專利名稱：燃料電池電源及其運(yùn)行方法以及使用它的便攜式電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在燃料中使用甲醇等液體的燃料電池電源及其運(yùn)行方法以及使用燃料電池電源的便攜式電子裝置。
背景技術(shù)：
燃料電池，因?yàn)槔秒娀瘜W(xué)反應(yīng)直接將燃料具有的化學(xué)能變換為電能，所以其特征為能量效率高。另外，因?yàn)槿剂想姵?，在只更換或補(bǔ)充燃料時(shí)，發(fā)電可連續(xù)進(jìn)行，不需要像在二次電池的場(chǎng)合觀察到的那樣為了充電而暫時(shí)停止便攜式電子裝置的工作。因此，近年來(lái)，作為便攜式電子裝置用的電源單元非常受到注目。
其中，正在研究使用體積能量密度比氫氣等氣體大的液體燃料，例如，甲醇、乙醇、丙醇、二甲醚及乙二醇等的燃料電池，正在進(jìn)行開發(fā)便攜式電子裝置用的電源單元。
近年來(lái)，使用甲醇作為液體燃料的燃料電池的所謂直接型甲醇燃料電池(DMFC)的研究開發(fā)日益盛行。
其中，提出了可以將甲醇水溶液內(nèi)的甲醇水溶液的初始濃度變成高濃度而提高燃料的利用效率和提高DMFC的輸出的燃料電池發(fā)電裝置(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。此專利文獻(xiàn)1，是利用從電池得到的總電量評(píng)價(jià)甲醇水溶液容器的甲醇水溶液的濃度，并相應(yīng)于此評(píng)價(jià)后的甲醇水溶液濃度控制供給到電池的甲醇水溶液的流量的燃料電池發(fā)電裝置。另外，此專利文獻(xiàn)1，作為可以長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)的裝置，還具有第2甲醇水溶液容器和第2供液泵作為對(duì)上述甲醇水溶液容器補(bǔ)充甲醇水溶液的甲醇補(bǔ)充單元用來(lái)控制向電池供給的甲醇水溶液的流量的燃料電池發(fā)電裝置(燃料電池電源)。
專利文獻(xiàn)1日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2003-22830號(hào)公報(bào)(第2頁(yè))。

發(fā)明內(nèi)容
然而，因?yàn)樵诂F(xiàn)有的循環(huán)使用液體燃料的燃料電池中，使用檢測(cè)液體燃料的濃度并保持規(guī)定的濃度的濃度控制結(jié)構(gòu)，所以供給高濃度的液體燃料的泵和供給水的泵等多個(gè)泵是必需的。這些多個(gè)泵的使用，使燃料電池電源內(nèi)的泵等的輔機(jī)占有的空間變大，結(jié)果產(chǎn)生燃料電池電源本身會(huì)大型化的問題。
本發(fā)明的目的在于使燃料電池電源比需要多個(gè)泵的燃料電池電源小型化。
本發(fā)明提供的一種具有利用一個(gè)泵以時(shí)間分割的方式向陽(yáng)極供給液體燃料和水的單元的燃料電池。
根據(jù)本發(fā)明，可以減少泵的數(shù)目而使燃料電池小型化。


圖1為用來(lái)說(shuō)明直接甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)的示圖。
圖2用來(lái)說(shuō)明燃料電池電源的結(jié)構(gòu)示圖。
圖3為用來(lái)說(shuō)明燃料電池電源的液體燃料和水的流動(dòng)的示圖。
圖4為調(diào)整在燃料電池電源中使用的液體燃料的濃度的處理例程I的流程圖。
圖5為調(diào)整在燃料電池電源中使用的液體燃料的濃度的處理例程II的流程圖。
圖6為用來(lái)說(shuō)明在燃料電池電源中使用的送液泵的概略構(gòu)造的示圖。
圖7為用來(lái)說(shuō)明在燃料電池電源中使用的可進(jìn)行時(shí)間分割的送液泵的概略構(gòu)造的示圖。
圖8為示出在實(shí)施例5的燃料電池電源中使用的可進(jìn)行時(shí)間分割的送液泵的送液量和濃度隨時(shí)間變化的示圖。
圖9為示出在實(shí)施例6的燃料電池電源中使用的可進(jìn)行時(shí)間分割的送液泵的送液量和濃度隨時(shí)間變化的示圖。
圖10為示出實(shí)施例1的燃料電池電源的電壓-電流特性的示圖。
圖11為為示出實(shí)施例1的燃料電池電源連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系的示圖。
圖12為示出比較例1的燃料電池電源的電壓-電流特性的示圖。
圖13為為示出比較例1的燃料電池電源連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系的示圖。
圖14為用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的示圖。
圖15為示出本發(fā)明的PDA的外觀的照片。
圖16為用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的PDA的概略結(jié)構(gòu)的示圖。
圖17為用來(lái)說(shuō)明比較例1中使用的燃料電池電源的結(jié)構(gòu)的示圖。
具體實(shí)施例方式
下面，對(duì)本發(fā)明的燃料電池電源及使用該燃料電池電源的便攜式電子裝置的實(shí)施方式予以詳細(xì)說(shuō)明。不過(guò)，本發(fā)明并不受限于以下的首先，舉出標(biāo)準(zhǔn)的DMFC作為使用液體燃料的燃料電池的一例進(jìn)行說(shuō)明。圖1為示出DMFC的概略結(jié)構(gòu)的示圖。DMFC100，包括固體高分子電解質(zhì)膜102；在此固體高分子電解質(zhì)膜102的兩面上把陽(yáng)極催化層103及陰極催化層104接合成為一體的電解質(zhì)膜/電極接合體(MEA；膜電極組合體)；以及分別在陽(yáng)極催化層103和陰極催化層104的外側(cè)密接的陽(yáng)極擴(kuò)散層105和陰極擴(kuò)散層106。另外，在陽(yáng)極擴(kuò)散層105的外側(cè)還配置燃料流路板107。此燃料流路板107上形成具有燃料供給口108和燃料排出口109的燃料流路110。
經(jīng)送液泵對(duì)燃料供給口108供給甲醇水溶液。另外，同樣，在陰極擴(kuò)散層106的外側(cè)還配置空氣流路板111。在空氣流路板111上形成具有空氣供給口112和空氣排出口113的空氣流路114。利用吹風(fēng)機(jī)及送風(fēng)泵等向空氣供給口112供給空氣等氧化劑(此處為氧氣)。利用送液泵從甲醇水溶液容器送出的甲醇水溶液、向燃料流路板107的燃料供給口108供給的甲醇水溶液流過(guò)燃料流路板107的溝槽的部分(燃料流路110)。流過(guò)燃料流路110的甲醇水溶液，通過(guò)浸入到與燃料流路板107相接的陽(yáng)極擴(kuò)散層105，將甲醇水溶液均勻地供給陽(yáng)極催化層103。另外，將陽(yáng)極催化層103和陽(yáng)極擴(kuò)散層105合起來(lái)稱為陽(yáng)極電極(負(fù)極)或陽(yáng)極氣體擴(kuò)散電極，此處略稱陽(yáng)極電極120。同樣，陰極催化層104和陰極擴(kuò)散層106合起來(lái)稱為陰極電極(負(fù)極)或陰極氣體擴(kuò)散電極，此處略稱陰極電極130。
下面，對(duì)供給陽(yáng)極催化層103的甲醇水溶液的反應(yīng)予以說(shuō)明。甲醇水溶液按照下面，對(duì)(1)式所示的反應(yīng)分解為二氧化碳?xì)怏w(CO2)、氫離子(H+)及電子(e-)。
(1)生成的質(zhì)子在固體高分子電解質(zhì)膜102中從陽(yáng)極120側(cè)移動(dòng)到陰極130側(cè)，在陰極催化層104上空氣中的氧氣(O2)和電子(e-)按照(2)式發(fā)生反應(yīng)而生成水(H2O)。
(2)根據(jù)上述反應(yīng)式(1)、反應(yīng)式(2)電化學(xué)反應(yīng)的全化學(xué)反應(yīng)式，以反應(yīng)式(3)式表示。DMFC，按照(3)式將化學(xué)能直接變換為電能而發(fā)生電動(dòng)勢(shì)。
(3)然而，流過(guò)DMFC100的燃料流路板107的甲醇水溶液，不能全部浸入到陽(yáng)極擴(kuò)散層105。一部分甲醇水溶液不進(jìn)行反應(yīng)式(1)的反應(yīng)，從燃料流路板107的燃料排出口109原樣不變流出。因此，成為供給DMFC的甲醇水溶液的利用效率(反應(yīng)效率)降低的問題。為了提高此效率，也嘗試改善燃料流路板107的結(jié)構(gòu)等，但現(xiàn)狀是此利用效率尚未提高。因此，為提高此利用效率，從燃料流路板107的燃料排出口109排出的甲醇水溶液一旦返回甲醇水溶液的容器，也嘗試再次利用。
然而，在陽(yáng)極催化層103中，因?yàn)槿缟鲜?1)式所示，甲醇水溶液和水是以1比1(摩爾比)反應(yīng)，甲醇水溶液(分子量＝32)一方的消耗量與水相比為約1.8倍。因此，在使從燃料流路板107排出的甲醇水溶液原樣不變返回甲醇水溶液的貯藏容器時(shí)，此貯藏容器內(nèi)的甲醇水溶液的濃度逐漸變薄。于是，在將循環(huán)使用而濃度變薄的甲醇水溶液原樣不變使用時(shí)，因?yàn)殡姵貎?nèi)部甲醇不足，上述反應(yīng)式(1)所示的反應(yīng)不能充分地進(jìn)行，而發(fā)生電動(dòng)勢(shì)(輸出電壓)急劇減小的問題。
另外，供給到圖1的陽(yáng)極催化層103的甲醇水溶液中的甲醇和水，按照(1)式所示的反應(yīng)式生成質(zhì)子(H+)、二氧化碳?xì)怏w(CO2)及電子(e-)。生成的二氧化碳?xì)怏w從陽(yáng)極催化層103通過(guò)陽(yáng)極擴(kuò)散層105沿著燃料流路110從燃料排出口109排出。此生成的二氧化碳?xì)怏w有時(shí)在陽(yáng)極內(nèi)的陽(yáng)極催化層103或陽(yáng)極擴(kuò)散層105中，從在甲醇水溶液中的微小氣泡狀態(tài)成長(zhǎng)為大氣泡，此二氧化碳?xì)怏w大氣泡，特別是有時(shí)經(jīng)常妨礙陽(yáng)極擴(kuò)散層105中的液體燃料的流動(dòng)。因此，供給到陽(yáng)極催化層103的甲醇水溶液會(huì)變得不足而使發(fā)電能力降低(輸出電壓降低)。
于是，也需要使生成的這種二氧化碳?xì)怏w從陽(yáng)極內(nèi)的陽(yáng)極催化層103或陰極擴(kuò)散層順利排出而不會(huì)妨礙對(duì)供給到陽(yáng)極催化層103的甲醇水溶液的供給。
在圖2中示出本發(fā)明的燃料電池電源的結(jié)構(gòu)。
在圖2中，燃料電池電源1，主要包括燃料電池部10、液體燃料供給部20、控制部30、電力貯藏部40以及氧化劑氣體供給單元50。
燃料電池部10，由與圖1所示的DMFC100相同的液體燃料電池構(gòu)成。燃料電池部10，是利用由液體燃料供給部20供給的液體燃料(以下采用甲醇作為代表例進(jìn)行說(shuō)明)和由氧化劑氣體供給單元50供給的氧化劑氣體(以下采用空氣作為代表例進(jìn)行說(shuō)明)的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電的部分。液體燃料供給部20，由貯藏水的容器21、貯藏高濃度的甲醇水溶液的容器22以及向液體燃料供給部20供給高濃度的甲醇水溶液和水的送液泵23構(gòu)成。控制部30，由以微型計(jì)算機(jī)為中心的邏輯電路構(gòu)成，具有利用CPU進(jìn)行信號(hào)處理的信號(hào)處理單元31；利用ROM或RAM等的存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)的存儲(chǔ)單元32；輸入輸出各種信號(hào)的輸入輸出板(未圖示)等?？刂撇?0，是對(duì)整個(gè)燃料電池電源1進(jìn)行控制的單元，利用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)供給到燃料電池部10的高濃度的甲醇水溶液和水的供給量及該供給用送液泵23的控制；對(duì)電力貯藏部40的控制；以及對(duì)從氧化劑氣體供給單元50向燃料電池部10供給的空氣吹風(fēng)機(jī)的控制。電力貯藏部40，由DC-DC變換器(斬波器)41和蓄電部42(可充放電的鋰離子二次電池及超電容等)構(gòu)成。電力貯藏部40，是將借助燃料電池部10的發(fā)電所得到的直流電力利用DC-DC變換器(斬波器)41進(jìn)行升壓，以該經(jīng)過(guò)升壓的直流電力對(duì)可充放電的鋰離子二次電池及超電容等的蓄電部42進(jìn)行充電并將充電到蓄電部42的電力供給對(duì)外部負(fù)載放電的部分。另外，此蓄電部42的鋰離子二次電池及超電容等，在燃料電池電源1的啟動(dòng)時(shí)或在與燃料電池部10的放電電力相比外部電路需要的電力大時(shí)，可通過(guò)放電供給該所需電力。另外，蓄電部42的鋰離子二次電池及超電容，可應(yīng)用于控制部30及送液泵23以及空氣吹風(fēng)機(jī)51等的電源(未圖示)。氧化劑氣體供給單元50，是利用空氣吹風(fēng)機(jī)51向燃料電池部10供給空氣等氧化劑氣體的單元。
