[发明专利]燃料电池及燃料电池系统

说明书

技术领域

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

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。

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。

【化1】

CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-  …(1)

【化2】

6H⁺+6e^-+3/2O₂→3H₂O  …(2)

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。

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。

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。

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。

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。

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

发明打算解决的课题

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。