燃料电池的制作方法

专利名称：燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及对便携设备的工作有效的水平放置的燃料电池。
技术背景近年来随着半导体技术的发展，已经使诸如个人电脑、便携式电话等各种 电子设备被小型化，并且己经尝试在这些小型设备中使用燃料电池。燃料电池具有仅通过提供燃料和氧化剂就可发电，以及仅通过更换燃料就 可持续发电的优点。因此，如果燃料电池被小型化，则它们将是对运行便携式电子设备非常有利的系统。具体地，直接甲醇燃料电池(DMFC)使用具有高能 量密度的甲醇作为燃料并且能够基于电极催化剂从甲醇直接提取电流。因此， 这些电池能够被小型化。此外，该燃料的运输与氢气燃料的运输相比更容易， 因此DMFC有望成为小型设备的电源，并且被期待成为最适用于诸如笔记本 个人计算机、便携式电话、便携式音频播放器、以及便携式控制台等无线便携 设备的电源而投入实际应用。关于向DMFC供应燃料的方法已知的有液体燃料气化后通过鼓风机将 该气化的燃料供给燃料电池的气体供给型DMFC;通过泵将液体燃料供给燃料 电池的液体供给型DMFC;以及液体燃料在电池内气化的内部气化型DMFC。专利文献1至5各公开了一种燃料电池，该燃料电池设置有用保护膜覆盖 的单个或者多个干电池，并且围绕这些干电池放置有液态燃料箱，其中该干电池是由阳极和阴极形成的膜电极组(MEA)，该阳极设置有具有质子传导性的固 体电解质膜、覆盖有离子交换树脂的具有承载催化剂的碳微粒的催化剂层电 极，以及向催化剂层电极供应反应燃料并收集电荷的气体扩散层，该阳极从燃 料和水生成电荷和质子；该阴极设置有覆盖有离子交换树脂的具有承载催化剂 的碳微粒的催化剂层电极以及向催化剂层电极供应氧并传导电荷的气体扩散 层，该阴极从质子和氧生成水。专利文献1:日本专利特许2003-317791号公报; 专利文献2:日本专利特许2004-014148号公报; 专利文献3:日本专利特开2002-015763号公报; 专利文献4:日本专利特开2004-235084号公报; 专利文献5:日本专利特许2004-103262号公报。发明内容然而，由于每个干电池的DMFC的工作电压低至约0.3至0.5伏特，因此 需要将多个干电池串联排列以加进设备中。具体地，当这些干电池被加入诸如 笔记本个人计算机、便携式电话、便携式音频播放器、便携式游戏控制台等小 型便携设备时，需要将多个干电池串联排列在同一平面。此外，在DMFC中 实际是通过向阳极侧供应燃料提取电流的，因此当施加电流负荷时必须尽可能 均匀地向干电池供应燃料。然而，在不具有诸如泵等辅助设备的所谓的被动型DMFC中，其通过利 用毛细管现象和重力的自然供应系统来供应燃料，并由此存在对取决于设备的 工作状况燃料供应平衡被打乱的担心。这引起燃料存在量以及浓度不均匀，导 致电池间电压产生变化，从而引起极性反转。例如，在设置有用于容纳液体燃料的液体燃料容纳室和向阳极提供液体燃 料的气化组分的气液分离膜的气体供给型燃料电池中，当从在与图5所示的燃 料电池100的干电池的位置相对应处形成的燃料供应端口 114向气液分离膜供 应液体燃料时，从在左侧和中央侧上的电极彼此毗邻的位置依次使阳极催化剂 层电极112 (El至E6)与气化的液体燃料接触以发电。然而，在燃料充分扩 散到整个电池以前，在图中右侧的阳极催化剂层电极E3至E6未开始发电或者 仅仅产生少量电，因此发电行为根据燃料供应端口 114所在位置与各个催化剂 层电极E1至E6的相对距离的不同而改变。