充電時間を短縮することができる。
【００４１】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る２次電池型燃料電池は、燃料発生部材１及び燃料電池部２の材料や配置については本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池または本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池と同様であるが、本発明の第１実施形態に係る２次電池型燃料電池及び本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池と異なり、水素透過部９を設けず、図６や図７に示すように燃料極７の多孔質形状を部分的に異なるようにして、水素及び水蒸気が差異なく透過する第１の部分７１と、水素が水蒸気よりも優先的に透過する第２の部分７２とを燃料極７に設けている。より具体的には、水素の分子直径をσ1とし、水蒸気の分子直径をσ2として、φ1＞σ1かつφ1＞σ２となる最小開口径φ1を有する部分と、σ２＞φ２＞σ1となる最小開口径φ２を有する部分とを燃料極７に設けている。燃料極７の、φ1＞σ1かつφ1＞σ２となる最小開口径φ1を有する部分は、水素及び水蒸気が差異なく透過する部分になる。これに対して、燃料極７の、σ２＞φ２＞σ1となる最小開口径φ２を有する部分は、水素が水蒸気よりも優先的に透過する部分になる。
【００４２】
なお、燃料発生部材１及び燃料電池部２の配置を本発明の第２実施形態に係る２次電池型燃料電池と同様にする場合、水素透過部９を設けないので、燃料発生部材１の燃料を放出する放出面１ａと燃料極７の燃料が供給される供給面７ａとを間隔をあけずに対向させる、すなわち燃料発生部材１の燃料を放出する放出面１ａと燃料極７の燃料が供給される供給面７ａとを重ねるように配置することも可能である。
【００４３】
最小開口径が場所によって異なる構造の燃料極７を作製する方法としては、例えば、燃料極７の形成時に燃料極材料に有機系バインダー等を混ぜておき、その有機系バインダー等の量を場所によって変えておき、燃料極７の形成後に昇温による気化等で有機系バインダー等を除去する方法を挙げることができる。この方法によると、図６に示す構造の燃料極７を得ることができる。また、燃料極材料の粒径を場所によって変えて燃料極７を形成してもよい。この方法によると、図７に示す構造の燃料極７を得ることができる。また、ここで例示した２つの方法を組み合わせて実施してもよい。
【００４４】
燃料極７を上記のように最小開口径が場所によって異なる構造にした場合、充電時に燃料電池部２に供給された混合ガスは、流入抵抗が少ない最小開口径φ1を有する部分から優先的に燃料極７の内部に流入する。例えば燃料電池部２に固体酸化物燃料電池を用いた場合、燃料極７と電解質６との界面において上述した（４）式の反応が生じて水蒸気が消費され、水素が生成される。燃料極７の内部へのガス流入は、最小開口径φ1を有する部分から優先的に行われているため、反応後のガスは流入ガスの気流に乗って、最小開口径φ２を有する部分から燃料極７の外部に流出する。このとき、水素は分子直径σ1が最小開口径φ２よりも小さいので燃料極７から抜けていくが、燃料極７の内部で未反応のまま残った水蒸気は分子直径σ２が最小開口径φ２よりも大きく透過が阻害されるため、燃料極７の内部に残る。その結果、燃料極７内の水蒸気濃度は、燃料発生部材１から燃料電池部２に供給される混合ガスの水蒸気濃度よりも高くなるため、燃料極７と電解質６との界面で起こる充電反応が促進される。この充電反応の促進によって、充電時間を短縮することができる。
【００４５】
なお、最小開口径φ1を有する部分及び最小開口径φ２を有する部分はそれぞれ燃料極７に適当に設けてもよいが、第１実施形態と同様に燃料発生部材１から燃料電池部２へのガス供給が、燃料電池部２の或る部分に偏って供給される場合は、前記ガスが偏って供給される部分を最小開口径φ1を有する部分とし、前記ガスが余り供給されない部分を最小開口径φ２を有する部分とすることが好ましく、また、第２実施形態と同様に燃料発生部材１の燃料を放出する放出面１ａと燃料極７の燃料が供給される供給面７ａとが対向している場合は、複数の最小開口径φ1を有する部分を燃料極７に分散して設け、複数の最小開口径φ２を有する部分も燃料極７に分散して設けることが好ましい。
【００４６】
また、説明を簡単にするため、本発明の第３実施形態に係る２次電池型燃料電池では、水素透過部９を設けていない構成としたが、燃料極７の、最小開口径φ2を有する部分の表面に水素透過部９を設けてもよい。
【００４７】
＜変形例＞
上述した各実施形態では、１つの燃料電池部２が発電も水の電気分解も行っているが、燃料電池（例えば発電専用の固体酸化物燃料電池）と水の電気分解器（例えば水の電気分解専用の固体酸化物燃料電池）が燃料発生部材１に対してガス流路上並列に接続される構成にしてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１ 燃料発生部材
１ａ 燃料の放出面
２ 燃料電池部
３、４、１０ 容器
５ ガス流通経路
６ 電解質膜
７ 燃料極
７ａ 燃料の供給面
８ 空気極
９ 水素透過部
９１、９３ 電極
