燃料电池及燃料电池系统

摘要

一种燃料电池，用于提高燃料利用效率，并且效率很好地排出所产生的CO2，其具备：固体高分子电解质膜；与固体高分子电解质膜的一个面接触而被配置的阴极；与另一个面接触而被配置的阳极；分别与阴极及阳极接触而被配置的阴极集电体及阳极集电体；配置于固体高分子电解质膜的周缘，由固体高分子电解质膜和上述阳极集电体夹持的密封部件；把液体燃料汽化而向上述阳极供给的燃料供给控制膜；以及把通过在该阳极的电反应而生成了的生成物向外部排出的排出部。排出部是在上述密封部件上形成的通气孔。

权利要求

1.一种燃料电池，具备：

固体高分子电解质膜；

与上述固体高分子电解质膜的一个面接触而被配置的阴极；

与上述另一个面接触而被配置的阳极；

分别与上述阴极及上述阳极接触而被配置的阴极集电体及阳极集电体；

配置于上述固体高分子电解质膜的周缘，由上述固体高分子电解质膜和上述阳极集电体夹持的密封部件；

把液体燃料汽化而向上述阳极供给的燃料供给控制膜；以及把通过在上述阳极的电反应而生成了的生成物向外部排出的排出部，上述排出部是在上述密封部件上形成的通气孔，上述液体燃料经由上述燃料供给控制膜汽化而供给到上述阳极的一个面，通过在上述密封部件上形成的通气孔，以不妨碍向上述阳极供给燃料的方式排出上述生成物，上述密封部件包含多个分段的部件，

上述通气孔是在上述密封部件的分段的部件间形成的空隙。

2.一种在同一平面上且在一轴方向配置多个权利要求1所述的燃料电池，向阴极供给的氧化剂与上述一轴方向平行地流动的燃料电池系统，其中，上述排出部以在不与上述一轴方向平行的方向排出生成物的方式形成。

3.如权利要求2所述的燃料电池系统，其中，上述排出部在与上述多个燃料电池被配置的平面平行、与上述一轴方向正交的方向排出生成物。

说明书

燃料电池及燃料电池系统

技术领域

[0001] 本发明涉及燃料电池及燃料电池系统，具体涉及具备提高燃料利用效率，并且效率很好地排出所产生的CO2的构造的燃料电池及燃料电池系统。

背景技术

[0002] 对于使用液体燃料的固体电解质型燃料电池，为了容易地使其小型、轻量化，如今正在积极推进以便携设备为首的各种电子设备用电源的研究开发。

[0003] 固体电解质型燃料电池具备由阳极和阴极夹持固体高分子电解质膜而成的构造的电极-电解质膜接合体(Membrane and ElectrodeAssembly。以下，称作MEA)。直接向阳极供给液体燃料的类型的燃料电池称作直接型燃料电池。其发电机理是，由阳极上维持的催化剂分解所供给的液体燃料而生成阳离子、电子及中间生成物，生成了的阳离子透过固体高分子电解质膜而向阴极侧移动，生成了的电子经过外部负载而向阴极侧移动，然后阳离子和电子在阴极与空气中的氧反应，从而进行发电。此时，作为反应生成物而产生二氧化碳。例如，在原样使用甲醇水溶液作为液体燃料的直接甲醇型燃料电池(以下，称为DMFC)中，在阳极发生由下式1表示的反应，在阴极发生由下式2表示的反应。

[0004] 【化学式1】

[0005] CH3OH+H2O→CO2+6H++6e- …(1)

[0006] 【化学式2】

[0007] 6H++6e-+3/2O2→3H2O …(2)

[0008] 在这样的DMFC中，是向阳极直接供给液体燃料，因而作为燃料的甲醇和水有时会通过固体高分子电解质膜而交叉至阴极侧。结果，在发电时电位就会降低，或者燃料自身通过固体高分子电解质膜而向外部挥发，使得燃料利用效率不能超越某水准。对此，特开2000-353533号公报(现有例1)、特开2001-15130号公报(现有例2)中记载了使液体燃料通过PTFE(聚四氟乙烯)等燃料供给层而汽化之后向阳极供给，从而降低通过MEA的燃料挥发。

[0009] 可是，在通过PTFE的汽化供给的场合，该供给是靠来自燃料供给侧的压力或毛细管现象等来进行的，因而在阳极产生的CO2有时会积存于阳极和PTFE之间。CO2积存于阳极和PTFE之间的话，有时液体燃料供给侧的压力就会增大而向阳极侧的燃料供给就会不充分，不能进行稳定的发电。而且，越是在高电流下发电，CO2产生得越多，因而不能长时间维持稳定的发电，有时还容易导致MEA损坏。