下面根據(jù)圖3對(duì)本發(fā)明的燃料電池電源1的實(shí)施方式予以更詳細(xì)的說(shuō)明。
首先，對(duì)作為液體燃料的甲醇水溶液的流動(dòng)予以說(shuō)明。供給燃料電池部10，即DMFC100，的甲醇水溶液，是由送液泵23從液體燃料供給部20的水容器21和甲醇水溶液容器22交互供給水及甲醇水溶液。通過(guò)對(duì)從液體燃料供給部20的水容器21供給的水的流路和從甲醇水溶液容器22供給的甲醇水溶液的流路交互地利用設(shè)置于送液泵23的入口側(cè)的電磁閥24對(duì)水的流路和甲醇水溶液的流路進(jìn)行切換，進(jìn)行這種水和甲醇水溶液的交互供給。另外，也可以不利用電磁閥24而只利用送液泵23對(duì)水和甲醇水溶液進(jìn)行相互供給。這種交互供給的水和甲醇水溶液，從燃料流路板107的燃料供給口108供給DMFC100并通過(guò)燃料流路110從燃料排出口109排出。于是，該排出的甲醇水溶液，在將生成的二氧化碳?xì)怏w在氣液分離部25中去除之后，在送液泵23的出口側(cè)管道中將從送液泵23交互供給的水或甲醇水溶液混合再次供給燃料流路板107的燃料供給口108。流過(guò)燃料流路110的甲醇水溶液，浸入到由碳紙這樣的多孔質(zhì)體構(gòu)成的陽(yáng)極擴(kuò)散層105，并經(jīng)過(guò)此陽(yáng)極擴(kuò)散層105供給陽(yáng)極催化層103。此時(shí)，甲醇水溶液，浸入到與燃料流路板107的凸部(不與燃料流路110相當(dāng)?shù)牟糠?相接的陰極擴(kuò)散層，供給到陽(yáng)極催化層103。供給到陽(yáng)極催化層103的甲醇水溶液，按照上述的反應(yīng)式(1)離解為二氧化碳?xì)怏w和和質(zhì)子及電子。生成的質(zhì)子，在固體高分子電解質(zhì)膜102中從陽(yáng)極側(cè)陰極側(cè)移動(dòng)。此質(zhì)子按照上述的反應(yīng)式(2)與在陰極催化層104上供給的空氣中的氧氣成分和陰極催化層104上的電子發(fā)生反應(yīng)而生成水。生成的水，在氣液分離器52中將空氣分離之后，回收到水容器21用于對(duì)甲醇水溶液的濃度調(diào)整。另外，生成的電子，通過(guò)陽(yáng)極催化層103和燃料流路板107，供給到電力貯藏部40。供給到陰極催化層104的空氣，借助氧化劑氣體供給單元50的空氣吹風(fēng)機(jī)51供給空氣流路板111的供給口112，借助設(shè)置于空氣流路板111上的空氣流路114，經(jīng)陰極擴(kuò)散層106，供給到陰極催化層104。供給的此空氣，在陰極催化層104中發(fā)生反應(yīng)而生成水。
下面，對(duì)DMFC100的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。DMFC100包括在固體高分子的電解質(zhì)膜102的兩面上接合成為一體的MEA；分別在此陽(yáng)極催化層103和陰極催化層104的外側(cè)密接的陽(yáng)極擴(kuò)散層105；陰極擴(kuò)散層106以及在此陽(yáng)極擴(kuò)散層105、陰極擴(kuò)散層106的外側(cè)上還分別密接的燃料流路板107及空氣流路板111。此燃料流路板107上形成具有燃料供給口108和燃料排出口109的燃料流路110。在空氣流路板111上形成具有空氣供給口112和空氣排出口113的空氣流路114。在本實(shí)施方式中使用的固體高分子電解質(zhì)膜102，只要是具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的固體高分子電解質(zhì)膜，沒有特別的限制。具體而言，例如，有以Nafion(注冊(cè)商標(biāo)，杜邦公司)、Aciplex(注冊(cè)商標(biāo)，旭化成工業(yè)株式會(huì)社制)、Flemion(注冊(cè)商標(biāo)，旭硝子株式會(huì)社制)的商品名公知的聚全氟磺酸膜為代表的氟素類固體高分子電解質(zhì)膜；在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平9-102322號(hào)公報(bào)中公開的由通過(guò)碳化氟類乙烯單體和碳化氫類乙烯單體共聚合生成的具有主鏈和磺酸基的碳化氫類側(cè)鏈構(gòu)成的磺酸型聚苯乙烯接枝四氟乙烯共聚物(ETFE)膜；在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平9-102322號(hào)公報(bào)中公開的磺酸型聚苯乙烯接枝ETFE膜；在美國(guó)第4012303號(hào)專利及美國(guó)第4605485號(hào)專利中公開的由碳化氟類乙烯單體和碳化氫類乙烯單體共聚生成的膜、將α，β，β-三氟乙烯接枝聚合并將磺酸基導(dǎo)入其中作成的固體高分子電解質(zhì)膜的磺酸型聚(三氟乙烯)-接枝-ETFE膜等部分氟化固體高分子電解質(zhì)膜；在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平6-93114號(hào)公報(bào)中公開的磺化聚醚酮醚固體高分子電解質(zhì)膜；在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平9-245818號(hào)公報(bào)及日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平11-116679號(hào)公報(bào)中公開的磺化聚醚醚砜固體高分子電解質(zhì)膜；在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平10-503788號(hào)公報(bào)中公開的磺化丙烯腈·丁二烯·苯乙烯聚合物固體高分子電解質(zhì)膜；在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平11-510198號(hào)公報(bào)中公開的磺化多硫固體高分子電解質(zhì)膜、磺化聚苯撐固體高分子電解質(zhì)膜；以及在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2002-110174號(hào)公報(bào)、在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2003-100317號(hào)公報(bào)和在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2003-187826號(hào)公報(bào)中公開的將烯化磺酸基導(dǎo)入的芳香族碳化氫類固體高分子電解質(zhì)膜等各種碳化氫類固體高分子電解質(zhì)膜等。其中，從甲醇的滲透性觀點(diǎn)出發(fā)，芳香族碳化氫類固體高分子電解質(zhì)膜是優(yōu)選的。從甲醇的滲透性、膨潤(rùn)性及耐久性的觀點(diǎn)出發(fā)，將烯化磺酸基導(dǎo)入的芳香族碳化氫類固體高分子電解質(zhì)膜是特別優(yōu)選的。另外，通過(guò)使用將鎢氧化物水合物、鋯氧化物水合物及錫氧化物水合物等或硅鎢酸、硅鉬酸、鎢磷酸、磷鉬酸等的質(zhì)子導(dǎo)電性無(wú)機(jī)物在耐熱性樹脂微分散的復(fù)合電解質(zhì)膜等，可以制作出可以在更高溫區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)的燃料電池。另外，因?yàn)檫@些質(zhì)子導(dǎo)電性的酸性電解質(zhì)膜，一般是質(zhì)子與水進(jìn)行水合，此水合的酸性電解質(zhì)膜由于水的膨潤(rùn)的影響，在干燥時(shí)和濕潤(rùn)時(shí)膜產(chǎn)生變形。并且，離子導(dǎo)電性足夠高。
有時(shí)膜的機(jī)械強(qiáng)度不夠。作為這種場(chǎng)合的對(duì)策，使用機(jī)械強(qiáng)度、耐久性、耐熱性優(yōu)異的纖維的無(wú)紡布或織布作為芯材，或在制造電解質(zhì)膜時(shí)將這些纖維作為填料添加進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，在提高電解質(zhì)膜及進(jìn)一步提高可靠性方面是有效的方法。在膜上開孔，將電解質(zhì)填充到該空中的方法也有效。另外，為了降低電解質(zhì)膜的燃料滲透性(穿過(guò)，crossover)，也可以使用在聚苯并咪唑類中以硫酸、磷酸、磺酸類及膦酸進(jìn)行摻雜的膜。
作為此固體高分子電解質(zhì)膜102的磺酸當(dāng)量(指干燥樹脂)，優(yōu)選是0.5～2.0毫當(dāng)量/g，更優(yōu)選是0.7～1.6毫當(dāng)量/g的范圍。在磺酸當(dāng)量小于此范圍時(shí)，膜的離子傳導(dǎo)電阻變大(離子導(dǎo)電性降低)，另一方面，在磺酸當(dāng)量大于此范圍時(shí)，易于溶解于水，不是優(yōu)選的。
對(duì)固體高分子電解質(zhì)膜102的厚度沒有特別限制，但優(yōu)選是10～200μm。30～100μm是特別優(yōu)選的。要得到在實(shí)用上可以耐受的強(qiáng)度的膜，厚于10μm是優(yōu)選的，為了減小膜電阻，即提高發(fā)電性能，優(yōu)選是薄于200μm。此電解質(zhì)膜的厚度，在采用溶液鑄造法時(shí)，可以通過(guò)電解質(zhì)溶液濃度或在基板上涂敷的電解質(zhì)溶液的厚度進(jìn)行控制。在從熔融狀態(tài)制膜時(shí)的電解質(zhì)膜的厚度，可通過(guò)對(duì)利用熔融壓制法或熔融積壓法等制得的規(guī)定厚度的膜以規(guī)定的倍率進(jìn)行延伸來(lái)控制。另外，在制造本實(shí)施方式中使用的固體高分子電解質(zhì)膜102時(shí)，通常在高分子中使用的增塑劑、穩(wěn)定劑、脫型劑等添加劑，只要不違反本實(shí)施方式的目的，都可以使用。
在作為燃料電池使用時(shí)的MEA中使用的電極的催化層，是由導(dǎo)電材料和由高導(dǎo)電材料承載的催化金屬的微粒構(gòu)成的，根據(jù)需要也可以包含疏水劑及粘結(jié)劑。另外，也可以在此催化層的外側(cè)設(shè)置由不承載催化劑導(dǎo)電材料和和根據(jù)需要包含的疏水劑及粘結(jié)劑構(gòu)成的層。作為在此電極的催化層中使用的催化金屬，只要是可以促進(jìn)氫的氧化反應(yīng)及氧的還原反應(yīng)的金屬就可以，例如，可以舉出的有鉑、金、銀、鈀、銥、銠、釕、鐵、鈷、鎳、鉻、鎢、錳、釩或它們的合金。在這種催化劑中，特別是作為陰極催化劑的鉑，作為陽(yáng)極催化劑的鉑-釕合金是經(jīng)常使用的。作為催化劑的金屬的粒徑，通常為10～300埃。使這些催化劑附著于碳等載體上可減少催化劑的使用量，在成本上有利。在電極成形狀態(tài)下，使用的陽(yáng)極催化劑的量為0.5～20mg/cm2，優(yōu)選為5～15mg/cm2，使用的陰極催化劑的量為0.01～10mg/cm2，優(yōu)選為0.1～10mg/cm2。陽(yáng)極催化劑量比陰極催化劑量多是優(yōu)選的。陽(yáng)極催化層103，由于從陽(yáng)極催化劑的甲醇和水發(fā)生質(zhì)子和電子的反應(yīng)式(1)的反應(yīng)很慢，比陰極催化層104厚是優(yōu)選的。陽(yáng)極催化層103的厚度為20～300μm，特別是50～200μm是優(yōu)選的。陰極催化層104的厚度為3～150μm，特別是5～50μm是優(yōu)選的。陽(yáng)極催化層103、陽(yáng)極擴(kuò)散層105，為了易于與甲醇等燃料水溶液濡濕，優(yōu)選是進(jìn)行親水處理。反之，為了防止陰極催化層104及陰極擴(kuò)散層106產(chǎn)生的水發(fā)生滯留，優(yōu)選是進(jìn)行疏水處理。
對(duì)陽(yáng)極催化層103及陽(yáng)極擴(kuò)散層105進(jìn)行親水處理的方法，例如，有下述的方法首先，利用從過(guò)氧化氫、次氯酸鈉、過(guò)錳酸鉀、鹽酸、硝酸、磷酸、硫酸、發(fā)煙硫酸、氟酸、醋酸、臭氧等之中選出的氧化劑對(duì)在陽(yáng)極催化層103及陽(yáng)極擴(kuò)散層105中使用的碳素(碳)材料進(jìn)行處理，之后將氫氧根、磺酸基、羧酸基、磷酸基、硫酸酯基、羰基、氨基等親水基導(dǎo)入碳素(碳)材料。另外，對(duì)于將親水基導(dǎo)入此碳素(碳)材料的方法，也可使用電解氧化(陽(yáng)極氧化)、水蒸氣氧化產(chǎn)生的激活處理，添加親水性表面活性劑等方法。
由于用來(lái)易于與此甲醇燃料濡濕的陽(yáng)極催化層103的親水化處理及上述(1)式的反應(yīng)支配全反應(yīng)的速度，為使接觸時(shí)間延長(zhǎng)，使反應(yīng)更多產(chǎn)生而將陰極催化層104做得更厚；或者進(jìn)行陽(yáng)極擴(kuò)散層105的親水化處理及進(jìn)行陰極擴(kuò)散層106的疏水化；在陽(yáng)極上按照上述(1)式的反應(yīng)生成的二氧化碳?xì)怏w和在陰極中通過(guò)反應(yīng)生成的水可順利地從電池向外排出；以及可以使電池的輸出電壓變得更高等等因素，所以不僅對(duì)層疊型的稀釋循環(huán)型燃料電池，而且多包含不使用泵和吹風(fēng)機(jī)送入燃料和空氣而依靠自然擴(kuò)散供給的所謂的被動(dòng)平面型全部液體燃料電池都有效。
