JP2009104992A

JP2009104992A - Fuel cell

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Publication number: JP2009104992A
Application number: JP2007277721A
Authority: JP
Inventors: Atsunori Satake; 厚則佐竹; Toshifumi Kamiya; 俊史神谷; Hiroyuki Okuyama; 広幸奥山
Original assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2009-05-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of: enhancing power generation performance in a passive, semi-passive fuel cell; contributing to downsizing of the fuel cell; and preventing loss of fuel caused by crossover of fuel. <P>SOLUTION: A fuel cell A includes at least: a fuel tank 10 for housing liquid fuel; a power generation cell 20 having an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer; and a fuel diffusion body 30, wherein liquid fuel is supplied from the fuel tank 10 to the fuel electrode layer of the power generation cell 20 through the fuel diffusion body 30. A step part 35 having a depth of ≥0.1 mm is formed in the fuel diffusion body 30 in order to form a gap between the power generating cell 20 and the fuel diffusion body 30 so that the supplied fuel does not directly come in contact with the fuel electrode layer 21, the gap part formed with the step has a communication part with the outside, and the bottom surface of the step part 35 functions as a capillary force part 36 having capillary force. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体燃料を使用する燃料電池に関し、更に詳しくは、所謂、パッシブ・セミパッシブ型の燃料電池における発電性能の向上、燃料電池の小型化に寄与することができると共に、燃料のクロスオーバーによる燃料の損失を防止できる燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell that uses liquid fuel, and more specifically, can contribute to improvement in power generation performance in a so-called passive / semi-passive type fuel cell, miniaturization of the fuel cell, and fuel crossover. It is related with the fuel cell which can prevent the loss of the fuel by.

一般に、燃料電池は、空気電極層、電解質層及び燃料電極層が積層された燃料電池セルと、燃料電極層に還元剤としての燃料を供給するための燃料供給部と、空気電極層に酸化剤としての空気を供給するための空気供給部とからなり、燃料と空気中の酸素とによって燃料電池内で電気化学反応を生じさせ、外部に電力を得るようにした電池であり種々の形式のものが開発されている。 In general, a fuel cell includes a fuel cell in which an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer are stacked, a fuel supply unit for supplying fuel as a reducing agent to the fuel electrode layer, and an oxidant for the air electrode layer. As an air supply unit for supplying air as a battery, an electrochemical reaction is generated in the fuel cell by the fuel and oxygen in the air, and electric power is obtained outside. Has been developed.

近年、環境問題や省エネルギーに対する意識の高まりにより、クリーンなエネルギー源としての燃料電池を、各種用途に用いることが検討されており、特に、メタノールと水を含む液体燃料を直接供給するだけで発電できる燃料電池が注目されてきている（例えば、特許文献１〜３参照）。 In recent years, due to increasing awareness of environmental issues and energy conservation, the use of fuel cells as clean energy sources for various applications has been studied. In particular, power can be generated simply by supplying liquid fuel containing methanol and water directly. Fuel cells have attracted attention (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

これらの中でも、液体燃料の供給に毛管力を利用した各液体燃料電池等が知られている（例えば、特許文献４及び５参照）。
これらの各特許文献に記載される液体燃料電池、所謂、パッシブ・セミパッシブ型燃料電池等は、発電セルに燃料を毛管力によって供給する方式であるため、燃料供給用のポンプ等を設ける必要が無く、発電機の小型化が期待できる燃料供給方式である。 Among these, each liquid fuel cell etc. which utilized capillary force for supply of liquid fuel are known (for example, refer to patent documents 4 and 5).
The liquid fuel cells described in each of these patent documents, so-called passive / semi-passive fuel cells, and the like are systems that supply fuel to the power generation cell by capillary force, and therefore it is necessary to provide a fuel supply pump or the like. This is a fuel supply system that can be expected to reduce the size of the generator.

本願出願人は、パッシブ・セミパッシブ型の燃料電池における液体燃料を発電セルに効率よく供給することができる燃料電池として、例えば、液体燃料を貯留する燃料貯留体と、前記液体燃料を発電に供する発電セルと、前記燃料貯留体から発電セルへ連続した流路を有する燃料供給体とを備えた燃料電池において、前記燃料供給体の流路を、有底の断面形状の流路であって、前記液体燃料を誘導し得る毛管力を有する流路を備えてなることを特徴とする燃料電池（例えば、特許文献６参照）、並びに、少なくとも空気極側集電層と、空気極触媒層と、高分子電解質膜と、燃料極触媒層と、燃料極側集電層とを備えると共に、燃料極側集電層の液体燃料側に、多孔質体からなる多孔質体層を備えた燃料電池であって、前記多孔質体層は、差圧１００ｋＰａのときの通気速度（空塔基準の値）が１０ｃｍ／ｓ〜５０００ｃｍ／ｓであり、かつ、燃料極触媒層への燃料の拡散媒体及び電極反応進行時に電極反応生成物である二酸化炭素と水蒸気と液体燃料の蒸気とからなるガス類の排出抵抗体になると共に、電極反応進行時に多孔質体層中又は多孔質体層表面に上記ガス類の界面を形成して燃料極触媒層と多孔質体層の間にガス類層が形成され、更に、前記多孔質体層と燃料極側集電層との間に密閉空間層が設けられている燃料電池（例えば、特許文献７参照）が知られている。 As a fuel cell that can efficiently supply liquid fuel to a power generation cell in a passive / semi-passive type fuel cell, the applicant of the present application provides, for example, a fuel reservoir that stores liquid fuel and the liquid fuel for power generation. In a fuel cell comprising a power generation cell and a fuel supply body having a flow path continuous from the fuel reservoir to the power generation cell, the flow path of the fuel supply body is a flow path having a bottomed cross-sectional shape, A fuel cell comprising a flow path having a capillary force capable of guiding the liquid fuel (see, for example, Patent Document 6), and at least an air electrode side current collecting layer, an air electrode catalyst layer, A fuel cell comprising a polymer electrolyte membrane, a fuel electrode catalyst layer, and a fuel electrode side current collecting layer, and having a porous material layer made of a porous material on the liquid fuel side of the fuel electrode side current collecting layer The porous body layer has a differential pressure The ventilation rate at the time of 00 kPa (a value based on the empty tower) is 10 cm / s to 5000 cm / s, and the diffusion medium of fuel to the fuel electrode catalyst layer and carbon dioxide that is an electrode reaction product when the electrode reaction proceeds It becomes a discharge resistor for gases consisting of water vapor and liquid fuel vapor, and forms an interface between the above gases in the porous body layer or on the surface of the porous body layer when the electrode reaction progresses. A fuel cell in which a gas layer is formed between the porous material layers and a sealed space layer is provided between the porous material layer and the fuel electrode side current collecting layer (see, for example, Patent Document 7). Are known.