[0010] 对此，在特开2001-102070号公报(现有例3)中，作为与CO2排出有关的解决办法，是在燃料保持部的腋下、液体燃料的导入管部分设置了通过气液分离膜的CO2的排出口。可是，即使在该位置有CO2排出口，在阳极产生的CO2也会向燃料导入管逆流，容易在液体燃料保持部和阳极之间滞留，结果，会阻碍向阳极的燃料供给，难以实现长时间的稳定驱动。

[0011] 同样，在特开2003-317745号公报(现有例4)中记载的燃料电池是在灯芯材之下设置了CO2排出口。然而，在灯芯材之下设置了CO2排出口的场合，为了从该排出口除去通过发电而产生的CO2，CO2必须从反方向通过灯芯材内部，所以会阻碍向阳极的燃料供给，难以实现长时间的稳定驱动。

[0012] 还有，在特开2003-346862号公报(现有例5)中记载的燃料电池是液体供给型的燃料电池，是通过气液分离膜(PTFE)而从阳极近旁向外部排出CO2的构造。可是，在该燃料电池中，是用阀作为排出机构，由于构造复杂，产生的CO2容易向燃料罐逆流，因而会阻碍向MEA的燃料供给，难以从阀稳定地进行气体排出。

[0013] 还有，在特开2002-280016号公报(现有例6)中记载的燃料电池是在集电体上形成槽而排出CO2的构造。然而，只要是以液体供给燃料，液体燃料就会与CO2一起从槽中漏出，难以实用化。

发明内容

[0014] 发明打算解决的课题

[0015] 本发明的目的在于提供具备能提高燃料利用效率，并且能效率很好地排出所产生的CO2的构造的燃料电池及燃料电池系统。

[0016] 本发明所涉及的燃料电池的一方式具备：固体高分子电解质膜；与固体高分子电解质膜的一个面接触而被配置的阴极；与另一个面接触而被配置的阳极；分别与阴极及阳极接触而被配置的阴极集电体及阳极集电体；配置于固体高分子电解质膜的周缘，由该固体高分子电解质膜和该阳极集电体夹持的密封部件；把液体燃料汽化而向阳极供给的燃料供给控制膜；以及把通过在该阳极的电反应而生成了的生成物向外部排出的排出部。该排出部是在上述密封部件上形成的通气孔。

[0017] 根据上述构成，具有排出通过在该阳极的电反应而生成了的生成物(主要是CO2)的排出部，该排出部是在由固体高分子电解质膜和阳极集电体夹持的密封部件上形成的通气孔。结果，在阳极产生了的CO2不会积存于阳极和燃料供给控制膜之间。能防止燃料供给侧的压力增大，能使向阳极侧的燃料供给变得充分。即，依照本发明的燃料电池，能提高燃料利用效率，并且能在高电流、高电压下进行长时间稳定的发电。

[0018] 在上述燃料电池的一方式中，通气孔是在密封部件上形成的凹凸的凹部。

[0019] 还有，在另一方式中，该密封部件包含多个分段的部件，该通气孔是在上述密封部件的分段的部件间形成的空隙。

[0020] 还有，在另一方式中，在该密封部件和该固体高分子电解质膜之间的一部分上设置了垫片，该通气孔是借助于该垫片而设置在上述密封部件和上述固体高分子电解质膜之间的间隙。

[0021] 根据这些发明，因为是简单、低成本的构造，所以不设置复杂的CO2排出机构就能从阳极近旁释放CO2。

[0022] 本发明所涉及的燃料电池的另一方式具备：固体高分子电解质膜；与该固体高分子电解质膜的一个面接触而被配置的阴极；与另一个面接触而被配置的阳极；分别与该阴极及该阳极接触而被配置的阴极集电体及阳极集电体；在该固体高分子电解质膜的周缘部的该阳极侧，在与该阳极之间设置间隙而被配置，由该固体高分子电解质膜和该阳极集电体夹持的密封部件；把液体燃料汽化而向上述阳极供给的燃料供给控制膜；以及把通过在该阳极的电反应而生成了的生成物向外部排出的排出部。该排出部包含设置于上述固体高分子电解质膜的通气孔，该通气孔设置在与在该阳极和该密封部件之间设置的间隙连通的位置。

[0023] 根据本发明，具有排出通过在该阳极的电反应而生成了的生成物(主要是CO2)的排出部，该排出部具有在固体高分子电解质膜的与密封部件、阳极都不接触的部分形成的通气孔，因而能一边进行汽化供给一边从阳极近旁释放CO2。

[0024] 上述燃料电池还具备在该固体高分子电解质膜的周缘部的该阴极侧，与该阴极之间设置间隙而被配置，由该固体高分子电解质膜和该阴极集电体夹持的密封部件。该排出部包含设置在由该固体高分子电解质膜和该阴极集电体夹持的密封部件上的排出孔。