只要承載催化劑的導(dǎo)電材料是各種金屬及碳素(碳)材料等的電子導(dǎo)電性物質(zhì)，可以是其中的任何一種。其中，作為碳素材料，例如，可以舉出的有爐法碳黑、槽法碳黑、乙炔黑、非晶碳、碳納米管、碳納米角、活性炭、石墨等。這些材料可以單獨(dú)或混合使用。碳素(碳)粒子的粒徑，例如，為大于等于0.01μm小于等于0.1μm，優(yōu)選是大于等于0.02μm小于等于0.06μm。進(jìn)行疏水處理的疏水劑，例如，可以使用氟化碳、聚四氟乙烯等。作為粘接劑，在本實(shí)施方式的電極催化劑覆蓋用的5wt％聚全氟碳磺酸電解質(zhì)的水/乙醇溶液(溶劑為將水、異丙醇、正丙醇以重量比20∶40∶40混合使用弗魯克米克(フルカケミカ)公司制)原樣不變使用時(shí)，從粘接性觀點(diǎn)考慮是優(yōu)選的，但使用其他各種樹脂也可以。在此場(chǎng)合，添加具有疏水性的氟素樹脂是優(yōu)選的，特別是使用具有優(yōu)異耐熱性、耐酸性的材料是優(yōu)選的，例如，聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚體以及四氟乙烯-六氟丙烯共聚體。
對(duì)于作為燃料電池使用時(shí)的電解質(zhì)膜和電極的接合法沒有特別的限制，可以應(yīng)用在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平5-182672號(hào)及日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2003-187824號(hào)公報(bào)中公開的公知的方法。作為MEA的制作方法，例如，有如下方法將由碳承載的Pt催化粉和聚四氟乙烯懸濁液混合，涂敷于碳紙之上，經(jīng)熱處理而形成催化層。接著，將與電解質(zhì)膜相同的電解質(zhì)溶液涂敷于催化層上，利用熱壓法使其與電解質(zhì)膜成為一體。此外，還有預(yù)先將與電解質(zhì)膜相同的電解質(zhì)溶液覆蓋于Pt催化粉之上的方法；將催化劑漿料涂敷于電解質(zhì)膜一方之上的方法；利用非電解電鍍法將電極設(shè)置于電解質(zhì)膜上的方法；使鉑族金屬絡(luò)離子吸附于電解質(zhì)膜上之后進(jìn)行還原的方法等。固體高分子型燃料電池是這樣構(gòu)成的，即，在以上述方式形成的電解質(zhì)膜和氣體擴(kuò)散電極的接合體的外側(cè)上形成燃料流路和氧化劑流路的帶有溝槽的集電體，此集電體由配置的燃料配流板和氧化劑配流板組成，將這樣形成的制品作為電池單體，將多個(gè)這樣的電池單體中間夾著冷卻板等層疊構(gòu)成上述固體高分子型燃料電池。為了連接電池單體，除了層疊，也可以使用平面連接法。連接電池單體的方法，采用哪一個(gè)并沒有特別限制。燃料電池，在使其在高溫下工作時(shí)，由于電極的催化劑激活，電極過(guò)電壓降低，是優(yōu)選的，但對(duì)工作溫度沒有限制。也可使液體燃料氣化而在高溫下工作。
下面，對(duì)供給到DMFC100的甲醇水溶液的濃度調(diào)整和供給方法予以說(shuō)明。首先，對(duì)供給到DMFC100的甲醇水溶液的濃度進(jìn)行說(shuō)明。在采用氟素類固體高分子電解質(zhì)膜時(shí)，供給到DMFC100的甲醇水溶液的濃度控制為3～15wt％，優(yōu)選是將濃度控制為5～10wt％。此時(shí)，在甲醇水溶液的濃度高于15wt％時(shí)，因?yàn)橥高^(guò)電解質(zhì)膜的甲醇量有增加的傾向，甲醇的利用效率降低，不是優(yōu)選的。同樣，在甲醇水溶液的濃度低于3wt％時(shí)，因?yàn)镈MFC100的輸出電壓降低，不是優(yōu)選的。另外，在采用芳香族碳化氫類固體高分子電解質(zhì)膜時(shí)，因?yàn)橥高^(guò)此電解質(zhì)膜的甲醇量少，DMFC100內(nèi)的甲醇水溶液的合適濃度范圍為5～64wt％，優(yōu)選是20～60wt％。下面，對(duì)甲醇水溶液的濃度調(diào)整方法予以說(shuō)明。在陽(yáng)極催化層103中，甲醇水溶液中的甲醇，是按照上述(1)式的反應(yīng)式消耗，所以甲醇水溶液中的甲醇濃度逐漸變薄。因此，從燃料流路110排出的甲醇水溶液，在經(jīng)過(guò)氣液分離器25將二氧化碳?xì)怏w除去之后，直接返回DMFC100時(shí)，在電池內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生甲醇不足而使電動(dòng)勢(shì)急劇減小的問題。
于是，由設(shè)置在DMFC100中的甲醇濃度傳感器240檢測(cè)甲醇水溶液的濃度并將該信息發(fā)送到控制部30?？刂撇?0，通過(guò)從信號(hào)處理單元31輸出信號(hào)進(jìn)行控制使甲醇水溶液中的甲醇濃度成為預(yù)先在存儲(chǔ)單元32中設(shè)定的濃度。就是說(shuō)，控制部30，在利用送液泵23輸送甲醇水溶液或水時(shí)，從信號(hào)處理單元31輸出信號(hào)，以便利用設(shè)置于送液泵23的入口側(cè)的電磁閥24以時(shí)間分割方式對(duì)連接甲醇水溶液容器22的出口和送液泵23的入口的流路與連接水容器21的出口和送液泵23的入口的流路進(jìn)行切換。另外，也可以不利用電磁閥24而只利用送液泵23對(duì)水和甲醇水溶液進(jìn)行相互供給。
圖4和圖5示出利用控制部30對(duì)供給到DMFC100的甲醇水溶液的濃度調(diào)整方法。圖4為表示利用電磁閥24時(shí)的甲醇水溶液的濃度調(diào)整處理例程I的流程圖。圖5為表示不利用電磁閥24時(shí)的甲醇水溶液的濃度調(diào)整處理例程II的流程圖。在圖4中，當(dāng)此處理例程I開始時(shí)，控制部30，進(jìn)行以下的執(zhí)行步驟。就是說(shuō)，讀入由設(shè)置于DMFC100上的甲醇濃度傳感器240檢出的甲醇濃度(步驟S1)。之后，根據(jù)甲醇濃度傳感器240給出的檢測(cè)信號(hào)判斷DMFC100的甲醇水溶液的濃度是否處于合適范圍(步驟S2)。在步驟S2中，在判斷DMFC100的甲醇水溶液的濃度不在合適范圍內(nèi)時(shí)，就改變利用電磁閥24切換上述甲醇水溶液的流路和水的流路的定時(shí)(預(yù)先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中的定時(shí))(步驟S3)而結(jié)束此處理例程I。在步驟S2中，在判斷DMFC100的甲醇水溶液的濃度在合適范圍內(nèi)時(shí)，就返回到步驟S1，再次讀入甲醇濃度。
在圖5中，當(dāng)開始此處理例程II時(shí)，控制部30，進(jìn)行以下的執(zhí)行步驟。就是說(shuō)，讀入由設(shè)置于DMFC100上的甲醇濃度傳感器240檢出的甲醇濃度(步驟S11)。
之后，根據(jù)甲醇濃度傳感器240給出的檢測(cè)信號(hào)判斷DMFC100的甲醇水溶液的濃度是否處于合適范圍(步驟S12)。在步驟S2中，在判斷DMFC100的甲醇水溶液的濃度不在合適范圍內(nèi)時(shí)，就改變供給上述甲醇水溶液和水的送液泵23的時(shí)間分配定時(shí)(預(yù)先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中的定時(shí))(步驟S13)而結(jié)束此處理例程II。在步驟S12中，在判斷DMFC100的甲醇水溶液的濃度在合適范圍內(nèi)時(shí)，就返回到步驟S11，再次讀入甲醇濃度。
這樣進(jìn)行的濃度控制，是在利用送液泵23輸送甲醇水溶液或水時(shí)，根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中的定時(shí)利用設(shè)置于送液泵23的入口側(cè)的電磁閥24以時(shí)間分割方式對(duì)連接甲醇水溶液容器22的出口和送液泵23的入口的流路與連接水容器21的出口和送液泵23的入口的流路進(jìn)行切換，以便使?jié)舛忍幱谏鲜鲞m當(dāng)濃度范圍。對(duì)利用上述電磁閥24切換甲醇水溶液的流路和水的流路的定時(shí)沒有特別限制。然而，在以利用脈動(dòng)將從DMFC100內(nèi)的燃料流路110順利排出二氧化碳?xì)怏w為目的時(shí)，利用電磁閥24切換甲醇水溶液的流路和水的流路的定時(shí)，在1秒內(nèi)容易啟動(dòng)100次至0.001次，優(yōu)選是50次至0.2次的脈動(dòng)的定時(shí)是適當(dāng)?shù)?。?duì)于甲醇水溶液容器22中的甲醇水溶液的濃度沒有特別限制，但因?yàn)榧状妓芤旱臐舛雀邥r(shí)，包含的甲醇量多，在體積相同時(shí)，連續(xù)使用時(shí)間延長(zhǎng)，所以甲醇水溶液的濃度高為優(yōu)選。此甲醇水溶液的濃度為30～100wt％是一般情況，大于等于90wt％是特別優(yōu)選的。另外，在送液泵23采用時(shí)間分割型泵時(shí)，因?yàn)槭且宰笥业母舯诘捏w積決定送液的比率，甲醇水溶液容器22中的甲醇水溶液的濃度由左右的隔壁的體積比決定。
下面，對(duì)利用一個(gè)送液泵23以時(shí)間分割方式分別對(duì)液體燃料(甲醇水溶液)或水進(jìn)行輸送的方法予以說(shuō)明。只要此方法是利用一個(gè)送液泵23以時(shí)間分割方式分別對(duì)甲醇水溶液或水進(jìn)行輸送的方法，就沒有特別限制。作為該具體方法，存在下面的方法。
(1)在利用送液泵23輸送甲醇水溶液或水時(shí)，對(duì)連接甲醇水溶液容器22的出口和送液泵23的入口的流路與連接水容器21的出口和送液泵23的入口的流路，利用設(shè)置于送液泵23的入口側(cè)的電磁閥24進(jìn)行切換的定時(shí)以時(shí)間分割方式輸送甲醇水溶液或水的方法。
(2)在泵的入口處采用具有多于等于兩個(gè)容積的壓電泵及柱塞泵等之時(shí)，向具有此多于等于兩個(gè)容積的泵的入口供給的甲醇水溶液和水在各個(gè)定時(shí)以時(shí)間分割方式輸送的方法。
在方法(1)中使用的送液泵，如果是可以輸送液體燃料的泵，可以使用而沒有特別的限制。作為這種泵，存在(A)渦輪型泵(A-1)渦流泵；擴(kuò)散泵等離心泵；(A-2)渦輪斜流泵；斜流泵等斜流泵；(A-3)軸流泵；(B)容積型泵(B-1)活塞泵；壓電泵；柱塞泵；隔膜泵等往復(fù)泵；(B-2)齒輪泵；螺桿泵等旋轉(zhuǎn)泵；(C)特殊泵渦流齒輪泵(級(jí)聯(lián)泵)；氣泡泵(空氣升液泵)；射流泵等。
另外，方法(2)是利用壓電泵及柱塞泵的方法。壓電泵及柱塞泵，通常是在一個(gè)泵體中吸入液體期間，在另一個(gè)泵體中排出同樣的液體，其設(shè)計(jì)使得永遠(yuǎn)可以均勻地輸送同一量的液體。此方法(2)，例如，是利用在壓電泵及柱塞泵的一個(gè)泵體入口與供給甲醇水溶液等液體燃料的流路相連接，而另一個(gè)泵體入口與供給水的流路相連接時(shí)，則在吸入甲醇水溶液期間排出水，反之，在吸入水期間，排出甲醇水溶液。就是說(shuō)，是一種對(duì)甲醇水溶液和水向DMFC100輸送時(shí)的定時(shí)分別進(jìn)行時(shí)間分割的送液方法。
圖6和圖7示出壓電送液泵的概略構(gòu)造。圖6是用于方法(1)的壓電送液泵，而圖7是用于方法(2)的壓電送液泵。之所以采用這種壓電送液泵是因?yàn)閷?duì)于需要在低功耗情況下將少量液體以高壓力頭送入的DMFC100而言是最合適的。首先，對(duì)圖6所示的現(xiàn)有的壓電送液泵的動(dòng)作原理予以說(shuō)明。逆流防止閥304是只能向一個(gè)方向打開的單向閥。在圖6中，在由聚偏氟乙烯構(gòu)成的雙壓電晶片振子301向著圖6中的右方位置變化時(shí)，左側(cè)的流體的入口側(cè)的逆流防止閥304A打開，左側(cè)的流體出口側(cè)的逆流防止閥304C關(guān)閉。此時(shí)，流體從流體的入口303吸入到左側(cè)的隔壁室內(nèi)。并且此時(shí)，右側(cè)的流體的入口側(cè)的逆流防止閥304B關(guān)閉，在流體出口側(cè)的逆流防止閥304D打開，右側(cè)的隔壁室內(nèi)存在的流體向外送出。反之，在雙壓電晶片振子301向左側(cè)移動(dòng)時(shí)，右側(cè)的隔壁室內(nèi)存在的流體從隔壁室內(nèi)向外送出，與其相反流體進(jìn)入左側(cè)的隔壁室內(nèi)。因?yàn)殡p壓電晶片振子301以振幅306根據(jù)頻率左右運(yùn)動(dòng)，通過(guò)這種反復(fù)動(dòng)作，向一個(gè)方向發(fā)送的送液量根據(jù)頻率而改變，在高頻時(shí)送液量多。