此外，当燃料电池100—旦停止之后再次开始工作时，各个阳极催化剂层 电极E1至E6内残留的燃料量彼此不同，并且因此使得各个电池的发电行为的 发生不同，从而无法获得期望的发电性能。提出本发明是为了解决上述问题，并且本发明的目标是提供一种燃料电 池，该燃料电池不仅不发生电池间发电行为的变化，而且还具有良好的发电性 能。一种燃料电池，该燃料电池设置有多个串联连接的设置有电解质膜、阳 极、阴极的干电池，该电解质膜介于相向放置的阳极和阴极之间；放置在所述 的多个干电池阳极侧用于容纳液体燃料的液体燃料容纳室；以及介于该阳极和 液体燃料容纳室之间用于向阳极供应液体燃料的气化组分的气液分离膜，该燃 料电池包括多个催化剂层电极，该催化剂层电极被放置成使得阳极和阴极的每个催化 剂层电极平行放置在实质同一平面上，并且每个催化剂层电极均具有特定纵横 比的形状；液体燃料浸渍层，该液体燃料浸渍层在气液分离膜的液体燃料容纳室一侧 上叠层；以及液体燃料供应架，该液体燃料供应架在液体燃料浸渍层的液体燃料容纳室 一侧上叠层，并且形成有单个或多个液体燃料供应端口，这些液体燃料供应端 口向在与阳极催化剂层电极的实质同一位置的相对应处形成的液体燃料浸渍 层供应液体燃料。在此情况下，该燃料电池优选是固定型的，其中催化剂层电极纵向的一个 端部被放置在相对于其另一端部较高的位置处，该燃料供应端口被设置在液体 燃料供应架中对应或邻近上述催化剂层电极纵向一个端部的位置处，在发电时 燃料供应端口和催化剂层电极之间的相对位置关系基本不变。在被动型燃料电 池中，不仅利用毛细管现象还利用重力来供应燃料，因此存在发电时装有燃料 电池的设备的姿态对发电性能产生重大影响的担心。因此，在本发明中，包括 催化剂层电极的MEA被布置成在电极的纵向方向倾斜，从而使催化剂层电极 纵向的一个端部被放置在相对于其另一端部较高的位置处，液体燃料供应架的 燃料供应端口在邻近催化剂层电极纵向的一个端部的位置上放置，并且将液体 燃料供给在气液分离膜上叠层的液体燃料浸渍层，从而从处于较高位置处的燃 料供应端口供应液体燃料。结果，从气液分离膜气化的液体燃料能够将燃料顺滑且均匀地分散到包括多个催化剂层电极的整个MEA。此外，多个催化剂层电极被以确定间隔并排排列，并且其被安排成使其端 部沿着长侧的同一条线排列。该种构造限定了催化剂层电极与燃料供应端口相 对位置的关系，从而引起燃料散布不均匀。同时，在催化剂层电极中存在多个 由在碳等微粒子的二次粒子或者三次粒子之间形成的细孔构成的多个间隙。这 些间隙用作催化剂层电极内的反应气体散布通道，并且期望燃料被尽可能均匀 地扩散到整个催化剂层电极以获得良好的发电性能。此外，为了抑制各个干电 池之间发电量的变化，期望在与每个催化剂层电极对应的位置处形成液体燃料 供应架的燃料供应端口，并将燃料从液体燃料浸渍层均匀地供应到与每个催化 剂层电极对应的位置。具体地，对应于多个催化剂层电极的多个燃料供应端口一个接一个地被放 置在与每个催化剂层电极的一个端部相邻近的位置(参见图2的46A)，或者 对应于多个催化剂层电极的一个燃料供应端口被放置在与每个催化剂层电极 的一个端部邻近的位置(参见图3的46C)。如果每个燃料供应端口被放置在 与每个催化剂层相对应的位置，则燃料被均匀地供应给每个催化剂层电极。此外，该燃料供应端口可被放置在与催化剂层电极纵向的一个端部或者中 央相邻近的对应位置(参见图3的46B)。