[0025] 根据本发明，因为是上述简单、低成本的构造，所以不设置复杂的CO2排出机构就能从阳极近旁释放CO2。

[0026] 本发明所涉及的燃料电池系统是在同一平面上且在一轴方向配置多个上述燃料电池，向阴极供给的氧化剂与该一轴方向平行地流动的燃料电池系统。该排出部以在不与上述一轴方向平行的方向排出生成物的方式形成。

[0027] 在至少在平面上且在一轴方向配置了多个燃料电池的平面堆叠构造中，沿着多个燃料电池单元的排列而供给特别是作为氧化剂流的空气流的场合，优选的是使得不阻碍空气流的供给。根据本发明，排出部在不与该一轴方向平行的方向排出生成物，因而不妨碍空气流。因此，能向各燃料电池单元供给充分的空气流。结果就能提高发电效率。

[0028] 在上述燃料电池系统中，优选的是使得该排出部在与该多个燃料电池被配置的平面平行、与该1轴方向正交的方向排出生成物。

[0029] 根据本发明，能一边进行汽化供给一边从阳极近旁释放CO2，因而在阳极产生了的CO2不会积存于阳极和燃料供给控制膜之间，能防止燃料供给侧的压力增大，能使向阳极侧的燃料供给变得充分。结果，能提高燃料利用效率，并且在高电流下也能进行长时间稳定的发电，还能进行高电位下的发电。

[0030] 根据本发明的燃料电池系统，可以降低逆于空气流流动的排出，向各燃料电池单元供给充分的空气流，因而能提高发电效率。

附图说明

[0031] 图1是一般密封部件的示意图。

[0032] 图2是表示在平面堆叠构造的燃料电池系统中流动的空气流的方向和从燃料电池排出的二氧化碳的排出方向的说明图。

[0033] 图3A是表示本发明的燃料电池的单元构造的一个例子的示意剖视图。

[0034] 图3B是表示本发明的燃料电池的单元构造的一个例子的示意剖视图。

[0035] 图4是表示构成本发明的燃料电池的具有通气孔的密封部件的一个例子的示意图。

[0036] 图5是表示构成本发明的燃料电池的具有通气孔的密封部件的另一个例子的示意图。

[0037] 图6是表示构成本发明的燃料电池的具有通气孔的密封部件的另一个例子的示意图。

[0038] 图7是表示构成本发明的燃料电池的第2方式所涉及的排出部的一个例子的示意剖视图。

[0039] 图8是表示在平面堆叠构造的燃料电池系统中流动的空气流的方向和从燃料电池排出的二氧化碳的排出方向的另一说明图。

[0040] 图9A是表示本发明的燃料电池系统的一个例子的概略图。

[0041] 图9B是表示本发明的燃料电池系统的一个例子的概略图。

[0042] 图9C是表示本发明的燃料电池系统的一个例子的概略图。

[0043] 图9D是表示本发明的燃料电池系统的一个例子的概略图。

[0044] 图10是对于实施例1及比较例1的燃料电池，把各燃料电池的发电电位的初始值归一化为1时的发电电位的时效变化。

具体实施方式

[0045] 以下，参照附图来说明本发明的燃料电池及燃料电池系统。图3A是表示本发明的燃料电池的单元构造的一个例子的示意剖视图。图4～图6是表示构成本发明的燃料电池的具有通气孔的密封部件的例子的示意图。图1是一般密封部件的示意图。另外，本发明不限于这些附图及以下说明的实施方式。

[0046] (燃料电池)

[0047] 本发明的燃料电池10，如图3A所示，至少具备：固体高分子电解质膜11；与固体高分子电解质膜11的一个面接触而被配置的阴极12；与另一个面接触而被配置的阳极13；分别与阴极12及阳极13接触而被配置的阴极集电体14及阳极集电体15；配置在固体高分子电解质膜11的周缘，由该固体高分子电解质膜11和阳极集电体15夹持的密封部件
22；把液体燃料汽化而向阳极13供给的燃料供给控制膜16；以及排出通过在阳极13的电反应而生成了的生成物的排出部。另外，固体高分子电解质膜11、阴极12及阳极13构成了MEA(电极-电解质膜接合体；Membrane and Electrode Assembly)。阴极集电体14和阳极集电体15分别夹着垫片21、22被压接于MEA的上下面。

[0048] 再有，在图3A例示的燃料电池10中，在阴极12上(图3A的上方)，依次设置了汽化抑制部件19和盖部件20。还有，在燃料供给控制膜16之上(图3A的下方)，设置了燃料罐部17。在燃料罐部17上设置了燃料注入口18。