下面，對(duì)圖7所示的本實(shí)施方式的壓電送液泵的動(dòng)作原理予以說(shuō)明。在圖7中，由聚偏氟乙烯構(gòu)成的雙壓電晶片振子401向著圖7中的右方位置變化時(shí)，左側(cè)的流體B的出口408的逆流防止閥402-B2關(guān)閉，流體便攜式電子裝置送入左側(cè)的隔壁室內(nèi)。另一方面，右側(cè)的流體A的入口405的逆流防止閥402-A2打開，在右側(cè)的隔壁室內(nèi)存在的流體A送出。反之，在雙壓電晶片振子401向左側(cè)移動(dòng)時(shí)，左側(cè)存在的流體B從隔壁室內(nèi)送出，流體A進(jìn)入右側(cè)的隔壁室內(nèi)。因?yàn)殡p壓電晶片振子401以振幅403根據(jù)頻率左～右運(yùn)動(dòng)，通過(guò)這種反復(fù)動(dòng)作，流體A和流體B交互送液。送液量根據(jù)頻率而改變，在高頻時(shí)送液量多。圖8示出時(shí)間分割型壓電送液泵的送出的送液量和濃度隨時(shí)間變化的關(guān)系。圖中的a表示甲醇水溶液的供給，圖中的b表示水的供給。此圖8示出在利用時(shí)間分割型壓電送液泵向DMFC100發(fā)送的液體中存在脈動(dòng)及濃度梯度。另外，通過(guò)改變壓電送液泵的隔壁室的左右體積，可以改變輸送的液體的量的比。具體而言，在圖9中示出在將水流過(guò)的隔壁室的體積設(shè)定為甲醇水溶液流過(guò)的隔壁室的體積的二倍時(shí)的送液量和濃度隨時(shí)間變化。在將圖9與圖8比較時(shí)，水的送液量(圖中的b)與圖8相比，圖9輸送的大約為圖8的兩倍。因此，在時(shí)間分割型壓電送液泵中，隔壁室內(nèi)的體積比的改變也有效。
下面，通過(guò)實(shí)施例及比較例對(duì)本發(fā)明的特征進(jìn)行舉例說(shuō)明，但本發(fā)明并不限定于此。
(1)結(jié)構(gòu)<實(shí)施例1>
在實(shí)施例1中使用的本實(shí)施方式的燃料電池電源的結(jié)構(gòu)，采用與圖2所示的燃料電池電源的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。此處，具體地在實(shí)施例1中使用。
下面，對(duì)構(gòu)成DMFC100的固體高分子電解質(zhì)膜102、陽(yáng)極催化層103、陰極催化層104、陽(yáng)極擴(kuò)散層105、陰極擴(kuò)散層106、燃料流路板107以及空氣流路板111依此詳細(xì)說(shuō)明。作為固體高分子電解質(zhì)膜102，使用聚全氟碳磺酸膜(商品名Nafion117；杜邦公司)。陽(yáng)極催化層103，是利用由在碳素承載體上使鉑和釕的原子比調(diào)整為1/1的鉑/釕合金微粒以50wt％分散承載的催化劑粉末和作為粘接劑采用的5wt％濃度的溶解聚全氟碳磺酸電解質(zhì)的水/乙醇混合溶液(溶劑為將水、異丙醇、正丙醇以重量比20∶40∶40混合使用弗魯克米克公司制)的漿料，借助篩網(wǎng)印刷法在聚四氟乙烯膜上形成寬10mm×20mm，厚度約80μm的多孔質(zhì)催化層，通過(guò)干燥而得到的。此時(shí)，催化劑的附著量為6mg/cm2。陰極催化層104，是利用由在碳素承載體上承載30wt％的鉑微粒的催化劑粉末和作為粘接劑利用的5wt％濃度的溶解聚全氟碳磺酸電解質(zhì)的水/乙醇混合溶液(溶劑為將水、異丙醇、正丙醇以重量比20∶40∶40混合使用弗魯克米克公司制)的漿料，借助篩網(wǎng)印刷法在聚四氟乙烯膜上形成寬10mm×20mm，厚度約50μm的多孔質(zhì)催化層，通過(guò)干燥而得到的。此時(shí)，催化劑的附著量為3mg/cm2。
下面，對(duì)MEA電極的制造方法予以說(shuō)明。MEA電極，利用(1)將陽(yáng)極催化層103接合到固體高分子電解質(zhì)膜102的單側(cè)的面上；(2)在未接合陽(yáng)極催化層103的固體高分子電解質(zhì)膜102的表面上接合陰極催化層104而制成。陽(yáng)極催化層103與固體高分子電解質(zhì)膜102的接合，是在陽(yáng)極催化層103表面上使用5wt％的Nafion117的水/乙醇混合溶液(溶劑為將水、異丙醇、正丙醇以重量比20∶40∶40混合使用弗魯克米克公司制)約0.5ml浸透之后，疊置于固體高分子電解質(zhì)膜102的發(fā)電(電極)部分之上，加上約1kg的載荷在80℃下加熱3小時(shí)而達(dá)成的。陰極催化層104與固體高分子電解質(zhì)膜102的接合，是在陰極催化層104表面上使用5wt％的Nafion117的水/乙醇混合溶液(溶劑為將水、異丙醇、正丙醇以重量比20∶40∶40混合使用弗魯克米克公司制)約0.5ml浸透之后，將此陰極催化層104疊置于上述固體高分子電解質(zhì)膜102與陽(yáng)極催化層103接合的一面的反對(duì)側(cè)一面的發(fā)電(電極)部分之上，加上約1kg的載荷在80℃下干燥3小時(shí)而達(dá)成的。
下面，對(duì)陽(yáng)極擴(kuò)散層105和陰極擴(kuò)散層106的制造方法予以說(shuō)明。按照碳素粉末燒制后的重量為40wt％的標(biāo)準(zhǔn)添加疏水劑聚四氟乙烯微粒的水性分散液(氟素樹脂彌散體D-1，達(dá)肯(ダイキン)公司制)混勻形成的漿料狀混合物，在厚度約350μm，孔隙率為87％的碳布承載體的一面上涂敷，厚度約為20μm，在室溫下干燥后在270℃燒制約3小時(shí)而制成碳素片。將制作的此碳素片切成與上述的MEA的陽(yáng)極電極的尺寸相同的形狀作為陽(yáng)極擴(kuò)散層105。按照碳素粉末燒制后的重量成為40wt％的標(biāo)準(zhǔn)添加疏水劑聚四氟乙烯微粒的水性分散液(氟素樹脂彌散體D-1，達(dá)肯公司制)混勻形成的漿料狀混合物，在厚度約350μm，孔隙率為87％的碳布承載體的一面上涂敷，厚度約為20μm，在室溫下干燥后在270℃燒制約3小時(shí)而制成碳素片。將得到的此碳素片切成與上述的MEA的陰極電極的尺寸相同的形狀作為陰極擴(kuò)散層106。
在固體高分子電解質(zhì)膜102的一面上一體化接合陽(yáng)極催化層103，在其相反側(cè)一面上一體化接合陰極催化層104而成的MEA的陽(yáng)極催化層103與陽(yáng)極擴(kuò)散層105密接，另一側(cè)的陰極催化層104與陰極擴(kuò)散層106密接?？諝饬髀钒?11配置于陰極擴(kuò)散層106的外側(cè)，設(shè)置有具有空氣供給口112和空氣排出口113的空氣流路114。利用氧化劑氣體供給單元50的吹風(fēng)機(jī)51供給空氣。另一方面，燃料流路板107配置于陽(yáng)極擴(kuò)散層105的外側(cè)，設(shè)置有具有燃料供給口108和燃料排出口109的燃料流路110。向此燃料流路板107供給的甲醇水溶液的濃度由控制部30控制在適當(dāng)濃度范圍。此控制，對(duì)利用設(shè)置于送液泵23的入口側(cè)的電磁閥24以時(shí)間分割方式對(duì)連接甲醇水溶液容器22的出口和送液泵23的入口的流路與連接水容器21的出口和送液泵23的入口的流路進(jìn)行切換進(jìn)行控制。另外，為了使由于(1)式的反應(yīng)在陽(yáng)極上產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w從此電池順利排出，作為易于產(chǎn)生脈動(dòng)的定時(shí)，電磁閥24的切換以在1秒內(nèi)進(jìn)行50次至0.2次的定時(shí)進(jìn)行。
另外，在以下的<實(shí)施例2>至<實(shí)施例14>以及<比較例1>中使用的燃料電池電源的說(shuō)明中，對(duì)于與在此實(shí)施例1中使用的燃料電池電源不同的特征部分予以說(shuō)明，對(duì)共同的部分的說(shuō)明則省略。
<實(shí)施例2>
將在實(shí)施例1中使用的碳素粉末20g和200ml的發(fā)煙硫酸(濃度60％)在300ml的燒瓶中混合，在氮?dú)饬飨略?0℃的溫度下保持2天使其進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)的液體從黑色變?yōu)椴枭Ｖ?，將此燒瓶的溫度冷卻到室溫，再利用冰進(jìn)行冷卻的同時(shí)將此反應(yīng)液一邊攪拌一邊緩慢加到裝有600ml的蒸餾水的燒瓶中，在反應(yīng)液全部加入之后進(jìn)行過(guò)濾。于是，將過(guò)濾后的沉淀物以蒸餾水充分進(jìn)行清洗，利用蒸餾水清洗此沉淀物要一直清洗到清洗液成為中性為止。之后，再依次利用甲醇、乙醚將其洗凈之后，在40℃下進(jìn)行真空干燥而得到碳素粉末的衍生物。對(duì)此碳素粉末進(jìn)行紅外線分光吸收光譜測(cè)定的結(jié)果，確認(rèn)了在1225cm-1及1413cm-1處有基于-OSO3H基的吸收。另外，確認(rèn)了在1049cm-1處有基于-OH基的吸收。這一點(diǎn)，表示在利用此發(fā)煙硫酸處理過(guò)的碳素粉末的表面上導(dǎo)入了-OSO3H基和-OH基。利用此發(fā)煙硫酸處理過(guò)的碳素粉末的甲醇水溶液的接觸角與未利用發(fā)煙硫酸處理過(guò)的碳素粉末的甲醇水溶液的接觸角相比較小，是親水性的。另外，利用此發(fā)煙硫酸處理過(guò)的碳素粉末與未利用此發(fā)煙硫酸處理過(guò)的碳素粉末相比較，導(dǎo)電性也更好。將利用此發(fā)煙硫酸處理過(guò)的碳素粉末添加到5wt％的Nafion117的水/乙醇混合溶液(溶劑為將水、異丙醇、正丙醇以重量比20∶40∶40混合使用弗魯克米克公司制)形成的漿料狀混合物在厚度約350μm，孔隙率為87％的陽(yáng)極擴(kuò)散層105的碳布承載體的一面上涂敷，厚度約為20μm，在100℃下干燥后制成碳素片。除了將得到的碳素片切成與上述的MEA的陽(yáng)極電極的尺寸相同的形狀作為陽(yáng)極擴(kuò)散層105以外，利用與實(shí)施例1完全相同的結(jié)構(gòu)的燃料電池電源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
<實(shí)施例3>
將在實(shí)施例1中使用的約350μm、孔隙率為87％的碳布浸入到裝有發(fā)煙硫酸(濃度60％)的燒瓶中進(jìn)行與實(shí)施例2的發(fā)煙硫酸處理的碳素粉末同樣的處理。其結(jié)果，經(jīng)過(guò)此發(fā)煙硫酸處理的碳布，是在表面上導(dǎo)入了-OSO3H基和-OH基親水性及導(dǎo)電性優(yōu)異的制品。除了將經(jīng)過(guò)此發(fā)煙硫酸處理的碳布用作陽(yáng)極擴(kuò)散層105以外，利用與實(shí)施例2完全相同的結(jié)構(gòu)的燃料電池電源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
<實(shí)施例4>
將實(shí)施例1的固體高分子電解質(zhì)膜102的聚全氟碳磺酸膜改變?yōu)槭褂没羌谆勖秧刻蓟瘹漕愲娊赓|(zhì)膜。另外，除了陽(yáng)極催化層103的粘接劑使用30wt％磺甲基化聚醚砜碳化氫類電解質(zhì)以外，利用與實(shí)施例2完全相同的結(jié)構(gòu)的燃料電池電源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在此場(chǎng)合，陽(yáng)極催化層103，以下述方式制作。首先，對(duì)在用作陽(yáng)極催化層103的承載體的碳素粉末上的鉑和釕的原子比為1/1的鉑/釕合金微粒的催化劑以50wt％進(jìn)行分散承載的催化劑粉末進(jìn)行調(diào)整。之后，將此催化劑粉末和由30wt％的磺甲基化聚醚砜碳化氫類電解質(zhì)的水/乙醇混合溶液(為將水、異丙醇、正丙醇以重量比20∶40∶40混合的溶劑)和分散劑及疏水劑構(gòu)成的漿料通過(guò)調(diào)整借助篩網(wǎng)印刷法在聚四氟乙烯膜上形成厚度約80μm的多孔質(zhì)催化層，將此多孔質(zhì)催化層用作陽(yáng)極催化層103。
<實(shí)施例5>
除了對(duì)供給到實(shí)施例4中使用的DMFC100的甲醇水溶液的濃度調(diào)整，不使用電磁閥24而只使用圖7所示的時(shí)間分割型壓電送液泵以外，利用與實(shí)施例4完全相同的結(jié)構(gòu)的燃料電池電源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
<實(shí)施例6>
除了使用了對(duì)在實(shí)施例5中使用的時(shí)間分割型壓電送液泵的隔壁室的左右的體積進(jìn)行改變，使水流過(guò)的隔壁室的體積成為甲醇水溶液流過(guò)的隔壁室的體積的兩倍的時(shí)間分割型壓電送液泵以外，利用與實(shí)施例5完全相同的結(jié)構(gòu)的燃料電池電源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
<實(shí)施例7>
除了將陽(yáng)極催化層103的厚度從80μm增加到150μm，將陰極催化層104的厚度從50μm減小到25μm以外，利用與實(shí)施例5完全相同的結(jié)構(gòu)的燃料電池電源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
<實(shí)施例8>
除了在陽(yáng)極擴(kuò)散層105中使用了將實(shí)施例1中使用的碳素粉末利用與實(shí)施例2相同的發(fā)煙硫酸進(jìn)行處理得到的親水性碳素粉末以外，利用與實(shí)施例7完全相同的結(jié)構(gòu)的燃料電池電源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
<實(shí)施例9>
