[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用从液体燃料分离出来的氢离子发电的燃料电池，其中氢离子是利用催化剂在燃料电极中进行分离的；更具体地，涉及一种不使用主动传递装置(例如泵)将液体燃料供应至燃料电极的燃料电池。

发明背景

近年来，各地研究人员进行了各种尝试，用燃料电池作为个人笔记本电脑、蜂窝电话等各种可携带电子设备的电源，目的是使这些可携带设备能够在不充电的情况下使用较长时间。燃料电池的特征在于可仅使用燃料和空气而发电，且只要补充燃料就能够长时间连续地发电。因此，如果燃料电池的小型化得以实现，燃料电池就是非常适合作为可携带器件电源的系统。

特别是在直接甲醇型燃料电池(DMFC，direct methanol fuel cell)中，采用高能量密度的甲醇作为燃料，使用催化剂层和固体电解质膜直接从甲醇产生电流，因此，直接甲醇型燃料电池不必改变器件，就能够实现小型化，并且该燃料比氢气更容易处理。因此，直接甲醇型燃料电池有望作为小型可携带电器用能源。

作为DMFC的燃料供给系统，已知的包括：气体供给型DMFC，其中通过吹风机等装置将气化的液体燃料送入燃料电池内；液体供给型DMFC，其中用泵等装置将液体燃料直接送入燃料电池内；内部气化型DMFC，其中首先使供应给燃料电池的液体燃料在燃料电池内部气化，然后提供给燃料电极。

例如，如上所述，日本专利申请公开第2000-106201号中提供了一种内部气化型DMFC，该内部气化型DMFC包括保持液体燃料的燃料渗透层；用于扩散燃料渗透层中保持的液体燃料中含有的可气化组分的燃料气化层，其中气化的液体燃料从燃料气化层供应到燃料电极。在该专利文献中，使用甲醇和水以1∶1的摩尔比混合得到的甲醇水溶液作为液体燃料，甲醇和水都以气态的形式供给燃料电极。这种使用甲醇水溶液作为燃料的燃料电池的缺点是，由于甲醇和水在气化速率方面的差异，这种电池难以获得足够的输出性质。因此，为了提高燃料电池的输出性质和进一步减小燃料电池的尺寸，目前已经开发了使用纯甲醇作为燃料的燃料电池。

另外，已经开发了不使用主动传递装置(例如燃料泵)将液体燃料供应至燃料电极的被动燃料电池作为小型化燃料电池，主要用于可移动装置中。当燃料电池用于可移动设备中时，难以使用强制空气冷却装置(例如风扇)，因此由于氢和氧结合产生的热量必须通过自然空气冷却排放到燃料电池的外部。如果热量的排放不充分，燃料电池的温度变得非常高，则发电效率降低，这是因为所谓的渗透(crossover)增加，其中甲醇之类的液体燃料从燃料电极移动到空气电极，此外，可移动装置的性能受到不利影响，可移动装置的可携带性受到破坏。

发明概述

针对上述在不使用主动传递装置(例如泵)将液体燃料供应至燃料电极的燃料电池中涉及的问题，本发明已经作了新的设计。本发明的目的是，在燃料电池中，通过提高散热能力抑制燃料电池的温度升高，从而提高燃料电池的输出性能，延长燃料电池的使用寿命。

依据本发明的燃料电池包括：

具有离子传导性的固体电解质膜；

设置在固体电解质膜一侧的燃料电极，该电极具有向其供应液体燃料的燃料组分的阳极催化剂层；

设置在固体电解质膜另一侧的空气电极，该电极包括阴极催化剂层；

燃料电极侧外壳，其设置成覆盖燃料电极的背面，在燃料电极侧外壳和燃料电极的背面之间形成储存液体燃料的燃料槽；

空气电极侧外壳，其设置成覆盖空气电极的背面，在空气电极侧外壳和空气电极的背面之间形成储存空气的空气室，其中，

在空气电极侧外壳中设置多个用于向空气室引入空气的进口，

在空气电极侧外壳的外表面上形成促进散热的散热片。

依据本发明的燃料电池，由于氢气和氧气的结合在空气电极处产生的热量从空气电极通过空气室中的空气或填充材料传递到空气电极侧外壳，然后从散热片的表面辐射到周围的空气中。通过如上所述在空气电极侧外壳的外表面上提供散热片，可以增加空气电极侧外壳与周围空气接触的表面积，增加从燃料电极排放的热量，抑制燃料电池的温度上升。

例如，上述散热片由相互平行排列的肋状(条纹状)突起组成。

在此情况中，希望多个进口在位于两个相邻的突起之间的各部分上形成。通过如上所述在两个散热片之间的低洼处(dips)提供进口，可以在空气电极侧的外壳中设置多个散热片和排出口。结果，从空气室排出的空气在空气温度充分降低后可以排放到燃料电池的外部。或者，可以形成多个进口，穿透各突起。