９２ プロトン導電性の電解質
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学反応により水素を含む燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材と、
酸素を含む酸化剤と前記燃料発生部材から供給される燃料との反応により発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材に供給する水素を生成するための水蒸気の電気分解を行う電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、
前記発電・電気分解部が、充電時に水蒸気の電気分解を行う燃料電池部を有し、
前記燃料電池部の燃料極に、水素及び水蒸気が差異なく透過する第１の部分と、水素が水蒸気よりも優先的に透過する第２の部分とが設けられていることを特徴とする２次電池型燃料電池。
【請求項２】
前記第２の部分は、水素を透過し、水蒸気の透過を妨げる水素透過部材が前記燃料極の表面上に設けられている部分であり、
前記第１の部分は、前記水素透過部材が設けられていない部分であることを特徴とする請求項１に記載の２次電池型燃料電池。
【請求項３】
前記第１の部分は、電極構造内の最小開口径が水素の分子直径および水蒸気の分子直径のそれぞれよりも大きい部分であり、
前記第２の部分は、電極構造内の最小開口径が水素の分子直径よりも大きく水蒸気の分子直径よりも小さい部分であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の２次電池型燃料電池。
【請求項４】
充電時に前記燃料発生部材から前記燃料極の第１の部分に偏って水素と水蒸気の混合ガスが供給されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の２次電池型燃料電池。
【請求項５】
前記燃料発生部材の燃料を放出する放出面と前記燃料極の燃料が供給される供給面とが対向しており、
前記燃料極に複数の前記第１の部分が分散して設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の２次電池型燃料電池。
【請求項６】
前記燃料電池部が固体酸化物燃料電池であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の２次電池型燃料電池。
【請求項１】
化学反応により水素を含む燃料を発生し、前記化学反応の逆反応により再生可能な燃料発生部材と、
酸素を含む酸化剤と前記燃料発生部材から供給される燃料との反応により発電を行う発電機能及び前記燃料発生部材に供給する水素を生成するための水蒸気の電気分解を行う電気分解機能を有する発電・電気分解部とを備え、
前記発電・電気分解部が、充電時に水蒸気の電気分解を行う燃料電池部を有し、
前記燃料電池部の燃料極に、水素及び水蒸気が差異なく透過する第１の部分と、水素が水蒸気よりも優先的に透過する第２の部分とが設けられていることを特徴とする２次電池型燃料電池。
【請求項２】
前記第２の部分は、水素を透過し、水蒸気の透過を妨げる水素透過部材が前記燃料極の表面上に設けられている部分であり、
前記第１の部分は、前記水素透過部材が設けられていない部分であることを特徴とする請求項１に記載の２次電池型燃料電池。
【請求項３】
前記第１の部分は、電極構造内の最小開口径が水素の分子直径および水蒸気の分子直径のそれぞれよりも大きい部分であり、
前記第２の部分は、電極構造内の最小開口径が水素の分子直径よりも大きく水蒸気の分子直径よりも小さい部分であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の２次電池型燃料電池。
【請求項４】
充電時に前記燃料発生部材から前記燃料極の第１の部分に偏って水素と水蒸気の混合ガスが供給されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の２次電池型燃料電池。
【請求項５】
前記燃料発生部材の燃料を放出する放出面と前記燃料極の燃料が供給される供給面とが対向しており、
前記燃料極に複数の前記第１の部分が分散して設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の２次電池型燃料電池。
【請求項６】
前記燃料電池部が固体酸化物燃料電池であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の２次電池型燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−８９４６２（Ｐ２０１３−８９４６２Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２９１２０（Ｐ２０１１−２２９１２０）
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１８日（２０１１．１０．１８）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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