しかしながら、上記特許文献６の燃料電池は、従来にない発電効率を備えた燃料電池であるが、供給燃料が燃料極層に直接接触する構造となるため、液体燃料の濃度が高い場合などに液体燃料のクロスオーバーにより燃料の一部が損失してしまうことがあり、非発電時において制御することができないなどの若干の課題があるのが現状である。
また、上記特許文献７の燃料電池も、従来にない発電効率を備えた燃料電池であるが、多孔質体層と燃料極側集電層との間に密閉空間層が設けられている構造であり、本発明とは基本構造が異なり、発生する二酸化炭素の排出が複雑となる等の若干の課題があるのが現状である。
特開平５−２５８７６０号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開平５−３０７９７０号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００１−３１３０４７号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開平６−１８８００８号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００１−９３５５１号公報（特許請求の範囲、実施例等）特開２００７−２１４０５５号公報（特許請求の範囲、実施例等）ＷＯ−Ａ１−２００７１１１２０１号公報（特許請求の範囲、実施例等） However, although the fuel cell of Patent Document 6 is a fuel cell having unprecedented power generation efficiency, it has a structure in which the supplied fuel is in direct contact with the fuel electrode layer, so that it is liquid when the concentration of liquid fuel is high. At present, there are some problems such as the fact that some of the fuel may be lost due to the crossover of the fuel and that it cannot be controlled during non-power generation.
The fuel cell of Patent Document 7 is also a fuel cell having unprecedented power generation efficiency, but has a structure in which a sealed space layer is provided between the porous body layer and the fuel electrode side current collecting layer. The present situation is that the basic structure is different from the present invention, and there are some problems such as complicated emission of generated carbon dioxide.
JP-A-5-258760 (Claims, Examples, etc.) JP-A-5-307970 (Claims, Examples, etc.) JP 2001-313047 A (Claims, Examples, etc.) JP-A-6-188008 (Claims, Examples, etc.) JP 2001-93551 A (Claims, Examples, etc.) JP 2007-214055 A (Claims, Examples, etc.) WO-A1-2007111201 (Claims, Examples, etc.)

本発明は、上記従来のパッシブ・セミパッシブ型の燃料電池における液体燃料の供給の課題及び現状に鑑み、これを解消するためになされたものであり、パッシブ・セミパッシブ型の燃料電池における発電性能の向上、燃料電池の小型化に寄与することができると共に、燃料のクロスオーバーによる燃料の損失を防止することができる燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems and current situation of the supply of liquid fuel in the conventional passive and semi-passive fuel cells, and has been made to solve this problem. The power generation performance of the passive and semi-passive fuel cells An object of the present invention is to provide a fuel cell that can contribute to the improvement of the fuel cell size and the size of the fuel cell and can prevent the loss of fuel due to the crossover of the fuel.

本発明者は、上記従来の課題等について、鋭意検討した結果、液体燃料を収容する燃料タンクと、空気極層、電解質層及び燃料極層を有する発電セルと、燃料拡散体とを少なくとも備え、燃料タンクから発電セルの燃料極層に液体燃料を燃料拡散体を介して供給する燃料電池において、上記燃料拡散体を特定構造等とすることにより、上記目的の燃料電池が得られることに成功し、本発明を完成するに至ったのである。 As a result of intensive studies on the above-described conventional problems, the present inventor has at least a fuel tank that stores liquid fuel, a power generation cell having an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer, and a fuel diffuser, In a fuel cell in which liquid fuel is supplied from a fuel tank to the fuel electrode layer of a power generation cell via a fuel diffuser, the above-described fuel cell is successfully obtained by making the fuel diffuser have a specific structure or the like. The present invention has been completed.

すなわち、本発明は、次の（１）〜（９）に存する。
（１）液体燃料を収容する燃料タンクと、空気極層、電解質層及び燃料極層を有する発電セルと、燃料拡散体とを少なくとも備え、燃料タンクから発電セルの燃料極層に液体燃料を燃料拡散体を介して供給する燃料電池であって、上記燃料拡散体には、供給燃料が燃料極層に直接接触しないように発電セルとの間に空間を形成するための０．１ｍｍ以上の深さを有する段差部を備えると共に、段差によって形成される空間部は外部と連通部を有し、かつ、上記段差部の底面は毛管力を有する毛管力部としてなることを特徴とする燃料電池。
（２）液体燃料を収容する燃料タンクと、空気極層、電解質層及び燃料極層を有する発電セルと、燃料拡散体とを少なくとも備え、燃料タンクから発電セルの燃料極層に液体燃料を燃料拡散体を介して供給する燃料電池であって、上記燃料拡散体には、供給燃料が燃料極層に直接接触しないように発電セルとの間に空間を形成するための０．１ｍｍ以上の深さを有する段差部を備えると共に、段差によって形成される空間部は外部と連通部を有し、かつ、上記段差部の底面は親水化処理すると共に、壁面は撥水化処理してなることを特徴とする燃料電池。
（３）液体燃料を収容する燃料タンクと、空気極層、電解質層及び燃料極層を有する発電セルと、燃料拡散体とを少なくとも備え、燃料タンクから発電セルの燃料極層に液体燃料を燃料拡散体を介して供給する燃料電池であって、上記燃料拡散体には、毛管力のある多孔体を備えると共に、該多孔体の燃料極層側の表面部を撥水化処理して供給燃料が燃料極層に直接接触しない構成としてなることを特徴とする燃料電池。
（４）空気極層、電解質層及び燃料極層を有する発電セルと、燃料拡散体とは積層していることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか一つに記載の燃料電池。
（５）毛管力部は、毛管力のある流路であることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の燃料電池。
（６）毛管力部は、毛管力のある多孔体であることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の燃料電池。
（７）燃料拡散体は、少なくとも段差部の底面が面方向にガス透過率１０^−８（ｃｍ^３・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓ・ｍｍＨｇ）以下である緻密層を有することを特徴とする上記（１）〜（６）の何れか一つに記載の燃料電池。
（８）燃料タンクから燃料極層への液体燃料の供給が燃料供給体、燃料拡散体を介して行われることを特徴とする上記（１）〜（７）の何れか一つに記載の燃料電池。
（９）空気極層の上面に、空気の流通及び水の排出ができる溝部を有する被覆部材が配置されていることを特徴とする上記（１）〜（８）の何れか一つに記載の燃料電池。 That is, the present invention resides in the following (1) to (9).
(1) A fuel tank that stores liquid fuel, a power generation cell having an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer, and a fuel diffuser are provided, and liquid fuel is supplied from the fuel tank to the fuel electrode layer of the power generation cell. A fuel cell that is supplied via a diffuser, the fuel diffuser having a depth of 0.1 mm or more for forming a space between the fuel cell and the power generation cell so that the supplied fuel does not directly contact the fuel electrode layer. A fuel cell comprising a step portion having a height, a space portion formed by the step has a communication portion with the outside, and a bottom surface of the step portion serves as a capillary force portion having a capillary force.
(2) At least a fuel tank that stores liquid fuel, a power generation cell having an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer, and a fuel diffuser, and fuel liquid fuel from the fuel tank to the fuel electrode layer of the power generation cell A fuel cell that is supplied via a diffuser, the fuel diffuser having a depth of 0.1 mm or more for forming a space between the fuel cell and the power generation cell so that the supplied fuel does not directly contact the fuel electrode layer. The space formed by the step has a communicating portion with the outside, and the bottom surface of the step is hydrophilized and the wall surface is water-repellent. A fuel cell.
(3) A fuel tank that stores liquid fuel, a power generation cell having an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer, and a fuel diffuser are provided, and liquid fuel is supplied from the fuel tank to the fuel electrode layer of the power generation cell. A fuel cell that is supplied through a diffuser, wherein the fuel diffuser includes a porous body having a capillary force, and the surface of the porous body on the fuel electrode layer side is subjected to a water repellent treatment to supply fuel. A fuel cell characterized in that the fuel cell layer does not directly contact the fuel electrode layer.
(4) The fuel according to any one of (1) to (3) above, wherein a power generation cell having an air electrode layer, an electrolyte layer and a fuel electrode layer and a fuel diffuser are laminated. battery.
(5) The fuel cell as described in (1) or (2) above, wherein the capillary force portion is a flow path having capillary force.
(6) The fuel cell as described in (1) or (2) above, wherein the capillary force part is a porous body having capillary force.
(7) The fuel diffuser described above, wherein at least the bottom surface of the stepped portion has a dense layer having a gas permeability of 10 ⁻⁸ (cm ³ · cm ² · s · mmHg) or less in the plane direction ( The fuel cell according to any one of 1) to (6).
(8) The fuel as described in any one of (1) to (7) above, wherein the liquid fuel is supplied from the fuel tank to the fuel electrode layer through a fuel supply body and a fuel diffusion body. battery.
(9) The covering member having a groove portion capable of circulating air and discharging water is disposed on the upper surface of the air electrode layer, as described in any one of (1) to (8) above Fuel cell.