当燃料供应端口被放置在与催化剂 层电极纵向的中央部分相邻近的对应位置时，燃料到达催化剂层电极纵向端部 所需的时间被缩短。此外，该燃料电池设置有多个燃料供应端口，这些燃料供应端口具有基本 相同的直径并与多个催化剂层电极一一对应(参见图4中的46D)。如果各个 燃料供应端口被设计成具有相同的直径，则燃料被均匀地供给每个催化剂层电 极。虽然在图2至图4中为了阐明催化剂层电极和液体燃料供应端口之间的位 置关系，仅仅描述了包括催化剂层电极和液体燃料供应端口的结构，即所描述 的是一看即知液体燃料供应端口形成为与催化剂电极相接触，但是事实上如在 图1中示出的那样，在催化剂层电极和液体燃料供应端口二者之间至少还有气 液分离膜和液体燃料浸渍层。二维平面视野中的催化剂层电极的纵横比优选在1至16的范围内，并且
最优选在3至8的范围内。这是因为，如果该纵横比小于l，则电极具有横向 长的形状，从而使从燃料供应端口到下一燃料供应端口的相互距离增加得过 大，这从设计的角度是不期望的，会使电池本体趋于大型化。
这还因为另一方面，当催化剂层电极的纵横比超过16时，即使燃料供应 端口被置于电极纵向的中央，也难以将足量的燃料在短时间内扩散到电极纵向 的两个端部，故而没有解决干电池间发电量变化的问题，导致总的发电效率降 低。为了获得非常高的发电效率，该催化剂层电极的纵横比被设计成在3至8 的范围内。
作为限定燃料供应端口的周壁材料，期望使用诸如聚醚醚酮(polyether ketone)(商标名PEEK,威格斯公司制造)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide) (PPS)或者聚四氟乙烯(PTEE)等硬质树脂，这些材料对于液体燃料产生的 膨胀具有抵抗力。然而，其也可以使用具有高防蚀性的金属材料，诸如可以使 用不锈钢或者镍金属，如果该金属材料具有强的防腐蚀涂层的话。
可以使用诸如甲醇水溶液或者纯甲醇、乙醇水溶液或者纯乙醇、二甲醚、 甲酸、硼氢化钠溶液、硼氢化钾溶液、硼氢化锂溶液等等作为燃料。此外，可 以使用具有从100%到百分之几的各种浓度的燃料。总之，存储适用于燃料电 池的液体燃料。


图1是典型地示出一种燃料电池的构造的侧截面图2是示出根据本发明一实施例的燃料电池的电极配置的平面图3是示出根据本发明另一实施例的燃料电池的电极配置的平面图4是示出又一实施例中电极配置的平面图5是示出传统燃料电池中电极配置的平面图6是示出根据第一实施例的燃料电池以及比较例中的燃料电池在燃料 电池开始工作时以及在燃料电池在固定电压下被测量时电压变化的特性图7是示出根据第二实施例的燃料电池以及比较例中的燃料电池在燃料电池开始工作时以及在燃料电池在固定电压下被测量时电压变化的特性图。 实施本发明的优选实施例
下面将参照

本发明的优选实施例。 (第一实施例)
首先，将参照图1说明一种燃料电池的整体概括。燃料电池1全部被燃料
箱10、保护层20等覆盖，并且其内部包括多个干电池。通过用螺栓28和螺母 29从燃料箱10和保护膜20的侧面经过密封件18来紧固放置在燃料电池内部 的干电池的方式，将该燃料电池1形成一个整体。通过燃料电池内部作为压件 的密封件18以及衬垫19和35形成各种间隔和间隙。在这些间隔和间隙中， 例如在阳极侧上的间隔被用作液体燃料容纳室32和气化室36。阴极侧上的间 隔是空气传输层26并且用于防止微尘和杂质从外部进入而不阻碍外界空气传 输。作为空气传输层26，优选使用具有20%至60%透孔率的多孔膜。