[0049] 另外，符号28的虚线表示螺钉孔。符号29是单元框体。还有，符号23是阳极集电体15和燃料供给控制膜16之间的密封部件。符号24是燃料供给控制膜16和单元框体29之间的密封部件。还有，符号25是在固体高分子电解质膜11上设置的阴极12和密封部件21之间的间隙。符号26是在固体高分子电解质膜11上设置的阳极13和密封部件22之间的间隙。符号27是在阳极13和燃料供给控制膜16之间形成的空间。以符号27表示的空间不是必须设置的，如图3B所示，也可以使阳极13和燃料供给控制膜16互相贴紧。阳极13和燃料供给控制膜16互相贴紧的话，透过燃料供给控制膜16的燃料就不通过空间而被直接供给到阳极13，因而能提高发电效率。本发明的燃料电池10具有这样的构成所组成的单元构造，由多个螺钉贯通该单元构造的周缘部而固定于单元本体。

[0050] 本发明的燃料电池10是原样使用甲醇水溶液作为液体燃料的直接甲醇型燃料电池。在该液体燃料靠燃料供给控制膜16汽化而供给到阳极13时引起发电。

[0051] (MEA)

[0052] MEA(电极-电解质膜接合体；Membrane and Electrode Assembly)是由阴极12和阳极13夹持固体高分子电解质膜11而成的构造。作为固体高分子电解质膜11，优选的是使用具有对燃料的耐蚀性，并且氢离子(质子)的传导性高，且不具有电子传导性的高分子膜。作为固体高分子电解质膜11的构成材料，优选的是具有磺酸基、磷酸基、膦酸基、次磷酸基等强酸基或者羧基等弱酸基等极性基的离子交换树脂。作为其具体例，可以列举全氟磺酸系树脂、磺化聚醚磺酸系树脂、磺化聚酰亚胺系树脂等。具体而言，例如，可以列举磺化聚合物(4-苯氧基苯-1，4-苯撑)、磺化聚醚醚酮、磺化聚醚砜、磺化聚砜、磺化聚酰亚胺、烷基磺化聚苯并咪唑等芳香族系高分子所组成的固体高分子电解质膜。固体高分子电解质膜的膜厚可以按照其材质、燃料电池的用途等，在10～300μm程度的范围内适当选定。

[0053] (阴极、阳极)

[0054] 如上述式2所示，阴极12是把氧还原成水的电极。例如，可以在碳素纸等基材上以涂布等方式形成让碳等载体维持催化剂而成的粒子(包括粉末)或没有载体的催化剂单体和质子传导体的催化剂层来获得。作为催化剂，可以列举白金、铑、钯、铱、锇、钌、铼、金、银、镍、钴、镧、锶、钇等。催化剂可以只用1种，也可以组合2种以上。作为维持催化剂的粒子，可以例示乙炔黑、科琴黑、碳纳米管、碳纳米角等碳系材料。粒子的大小，例如在碳系材料为粒状物时，在0.01～0.1μm程度的范围内，优选的是在0.02～0.06μm程度的范围内适当选定。为使粒子维持催化剂，例如可以采用浸渍法。

[0055] 作为形成催化剂层的基材，可以采用固体高分子电解质膜，也可以采用碳素纸、碳的成形体、碳的烧结体、烧结金属、发泡金属等具有导电性的多孔性物质。在采用了碳素纸等基材的场合，优选的是在基材上形成催化剂层而获得阴极12之后，采用热压等方法，在催化剂层与固体高分子电解质膜11接触的方向使阴极12与固体高分子电解质膜11接合。2 2
阴极12的每单位面积的催化剂量可以按照催化剂的种类、大小等，在4mg/cm ～20mg/cm程度的范围内适当选定。

[0056] 如上述式1所示，阳极13是由甲醇水溶液和水生成氢离子、二氧化碳和电子的电极。与阴极12同样地构成。构成阳极13的催化剂层、基材可以与构成阴极12的催化剂层、基材相同也可以不同。阳极13的每单位面积的催化剂量也与阴极12的情况一样，可以按2 2
照催化剂的种类、大小等，在4mg/cm ～20mg/cm 程度的范围内适当选定。

[0057] (集电体)

[0058] 阴极集电体14及阳极集电体15分别与阴极12及阳极13上面接触而被配置，为提高电子的取出效率及电子的供给效率而起作用。如图3A～B所示，这些集电体14、15可以是与MEA的周缘部接触的框形状的东西，也可以是与MEA整面接触的平板状或网状等的东西。作为这些集电体14、15的材料，例如可以采用不锈钢、烧结金属、发泡金属等，或对这些金属以高导电性金属材料进行镀敷处理所得的东西等。

[0059] (密封部件)