本発明によれば、パッシブ・セミパッシブ型の燃料電池における発電性能の向上、燃料電池の小型化に寄与することができると共に、燃料のクロスオーバーによる燃料の損失を防止することができ、高濃度液体燃料を利用して高出力、高エネルギー密度を発揮することができる燃料電池が提供される。 According to the present invention, it is possible to contribute to improvement of power generation performance in a passive / semi-passive type fuel cell, miniaturization of the fuel cell, and it is possible to prevent fuel loss due to fuel crossover, and to achieve high concentration. A fuel cell capable of exhibiting high output and high energy density using liquid fuel is provided.

以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら、詳しく説明する。
図１〜図４は、本発明の第１実施形態となる燃料電池を示すものであり、図１（ａ）は、燃料電池の概略斜視図、（ｂ）はその縦断面図、（ｃ）は発電セルの縦断面図、図２（ａ）は、燃料拡散体の平面態様で示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図、図３は、燃料タンクと燃料供給体を示す分解斜視図、図４は被覆部材を示す斜視図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 to 4 show a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a schematic perspective view of the fuel cell, (b) is a longitudinal sectional view thereof, and (c). Is a longitudinal sectional view of the power generation cell, FIG. 2 (a) is a perspective view showing the planar form of the fuel diffuser, (b) is a sectional view taken along line XX of (a), and (c) is Y of (a). FIG. 3 is an exploded perspective view showing a fuel tank and a fuel supply body, and FIG. 4 is a perspective view showing a covering member.

本実施形態の燃料電池Ａは、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、液体燃料を収容する燃料タンク１０と、空気極層、電解質層及び燃料極層を有する発電セル２０と、燃料拡散体３０とを少なくとも備え、燃料タンク１０から発電セル２０の燃料極層に液体燃料を燃料拡散体３０介して供給するものであり、上記燃料拡散体３０には、供給燃料が燃料極層に直接接触しないように発電セル２０との間に空間を形成するための０．１ｍｍ以上の深さを有する段差部３５を備えると共に、該段差部３５の底面は毛管力を有する毛管力部３６としてなるものである。
また、上記発電セル２０の最上層となる空気極層２３の上面に、空気の流通及び水の排出ができる溝部を有する被覆部材４０が配置されている。 As shown in FIGS. 1A to 1C, the fuel cell A of the present embodiment includes a fuel tank 10 that stores liquid fuel, a power generation cell 20 that includes an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer, The fuel diffuser 30 is provided at least, and liquid fuel is supplied from the fuel tank 10 to the fuel electrode layer of the power generation cell 20 via the fuel diffuser 30. And a stepped portion 35 having a depth of 0.1 mm or more for forming a space with the power generation cell 20 so as not to directly contact with the power generation cell 20, and the bottom surface of the stepped portion 35 has a capillary force portion 36 having a capillary force. It will become.
In addition, a covering member 40 having a groove portion capable of circulating air and discharging water is disposed on the upper surface of the air electrode layer 23 which is the uppermost layer of the power generation cell 20.

液体燃料を収容する燃料タンク１０としては、例えば、タンク内に直接液体燃料が充填され、タンクの端部に設けられた空気置換孔を有するスリット弁やバルブ弁などの弁機構及び該弁機構に挿入される燃料誘導部材を介して又は直接燃料供給体１５に供給する構造となるもの、または、タンク内に液体燃料を吸蔵する吸蔵体（中綿）が収容され、タンクの端部に設けられた吸蔵体（中綿）に連結される燃料誘導部材を介して又は直接吸蔵体から燃料供給体１５に液体燃料を供給する構造となるものが挙げられ、燃料タンク１０内の液体燃料を、液漏れがなく且つスムーズに燃料供給体１５等に供給できる構造となるものであれば、特に限定されない。 Examples of the fuel tank 10 that stores liquid fuel include a valve mechanism such as a slit valve or a valve valve that is directly filled with liquid fuel and has an air replacement hole provided at an end of the tank, and the valve mechanism. A structure that supplies fuel to the fuel supply 15 via the inserted fuel guide member or a storage body (filling) that stores liquid fuel is accommodated in the tank, and is provided at the end of the tank. Examples include a structure in which liquid fuel is supplied to the fuel supply body 15 through a fuel guiding member connected to the occlusion body (filling) or directly from the occlusion body. If it becomes a structure which can supply to the fuel supply body 15 grade | etc., Smoothly without it, it will not specifically limit.

また、用いる燃料供給体１５は、図３に示すように、燃料タンク１０から燃料拡散体３０に燃料を供給する部材であり、例えば、１）樹脂粒子焼結体、樹脂繊維焼結体などの焼結体、２）フェルトやスポンジなどの発砲体、または、３）天然繊維、獣毛繊維、ポリアセタール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン径樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレン系樹脂などの１種又は２種以上の組合せからなる繊維芯やこれらの繊維が束ねられた繊維束等の毛管力を持つ棒状体や板状体が挙げられる。また、中空のパイプ形状で燃料拡散体３０との接触側を上記毛管力を持つ材料で塞いだものでもよい。
これらの燃料供給体１５は、液体タンク１０内の弁機構等を備えた供給孔１１内に挿入されて後述する燃料拡散体３０に連結される構造となる。 Further, as shown in FIG. 3, the fuel supply body 15 to be used is a member for supplying fuel from the fuel tank 10 to the fuel diffuser 30. For example, 1) a resin particle sintered body, a resin fiber sintered body, etc. Sintered body, 2) Foamed body such as felt and sponge, or 3) Natural fiber, animal hair fiber, polyacetal resin, acrylic resin, polyester resin, polyamide resin, polyurethane resin, polyolefin diameter resin, polyvinyl Rods or plates with capillary force such as fiber cores made of one or a combination of two or more of resin, polycarbonate resin, polyether resin, polyphenylene resin, and fiber bundles in which these fibers are bundled The body is mentioned. Further, a hollow pipe shape in which the contact side with the fuel diffuser 30 is closed with the material having the capillary force may be used.
These fuel supply bodies 15 are inserted into a supply hole 11 having a valve mechanism or the like in the liquid tank 10 and connected to a fuel diffuser 30 described later.