为了从阳极气体扩散层15吸引电子到负极导线13以使有效地利用所产生 的能量成为可能，将衬垫35安装到与负极导线13相对的一侧以限定气化室36。 该气化室36邻近液体燃料容纳室32放置，并且32和36均被气液分离膜34 分开。该气液分离膜34由具有若干小孔的聚四氟乙烯(PTFE)片制成，用于 阻断液体燃料(甲醇溶液或者其水溶液)和传输燃料气(甲醇气体)。
接着，燃料电池1设置有燃料供应架44，该燃料供应架44形成有在气液 分离膜34的液体燃料容纳室32 —侧上叠层的液体燃料浸渍层45和向在基本 对应阳极催化剂层电极15的相同部分处形成的液体燃料浸渍层45供应液体燃 料的燃料供应端口46。
尽管未示出，在阳极侧还设置有气体排出通道，以便通过该气体排放通道 将副产物C02气体排出反应系统。该负电极导线13也优选设置有许多开口和 间隙，并且具有不阻碍燃料组分气体和副产物气体(C02)扩散的形状。
该液体燃料容纳室32由具有固定容积的间隙构成，其外围由保护膜10 和液体燃料供应架44限定，并且在该间隙的适当位置处开有液体导入端口 31a (例如，在燃料箱10的侧面)。例如，卡口式联结器31 (键一键方式(key-keyway)的联结)被安装到液体导入端口 31a以通过该联结器31在补充燃料以外 的时间关闭该液体导入端口 31a。在燃料电池本体侧上的联接器31被制造成能 使其与外部的燃料筒侧的联接器43以液密方式配合的形式。例如，当外部的 燃料筒侧的联接器43的槽与燃料电池本体侧上的联接器31的凸起相配合时， 联接器43被引导以将该联接器43推入联接器31，该联接器内置的阀门被开启， 以使燃料筒侧通道与燃料电池本体侧通道连通，从而利用燃料筒40内部的压 力使液体燃料2从液体导入端口 31a经过输送管42流入液体燃料容纳室32。
气化室36的外围由衬垫35和气液分离膜34限定。衬垫35外围部分的截 面被制造成U形以承受螺栓28和螺母29的紧固力，从而防止气化室36变形 并且确保气化室36为具有预定宽度的间隙。
在衬垫35的上表面开有多个气化燃料供应端口 14。这些气化燃料供应端 口 14贯穿负电极导线13并且分别与阳极气体扩散层15侧相连通。当液体燃 料容纳室32内的一部分液体燃料2被气化时，该燃料气体组分通过气液分离 膜34被导入气化室34，并进一步从气化室34经过气化燃料供应端口 14被导 入阳极气体扩散层15侧，从而用于发电反应。
燃料电池的干电池设置有电解质膜11、阳极以及阴极。将该阳极和阴极 相向放置并且使电解质膜11介于二者之间。该阳极设置有阳极催化剂层电极 12和阳极气体扩散层15。该阳极催化剂层电极12用于氧化经气体扩散层15 供应的燃料以吸引燃料的电子和质子，其还具有由该阳极催化剂层电极12和 气体扩散层15叠层的叠层构造。该阳极催化剂层电极12例如由包含催化剂的 碳粉末制成。可以使用铂(Pt)的微粒子或者诸如铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、 钌(Ru)和钼(Mo)的过渡金属的微粒子或者它们的氧化物或合金作为催化 剂。在此情况下，如果催化剂由钌和铂的合金构成则是优选的，因为其可以防 止催化剂被一氧化碳(CO)吸附而失效。