除了在陽(yáng)極擴(kuò)散層105中使用了將實(shí)施例3中使用的碳布利用與實(shí)施例3相同的發(fā)煙硫酸進(jìn)行處理并將得到的親水碳布以外，利用與實(shí)施例8完全相同的結(jié)構(gòu)的燃料電池電源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
<實(shí)施例10>
除了使用碳紙代替用作陽(yáng)極擴(kuò)散層105的承載體的碳布以外，利用與實(shí)施例8完全相同的結(jié)構(gòu)的燃料電池電源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
<實(shí)施例11>
將實(shí)施例7中使用的陰極催化層104以下述方式制作。首先，對(duì)在用作陰極催化層104的承載體的碳素粉末上的鉑和釕的原子比為1/1的鉑/釕合金微粒的催化劑以50wt％進(jìn)行分散承載的催化劑粉末進(jìn)行調(diào)整。之后，將此催化劑粉末和由30wt％的磺甲基化聚醚砜碳化氫類電解質(zhì)的水/乙醇混合溶液(為將水、異丙醇、正丙醇以重量比20∶40∶40混合的溶劑)和分散劑及疏水劑構(gòu)成的漿料進(jìn)行調(diào)整，借助篩網(wǎng)印刷法在聚四氟乙烯膜上形成厚度約25μm的多孔質(zhì)催化層。將此多孔質(zhì)催化層用作陰極催化層104。另外，陰極擴(kuò)散層106使用承載碳的碳紙。除了改變陰極催化層104、陰極擴(kuò)散層106以外，利用與實(shí)施例10完全相同的結(jié)構(gòu)的燃料電池電源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
<實(shí)施例12>
除了將陽(yáng)極催化層103的厚度從150μm改變?yōu)?00μm，將陰極催化層104的厚度從25μm改變?yōu)?5μm以外，利用與實(shí)施例11完全相同的結(jié)構(gòu)的燃料電池電源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
<實(shí)施例13>
除了將陽(yáng)極催化層103的厚度從200μm改變?yōu)?00μm，將陰極催化層104的厚度從15μm改變?yōu)?0μm和將在實(shí)施例1中使用的碳素粉末利用與實(shí)施例2相同的發(fā)煙硫酸進(jìn)行處理所得到的親水性碳素粉末用作陽(yáng)極催化層103的承載體以外，利用與實(shí)施例12完全相同的結(jié)構(gòu)的燃料電池電源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
<實(shí)施例14>
除了將陽(yáng)極催化層103的厚度從100μm改變?yōu)?0μm，將陰極催化層104的厚度從10μm改變?yōu)?μm以外，利用與實(shí)施例13完全相同的結(jié)構(gòu)的燃料電池電源進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
<比較例1>
在比較例1中使用的燃料電池電源的結(jié)構(gòu)如圖17所示。在此比較例1中使用的燃料電池電源的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1的燃料電池電源的結(jié)構(gòu)，除了液體燃料供給部20的結(jié)構(gòu)不同這一點(diǎn)以外，使用結(jié)構(gòu)完全相同的燃料電池電源。就是說(shuō)，在液體燃料供給部20的結(jié)構(gòu)中，比較例1中所使用的燃料電池電源，與實(shí)施例1比較，只有還使用了供水泵210、高濃度甲醇水溶液供給泵220、甲醇水溶液濃度調(diào)整容器230、甲醇濃度傳感器240、DMFC供給用泵250這一點(diǎn)不同。此比較例1使用的泵，采用了圖6所示的壓電泵。供給DMFC100的燃料流路板107的甲醇水溶液的濃度的調(diào)整方法，是根據(jù)甲醇濃度傳感器240的檢測(cè)濃度，利用分別直接連接水容器21和甲醇水溶液容器22的供水泵210和高濃度甲醇水溶液供給泵220對(duì)供給甲醇水溶液濃度調(diào)整容器230的供給量進(jìn)行控制的方法。
(2)實(shí)驗(yàn)方法從<實(shí)施例15>起到<實(shí)施例28>以及<比較例2>中所使用的燃料電池電源，是在以下的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和評(píng)價(jià)的。首先，供給陽(yáng)極的甲醇水溶液，以0.2ml/min的流量供給以維持2M的濃度。供給陰極的空氣，以500ml/min的流量供給。其次，對(duì)上述燃料電池電源的評(píng)價(jià)是根據(jù)(i)電壓-電流特性(DMFC的設(shè)定溫度為70℃)；(ii)連續(xù)輸出特性(DMFC的設(shè)定溫度為70℃，設(shè)定電流密度為100mA/cm2)。
(3)結(jié)果下面按照從<實(shí)施例1>起到<實(shí)施例14>以及<比較例1>的順序示出對(duì)上述(i)和(ii)的特性評(píng)價(jià)的結(jié)果。
(實(shí)施例1)在圖10上示出DMFC的電壓-電流特性結(jié)果。如圖10所示，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓為450mV。在圖11中示出在100mA/cm2的電流密度下連續(xù)發(fā)電時(shí)的輸出電壓隨時(shí)間的變化。根據(jù)圖11，此DMFC的輸出電壓，即使是連續(xù)運(yùn)行5小時(shí)，輸出電壓也保持一定，輸出電壓一次也未降低。
另外，在從<實(shí)施例2>起到<實(shí)施例14>中，因?yàn)镈MFC的電壓-電流特性結(jié)果和在以100mA/cm2的電流密度連續(xù)發(fā)電時(shí)的輸出電壓隨著時(shí)間變化的狀態(tài)與<實(shí)施例1>的圖10和圖11示出的狀態(tài)大致相同，所以從<實(shí)施例2>起到<實(shí)施例14>中將這些示圖省略而分別示出在100mA/cm2的電流密度下DMFC的輸出電壓和可以以100mA/cm2的電流密度連續(xù)發(fā)電的時(shí)間。
(實(shí)施例2)由DMFC的電壓-電流特性結(jié)果，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓為470mV。在100mA/cm2的電流密度下可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為8小時(shí)，其間，輸出電壓保持一定，輸出電壓一次也未降低。
(實(shí)施例3)由DMFC的電壓-電流特性結(jié)果，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓為480mV。在100mA/cm2的電流密度下可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為8小時(shí)，其間，輸出電壓保持一定，輸出電壓一次也未降低。
(實(shí)施例4)由DMFC的電壓-電流特性結(jié)果，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓為480mV。在100mA/cm2的電流密度下可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為16小時(shí)，其間，輸出電壓保持一定，輸出電壓一次也未降低。
(實(shí)施例5)由DMFC的電壓-電流特性結(jié)果，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓為480mV。在100mA/cm2的電流密度下可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為16小時(shí)，其間，輸出電壓保持一定，輸出電壓一次也未降低。
(實(shí)施例6)由DMFC的電壓-電流特性結(jié)果，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓為480mV。在100mA/cm2的電流密度下可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為16小時(shí)，其間，輸出電壓保持一定，輸出電壓一次也未降低。
(實(shí)施例7)由DMFC的電壓-電流特性結(jié)果，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓為530mV。在100mA/cm2的電流密度下可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為14.4小時(shí)，其間，輸出電壓保持一定，輸出電壓一次也未降低。
(實(shí)施例8)由DMFC的電壓-電流特性結(jié)果，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓為550mV。在100mA/cm2的電流密度下可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為14.4小時(shí)，其間，輸出電壓保持一定，輸出電壓一次也未降低。
(實(shí)施例9)由DMFC的電壓-電流特性結(jié)果，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓為570mV。在100mA/cm2的電流密度下可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為14.4小時(shí)，其間，輸出電壓保持一定，輸出電壓一次也未降低。
(實(shí)施例10)由DMFC的電壓-電流特性結(jié)果，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓為570mV。在100mA/cm2的電流密度下可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為14.4小時(shí)，其間，輸出電壓保持一定，輸出電壓一次也未降低。
(實(shí)施例11)由DMFC的電壓-電流特性結(jié)果，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓為580mV。在100mA/cm2的電流密度下可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為14.4小時(shí)，其間，輸出電壓保持一定，輸出電壓一次也未降低。
(實(shí)施例12)由DMFC的電壓-電流特性結(jié)果，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓為620mV。在100mA/cm2的電流密度下可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為14.4小時(shí)，其間，輸出電壓保持一定，輸出電壓一次也未降低。
(實(shí)施例13)由DMFC的電壓-電流特性結(jié)果，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓為640mV。在100mA/cm2的電流密度下可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為14.4小時(shí)，其間，輸出電壓保持一定，輸出電壓一次也未降低。
(實(shí)施例14)由DMFC的電壓-電流特性結(jié)果，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓為650mV。在100mA/cm2的電流密度下可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為14.4小時(shí)，其間，輸出電壓保持一定，輸出電壓一次也未降低。
(比較例1)在圖12中示出DMFC的電壓-電流特性結(jié)果。如圖所示，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓為450mV。在圖13中示出在100mA/cm2的電流密度下連續(xù)發(fā)電5小時(shí)時(shí)的輸出電壓隨時(shí)間的變化。根據(jù)圖13，此DMFC的輸出電壓，由于在開始此電源的運(yùn)行36分鐘之后及63分鐘之后發(fā)生的二氧化碳?xì)怏w使燃料的甲醇水溶液向陽(yáng)極的供給變得不穩(wěn)定，產(chǎn)生輸出電壓一時(shí)降低的問題。另外，在300分鐘之后發(fā)生很大的二氧化碳?xì)怏w的氣泡妨礙甲醇燃料的供給，使輸出電壓大幅度降低。此處，對(duì)于從上述實(shí)施例1起至實(shí)施例14及從比較例1得到的結(jié)果，在表1中匯總示出(i)在100mA/cm2的電流密度時(shí)的DMFC的輸出電壓；(ii)在100mA/cm2的電流密度下可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間。
<表1>
表1

注輸出電壓是在電流密度為100mA/cm2時(shí)的值。
由此表1和圖10至圖13的結(jié)果可分別得出上述實(shí)施例1至實(shí)施例14示出的以下的效果。