液体タンク１０に直接又は吸蔵体により収容される液体燃料としては、例えば、メタノールと水とからなるメタノール水溶液が挙げられるが、発電セル２０の燃料極層２１において燃料として供給された化合物から効率良く水素イオン（Ｈ^＋）と電子（ｅ⁻）が得られるものであれば、液体燃料は特に限定されず、燃料極層２１の構造などにもよるが、メタノール水溶液の他に、例えば、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、エタノール水溶液、ギ酸、ヒドラジン、アンモニア液、エチレングリコール、水素化ホウ素ナトリウム水溶液、ショ糖水溶液などの液体燃料も用いることができる。
また、これらの液体燃料の濃度は、燃料電池の構造、特性等により種々の濃度の液体燃料を用いることができ、例えば、１〜１００％濃度の液体燃料を用いることができる。 Examples of the liquid fuel accommodated in the liquid tank 10 directly or by an occlusion body include an aqueous methanol solution composed of methanol and water. The liquid fuel is efficiently produced from a compound supplied as fuel in the fuel electrode layer 21 of the power generation cell 20. As long as hydrogen ions (H ⁺ ) and electrons (e ⁻ ) can be obtained, the liquid fuel is not particularly limited, and depends on the structure of the fuel electrode layer 21. DME), ethanol aqueous solution, formic acid, hydrazine, ammonia solution, ethylene glycol, sodium borohydride aqueous solution, sucrose aqueous solution and the like can also be used.
Moreover, the liquid fuel of various density | concentrations can be used for the density | concentration of these liquid fuels by the structure of a fuel cell, a characteristic, etc. For example, the liquid fuel of 1-100% density | concentration can be used.

発電セル２０は、後述する燃料拡散体３０上に配置されるものであり、図１（ｃ）に示すように、下面側から燃料極層２１、電解質層２２、空気極層２３が順次積層されたものである。燃料極層（燃料電極体）２１は、例えば、三次元網目構造若しくは点焼結構造よりなり、アモルファス炭素と炭素粉末とで構成される炭素複合成形体、等方性高密度炭素成形体、炭素繊維抄紙成形体、活性炭素成形体などを用いることができる。また、この燃料極層２１の外表面部には、白金−ルテニウム（Ｐｔ−Ｒｕ）触媒、イリジウム−ルテニウム（Ｉｒ−Ｒｕ）触媒、白金−スズ（Ｐｔ−Ｓｎ）触媒などが当該金属イオンや金属錯体などの金属微粒子前駆体を含んだ溶液を含浸や浸漬処理後還元処理する方法や金属微粒子の電析法などにより形成されている。 The power generation cell 20 is disposed on a fuel diffuser 30 to be described later. As shown in FIG. 1C, a fuel electrode layer 21, an electrolyte layer 22, and an air electrode layer 23 are sequentially stacked from the lower surface side. It is a thing. The fuel electrode layer (fuel electrode body) 21 has, for example, a three-dimensional network structure or a point-sintered structure, and is a carbon composite molded body composed of amorphous carbon and carbon powder, an isotropic high-density carbon molded body, carbon A fiber paper-molded body, an activated carbon molded body and the like can be used. In addition, a platinum-ruthenium (Pt-Ru) catalyst, an iridium-ruthenium (Ir-Ru) catalyst, a platinum-tin (Pt-Sn) catalyst, and the like are present on the outer surface portion of the fuel electrode layer 21. It is formed by a method of impregnating or dipping a solution containing a metal fine particle precursor such as a complex or the like, or a method of electrodeposition of metal fine particles.

電解質層（電解質膜）２２としては、プロトン伝導性又は水酸化物イオン伝導性を有するイオン交換膜、例えば、ナフィオン（Nafion、Du pont社製）を初めとするフッ素系イオン交換膜が挙げられる他、耐熱性、メタノールクロスオーバーの抑制が良好なもの、例えば、無機化合物をプロトン伝導材料とし、ポリマーを膜材料としたコンポジット（複合）膜、具体的には、無機化合物としてゼオライトを用い、ポリマーとしてスチレン−ブタジエン系ラバーからなる複合膜、炭化水素系グラフト膜などが挙げられる。
また、空気極層２３としては、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等を上述の金属微粒子前駆体を含んだ溶液等を用いた方法で担持させた多孔質構造からなる炭素多孔体が挙げられる。 Examples of the electrolyte layer (electrolyte membrane) 22 include ion exchange membranes having proton conductivity or hydroxide ion conductivity, such as fluorine ion exchange membranes including Nafion (Nafion, manufactured by Du Pont). , Heat resistance, good suppression of methanol crossover, for example, a composite membrane using an inorganic compound as a proton conducting material and a polymer as a membrane material, specifically, using zeolite as the inorganic compound, as a polymer Examples include a composite film made of styrene-butadiene rubber, a hydrocarbon graft film, and the like.
The air electrode layer 23 is made of, for example, a porous structure in which platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh) or the like is supported by a method using a solution containing the metal fine particle precursor described above. The carbon porous body which becomes.

本実施形態の燃料拡散体３０は、前記液体タンク１０から誘導された液体燃料を発電セル２０の燃料極層２１に供給する機能を有するものであり、燃料供給体１５により供給される燃料が燃料極層に直接接触しないように発電セル２０との間に空間を形成するための０．１ｍｍ以上の深さを有する凹状の段差部３５を備えると共に、該段差部３５の底面は毛管力を有する毛管力部３６としてなるものである。燃料タンク１０側の側面部には、燃料供給体１５が挿通する貫通孔３１が形成されている。該貫通孔３１は、燃料供給体１５との間に若干の連通部（隙間）を持たせるよう設計され、気体の流通が可能な連通部（隙間）３３が形成されている。これにより、段差によって形成される空間部３４は外部と気体の流通が可能となっている。
この燃料拡散体３０には、図１（ｂ）及び図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、その表面部に発電セル（ＭＥＡ）２０を収めるために、深さ０．１ｍｍ程度の方形形状の段部３２が形成されており、更に、図１（ｂ）に示すように、組み立てた状態で供給される燃料が発電セル２０に直接触れないように、少なくとも深さが０．１ｍｍ以上の段差部３５、好ましくは、深さが０．１〜０．５ｍｍの段差部３５が形成されている。本実施形態では、深さ０．５ｍｍの凹状の段差部３５が形成されており、その段差部３５の底面には燃料供給体１５に連結されると共に、液体燃料を底面のほぼ全面に行き渡らせることができるように、図２（ａ）に示すように、細溝から構成される毛管力を有する流路となる毛管力部３６，３６…が形成されている。
更に、このときの段差部３５の形状は、発電セル２０が自重で撓んで燃料拡散体３０の段底に触れないように幅を２０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、更に好ましくは、２〜１０ｍｍにすることが好ましい。段差部３７の長さは、燃料電池の大きさ等にもよるが、２０〜８０ｍｍ程度である。 The fuel diffuser 30 of the present embodiment has a function of supplying the liquid fuel derived from the liquid tank 10 to the fuel electrode layer 21 of the power generation cell 20, and the fuel supplied by the fuel supply body 15 is the fuel. A concave stepped portion 35 having a depth of 0.1 mm or more for forming a space between the power generation cell 20 so as not to directly contact the polar layer is provided, and the bottom surface of the stepped portion 35 has a capillary force. The capillary force portion 36 is formed. A through hole 31 through which the fuel supply body 15 is inserted is formed in the side surface portion on the fuel tank 10 side. The through hole 31 is designed to have a slight communication portion (gap) between the fuel supply body 15 and a communication portion (gap) 33 through which gas can flow. Thereby, the space part 34 formed by the level | step difference can distribute | circulate a gas with the exterior.
As shown in FIGS. 1B and 2A to 2C, the fuel diffuser 30 has a depth of about 0.1 mm in order to accommodate the power generation cell (MEA) 20 on the surface thereof. A rectangular step 32 is formed, and as shown in FIG. 1B, at least a depth of 0.1 mm is provided so that the fuel supplied in the assembled state does not directly touch the power generation cell 20. The step portion 35 described above, preferably, the step portion 35 having a depth of 0.1 to 0.5 mm is formed. In the present embodiment, a concave step portion 35 having a depth of 0.5 mm is formed, and the bottom surface of the step portion 35 is connected to the fuel supply body 15 and the liquid fuel is spread over almost the entire bottom surface. As shown in FIG. 2A, capillary force portions 36, 36,... Are formed as flow paths having a capillary force composed of narrow grooves.
Further, the shape of the stepped portion 35 at this time is 20 mm or less, preferably 10 mm or less, more preferably 2 to 10 mm so that the power generation cell 20 is bent by its own weight and does not touch the step bottom of the fuel diffuser 30. It is preferable to do. The length of the stepped portion 37 is about 20 to 80 mm although it depends on the size of the fuel cell.