该阳极催化剂层电极12还优选地包含后述的固态电解质膜11中使用的树 脂的微粒子。这是为了使所产生的质子易于移动。阳极气体扩散层15由薄膜 构成，该薄膜例如可以由多孔碳材料制成，具体地，其可以由炭纸、碳素纤维 或者类似物制成。与阳极气体扩散层15端部导通的负电极导线13向外延展。在如图2所示的实施例中，在与阳极气体扩散层15的纵向的端部(短边)附近一一对应处开有液体燃料供应架44的各个燃料供应端口 46A，并且其形 状可以从其宽度比短边长度的60%大的形状中选取。该阳极气体扩散层15与 阳极催化剂层电极12具有基本相同的尺寸并且通过热压成形使二者的整个表 面相互紧密结合并相互重叠，结果在阳极催化剂层电极12的纵向的端部(短 边)附近一一对应处的燃料供应端口 46被分别开启。在此情况下，每个阳极 催化剂层电极12为纵横比从3至8 (本实施例中的纵横比为6)的狭长矩形。 而且，相邻的阳极催化剂层电极12之间的间距是约1毫米。而且，该燃料供 应端口 14的直径是约2毫米至5毫米。该燃料供应端口 14的形状不限于圆孔 并且可以采用诸如长圆、椭圆、矩形、三角形、五角形或者其它的多边形。该阴极设置有阴极催化剂层电极12和阴极气体扩散层16。该阴极催化剂 层电极12用于还原氧气，以使阴极催化剂层电极12中产生的电子和质子发生 反应，从而生成水。该阴极催化剂层电极12和阴极气体扩散层16具有与上述 的阳极催化剂层电极12和阳极气体扩散层15相同的构造。具体地，该阴极具 有叠层构造，其中由包含催化剂的碳粉末制成的阴极催化剂层电极12和由多 孔碳材料制成的阴极气体扩散层16 (气体传输层)按照此顺序从固体电解质膜 11侧叠层。该阴极催化剂层电极12使用的催化剂与阳极催化剂层电极12使用 的催化剂相同，并且如同阳极催化剂层电极12情况，阳极催化剂层电极12包 含要在固体电解质膜11中使用的树脂的微粒子的情况也是如此。与阴极气体 扩散层16端部导通的正电极导线17向外延展。而且，在阴极侧的保护膜内形 成了多个小气孔24并且这些气孔分别与空气传输层26相连通。该固体电解质膜11用于将在阳极催化剂层电极12内产生的质子传输到阴 极催化剂层电极12，并且其由不导电但可传输质子的材料制成。该电解质膜 ll例如由聚全氟磺酸型(polyperfluorosulfonic-acid-type)树脂构成，并且具体 地，由杜邦制造的Nafion膜、旭硝子公司制造的Flemion膜，或者由旭化成化 学制造的Aciplex构成。除了这些聚磺酸全氟型型树脂膜，可以使用诸如三氟 苯乙烯衍生共聚物等能够传输质子的电解质膜、浸有磷酸的聚苯并咪唑膜、芳 香聚醚酮磺酸(aromatic ployether ketone sulfonic acid)膜或者脂族烃系(aliphatic-hydrocarbon-type)树脂膜来构成电解质膜11 。在阳极气体扩散层15上与电解质膜11相对的一侧设置有液体燃料容纳室 32，该液体燃料容纳室具有在其内部形成的液体燃料存储空间。使用高浓度的 液体燃料具有提高燃料电池的容积效率以及将所载的燃料筒和燃料电池的尺 寸和重量限制到最小程度的优点。保护膜10和垫圈35优选由诸如聚醚醚酮(poly-ether ether ketone)(商标 名PEEK,威格斯公司制造)、聚苯硫醚(PPS)或者聚四氟乙烯(PTFE)等 硬塑料制成，这些材料对于液体燃料产生的膨胀具有抵抗力。然而，如果金属 材料涂敷有防腐蚀材料，护膜10和垫圈35可以由诸如不锈钢、镍金属等金属 材料制成。当燃料箱10和垫圈35由金属材料制成时，有必要在负电极之间插 入绝缘件(未示出)以防止同一电池容器内放置的负电极发生短路。