在實(shí)施例1中，在將圖10所示的實(shí)施例1的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果和圖12示出的比較例1的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，兩者的電壓-電流特性大致相同，在100mA/cm2的電流密度時(shí)的輸出電壓都是450mV。
下面，在對(duì)圖11所示的實(shí)施例1的DMFC連續(xù)發(fā)電的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系與圖13所示的比較例1的燃料電池電源連續(xù)發(fā)電的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)施例1在5小時(shí)連續(xù)發(fā)電中輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓一次也未發(fā)生降低。另一方面，比較例1，在5小時(shí)連續(xù)發(fā)電中輸出電壓不穩(wěn)定，輸出電壓發(fā)生降低。其理由，是因?yàn)閷?shí)施例1在向DMFC供給甲醇水溶液時(shí)，給出脈動(dòng)，所以在陽(yáng)極上發(fā)生的二氧化碳?xì)怏w可以順利地從DMFC上除去，與此相對(duì)，因?yàn)楸容^例1在向DMFC供給甲醇水溶液時(shí)不給出脈動(dòng)，所以在陽(yáng)極上發(fā)生的二氧化碳?xì)怏w不能順利地從DMFC上除去。如上所述，對(duì)實(shí)施例1與比較例1進(jìn)行比較的結(jié)果，實(shí)施例1的燃料電池電源，通過(guò)利用電磁閥以時(shí)間分割方式對(duì)甲醇水溶液和水進(jìn)行輸送，可以將在比較例1中使用的三個(gè)送液泵減少一個(gè)，所以可以節(jié)省空間和減輕重量。此外，因?yàn)閷?shí)施例1的燃料電池電源可以在向DMFC供給甲醇水溶液時(shí)給出脈動(dòng)而從DMFC順利地除去在陽(yáng)極上發(fā)生的二氧化碳?xì)怏w，可以以穩(wěn)定的輸出電壓(450mV)連續(xù)發(fā)電。
在對(duì)實(shí)施例2的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果和實(shí)施例1的DMFC的電壓-電流特性結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)施例2的100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓是470mV，此輸出電壓比實(shí)施例1的輸出電壓高約20mV。其次，在比較實(shí)施例2的DMFC連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系與實(shí)施例1的燃料電池電源的連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系時(shí)，實(shí)施例2的燃料電池電源可以以穩(wěn)定的輸出電壓(470mV)連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為8小時(shí)，此時(shí)間比實(shí)施例1的可以連續(xù)發(fā)電的5小時(shí)也長(zhǎng)約3小時(shí)。如上所述，對(duì)實(shí)施例1與比較例1進(jìn)行比較的結(jié)果，實(shí)施例2，在實(shí)施例1對(duì)比較例1得到的效果之外，100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓與實(shí)施例1相比大約高20mV，并且得到可以以穩(wěn)定的輸出電壓連續(xù)發(fā)電的時(shí)間比實(shí)施例1大約長(zhǎng)3小時(shí)的效果。這一效果應(yīng)該是對(duì)陽(yáng)極擴(kuò)散層的碳素粉末進(jìn)行親水化處理所致。就是說(shuō)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這種親水化處理，使陽(yáng)極擴(kuò)散層變得易于受到甲醇水溶液的濡濕，可以有更多量的甲醇水溶液順利地浸透陽(yáng)極催化層103，所以反應(yīng)可進(jìn)一步進(jìn)行而輸出電壓變得更大。并且，因?yàn)橥ㄟ^(guò)該親水性處理，在陽(yáng)極上生成的二氧化碳?xì)怏w的氣泡不會(huì)在陽(yáng)極擴(kuò)散層105內(nèi)成長(zhǎng)為大氣泡，而是在微小的狀態(tài)原樣不變地從陽(yáng)極擴(kuò)散層105離開，所以可以向陽(yáng)極順利地供給甲醇水溶液，可以以穩(wěn)定的電壓長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)發(fā)電。
在對(duì)實(shí)施例3的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果和實(shí)施例2的DMFC的電壓-電流特性結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)施例3的100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓是480mV，此輸出電壓比實(shí)施例2的輸出電壓高約10mV。其次，實(shí)施例3的DMFC連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系與實(shí)施例2的燃料電池電源的連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系相同。如上所述，對(duì)實(shí)施例3與實(shí)施例2進(jìn)行比較的結(jié)果，實(shí)施例3，在實(shí)施例2對(duì)實(shí)施例1得到的效果之外，100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓與實(shí)施例2相比大約高10mV。這一效果應(yīng)該是實(shí)施例3對(duì)在實(shí)施例2中使用的陽(yáng)極擴(kuò)散層的碳布還進(jìn)行親水化處理所致。就是說(shuō)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這種親水化處理，使陽(yáng)極擴(kuò)散層變得易于受到甲醇水溶液的濡濕，可以有更多量的甲醇水溶液順利地浸透陽(yáng)極催化層103，所以反應(yīng)可進(jìn)一步進(jìn)行而輸出電壓變得更大。并且，因?yàn)橥ㄟ^(guò)該親水化處理，在陽(yáng)極上生成的二氧化碳?xì)怏w的氣泡不會(huì)在陽(yáng)極擴(kuò)散層105內(nèi)成長(zhǎng)為大氣泡，而是在微小的狀態(tài)原樣不變地從陽(yáng)極擴(kuò)散層105離開，所以可以向陽(yáng)極順利地供給甲醇水溶液，可以以穩(wěn)定的電壓長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)發(fā)電。
在對(duì)實(shí)施例4的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果和實(shí)施例1的DMFC的電壓-電流特性結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)施例4的100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓是480mV，此輸出電壓比實(shí)施例1的輸出電壓高約30mV。實(shí)施例4與實(shí)施例1的差別是實(shí)施例4使用碳化氫類電解質(zhì)作為電解質(zhì)膜及粘接劑，與此相對(duì)，實(shí)施例1使用氟素類電解質(zhì)膜作為電解質(zhì)膜及粘接劑。是由于在實(shí)施例4中使用的碳化氫類電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)性比在實(shí)施例3中使用的氟素類電解質(zhì)的大，即DMFC的內(nèi)部電阻小。在比較實(shí)施例4的DMFC連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系與實(shí)施例1的燃料電池電源的連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系時(shí)，實(shí)施例4的燃料電池電源可以以穩(wěn)定的輸出電壓連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為16小時(shí)，是實(shí)施例1的可以連續(xù)發(fā)電時(shí)間5小時(shí)的2倍以上。
其次，在比較實(shí)施例4的DMFC連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系與實(shí)施例1的燃料電池電源的連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系時(shí)，實(shí)施例4的燃料電池電源可以以穩(wěn)定的輸出電壓連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為16小時(shí)，此時(shí)間是實(shí)施例1的可以連續(xù)發(fā)電時(shí)間的2倍以上的時(shí)間長(zhǎng)度。如上所述，實(shí)施例4和實(shí)施例1比較的結(jié)果，可以得到實(shí)施例4可以以穩(wěn)定的輸出電壓連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為實(shí)施例1的可以連續(xù)發(fā)電時(shí)間的2倍以上的時(shí)間長(zhǎng)度的效果。此效果是將固體高分子電解質(zhì)膜和陽(yáng)極的粘接劑改變?yōu)樘蓟瘹漕愲娊赓|(zhì)膜所致，此碳化氫類電解質(zhì)膜，與實(shí)施例1使用的氟素類電解質(zhì)膜相比，穿過(guò)(crossover)的甲醇少。由于固體高分子電解質(zhì)膜的穿過(guò)的甲醇少使甲醇水溶液中的甲醇的濃度變化小，有助于燃料電池的穩(wěn)定性增加和燃料的利用效率的提高。
在對(duì)實(shí)施例5的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果和實(shí)施例4的DMFC的電壓-電流特性結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)施例5的100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓是480mV，此輸出電壓與實(shí)施例4的輸出電壓相同。在比較實(shí)施例5的DMFC連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系與實(shí)施例4的燃料電池電源的連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系時(shí)，實(shí)施例5的燃料電池電源的可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間與實(shí)施例4的相同。如上所述，實(shí)施例5和實(shí)施例4比較的結(jié)果，實(shí)施例5，在供給到DMFC的甲醇水溶液的濃度調(diào)整中不使用電磁閥而只使用時(shí)間分割型壓電送液泵可以得到與實(shí)施例4同樣的效果。
在對(duì)實(shí)施例6的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果和實(shí)施例5的DMFC的電壓-電流特性結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)施例6的100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓是480mV，此輸出電壓與實(shí)施例5的輸出電壓相同。
其次，在比較實(shí)施例6的DMFC連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系與實(shí)施例5的燃料電池電源的連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系時(shí)，實(shí)施例6的燃料電池電源的可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間與實(shí)施例5的相同。如上所述，實(shí)施例6和實(shí)施例5比較的結(jié)果，實(shí)施例6，在供給到DMFC的甲醇水溶液的濃度調(diào)整中不使用電磁閥而只改變時(shí)間分割型壓電送液泵的隔壁室的左右的體積進(jìn)行送液，也可以得到與在對(duì)實(shí)施例7的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果和實(shí)施例5的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)施例7的100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓是530mV，此輸出電壓比實(shí)施例5的輸出電壓高約50mV。