[0060] 本发明的燃料电池10中设置了多个具有密封功能的密封部件。例如，如图3A～B所示，(i)在固体高分子电解质膜11和阴极集电体14之间，在单元构造的周缘按框状设置了厚度大体上与阴极12相同的密封部件21。(ii)在固体高分子电解质膜11和阳极集电体15之间，在单元构造的周缘按框状设置了厚度大体上与阳极13相同的密封部件22。(iii)在阳极集电体15和燃料供给抑制膜16之间，在单元构造的周缘按框状设置了密封部件23。(iv)在燃料供给抑制膜16和单元框体29之间，在单元构造的周缘按框状设置了密封部件24。另外，这些密封部件优选的是根据需要而具有密封性、绝缘性及弹性的东西。
通常由具有密封功能的硅橡胶等橡胶材、塑料等形成。

[0061] 这些密封部件中的设置在固体高分子电解质膜11和阳极集电体15之间的密封部件22以外的密封部件21、23、24优选的是具有不引起燃料泄漏等的程度的密封功能。在设置在固体高分子电解质膜11和阳极集电体15之间的密封部件22上设置了能效率很好地排出作为在阳极的生成物的二氧化碳(CO2)的排出部。

[0062] (排出部)

[0063] 即，本发明的燃料电池的特征在于，设置了排出通过在阳极13的电反应而生成了的生成物(二氧化碳)的排出部，结果，二氧化碳从该排出部被有效地排出，因而能防止电池内的内压的上升，能防止妨碍从燃料供给抑制膜16向阳极13的燃料供给。作为这样的排出部，本发明可以列举以下表示的第1方式和第2方式。

[0064] 如图4～图6例示的，第1方式所涉及的排出部是在由固体高分子电解质膜11和阳极集电体15夹持的密封部件22上形成的通气孔。

[0065] 作为这种通气孔的例子，例如可以列举，(i)如图4所示，密封部件22a由分为多段的部件组成，在分段的部件间形成的间隙31作为通气孔起作用的东西，(ii)如图5所示，在密封部件22b上形成凹状的切口，该凹凸的凹部32作为通气孔起作用的东西，(iii)如图6所示，在密封部件的螺钉孔部设置圆筒状的垫片34，该垫片间的凹部33作为通气孔起作用的东西。还有，图1表示未形成通气孔的现有一般密封部件。另外，在图4～图6、图1表示的密封部件上形成了螺钉孔30，密封部件22最终是通过从图3A～B表示的螺钉孔28插入螺钉而紧固于单元框体29。此处，作为固定装置，不限于图示的螺钉紧固方式，也可以用粘着剂等固定。

[0066] 密封部件22、上述圆筒型的垫片34等可以由氯乙烯、PET、PEEK(聚醚醚酮)等塑料素材、硅橡胶、异丁橡胶等橡胶素材形成。

[0067] 通气孔的个数、大小没有特别限定，不过，优选的是至少能有效地排出二氧化碳的个数和大小。还有，如图4～图6所示，通气孔可以是设置在四边形的框形状的四边的东西，可以是设置在对着的2边的东西。在对着的2边设置通气孔的密封部件22，如后述的燃料电池系统中说明的，可以降低逆于一方向流动的空气流的排出，向各燃料电池单元供给充分的空气流。结果就能提高发电效率。另外，通气孔的具体的大小，优选的是通过最优化研究来设定，作为一个例子，优选的是相对于阳极的厚方向的横截面面积，每一边为2～50％的开口率的大小。

[0068] 发电中在阳极13产生了的二氧化碳向阳极13和燃料供给控制膜16之间的空间放出之后，进入阳极13和密封部件22之间的间隙26。在阳极13和燃料供给控制膜16贴紧的场合，从阳极13的侧部直接进入到间隙26，或者通过周边部件(阳极集电体15，燃料供给控制膜16)等进入到间隙26。此后，从密封部件22上形成的通气孔被排出到单元外。通过这样的二氧化碳的排出，就能一边进行汽化供给一边从阳极近旁释放二氧化碳，因而在阳极产生了的二氧化碳不会积存于阳极13和燃料供给控制膜16之间。能防止燃料供给侧的压力增大，能使得向阳极侧的燃料供给变得充分。结果就能提高燃料利用效率，并且在高电流下也能进行长时间稳定的发电，还能进行高电位下的发电。

[0069] 另一方面，第2方式所涉及的排出部，例如图7所示，具有在固体高分子电解质膜11的与密封部件22、阳极13都不接触的部分形成的通气孔36。在该第2方式中，通过了该通气孔36的生成物(二氧化碳)通过阴极集电体14被排出到单元外，或者通过在由固定高分子电解质膜11和阴极集电体14夹持的密封部件21上形成的排出孔(未图示)被排出到单元外。