在液体燃料容纳室32中气液分离膜34的液体燃料容纳室32 —侧上叠层 有液体燃料浸渍层45。作为液体燃料浸渍层45例如优选多孔纤维，诸如多空 孔聚酯纤维和多孔烯烃型(porous-olefm-type)树脂以及连续气泡多孔树脂。 该液体燃料浸渍层45放置在气液分离膜34和燃料供应端口 46A形成的液体燃 料供应架之间，并且当燃料箱10内的液体燃料2减少时或者当燃料电池本体 被倾斜安装使得燃料供应不平衡时，该燃料被均匀地供给气液分离膜。结果， 可以将气化的液体燃料均匀地供给阳极催化剂层15。除了聚酯纤维以外，可以 使用诸如丙烯酸型(acrylic-acid-type)树脂等各种吸水聚合体来构成体燃料浸 渍层45，并且该液体燃料浸渍层45可以由诸如海绵或者纤维聚合体等利用液 体的渗透来保存液体的材料构成。该液体燃料浸渍部分用于供应适量燃料而不 管本体的姿态如何。可以使用诸如甲醇水溶液、纯甲醇、乙醇水溶液、纯乙醇、丙醇水溶液、甲酸水溶液、甲酸钠水溶液、乙酸水溶液、乙二醇水溶液以及二 甲醚等含氢的含氢的含水-有机(aqueous-organic-type)溶液作为液体燃料。这 其中，因为甲醇的碳原子数为l，其在反应中生成二氧化碳气体，能够使发电 反应在低温下进行，并且其可通过工业废物被相对简单地制得，故而优选甲醇 水溶液。在任何情况下，存储与燃料电池相关的液体燃料。在保护膜20的阴极侧开有若干气孔24，这些气孔例如经过空隙将外界空气通过自然扩散供应给阴极气体扩散层16。这些气孔24形成供外界空气通过 的开口，其中它们的形状分别被设计成能够防止细小及针状的异物从外部侵入以及接触阴极气体扩散层16而不阻止外界空气通过。由于在本实施例中，燃料供应端口 46A分别开在与阳极催化剂层电极12 的纵向的端部(短边)附近一一对应处，故而供给每个阳极催化剂层电极12 的燃料量均等，这防止了干电池间发电量的变化。具体地，通过使用图1所示的燃料电池评价电池，在一个电解质膜11上 平行排列了六个纵横比为1: 5.8的阴极催化剂层电极12 (El至E6)，并且放 置了液体燃料供应架44，其中如图2所示的燃料供应端口 46A分别开在与各 个阴极催化剂层电极12的纵向的端部(短边) 一一对应的位置处。将10毫升 纯度99.9重量％的甲醇供给液体燃料容纳室32。随后，能够测量各个电池在 刚启动时的电压以及发电时在2.1伏特的固定电压下的电压。此外，为比较起见，使用与在上述的第一实施例中使用的干电池相同的干 电池，并且如图5中示出的液体燃料供应端口 114那样从左端将液体燃料供应 端口置于第一和第二阳极催化剂层电极112之间(E1到E6)。随后，能够测 量各个电池在刚启动时的电压以及发电时在2.1伏特的固定电压下的电压。关 于测量的结果，电池的对应于阳极催化剂层电极E1至E6的电压在图6中被示 作当放置在左端的干电池的电压被设置为IOO时所算得的电压比值(％)。在 该图中，特性线Al表示示例1中启动时的电池电压特性；特性线Bl表示示 例1中固定电压下测量(稳定发电)时的电池电压特性；特性线C表示比较例 中启动时的电池电压特性;特性线D表示比较例中固定电压下测量(稳定发电) 时的电池电压特性。从图6中可清楚地看出，在本实施例的燃料电池中，各个 电池电压的变化以及启动时电压的变化和发电期间电压的变化能够被限制到 ±2%或者更低，并且各个干电池间发电量的变化也被降低。另一方面，在比 较例的燃料电池中，距离液体燃料供应端口越远干电池的电压下降越多，并且 无论启动时还是发电期间燃料电池供应燃料都不均匀，导致各个干电池间发电 量的变化增加。