其次，在比較實(shí)施例7的DMFC連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系與實(shí)施例5的燃料電池電源的連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系時(shí)，實(shí)施例7的燃料電池電源可以以穩(wěn)定的輸出電壓連續(xù)發(fā)電的時(shí)間為14.4小時(shí)，此時(shí)間比實(shí)施例5可以連續(xù)發(fā)電時(shí)間短一些。如上所述，比較實(shí)施例7和實(shí)施例5的差別的結(jié)果，實(shí)施例7，在實(shí)施例5對(duì)實(shí)施例1至4得到的效果之外，100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓與實(shí)施例5相比大約高50mV，并且得到可以以穩(wěn)定的輸出電壓連續(xù)發(fā)電的時(shí)間比實(shí)施例5短一些的效果。這一效果，將陽(yáng)極催化層103的厚度從80μm增加到150μm，將陰極催化層104的厚度從50μm減小到25μm。因?yàn)橥ㄟ^(guò)增加陽(yáng)極催化層103的厚度，甲醇水溶液和陽(yáng)極催化劑接觸的面積增加，在陽(yáng)極催化層103中的甲醇水溶液和水的反應(yīng)可以更進(jìn)一步進(jìn)行，可有助于提高燃料的利用效率。另外，之所以將陰極催化層104的厚度減薄，有效地使用空氣，即氧氣，DMFC做得不厚，是由于鉑等催化劑的成本高，在不降低燃料電池的輸出的條件下盡量減小陰極催化劑的量可減少鉑的總使用量，可以降低總成本。特別是，減小陰極的厚度可有效地使用氧氣，對(duì)提高電池性能是有效的。
在對(duì)實(shí)施例8的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果和實(shí)施例7的DMFC的電壓-電流特性結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)施例8的100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓是550mV，此輸出電壓比實(shí)施例7的輸出電壓高約20mV。其次，在比較實(shí)施例8的DMFC連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系與實(shí)施例8的燃料電池電源的連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系時(shí)，實(shí)施例7的燃料電池電源可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間與實(shí)施例7相同。如上所述，實(shí)施例8和實(shí)施例7比較的結(jié)果，實(shí)施例8，在實(shí)施例7對(duì)實(shí)施例5得到的效果之外，100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓與實(shí)施例7相比大約高20mV。此輸出電壓變得更大是因?yàn)殛?yáng)極擴(kuò)散層的碳素粉末經(jīng)過(guò)親水處理，就是說(shuō)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)對(duì)陽(yáng)極擴(kuò)散層的碳素粉末進(jìn)行這種親水化處理，使陽(yáng)極擴(kuò)散層變得易于受到甲醇水溶液的濡濕，可以有更多量的甲醇水溶液順利地浸透陽(yáng)極催化層103。因此，陽(yáng)極催化層103中的甲醇和水的反應(yīng)更進(jìn)一步地進(jìn)行，輸出電壓變得更大。
在對(duì)實(shí)施例9的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果和實(shí)施例8的DMFC的電壓-電流特性結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)施例9的100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓是570mV，此輸出電壓比實(shí)施例8的輸出電壓高約20mV。其次，在比較實(shí)施例9的DMFC連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系與實(shí)施例8的燃料電池電源的連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系時(shí)，實(shí)施例9的燃料電池電源可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間與實(shí)施例8相同。如上所述，實(shí)施例9和實(shí)施例8比較的結(jié)果，實(shí)施例9，在實(shí)施例8對(duì)實(shí)施例7得到的效果之外，100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓與實(shí)施例8相比大約高20mV。該使輸出電壓變得更高的效果應(yīng)該是通過(guò)對(duì)陽(yáng)極擴(kuò)散層105的碳布承載體進(jìn)行親水處理，使陽(yáng)極擴(kuò)散層變得易于被甲醇水溶液濡濕，可以有更多量的甲醇水溶液更進(jìn)一步順利地浸透陽(yáng)極催化層。
在對(duì)實(shí)施例10的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果和實(shí)施例8的DMFC的電壓-電流特性結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)施例10的100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓是570mV，此輸出電壓比實(shí)施例8的輸出電壓高約20mV。
其次，在比較實(shí)施例10的DMFC連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系與實(shí)施例8的燃料電池電源的連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系時(shí)，實(shí)施例10的燃料電池電源可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間與實(shí)施例8相同。如上所述，實(shí)施例10和實(shí)施例8比較的結(jié)果，由于將陽(yáng)極擴(kuò)散層從碳布改變?yōu)樘技埖男Ч?，可使輸出電壓進(jìn)一步提高。這一點(diǎn)表示，作為陽(yáng)極擴(kuò)散層，碳紙比碳布效果更優(yōu)異。
在對(duì)實(shí)施例11的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果和實(shí)施例10的DMFC的電壓-電流特性結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)施例10的100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓是580mV，此輸出電壓比實(shí)施例10的輸出電壓高約10mV。其次，在比較實(shí)施例11的DMFC連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系與實(shí)施例10的燃料電池電源的連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系時(shí)，實(shí)施例11的燃料電池電源可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間與實(shí)施例10相同。
如上所述，實(shí)施例11和實(shí)施例10比較的結(jié)果，實(shí)施例11，在實(shí)施例10對(duì)實(shí)施例9得到的效果之外，100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓與實(shí)施例10相比大約高10mV。該使輸出電壓變得更高的效果是由于將陰極催化層的粘接劑從氟素類電解質(zhì)改變?yōu)樘蓟瘹漕愲娊赓|(zhì)，使離子傳導(dǎo)性進(jìn)一步提高而內(nèi)部電阻減小和輸出電壓增大。
在對(duì)實(shí)施例12的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果和實(shí)施例11的DMFC的電壓-電流特性結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)施例12的100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓是620mV，此輸出電壓比實(shí)施例11的輸出電壓高約50mV。其次，在比較實(shí)施例12的DMFC連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系與實(shí)施例11的燃料電池電源的連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系時(shí)，實(shí)施例12的燃料電池電源可以以穩(wěn)定的輸出電壓連續(xù)發(fā)電的時(shí)間與實(shí)施例11相同。如上所述，實(shí)施例12和實(shí)施例11比較的結(jié)果，實(shí)施例12，在實(shí)施例11對(duì)實(shí)施例10得到的效果之外，100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓與實(shí)施例11相比大約高40mV。這一效果，通過(guò)將陽(yáng)極催化層103的厚度從150μm增加到200μm，甲醇水溶液和陽(yáng)極催化劑接觸的面積進(jìn)一步增加，在陽(yáng)極催化層103中的甲醇水溶液和水的反應(yīng)可以更進(jìn)一步進(jìn)行，所以輸出電壓增高。另外，陰極催化層104的厚度從25μm減小到15μm，氧氣的利用效率增加也有助于輸出電壓提高。
在對(duì)實(shí)施例13的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果和實(shí)施例11的DMFC的電壓-電流特性結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)施例13的100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓是640mV，此輸出電壓比實(shí)施例11的輸出電壓高約60mV。
其次，在比較實(shí)施例13的DMFC連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系與實(shí)施例11的燃料電池電源的連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系時(shí)，實(shí)施例13的燃料電池電源可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間與實(shí)施例11相同。如上所述，實(shí)施例13和實(shí)施例11比較的結(jié)果，實(shí)施例13，在實(shí)施例11對(duì)實(shí)施例10得到的效果之外，100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓與實(shí)施例11相比大約高60mV。這一效果，將陽(yáng)極催化層103的厚度從150μm減小到100μm，盡管甲醇水溶液和陽(yáng)極催化劑接觸的面積減小，因?yàn)橥ㄟ^(guò)對(duì)陽(yáng)極擴(kuò)散層103的碳素進(jìn)行親水化處理，使甲醇水溶液和陽(yáng)極催化劑的接觸的機(jī)會(huì)增加，通過(guò)將陰極催化層104的厚度從25μm減小到10μm，氧氣一直擴(kuò)散到陰極的內(nèi)部，可以提高氧氣的利用效率而使輸出電壓提高。
