[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及阴极催化剂层中生成的水透过质子传导性膜被供给到阳极催化剂层的燃料电池。

背景技术

近年来，个人电脑、手机等各种电子设备随着半导体技术的发展而被小型化，进行了将燃料电池用于这些小型设备用的电源的尝试。燃料电池可以仅通过供给燃料和氧化剂来发电，具有只更换燃料就可以连续地发电的优点，因此只要实现小型化，就可以成为对于便携式电子设备的工作非常有利的系统。特别是直接甲醇型燃料电池(DMFC；direct methanol fuel cell)将能量密度高的甲醇用作燃料，在电极催化剂上直接从甲醇获取电流，因此不需要重整器，可以小型化。此外，DMFC的燃料处理比氢气燃料容易，所以也有希望作为小型设备用电源。

作为DMFC的燃料供给方法，已知将液体燃料气化后通过鼓风机等送入燃料电池内的气体供给型DMFC、将液体燃料直接通过泵等送入燃料电池内的液体供给型DMFC以及如日本专利公报第3413111号中所揭示在电池内使液体燃料气化而供给到阳极的内部气化型DMFC等。

日本专利特开平5-190184号公报涉及使用氢气燃料的燃料电池。前述公报揭示了，为了促进向电解质膜的水分供给，在电极-电解质接合体中形成形成有电极催化剂层的部分和仅一层固体高分子电解质膜的部分，将通过电极催化剂层具有的拒水性被排出到外部的水分供给到固体高分子电解质膜。

发明的揭示

本发明的目的在于改善阴极催化剂层中生成的水透过质子传导性膜被供给到阳极催化剂层的燃料电池的输出特性。

如果采用本发明的形态，可提供具备质子传导性膜、形成于前述质子传导性膜的一面的阳极催化剂层和局部地形成于前述质子传导性膜的相反侧的面的阴极催化剂层，前述阴极催化剂层中生成的水透过前述质子传导性膜被供给到前述阳极催化剂层的燃料电池，其中，具备以与前述阴极催化剂层接触的状态形成于前述质子传导性膜的前述相反侧的面的水扩散区域。

如果采用本发明的另一形态，可提供具备质子传导性膜、形成于前述质子传导性膜的一面的阳极催化剂层、隔着前述质子传导性膜以与前述阳极催化剂层相对的状态形成于前述质子传导性膜的相反侧的面的阴极催化剂层、和以与前述阴极催化剂层接触的状态形成于前述质子传导性膜的前述相反侧的面的水扩散区域的燃料电池，所述水扩散区域将前述阴极催化剂层中生成的水透过前述质子传导性膜被供给到前述阳极催化剂层。

如果采用本发明的另一形态，可提供具备质子传导性膜、形成于前述质子传导性膜的一面的阳极催化剂层、隔着前述质子传导性膜以与前述阳极催化剂层相对的状态形成于前述质子传导性膜的相反侧的面的阴极催化剂层、和以与前述阴极催化剂层接触且贯通前述质子传导性膜的状态形成的水扩散区域的燃料电池，所述水扩散区域将前述阴极催化剂层中生成的水供给到前述阳极催化剂层。

附图的简单说明

图1为本发明的第1种实施方式的直接甲醇型燃料电池的模式化截面图。

图2为图1的直接甲醇型燃料电池的MEA的模式图。

图3为本发明的第2种实施方式的直接甲醇型燃料电池的MEA的模式图。

图4为本发明的第3种实施方式的直接甲醇型燃料电池的MEA的模式图。

图5为本发明的第4种实施方式的直接甲醇型燃料电池的MEA的模式图。

图6为表示关于实施例1和比较例1的燃料电池的电池电压的经时变化的特性图。

图7为本发明的第5种实施方式的直接甲醇型燃料电池的MEA的模式图。

实施发明的最佳方式

本发明的实施方式的燃料电池中，形成前述阴极催化剂层的水分保持量比前述阳极催化剂层的水分保持量多的状态，利用渗透压现象将前述阴极催化剂层中生成的水透过前述质子传导性膜供给到前述阳极催化剂层。为了使阴极侧的水分量比阳极侧多，例如可以通过使用抑制阴极催化剂层中生成的水的蒸散的保湿板或使用甲醇浓度高的液体燃料等方法来实现。

如上所述的从阴极向阳极供给水的燃料电池存在长时间持续发电则阴极催化剂层的气孔被水阻塞，阴极催化剂层中的氧化性气体(例如空气)的扩散性劣化，发电特性下降的问题。

如本发明的实施方式，通过在前述质子传导性膜的相反侧的面以与前述阴极催化剂层接触的状态形成水扩散区域，可以使阴极催化剂层中生成的水吸收于水扩散区域，因此可以抑制水对阴极催化剂层的气孔的阻塞，能够抑制伴随发电的氧化性气体的扩散性的下降。