(第二实施例)参照图3说明第二实施例。为了避免重复，在本实施例中省略了与第一 实施例中相同部分的解释。在该实施例中，采用由单个开口形成的燃料供应端口 46B或者46C作为 燃料电池1A的燃料供应端口 。燃料供应端口 46B或者46C开在基本垂直于阳 极催化剂层电极12长侧的方向。具体地，燃料供应端口 46B或者46C处于从 燃料供应端口 46B或者46C到阳极催化剂层电极12的距离几乎相同的位置。 燃料供应端口46B或者46C的宽度优选处于催化剂层电极的长侧长度的0.5X 至10%的范围内，并且更优选处于催化剂层电极的长侧长度的1%至5%的范 围内。燃料供应端口 46B或者46C可以开在(46C)与阳极催化剂层电极12的 纵向的一个侧端部(一个短边)邻近处，或者开在(46B)阳极催化剂层电极 12的纵向中间。在后一种情况，自燃料供应端口 46B供应的燃料从阳极催化 剂层电极12纵向的中间流向其纵向的两个端部12a和12b。因此，扩散燃料所 需时间约是前种情况的一半，并因此有可能在阳极催化剂层电极12的整个本 体上迅速地扩散燃料。具体地，通过使用图1所示的燃料电池评价电池，在电解质膜11上平行 排列了六个纵横比为1: 5.8的阴极催化剂层电极12 (El至E6)，并且放置了 液体燃料供应架44，其中如图3所示的开口状燃料供应端口 46C开在与阳极 催化剂层电极12的纵向的端部(短边)附近相对应的位置处。将10毫升纯度 99.9重量％的甲醇供应给液体燃料容纳室32。随后，能够测量各个电池在刚启 动时的电压以及发电时在2.1伏特的固定电压下的电压。关于测量的结果以及在第一个实施例中使用的燃料电池的测量结果，电池 的电压在图7中分别被示作当放置在左端的干电池的电压被设置为100时所算 得的电压比值(％)。在该图中，特性线A2表示示例2中启动时的电池电压 特性；特性线B2表示示例2中固定电压下测量(稳定发电)时的电池电压特 性；特性线C表示比较例中启动时的电池电压特性；特性线D表示比较例中 固定电压下测量(稳定发电)时的电池电压特性。从图7中可清楚地看出，各 个电池电压的变化以及启动时电压的变化和发电期间电压的变化能够被限制到±2%或者更低，并且各个干电池间发电量的变化也被降低。另一方面，在 比较例的燃料电池的情形中，距离液体燃料供应端口越远干电池的电压下降越 多，并且无论启动时还是发电期间燃料电池供应燃料都不均匀，导致各个干电 池间发电量的变化增加。 (第三实施例)参照图4说明第三实施例。为了避免重复，在本实施例中省略了与第一 和第二实施例中相同部分的解释。在该实施例中，采用姿态基本不变的固定式(例如，笔记本电脑)设备，在该设备中包括燃料电池1B。具体地，在固定型设备中，燃料供应端口46D和 催化剂层电极12之间的相对位置关系基本不变。阳极催化剂层电极12纵向的 一个端部12a被放置在相对于其另一端部12b较高的位置处，并且该燃料供应 端口 46D相应地开在多个阳极催化剂层电极E1至E6 (12)中每一个的纵向的 端部(一短边)附近。在被动型燃料电池中，不仅利用毛细管现象还利用重力来供应燃料，因此 存在发电时装有燃料电池的设备的姿态对发电性能产生重大影响的担心。因 此，在本发明中，放置包括催化剂层电极E1至E6的MEA使其在电极的纵向 方向倾斜从而使催化剂层电极纵向的一个端部12a被放置在相对于其另一端部 12b较高的位置处，并且该燃料供应端口 46D邻近电极纵向的一个端部12a放 置，从而使处于较高位置处的燃料供应端口46D供应液体燃料。