[0070] 此时的通气孔36，如图7所示，是在固体高分子电解质膜11上形成的东西，不过，是在固体高分子电解质膜11中的与密封部件22也不接触，并且与阳极13也不接触的部分形成。通气孔36的形状、大小与上述第1方式的场合一样，没有特别限定，不过，优选的是至少能有效地排出二氧化碳的个数和大小。通常是在固体高分子电解质膜11的周缘以给定的间隔开圆孔。

[0071] 在该第2方式的排出部中也是，发电中在阳极13产生了的二氧化碳向阳极13和燃料供给控制膜16之间的空间放出之后，进入阳极13和密封部件22之间的间隙26。在阳极13和燃料供给控制膜16贴紧的场合，从阳极13的侧部直接进入到间隙26，或者通过周边部件(阳极集电体15，燃料供给控制膜16)等进入到间隙26。此后，从密封部件22的周缘形成的通气孔36被排出。通过这样的二氧化碳的排出，就能一边进行汽化供给一边从阳极近旁释放二氧化碳，因而在阳极产生了的二氧化碳不会积存于阳极13和燃料供给控制膜16之间，能防止燃料供给侧的压力增大，能使得向阳极侧的燃料供给变得充分。结果就能提高燃料利用效率，并且在高电流下也能进行长时间稳定的发电，还能进行高电位下的发电。

[0072] (燃料供给控制膜)

[0073] 燃料供给控制膜16是使燃料汽化而控制其供给的控制膜，为抑制向阳极13的交叉而起作用。结果，能向阳极13供给最适合的液体燃料，能持续进行稳定的发电。另外，是从燃料罐17向该燃料供给控制膜16供给燃料。

[0074] 燃料供给控制膜16与具有称作灯芯材的燃料保持材的燃料罐17接触而被固定。通过来自该燃料保持材的加压等来调整透过该燃料供给控制膜16的甲醇透过速度，能容易地供给最适合的甲醇量。作为燃料供给控制膜16，采用PTFE多孔质体等气液分离膜。到燃料供给控制膜16的燃料供给量必须是MEA中的甲醇的消耗量的同程度以上，根据燃料供给控制膜16的膜厚及气孔率的不同所涉及的液体燃料的透过率来决定。

[0075] (燃料罐部)

[0076] 燃料罐部17具有称作灯芯材的燃料保持材。在其一部分上设置了燃料注入口18。燃料保持材能靠毛细管现象来保持甲醇水溶液(液体燃料)。作为燃料保持材，例如，可以采用织布、无纺布、纤维垫、纤维网、发泡塑料等，特别优选的是采用亲水性氨甲酸酯发泡材、亲水性玻璃纤维等亲水性材料。另外，在采用了吸收甲醇水溶液而膨润的燃料保持材的场合，可以利用膨润时的应力，把甲醇水溶液传送到燃料供给控制膜16侧。

[0077] 具有这样的燃料保持材的燃料罐17，即使不另外设置用于传送液体燃料的装置也能从燃料保持材向燃料供给控制膜16供给液体燃料。不必为了传送液体燃料而使用泵、送风机那样的装置。结果就能构成小型的固体高分子型燃料电池系统。另外，优选的是燃料供给控制膜16和燃料罐17如图示一样相接，从而把由燃料保持材一度保持的液体燃料从该燃料保持材直接供给到燃料供给控制膜16。

[0078] (汽化抑制层)

[0079] 汽化抑制层19也称为保湿层，为抑制发电时由阴极12生成的水的蒸散而起作用。作为汽化抑制层19，只要能抑制水的蒸散即可，亲水性材料、疏水性材料都可以采用。作为该亲水性材料，例如，例示了织布、无纺布、纤维垫、纤维网及发泡塑料。作为该疏水性材料，例示了PTFE(聚四氯乙烯)等不主动吸水的多孔性材料等。另外，把该汽化抑制层19用作盖时，做成从该盖的侧面取入空气的构造，或者做成在盖自身开孔的构造，就能取入发电所需的空气。通过设置该汽化抑制层19，在交叉时绕过阴极12的甲醇就被氧化，结果就能抑制电位降低。另外，优选的是汽化抑制层19和阴极12相接，不过，也可以采用希望的支承部件、垫片使阴极12和汽化抑制层19互相隔离。另外，在汽化抑制层19上可根据需要设置盖部件20。