用いる燃料拡散体３０は、好ましくは、液体燃料の効率的な供給の点から、段差部３５の少なくとも底面に、面方向にガス透過率１０^−８（ｃｍ^３・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓ・ｍｍＨｇ）以下である緻密層、好ましくは、ガス透過率１×１０^−１０〜１×１０^−８（ｃｍ^３・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓ・ｍｍＨｇ）となる緻密層を有することが望ましい。
本実施形態では、燃料拡散体３０の全体がガス透過率６．６５×１０^−１３（ｃｍ^３・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓ・ｍｍＨｇ）となる緻密層で形成されている。
また、この燃料電池Ａでは、発電セル２０を収めるために３０ｍｍ×３０ｍｍの面積で深さ０．１ｍｍの段部３２が形成されており、その段部３２内に燃料が発電セル２０に直接触れないよう、６ｍｍ×２５ｍｍ×深さ０．５ｍｍの段差部３５を９ｍｍ間隔で３本形成してなるものである。３本の段差部３５の底面には、それぞれ幅６０μｍ×深さ５０μｍの細溝からなる毛管力部３６を等間隔で３本形成してなるものである。なお、段差部３５の深さが０．１ｍｍ未満であると、供給燃料が燃料極層２１に直接接触することがあり、液体燃料のクロスオーバーにより燃料の一部が損失してしまうことがあり、好ましくない。
また、燃料タンク１０から供給される液体燃料は、燃料供給体１５を介して燃料拡散体３０における段差部３５の毛管力部３６に効率よく供給されるように、燃料供給体１５の毛管力、段差部３５の毛管力部３６の毛管力等は好適に設定されている。 The fuel diffuser 30 to be used preferably has a gas permeability of 10 ⁻⁸ (cm ³ · cm / cm ² · s · mmHg in the surface direction at least on the bottom surface of the stepped portion 35 from the viewpoint of efficient supply of liquid fuel. It is desirable to have a dense layer having a gas permeability of 1 × 10 ⁻¹⁰ to 1 × 10 ⁻⁸ (cm ³ · cm / cm ² · s · mmHg).
In this embodiment, the entire fuel diffuser 30 is formed of a dense layer having a gas permeability of 6.65 × 10 ⁻¹³ (cm ³ · cm / cm ² · s · mmHg).
Further, in this fuel cell A, a step portion 32 having an area of 30 mm × 30 mm and a depth of 0.1 mm is formed to accommodate the power generation cell 20, and the fuel directly touches the power generation cell 20 in the step portion 32. In order to avoid this, three step portions 35 of 6 mm × 25 mm × depth 0.5 mm are formed at intervals of 9 mm. On the bottom surface of the three stepped portions 35, three capillary force portions 36 each having a narrow groove having a width of 60 μm and a depth of 50 μm are formed at equal intervals. If the depth of the stepped portion 35 is less than 0.1 mm, the supplied fuel may come into direct contact with the fuel electrode layer 21 and part of the fuel may be lost due to the liquid fuel crossover. It is not preferable.
In addition, the liquid fuel supplied from the fuel tank 10 can be efficiently supplied to the capillary force portion 36 of the step portion 35 in the fuel diffuser 30 via the fuel supply body 15. The capillary force of the capillary force portion 36 of the step portion 35 is suitably set.

燃料拡散体３０の材質としては、導電性材料であれば炭素素材でも金属素材でもその他の材料でもよい。好ましくは、材料表面の親水化及び撥水化が容易で且つ加工もしくは成形が容易なものであれば更によい。例えば、有機高分子樹脂（熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂）などの高分子材料、各種炭素材料、セラミック材料、金属材料、ガラス材料、木材、岩石、セメント、粘土およびその焼成物などが挙げられるが、加工のしやすさ、扱いやすさなどの点から有機高分子樹脂（熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂など）、各種炭素材料、金属が好ましい。
前記炭素材料の素材としては、例えば、ガラス状炭素、等方性炭素材、黒鉛粉末〔高配向性熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ）、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、フラーレンを含む〕、炭素繊維〔気相成長炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維、黒鉛繊維を含む〕、カーボンナノチューブ、膨張黒鉛シート等が挙げられる。また、これらの材料を適宜組み合わせて構成してもよいものである。
この燃料拡散体３０の厚さとしては、装置の小型化を可能にするという点から、０．４〜２．０ｍｍ、好ましくは、０．５〜１．０ｍｍ程度とすることが望ましい。
本実施形態において、燃料拡散体３０の細溝からなる毛管力部３６における必要な毛管力は、燃料の粘度や表面張力等で決まり、例えば、材質が炭素材料であり、燃料が高濃度のメタノール等濡れ性のよいものを用いるときなど、燃料の広がりが容易である場合は、必要最小限の毛管力で行うことができる。 The material of the fuel diffuser 30 may be a carbon material, a metal material, or other materials as long as it is a conductive material. Preferably, it is even better if the surface of the material is easily hydrophilized and water repellent and can be easily processed or molded. Examples include polymer materials such as organic polymer resins (thermoplastic resins, thermosetting resins), various carbon materials, ceramic materials, metal materials, glass materials, wood, rocks, cement, clay, and fired products thereof. However, organic polymer resins (such as thermoplastic resins and thermosetting resins), various carbon materials, and metals are preferred from the viewpoint of ease of processing and ease of handling.
Examples of the material of the carbon material include glassy carbon, isotropic carbon material, graphite powder [including highly oriented pyrolytic graphite (HOPG), quiche graphite, natural graphite, artificial graphite, fullerene], carbon fiber [ Vapor-grown carbon fibers, PAN-based carbon fibers, and graphite fibers], carbon nanotubes, expanded graphite sheets, and the like. Moreover, you may comprise combining these materials suitably.
The thickness of the fuel diffuser 30 is 0.4 to 2.0 mm, preferably about 0.5 to 1.0 mm, from the viewpoint that the apparatus can be miniaturized.
In the present embodiment, the necessary capillary force in the capillary force portion 36 formed by the narrow groove of the fuel diffuser 30 is determined by the viscosity, surface tension, etc. of the fuel. For example, the material is a carbon material, and the fuel is methanol having a high concentration. When the fuel spreads easily, such as when using a material with good wettability, it can be performed with the minimum necessary capillary force.