结果，能够将 燃料顺滑地散布到包括催化剂层电极El至E6的整个MEA。这就抑制了在启 动或再启动时干电池之间发电量的变化。虽然已经基于多个实施例解释了本发明，但是本发明不限于上述的实施 例，各种变化及组合是可能的。工业实用性本发明确保了良好的电池性能并且其作为诸如笔记本电脑、便携式电话、 便携式音频播放器、便携式游戏控制台等无线便携设备的电源可获得变化减少 的输出特性。
权利要求
1.一种燃料电池，所述燃料电池设置有多个串联连接的设置有电解质膜、阳极、阴极的干电池，所述电解质膜介于相向放置的阳极和阴极之间；放置在所述的多个干电池阳极侧用于容纳液体燃料的液体燃料容纳室；以及介于所述阳极和液体燃料容纳室之间用于向阳极供应液体燃料的气化组分的气液分离膜，其特征在于，所述燃料电池包括多个催化剂层电极，所述催化剂层电极被放置成使得阳极和阴极的每个催化剂层电极平行放置在实质同一平面上，并且每个催化剂层电极均具有特定纵横比的形状；液体燃料浸渍层，所述液体燃料浸渍层在气液分离膜的液体燃料容纳室一侧上叠层；以及液体燃料供应架，所述液体燃料供应架在液体燃料浸渍层的液体燃料容纳室一侧上叠层，并且形成有单个或多个液体燃料供应端口，这些液体燃料供应端口向在与阳极催化剂层电极的实质相同位置相对应的位置处形成的液体燃料浸渍层供应液体燃料。
2. 根据权利要求l所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池是固定 型的，其中催化剂层电极具有纵横比特定的狭长形状，所述催化剂层电极纵向 的一个端部被放置在相对于其另一端部较高的位置处，所述燃料供应端口被设 置在对应或邻近液体燃料供应架的所述催化剂层电极纵向一个端部的位置处， 并且在发电时所述述燃料供应端口和所述催化剂层电极之间的相对位置关系 基本不变。
3. 根据权利要求1或2中任意一项所述的燃料电池，其特征在于，所述 的多个催化剂层电极被以确定间隔并排排列，并且其具有沿着长侧的同一条线 排列的端部。
4. 根据权利要求l所述的燃料电池，其特征在于，所述液体燃料供应架 的燃料供应端口被放置在对应于或邻近催化剂层电极纵向的一端的位置。
5. 根据权利要求l所述的燃料电池，其特征在于，所述液体燃料供应架的燃料供应端口被放置在对应于或邻近催化剂层电极纵向的中央的位置。
6.根据权利要求l所述的燃料电池，其特征在于，所述液体燃料供应架 设置有多个燃料供应端口 ，这些燃料供应端口具有基本相同的直径并与所述多 个催化剂层电极一一对应。
全文摘要
本发明涉及一种燃料电池，其包括；多个催化剂层电极(12)，其被放置成使得阳极和阴极的每个催化剂层电极平行放置在实质同一平面上，并且每个催化剂层电极均具有特定纵横比的形状；在气液分离膜的液体燃料容纳室一侧上叠层的液体燃料浸渍层(45)；以及液体燃料供应架(44)，其在液体燃料浸渍层的液体燃料容纳室一侧上叠层，并且形成有单个或多个液体燃料供应端口(46、46A、46B、46C)，这些液体燃料供应端口向在与阳极催化剂层电极的实质相同位置相对应的位置处形成的液体燃料浸渍层供应液体燃料。
文档编号H01M8/04GK101263626SQ20068003401
公开日2008年9月10日 申请日期2006年9月14日 优先权日2005年9月20日
发明者吉田勇一, 根岸信保, 长谷部裕之 申请人:株式会社东芝