[0080] 如以上说明的，在本发明的燃料电池10中，通过电化学反应而生成了的生成物(主要是二氧化碳)从密封部件22上形成的通气孔或固体高分子电解质膜11上形成的通气孔自发地释放。阳极13与燃料供给控制膜11侧相比，难以成为正压，所以在高电流下也能进行稳定的汽化燃料供给，可以进行稳定的发电，甚至更高电位下的发电。在本发明中，不设置特别的二氧化碳排出机构，构造也非常简单，而液体燃料的泄漏由作为燃料供给控制膜的PTFE来防止，所以成本上、安全方面都有优势。并且，通过MEA的燃料挥发在相当程度上被降低，不浪费燃料，还使发电时间显著增加。另外，可以说本发明的构造的技术思想与前文所述的现有例5、6完全不同。即，在现有例5、6记载的燃料电池中是供给液体燃料，因而为防止液体燃料的泄漏而提高了密封部件的密封性，相比之下，本发明的燃料电池是把燃料汽化而进行供给，因而密封性要求不高，可以在固体高分子电解质膜11和阳极集电体15所夹的密封部件22上设置通气孔。

[0081] 这样的通气孔对于在平面上配置了多个燃料电池单元的平面堆叠构造特别有效。本发明者经研究发现，平面堆叠构造通过对邻接单元的排出方向下功夫就能使发电效率有很大不同。特别是在与多个单元的排列平行地供给成为氧化剂的空气流的场合，在与空气流相同方向或与其相反方向进行排出时，氧化剂的供给会慢慢受到阻碍，根据本发明的通气孔构造，优选的是在与多个单元的配置方向正交的方向设置通气孔。

[0082] (燃料电池系统)

[0083] 其次，说明燃料电池系统。本发明的燃料电池系统是至少在平面上且在一轴方向具备多个上述本发明所涉及的燃料电池10，供给到阴极12的氧化剂(空气)与上述一轴方向平行地流动的平面堆叠构造的燃料电池系统。上述本发明所涉及的燃料电池10具有的排出部以在不妨碍与该一轴方向平行地流动的氧化剂流的方向排出生成物的方式形成。另外，「至少」是指把在平面上且在一轴方向排列多个燃料电池10所得的单元进行积层的场合也属于本发明的技术范围。

[0084] 图2是表示在平面堆叠构造的燃料电池系统中流动的空气流的方向70和从燃料电池排出的二氧化碳的排出方向71的说明图。图8是表示在平面堆叠构造的燃料电池系统中流动的空气流的方向80和从燃料电池排出的二氧化碳的排出方向81的另一说明图。

[0085] 在图2表示的燃料电池系统中，二氧化碳从燃料电池的四方被排出。因此，排气流有一部分与空气流相冲突，有逆于空气流的流动的排气流存在。结果有时就不能把充分的空气流向各燃料电池单元充分地供给。另一方面，在图8表示的燃料电池系统中，二氧化碳不是从燃料电池的四方被排出，而是从与空气流的方向正交的对着的2边排出。因此，排气流不太会与空气流相冲突，不太会有逆于空气流的流动的排气流存在。结果就能把充分的空气流向各燃料电池单元供给，结果就能提高发电效率。

[0086] 图9A～D是表示本发明的燃料电池系统的一个例子的概略图。图9A是平面图，图9B是B-B′剖面图，图9C是C-C′剖面图，图9D是D-D′剖面图。本发明的燃料电池系统90，如图9A～D所示，是在平面上且在一轴方向具备多个燃料电池10，供给到阴极的氧化剂(空气)与上述一轴方向平行地流动的平面堆叠构造。并且，如图9C所示，作为排出部的通气孔93以在不妨碍与上述一轴方向平行地流动的氧化剂流的方向排出二氧化碳的方式形成。另外，图9B、C中的符号91是螺钉，符号92是空气流流动的流路。还有，对于图9B～D的剖面图，省略了剖面上应该带的影线。

[0087] 如上所述，在至少在平面上且在一轴方向配置了多个燃料电池的平面堆叠构造中，特别是在沿着多个燃料电池单元的排列而供给成为氧化剂的空气流的场合，优选的是使得不阻碍空气流的供给。根据本发明的燃料电池系统，排出部以在不妨碍与其一轴方向平行地流动的氧化剂流的方向排出生成物的方式形成，因而减少了逆于空气流的流动的排出，可以向各燃料电池单元供给充分的空气流。结果就能提高发电效率。

[0088] 实施例

[0089] 以下，给出实施例来具体地说明本发明的燃料电池。

[0090] (实施例1)

[0091] 以下说明实施例1采用的单元构造。首先，准备使碳粒子(狮子(ライオン)公司制的科琴黑EC600JD)以重量比50％维持粒子直径在3～5nm的范围内的白金微粒子所得的催化剂维持碳微粒子，在1g该催化剂维持碳微粒子中加上杜邦公司制的5重量％那非欧(ナフイオン)溶液(商品名；DE521，「那非欧」是杜邦公司的注册商标)，进行搅拌，获2
得阴极形成用的催化剂浆。在作为基材的碳素纸(东丽公司制的TGP-H-120)上以8mg/cm的涂布量涂布该催化剂浆，使之干燥，制成4cm×4cm的阴极片材。另一方面，除了采用粒子直径在3～5nm的范围内的白金(Pt)-钌(Ru)合金微粒子(Ru的比例为50at％)代替白金微粒子以外，与上述阴极形成用的催化剂浆的条件相同而进行，获得阳极形成用的催化剂浆。除了采用该催化剂浆以外，以与上述阴极的制作条件相同的条件，制成阳极。