被覆部材４０は、発電セル２０を含む燃料拡散体３０の上面を被覆するものである。この被覆部材４０には、発電セル２０の空気極層２３への空気の供給や反応の進行により生じる水を排出するための直線状の溝部４１が４本形成されている。この被覆部材４０は、気体および液体の流通を行えるもので自立できるものであり、電気伝導性をもつものであればよく、例えば、材質が炭素材料であるものや、炭素材料と樹脂を一体成形したもの、更には炭素材料に樹脂を含浸して得られるもの等で構成することができる。
この被覆部材４０を設けることにより、発電セル２０への空気の供給及び反応の進行により生じる水を効率よく排出して効率的な発電を発揮することができるものとなる。 The covering member 40 covers the upper surface of the fuel diffuser 30 including the power generation cell 20. The covering member 40 is formed with four linear grooves 41 for discharging water generated by the supply of air to the air electrode layer 23 of the power generation cell 20 and the progress of the reaction. The covering member 40 is capable of flowing gas and liquid and can be self-supporting and may have any electrical conductivity. For example, the covering member 40 may be a carbon material, or a carbon material and a resin are integrally formed. In addition, a carbon material obtained by impregnating a resin with a carbon material can be used.
By providing the covering member 40, water generated by the supply of air to the power generation cell 20 and the progress of the reaction can be efficiently discharged to exhibit efficient power generation.

このように構成される本実施形態の燃料電池Ａでは、燃料タンク１０から供給される液体燃料は、燃料供給体１５を介して燃料拡散体３０における段差部３５の毛管力部３６に供給され、段差部３５の底面は燃料が拡散された状態となり、この状態の液体燃料は発電セル２０の燃料極層２１に直接接触しないものであるが毛管作用等により発電セル２０の燃料極層２１に効率よく供給されることとなる。また、最上面の空気極層２３が被覆部材４０の溝部４１により空気（外気）に晒されることなるので、拡散、対流によって酸素が空気極層２３に供給され、燃料電池として発電することとなる。
本発明では、燃料拡散体３０に、供給燃料が燃料極層２１に直接接触しないように発電セル２０との間に空間を形成するための０．１ｍｍ以上の深さを有する段差部３５を備えると共に、該段差部３５の底面は毛管力を有する毛管力部３６としてなるものであるので、液体タンク１０から供給される燃料が燃料極層２１に直接接触しないで供給されるため、液体燃料のクロスオーバーによる燃料の損失を低減することができ、発電性能の向上を発揮でき、また、空気極層、電解質層及び燃料極層を有する発電セル２０と、燃料拡散体３０とを積層状態で構成できるので、燃料電池の小型化に寄与することができるものとなる。
更に、本実施形態の燃料電池Ａでは、燃料が直接燃料極層に接触しないので高濃度の燃料の使用ができるものとなる。 In the fuel cell A of the present embodiment configured as described above, the liquid fuel supplied from the fuel tank 10 is supplied to the capillary force portion 36 of the step portion 35 in the fuel diffuser 30 through the fuel supply body 15. The bottom surface of the stepped portion 35 is in a state where fuel is diffused, and the liquid fuel in this state is not in direct contact with the fuel electrode layer 21 of the power generation cell 20, but is efficient in the fuel electrode layer 21 of the power generation cell 20 by capillary action or the like. Well supplied. In addition, since the uppermost air electrode layer 23 is exposed to the air (outside air) by the groove 41 of the covering member 40, oxygen is supplied to the air electrode layer 23 by diffusion and convection, and power is generated as a fuel cell. .
In the present invention, the fuel diffuser 30 is provided with a step 35 having a depth of 0.1 mm or more for forming a space between the fuel cell 20 and the power generation cell 20 so that the supplied fuel does not directly contact the fuel electrode layer 21. At the same time, since the bottom surface of the stepped portion 35 is a capillary force portion 36 having a capillary force, the fuel supplied from the liquid tank 10 is supplied without directly contacting the fuel electrode layer 21, so that the liquid fuel Fuel loss due to crossover can be reduced, power generation performance can be improved, and a power generation cell 20 having an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer, and a fuel diffuser 30 are configured in a stacked state. Therefore, the fuel cell can be reduced in size.
Furthermore, in the fuel cell A of the present embodiment, since the fuel does not directly contact the fuel electrode layer, a high concentration fuel can be used.

図５〜図８は、本発明の第２実施形態を示す燃料電池Ｂである。上記実施形態の燃料電池Ａと同様の作用・機能を有するものは、同一符号を付けてその説明を省略する（以下の実施形態においても同様）。
本実施形態の燃料電池Ｂは、燃料拡散体３０が、供給される燃料が燃料極層に直接接触しないように発電セルとの間に空間を形成するための０．１ｍｍ以上の深さ、本実施形態では深さ０．５ｍｍを有する段差部３７を備えると共に、該段差部３７の底面を親水化処理すると共に、壁面を撥水化処理してなる点で、基本的に、上記実施形態の燃料電池Ａと異なるものである。 5-8 is the fuel cell B which shows 2nd Embodiment of this invention. Components having the same functions and functions as those of the fuel cell A of the above embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted (the same applies to the following embodiments).
The fuel cell B of the present embodiment has a depth of 0.1 mm or more for forming a space between the fuel diffuser 30 and the power generation cell so that the supplied fuel does not directly contact the fuel electrode layer. The embodiment basically includes the step portion 37 having a depth of 0.5 mm, the bottom surface of the step portion 37 is hydrophilized, and the wall surface is water repellent treated. It is different from the fuel cell A.

本実施形態の段差部３７の底面を親水化処理する方法としては、例えば、プラズマ処理、オゾン処理、フレーム処理、レーザー処理、電子線による処理、イオン注入法による処理、イオンビームによる処理、イオン照射による処理等を、段差部３７の底面に適宜採用することができる。
特に、レーザー処理、電子線による処理、イオン注入法による処理、イオンビームによる処理、イオン照射による処理としては、出力調整されたレーザー光や電子ビーム等を段差部３７の底面を走査させる要領で照射して処理することが挙げることができるが、特に限定されない。 Examples of the method for hydrophilizing the bottom surface of the stepped portion 37 of the present embodiment include plasma processing, ozone processing, flame processing, laser processing, processing with an electron beam, processing with an ion implantation method, processing with an ion beam, and ion irradiation. The processing by the above can be appropriately employed on the bottom surface of the stepped portion 37.
In particular, as laser processing, electron beam processing, ion implantation processing, ion beam processing, and ion irradiation processing, a laser beam or an electron beam whose output is adjusted is irradiated in the manner of scanning the bottom surface of the stepped portion 37. However, it is not particularly limited.

