[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有将由液体燃料气化得到的气化燃料供应到阳极催化剂层的体系的燃料电池。更具体地，本发明涉及一种容易组装并且能够有效地形成用于阴极和阳极的集电器的燃料电池，其中各集电器都由具有高精确位置的导电层组成。

背景技术

近年，个人电脑、蜂窝电话等各种电子器件随着半导体技术的开发而小型化，尝试将燃料电池用作这些小型电子器件的电源。燃料电池的优点是可通过仅供以燃料和氧化剂即可发电，且只要向电池供给燃料就能够连续地发电。由于上述优点，当燃料电池的小型化得以实现时，就可以说燃料电池是一种有利的系统。

特别是直接甲醇型燃料电池(DMFC，direct methanol fuel cell)，采用高能量密度的甲醇作为燃料，并且可以在电极催化剂处直接从甲醇提取电流。因此，燃料电池无需用于甲醇重整的改质器，所以燃料电池可以紧凑的尺寸形成，另外，燃料的处理也比氢气燃料安全和容易，因此燃料电池有望作为小型电器用电源。

作为将燃料供给DMFC的方法，采用了以下类型，即：气体燃料供给型DMFC，其中将液体燃料气化，通过吹风机等装置将气化的燃料气体送入燃料电池内；液体燃料供给型DMFC，其中用泵等装置将液体燃料送入燃料电池内；专利文献1(日本专利第3413111号)所揭示的内部气化型DMFC。

专利文献1所示的内部气化型DMFC包括：用于保持液体燃料的燃料浸透层；以及用于使液体燃料气化并使保留在燃料浸透层中的液体燃料的气化部分扩散的燃料气化层，使得液体燃料的蒸气从燃料气化层供应到燃料极(阳极)。在专利文献1的燃料电池中，使用甲醇和水以1∶1的摩尔比混合的甲醇水溶液作为液体燃料，甲醇和水都皆以气化的气体混合物的形式供给燃料极。

依据专利文献1所示的常规内部气化型DMFC，无法获得足够高的输出功率特性。具体来说，水的蒸气压低于甲醇，水的气化速度比甲醇的气化速度慢。所以，当试图将甲醇和水一起供给燃料极时，水的供给量相对于甲醇显得不足。结果，甲醇内部重整的反应阻力不利地增加，所以无法得到足够高的输出功率特性。

专利文献1：日本专利第3413111号的专利公报

发明内容

此外，在上述专利文献1所示的常规内部气化型DMFC中，将阳极导电层设置(定位)在膜电极组件的阳极催化剂层一侧的操作和将阴极导电层设置在膜电解组件的阴极催化剂层一侧的操作单独且独立地进行。因此，就产生了一个问题，即，组装燃料电池的操作变得复杂，并且由于组装工时的增加而导致燃料电池的制造成本不利地增加。

此外，在形成催化剂层以提供与燃料电池所需的发电特性相符的复杂形状的情况中，就难以形成具有适合催化剂层的导电层(集电器)，并且还难以控制供燃料通过的集电器部件的面积。因此，难以控制以恒定速率供应给阳极催化剂层的燃料的量，从而也增加了电池特性不稳定的问题。

另外，集电器形状和尺寸容易发生大的浮动，集电器的定位不容易进行，这样由于导电层的位移而增加了短路缺陷，从而增加了燃料电池的不良率。为解决上述常规问题而完成本发明，本发明的目的是提供一种具有将由液体燃料气化得到的气化燃料供应到阳极催化剂层、并且能够容易地组装燃料电池的集电器部件的体系的燃料电池。具体地，本发明的目的是提供一种容易组装、并且能够有效地形成用于阴极和阳极的集电器的燃料电池，各集电器都由具有高精确位置的导电层组成。

为了实现上述目的，本发明提供一种包括以下部件的燃料电池：阴极催化剂层；阳极催化剂层；包括置于阴极催化剂层和阳极催化剂层之间的质子传导膜的膜电极组件(MEA)；设置在膜电极组件的阴极催化剂层一侧的阴极导电层；具有空气进口以将空气供应至阴极催化剂层的外壳；设置在膜电极组件的阳极催化剂层一侧的阳极导电层；用于储存燃料并将燃料供应至阳极催化剂层的液体燃料储槽；其中阴极导电层和阳极导电层整合在一片绝缘膜上，该整合的绝缘膜被对折，以使膜电极组件被容纳在折叠的绝缘膜形成的内部空间中。

此外，在上述燃料电池中，优选对燃料电池进行设计，使阴极导电层和阳极导电层由多个形状对应于阴极催化剂层和阳极催化剂层的形状的导电图案(pattern)组成。

而且，在上述燃料电池中，还优选对燃料电池进行设计，使绝缘膜和阴极导电层具有将空气供应至阴极催化剂层的空气进口，该空气进口的中心轴基本上与在外壳上形成的空气进口的中心轴一致。