[0092] 其次，准备由杜邦公司制的那非欧117(数平均分子量250000)组成的8cm×8cm×厚180μm的膜作为固体高分子电解质膜11。在该膜的厚度方向的一个面上以碳素纸成为外侧的方向而配置上述阴极，在另一个面上以碳素纸成为外侧的方向而配置上述阳极，从各碳素纸的外侧进行热压。由此使阴极12及阳极13与固体高分子电解质膜11接合，获得MEA(电极-电解质膜接合体)。

[0093] 其次，在阴极12和阳极13上配置由厚度200μm的不锈钢(SUS316)组成的外尺2
寸6cm、厚度1mm、宽度11mm的矩形框状的框板所组成的集电体14、15。另外，在固体高分子
2
电解质膜11和阳极集电体15之间，配置由硅橡胶制的外尺寸6cm、厚度0.3mm、宽度10mm的矩形框状的框板组成的密封部件22。在该密封部件22中，作为排出二氧化碳的通气孔，使用在框的各边各2处设置了宽度0.5mm的切口的东西。还有，对于固体高分子电解质11和阴极集电体14之间的密封部件21、其他密封部件23、24(参照图3A～B)，配置了由硅橡
2
胶制的外尺寸6cm、厚度0.3mm、宽度10mm的矩形框状的框板组成的密封部件。

[0094] 接着，作为燃料供给控制膜16，准备8cm×8cm×厚50μm的PTFE多孔质膜(细孔径1.0μm，气孔率80％)。还有，在阴极12上，作为汽化抑制层19(保湿层)，放置加工2
成35mm 的棉纤维垫，在其上，作为盖部件20，载以厚度0.5mm、孔径0.75mm、开口率50％的
2
PTFE制的成组片材，固定汽化抑制层19。还有，燃料罐17是PP(聚丙烯)制的外尺寸6cm、
2
高度8mm、内尺寸44mm、深度3mm的容器，在其侧面设置了用于进行燃料供给的燃料供给口
18，在其内部，作为燃料保持材，放入了由氨甲酸酯素材组成的灯芯材。

[0095] 此后，用给定数的螺钉把MEA、阴极集电体、阳极集电体、燃料供给抑制膜、密封部件及汽化抑制层等进行螺钉紧固，使其成为一体，获得实施例1所涉及的燃料电池。

[0096] (比较例1)

[0097] 密封部件22采用与其他密封部件相同的东西，但没有切痕，此外与实施例1同样进行，制成比较例1的燃料电池。

[0098] (实验及结果)

[0099] 分别对实施例1的燃料电池和比较例1的燃料电池以30mL/min的流速循环供给10vol％甲醇水溶液100mL，在温度25℃·湿度50％的大气环境下，按电流值2A进行了发电试验。发电时间在途中不停止的情况下为10分种。

[0100] 图10是表示对于具有通气孔的实施例1的燃料电池和没有通气孔的比较例1的燃料电池，把各燃料电池的发电电位的初始值归一化为1时的发电电位的时效变化的坐标图。具有通气孔的实施例1的燃料电池，因为构成燃料电池的密封部件22有间隙，所以在阳极产生了的CO2能从间隙释放。因此，CO2不会滞留于阳极和燃料供给控制膜之间，能获得在2A的高电流下电位也降低得少的结果，可以在实用发电状况下进行长时间稳定的发电。结果可以确认，在密封部件上开通气孔，就能效率很好地排出在阳极产生了的CO2，能效率很好地把CO2消除到系统外。另一方面，没有通气孔的比较例1的燃料电池，因为难以排出在阳极产生了的CO2，所以随着时间经过，电位就会降低，发电数分钟就会停止。

[0101] 还有，分别对于实施例1的燃料电池和比较例1的燃料电池在1A下进行了2小时持续发电的实验。燃料消耗速度在哪种场合都是每小时0.5mL，所以可以确认，不管有无CO2通气孔，燃料消耗速度都不会降低。通常的不通过燃料供给控制膜的液体供给所涉及的燃料消耗速度是每小时约1.5mL的程度，所以设置CO2通气孔，就能使之具有燃料供给控制膜的效果所涉及的燃料消耗降低的效果，并且可以进行长时间稳定发电。这样就可以确认，根据本发明，能保持低燃料消耗，并且能持续进行长时间稳定的发电。