好ましい親水化処理の方法としては、作業効率性、段差部３７の底面を確実に親水化処理する点から、レーザー照射処理が望ましい。用いるレーザー照射処理としては、段差部３７の底面部、例えば、レーザー処理部が少なくとも段差部３７の底面の一部又は全部に、親水性官能基形成増加と表面の粗さＲａが５０μｍ未満となる凹凸部、好ましくは、表面の平均粗さＲａが３０μｍ未満となる凹凸部、更に好ましくは、表面の粗さ平均Ｒａが０．３〜７μｍとなる凹凸部を形成できるレーザー照射であれば、特に限定されず、例えば、ＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザー、エキシマレーザー、アルゴンレーザー、ルビーレーザー、ガラスレーザーなどが挙げられる。好ましくは、発振波長、汎用性の点からＹＡＧレーザーが望ましい。
レーザー照射処理は、段差部３７の底面部の一部又は全部に、−ＯＨ基，−ＣＯＯＨ基、＞Ｃ＝Ｏ基などの少なくとも１つ以上の親水性官能基を効率良く形成増加せせる点、経済性の点から、室温下（２５℃）空気雰囲気中、若しくは、少なくとも酸素を含むガス雰囲気中で行うことが好ましい。また、室温下以上の加湿状態で行ってもよいものである。 As a preferred hydrophilization treatment method, laser irradiation treatment is desirable from the viewpoint of working efficiency and reliably hydrophilizing the bottom surface of the stepped portion 37. As the laser irradiation treatment to be used, the hydrophilic functional group formation increase and the surface roughness Ra are less than 50 μm on the bottom surface of the stepped portion 37, for example, at least part or all of the bottom surface of the stepped portion 37. As long as the laser irradiation can form an uneven portion, preferably an uneven portion with an average surface roughness Ra of less than 30 μm, more preferably an uneven portion with an average surface roughness Ra of 0.3 to 7 μm. It is not limited, For example, a YAG laser, a carbon dioxide laser, an excimer laser, an argon laser, a ruby laser, a glass laser etc. are mentioned. A YAG laser is preferable from the viewpoint of oscillation wavelength and versatility.
The laser irradiation treatment can efficiently form and increase at least one or more hydrophilic functional groups such as —OH group, —COOH group, and> C═O group on part or all of the bottom surface portion of the stepped portion 37, From the economical point of view, it is preferable to carry out in an air atmosphere at room temperature (25 ° C.) or in a gas atmosphere containing at least oxygen. Further, it may be performed in a humidified state at room temperature or higher.

レーザー照射条件は、段差部３７の底面部に、例えば、少なくとも流路面の一部又は全部に、親水性官能基の形成増加と表面の平均粗さＲａが５０μｍ未満となる凹凸部が形成できる照射量であれば、特に限定されるものではなく、燃料拡散体３０の原材料種、大きさ、形状等により変動するものであるが、ＹＡＧレーザーなどを用いた場合、３〜１５Ｗの間での出力調整、レーザースキャン速度の調整、レーザーパルス幅の調整、焦点距離によるレーザースポット径若しくはエネルギー密度の調整（およそ、１０^３〜１０^６Ｗ／ｃｍ^２）、レーザー照射パターンの調整等の任意の条件調整を行うことで、目的の親水性官能基の形成増加と表面の平均粗さＲａが５０μｍ未満となる凹凸部が形成できるものとなる。
なお、上記３〜１５Ｗの間での出力調整は、レーザーの仕様、照射条件等により変動し一概には言えないが、出力が３Ｗ未満であると、親水官能基の形成増加が困難となり、また、処理に要する時間が増大したり、経時的にも親水性官能基の固定機能を発揮できないことがある。一方、出力が１５Ｗを超える照射であると、照射量が多大となり、照射部を深く削ることとなるので、目的の親水性官能基の形成増加と凹凸部を形成することができず、しかも、段差部３７の底面の寸法精度が問題となり、燃料電池の性能が不安定となる。 The laser irradiation condition is such that, on the bottom surface portion of the stepped portion 37, for example, at least part or all of the flow path surface can be formed with an uneven portion having an increased formation of hydrophilic functional groups and an average surface roughness Ra of less than 50 μm. The amount is not particularly limited and varies depending on the raw material type, size, shape, etc. of the fuel diffuser 30, but when a YAG laser or the like is used, the output is between 3 and 15 W. Adjustment, adjustment of laser scanning speed, adjustment of laser pulse width, adjustment of laser spot diameter or energy density by focal length (approximately 10 ³ to 10 ⁶ W / cm ² ), adjustment of arbitrary conditions such as adjustment of laser irradiation pattern By performing the above, it becomes possible to form an uneven portion having an increased formation of the desired hydrophilic functional group and an average surface roughness Ra of less than 50 μm.
The output adjustment between 3 and 15 W varies depending on the laser specifications, irradiation conditions, etc., and cannot be generally stated. However, if the output is less than 3 W, it is difficult to increase the formation of hydrophilic functional groups. In some cases, the time required for the treatment increases, or the hydrophilic functional group fixing function cannot be exhibited over time. On the other hand, if the output is more than 15 W, the irradiation amount becomes large and the irradiated part is deeply cut, so that the formation of the target hydrophilic functional group and the uneven part cannot be formed, The dimensional accuracy of the bottom surface of the stepped portion 37 becomes a problem, and the performance of the fuel cell becomes unstable.

また、上記親水化処理とは別に、段差部３７の底面に連続する壁面（両側面）を疎水化処理する方法としては、例えば、フッ化ポリビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン−コ−ヘキサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）や、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂などでコーティングする方法や、プラズマ処理による疎水化等が挙げられる。 Moreover, as a method of hydrophobizing the wall surface (both side surfaces) continuous to the bottom surface of the stepped portion 37 separately from the hydrophilic treatment, for example, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene-co-hexafluoropropylene ( FEP), a method of coating with a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene, and hydrophobization by plasma treatment.

本実施形態の段差部３７では、底面を親水化処理すると共に、壁面を撥水化処理してなるので、段差部３７の底面の毛管力を高めて、段差部３７の底面に素早く燃料を拡散でき、燃料の輸送速度を更に高めることができる。
また、本実施形態の燃料電池Ｂでは、段差部３７は深さが同じとなる直線状の本線部３７ａと直線状の本線部３７ａから長さ（高さ）が異なる３つの支流部３７ｂ，３７ｃ，３７ｄとから構成される点、燃料タンク１０から燃料供給体１５，１５が上記段差部３７の親水化処理した底面に連結（接触）した点、並びに、被覆部材４０の発電セル２０への空気の供給や反応の進行により生じる水を排出するための溝部４１が斜め状となる点、角部の一つが切り欠いた長方形状の発電セルが燃料拡散体３０の該発電セルを収めるための段部３１に配置することにより、上記段差部３７上に発電セル２０が積層された点で、上記実施形態の燃料電池Ａの構造と若干異なるものである。 In the step portion 37 of the present embodiment, the bottom surface is hydrophilized and the wall surface is water-repellent, so that the capillary force on the bottom surface of the step portion 37 is increased and fuel is quickly diffused to the bottom surface of the step portion 37. This can further increase the transportation speed of the fuel.
In the fuel cell B of the present embodiment, the stepped portion 37 has a straight main line portion 37a having the same depth and three branch flow portions 37b and 37c having different lengths (heights) from the straight main line portion 37a. , 37d, a point where the fuel supply body 15, 15 is connected (contacted) from the fuel tank 10 to the bottom surface of the stepped portion 37 which has been hydrophilized, and the air to the power generation cell 20 of the covering member 40 The groove 41 for discharging the water generated by the supply of water and the progress of the reaction is slanted, and a rectangular power generation cell with one corner cut out to accommodate the power generation cell of the fuel diffuser 30 By disposing in the portion 31, the structure of the fuel cell A of the above embodiment is slightly different in that the power generation cell 20 is stacked on the stepped portion 37.