在對(duì)實(shí)施例14的DMFC的電壓-電流特性的結(jié)果和實(shí)施例13的DMFC的電壓-電流特性結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，實(shí)施例14的100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓是650mV，此輸出電壓比實(shí)施例13的輸出電壓高約10mV。其次，在比較實(shí)施例14的DMFC連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系與實(shí)施例13的燃料電池電源的連續(xù)發(fā)電時(shí)的時(shí)間和輸出電壓的關(guān)系時(shí)，實(shí)施例14的燃料電池電源可以連續(xù)發(fā)電的時(shí)間與實(shí)施例13相同。如上所述，實(shí)施例14和實(shí)施例13比較的結(jié)果，實(shí)施例14，在實(shí)施例13對(duì)實(shí)施例12得到的效果變大，100mA/cm2的電流密度的DMFC的輸出電壓與實(shí)施例13相比大約可高10mV。特別是，將陰極催化層104的厚度減薄對(duì)提高氧氣的利用效率而使輸出電壓提高是有效的。
(3)應(yīng)用例<應(yīng)用例1>
圖14示出利用了燃料電池電源的筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)的燃料電池電源和高濃度甲醇水溶液的貯藏容器的概略結(jié)構(gòu)。此筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)500的燃料電池電源501使用實(shí)施例12所示的燃料電池電源。另外，高濃度甲醇水溶液的貯藏容器采用可以將使用后變空的高濃度的甲醇水溶液的容器以充滿的容器進(jìn)行更換的盒式的燃料盒502。此筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)500，在平均12W輸出時(shí)可連續(xù)使用8小時(shí)。
<應(yīng)用例2>
圖15和圖16示出使用燃料電池電源的PDA(Personal DigitalAssistant的略稱，也稱為便攜式信息終端)。圖16示出此PDA(便攜式信息終端)的外觀照片。
圖16示出此PDA(便攜式信息終端)600的燃料電池電源和高濃度甲醇水溶液的貯藏容器的概略結(jié)構(gòu)。燃料電池電源601使用實(shí)施例13所示的燃料電池電源。另外，高濃度甲醇水溶液的貯藏容器采用可以將使用后變空的高濃度的甲醇水溶液的容器以充滿的容器進(jìn)行更換的盒式的燃料盒602。此PDA(便攜式信息終端)600可連續(xù)使用8小時(shí)。另外，使用實(shí)施例13的燃料電池電源的便攜式電話機(jī)(未圖示)可連續(xù)工作50小時(shí)。此時(shí)，在燃料電池的輸出降低時(shí)，可利用便攜式電話機(jī)的方法模式附屬的振動(dòng)功能使便攜式電話機(jī)振動(dòng)而再次提高燃料電池的輸出，輸出也會(huì)穩(wěn)定。這是因?yàn)樵陉?yáng)極上產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w由于振動(dòng)而不會(huì)成長(zhǎng)為大氣泡，可以以微小氣泡原樣不變形式排出而使陽(yáng)極內(nèi)燃料可以均勻供給。
使用液體燃料的燃料電池存在下述(1)至(5)的問題。
(1)在現(xiàn)有的循環(huán)使用液體燃料的燃料電池中，因?yàn)槭褂脵z測(cè)液體燃料的濃度并保持規(guī)定的濃度的濃度控制結(jié)構(gòu)，必須具有輸送高濃度液體燃料的泵和輸送水的泵等多個(gè)泵。此多個(gè)泵的使用，加大燃料電池電源內(nèi)泵等輔機(jī)占有的空間，結(jié)果燃料電池電源本身大型化。
(2)在利用上述化學(xué)式(1)進(jìn)行反應(yīng)而在陽(yáng)極上生成的二氧化碳?xì)怏w不能順利地從陽(yáng)極排出時(shí)，因?yàn)椴荒芟蜿?yáng)極供給足夠的甲醇等液體燃料，電池的輸出將不穩(wěn)定或降低。
(3)因?yàn)楣┙o到陽(yáng)極的甲醇等液體燃料不能充分浸入陰極擴(kuò)散層，輸出和燃料的利用率降低。
(4)因?yàn)楣┙o到陽(yáng)極的甲醇等液體燃料不能與陽(yáng)極順利地進(jìn)行反應(yīng)，輸出和燃料的利用率降低。
(5)因?yàn)楣┙o到陰極的氧氣不能到達(dá)陰極催化層內(nèi)部，質(zhì)子的氧化不會(huì)發(fā)生，輸出和燃料的利用率降低。
上述(2)～(5)，不僅是稀釋循環(huán)型的積層燃料電池電源也是自然呼氣的板(平面)型燃料電池電源共同的問題。
從實(shí)施例1至實(shí)施例14及應(yīng)用例1至2得到的本實(shí)施方式的效果可匯總?cè)缦?1)因?yàn)椴恍枰O(shè)置保持甲醇等液體燃料的濃度為規(guī)定的濃度所需要的多個(gè)泵，所以可提供能夠?qū)崿F(xiàn)小型輕量化的燃料電池電源及其運(yùn)行方法以及使用燃料電池電源的便攜式電子裝置。
(2)此外，由于可以順利地排出陽(yáng)極內(nèi)的二氧化碳?xì)怏w而可以向陽(yáng)極均勻供給甲醇等液體燃料，所以可提供能夠增加輸出的燃料電池電源及其運(yùn)行方法以及使用燃料電池電源的便攜式電子裝置。
(3)此外還有，因?yàn)楣┙o到陽(yáng)極的甲醇等液體燃料可以充分浸入到陽(yáng)極擴(kuò)散層，所以可提供能夠增加燃料電池電源及使用該燃料電池電源的便攜式電子裝置的輸出和燃料的利用效率的燃料電池電源及其運(yùn)行方法以及使用燃料電池電源的便攜式電子裝置。
(4)此外，因?yàn)橥ㄟ^(guò)加厚陽(yáng)極催化層使進(jìn)行甲醇和水的反應(yīng)的催化劑的量增加，所以可提供能夠促進(jìn)甲醇等液體燃料的反應(yīng)而使輸出和燃料的利用效率增加的燃料電池電源及其運(yùn)行方法以及使用燃料電池電源的便攜式電子裝置。
(5)此外，通過(guò)使陰極催化層減薄，氧氣可充分地一直擴(kuò)散到陰極催化層而使氧氣可得到有效的利用，所以可提供能夠增加輸出的燃料電池電源及其運(yùn)行方法以及使用燃料電池電源的便攜式電子裝置。
(6)此外還有，因?yàn)榭梢杂肋h(yuǎn)順利地排出由于燃料電池的反應(yīng)而發(fā)生的二氧化碳?xì)怏w，所以可提供能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用的燃料電池電源及其運(yùn)行方法以及使用燃料電池電源的便攜式電子裝置。
(7)因?yàn)槭褂帽緦?shí)施方式的燃料電池電源及其運(yùn)行方法以及使用燃料電池電源的便攜式電子裝置可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用，所以裝有二次電池的便攜式電話機(jī)、便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)、便攜式音頻及視頻機(jī)器、其他便攜式信息終端中附設(shè)的充電器及二次電池就不再需要裝載了，可以使用原來(lái)內(nèi)置的電源。
本實(shí)施方式的目的是提供不需要設(shè)置多個(gè)泵的可以小型輕量化的燃料電池電源及其運(yùn)行方法以及使用燃料電池電源的便攜式電子裝置。本實(shí)施方式的另一個(gè)目的是提供可以順利地從陽(yáng)極排出由于反應(yīng)發(fā)生的二氧化碳?xì)怏w而可以提高輸出的燃料電池電源及其運(yùn)行方法以及使用燃料電池電源的便攜式電子裝置。
此外，本實(shí)施方式的另一個(gè)目的是提供使供給到電池的甲醇等液體燃料可以充分浸入到陽(yáng)極擴(kuò)散層而能夠增加輸出和燃料的利用效率的燃料電池電源及其運(yùn)行方法以及使用燃料電池電源的便攜式電子裝置。
此外還有，本實(shí)施方式的另一個(gè)目的是提供能夠促進(jìn)供給到陽(yáng)極的甲醇等液體燃料的反應(yīng)而使輸出和燃料的利用效率增加的燃料電池電源及其運(yùn)行方法以及使用燃料電池電源的便攜式電子裝置。
此外，本實(shí)施方式的另一個(gè)目的是提供可以順利地排出由于燃料電池的反應(yīng)而發(fā)生的二氧化碳?xì)怏w而能夠以穩(wěn)定的輸出長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用的燃料電池電源及其運(yùn)行方法以及使用燃料電池電源的便攜式電子裝置?？梢皂樌嘏懦鲇捎谌剂想姵氐姆磻?yīng)而發(fā)生的二氧化碳?xì)怏w而能夠以穩(wěn)定的輸出長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用。此外，使供給到電池的甲醇等液體燃料可以充分浸入到陽(yáng)極擴(kuò)散層而能夠增加輸出和燃料的利用效率。此外還有，能夠促進(jìn)供給到陽(yáng)極的甲醇等液體燃料的反應(yīng)而使輸出和燃料的利用效率增加。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池電源裝置，包括具有陽(yáng)極、與該陽(yáng)極相對(duì)配置的陰極、夾在該陽(yáng)極和陰極之間的固體高分子電解質(zhì)膜的燃料電池部；以及向上述陽(yáng)極供給液體燃料和水的液體燃料供給部，其特征在于上述液體燃料供給部是利用一個(gè)泵以時(shí)間分割方式向上述陽(yáng)極供給液體燃料和水的單元。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池電源裝置，其特征在于上述液體燃料供給部是利用電磁閥以一個(gè)泵以時(shí)間分割方式向上述陽(yáng)極供給液體燃料和水的單元。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料電池電源裝置，其特征在于上述液體燃料供給部是利用壓電泵以一個(gè)泵以時(shí)間分割方式向上述陽(yáng)極供給液體燃料和水的單元。
4.如權(quán)利要求1所述的燃料電池電源裝置，其特征在于上述液體燃料供給部是利用柱塞泵以一個(gè)泵以時(shí)間分割方式向上述陽(yáng)極供給液體燃料和水的單元。
5.如權(quán)利要求1所述的燃料電池電源裝置，其特征在于上述陽(yáng)極，在與上述固體高分子電解質(zhì)膜接觸的一側(cè)的面上具有陽(yáng)極催化層，在該陽(yáng)極催化層的不與上述固體高分子電解質(zhì)膜接觸的一側(cè)的面上具有陽(yáng)極擴(kuò)散層，在該陽(yáng)極擴(kuò)散層的外側(cè)具有液體燃料流路板；上述陰極，在與上述固體高分子電解質(zhì)膜接觸的一側(cè)的面上具有陰極催化層，在該陰極催化層的不與上述固體高分子電解質(zhì)膜接觸的一側(cè)的面上具有陰極擴(kuò)散層，在該陰極擴(kuò)散層的外側(cè)具有氧化劑氣體流路板；上述陽(yáng)極擴(kuò)散層經(jīng)過(guò)了親水化處理。
6.如權(quán)利要求1所述的燃料電池電源裝置，其特征在于在上述陽(yáng)極催化層中使用的碳素承載體經(jīng)過(guò)了親水化處理。
7.如權(quán)利要求1所述的燃料電池電源裝置，其特征在于上述固體高分子電解質(zhì)膜是導(dǎo)入了烯化磺酸基的芳香族碳化氫類電解質(zhì)膜；在上述陽(yáng)極催化層中使用的粘接劑是導(dǎo)入了烯化磺酸基的芳香族碳化氫類電解質(zhì)。
8.如權(quán)利要求5所述的燃料電池電源裝置，其特征在于上述陽(yáng)極催化層的厚度比上述陰極催化層的厚度大。
9.如權(quán)利要求5所述的燃料電池電源裝置，其特征在于在上述陰極催化層中使用的粘接劑是導(dǎo)入了烯化磺酸基的芳香族碳化氫類電解質(zhì)。
10.一種便攜式電子裝置，其特征在于在移動(dòng)裝置中使用了如權(quán)利要求1所述的燃料電池電源裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的便攜式電子裝置，其特征在于上述便攜式電子裝置是筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)。
12.如權(quán)利要求10所述的便攜式電子裝置，其特征在于上述便攜式電子裝置是便攜式信息終端。
13.如權(quán)利要求10所述的便攜式電子裝置，其特征在于上述便攜式電子裝置是便攜式電話機(jī)。
全文摘要
提供一種燃料電池電源及其運(yùn)行方法以及使用它的便攜式電子裝置。因?yàn)樵诂F(xiàn)有的循環(huán)使用液體燃料的燃料電池中，使用檢測(cè)液體燃料的濃度并保持規(guī)定的濃度的濃度控制結(jié)構(gòu)，所以供給高濃度的液體燃料的泵和供給水的泵等多個(gè)泵是必需的。這些多個(gè)泵的使用，使燃料電池電源內(nèi)的泵等的輔機(jī)占有的空間變大，結(jié)果產(chǎn)生燃料電池電源本身會(huì)大型化的問題。本發(fā)明可提供一種具有利用一個(gè)泵以時(shí)間分割的方式向陽(yáng)極供給液體燃料和水的單元的燃料電池。
文檔編號(hào)H01M8/00GK1691386SQ20051000579
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2005年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月26日
發(fā)明者小山徹, 久保田修, 本棒英利, 相馬憲一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所