このように構成される本実施形態の燃料電池Ｂでは、燃料タンク１０から供給される液体燃料は、燃料供給体１５、１５を介して燃料拡散体３０における段差部３７の親水化処理した底面３７ａ〜３７ｄに供給され、段差部３７の底面３７ａ〜３７ｄは燃料が拡散された状態で、その底面に続く両側面（壁面）は疎水化処理したものであり、この状態の液体燃料は発電セル２０の燃料極層２１に直接接触しないものであるが毛管作用等により発電セル２０の燃料極層２１に効率よく供給される。また、最上面の空気極層が被覆部材４０の斜め状の溝部４１により空気（外気）に晒されることなるので、上記実施形態の燃料電池Ａと同様に、拡散、対流によって酸素が空気極層に供給され、燃料電池として発電することとなる。 In the fuel cell B of the present embodiment configured as described above, the liquid fuel supplied from the fuel tank 10 is subjected to the hydrophilization bottom surface 37a of the stepped portion 37 in the fuel diffuser 30 via the fuel supply bodies 15 and 15. To 37d, the bottom surfaces 37a to 37d of the stepped portion 37 are in a state where the fuel is diffused, and both side surfaces (wall surfaces) following the bottom surface are hydrophobized, and the liquid fuel in this state is the power generation cell 20 The fuel electrode layer 21 is not in direct contact with the fuel electrode layer 21 but is efficiently supplied to the fuel electrode layer 21 of the power generation cell 20 by capillary action or the like. Further, since the uppermost air electrode layer is exposed to air (outside air) by the slanted groove 41 of the covering member 40, oxygen is diffused and convected by the diffusion and convection as in the fuel cell A of the above embodiment. To generate electricity as a fuel cell.

本実施形態では、燃料拡散体３０に、供給燃料が燃料極層に直接接触しないように発電セルとの間に空間を形成するための０．１ｍｍ以上の深さを有する段差部３７を備えると共に、該段差部３７の底面は親水化処理されると共に、その底面に連続する両側面（壁面）は疎水化処理したものとなるので、液体タンク１０から供給される燃料が燃料極層に直接接触しないで供給されるため、液体燃料のクロスオーバーによる燃料の損失を低減することができ、発電性能の向上を発揮でき、また、空気極層、電解質層及び燃料極層を有する発電セルと、燃料拡散体とを積層状態で構成できるので、燃料電池の小型化に寄与することができるものとなる。
更に、本実施形態の燃料電池Ｂにおいても、上記実施形態の燃料電池Ａと同様に高濃度の燃料の使用ができるものとなる。 In this embodiment, the fuel diffuser 30 is provided with a stepped portion 37 having a depth of 0.1 mm or more for forming a space between the fuel cell and the power generation cell so that the supplied fuel does not directly contact the fuel electrode layer. The bottom surface of the stepped portion 37 is hydrophilized and both side surfaces (wall surfaces) continuous to the bottom surface are hydrophobized so that the fuel supplied from the liquid tank 10 directly contacts the fuel electrode layer. The fuel loss due to the crossover of the liquid fuel can be reduced, the power generation performance can be improved, the power generation cell having the air electrode layer, the electrolyte layer and the fuel electrode layer, and the fuel Since the diffuser can be configured in a stacked state, it can contribute to the miniaturization of the fuel cell.
Further, in the fuel cell B of the present embodiment, high concentration fuel can be used as in the fuel cell A of the above embodiment.

図９は、本発明の第３実施形態を示す燃料電池Ｃである。
本実施形態の燃料電池Ｃは、燃料拡散体３０が、段差部を形成することなく、毛管力のある多孔体３８を備えると共に、該多孔体３８の燃料極層２１側の表面部３８ａを撥水化処理、好ましくは水との接触角が１３０度以上に撥水化処理して供給燃料が燃料極層２１に直接接触しない構成とした点でのみ、上記実施形態の燃料電池Ａと異なるものである。 FIG. 9 is a fuel cell C showing a third embodiment of the present invention.
In the fuel cell C of the present embodiment, the fuel diffuser 30 includes a porous body 38 having a capillary force without forming a stepped portion, and repels the surface portion 38a of the porous body 38 on the fuel electrode layer 21 side. What is different from the fuel cell A of the above-described embodiment only in that the hydration treatment, preferably a water repellency treatment with a contact angle with water of 130 degrees or more and the supplied fuel is not in direct contact with the fuel electrode layer 21 It is.

本実施形態の多孔体３８は、上述の燃料供給体１５と同様の材料で構成することができ、例えば、樹脂粒子焼結体、樹脂繊維焼結体などの焼結体や、フェルトやスポンジなどの発砲体、または、天然繊維、獣毛繊維、ポリアセタール系樹脂、ポリフェニレン系樹脂などの１種又は２種以上の組合せからなる繊維芯やこれらの繊維が束ねられた繊維束等の毛管力を持つ棒状体や板状体が挙げられる。これらの材料から構成される多孔体３８は、燃料拡散体３０の成形時に一体成形したり、成形後固着したりして燃料拡散体３０上に形成することができる。 The porous body 38 of the present embodiment can be made of the same material as the fuel supply body 15 described above. For example, a sintered body such as a resin particle sintered body or a resin fiber sintered body, a felt, a sponge, or the like Or a fiber core composed of one or a combination of two or more of natural fiber, animal hair fiber, polyacetal resin, polyphenylene resin, etc., and has a capillary force such as a fiber bundle in which these fibers are bundled A rod-shaped body and a plate-shaped body are mentioned. The porous body 38 made of these materials can be formed on the fuel diffuser 30 by being integrally molded when the fuel diffuser 30 is molded or by being fixed after molding.

この多孔体３８の燃料極層２１側の表面部３８ａには、撥水化処理、好ましくは、水との接触角が１４０度以上となるように撥水処理加工を施している。この撥水化処理加工しては、例えば、上述のフッ化ポリビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン−コ−ヘキサフルオロプロピレン（ＦＥＰ）や、ポリテトラフルオロエチレンなどの撥水処理ができるフッ素系樹脂などでコーティングする方法を用いて調製することができる。
本実施形態の燃料拡散体３０では、発電セルを収めるために３０ｍｍ×３０ｍｍの面積で深さ０．１ｍｍの段部３２が形成されており、その段部３３上に、６ｍｍ×２５ｍｍ×高さ０．２ｍｍの多孔体３８を９ｍｍ間隔で３本形成してなるものである。 The surface 38a of the porous body 38 on the fuel electrode layer 21 side is subjected to a water repellent treatment, preferably a water repellent treatment so that the contact angle with water is 140 degrees or more. This water-repellent treatment is, for example, the above-mentioned polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene-co-hexafluoropropylene (FEP), or a fluorine-based resin capable of water-repellent treatment such as polytetrafluoroethylene. It can be prepared using a coating method.
In the fuel diffuser 30 of the present embodiment, a step portion 32 having an area of 30 mm × 30 mm and a depth of 0.1 mm is formed in order to accommodate the power generation cell, and 6 mm × 25 mm × height on the step portion 33. Three 0.2 mm porous bodies 38 are formed at intervals of 9 mm.

このように構成される本実施形態の燃料電池Ｃでは、上記実施形態の燃料電池Ａと同様に燃料タンクから供給される液体燃料は、燃料供給体を介して燃料拡散体３０における多孔体３８に供給され、多孔体３８は燃料が拡散された状態で、その上面は撥水化処理、好ましくは、水との接触角が１４０度以上に撥水化処理して供給燃料が燃料極層に直接接触しない構成となっているので、液体タンク１０から供給される燃料が燃料極層２１に直接接触しないで供給されるため、液体燃料のクロスオーバーによる燃料の損失を低減することができ、発電性能の向上を発揮でき、また、空気極層、電解質層及び燃料極層を有する発電セル２０と、燃料拡散体３０とを積層状態で構成できるので、燃料電池の小型化に寄与することができるものとなる。
更に、本実施形態の燃料電池Ｃでは、疎水化処理した多孔質体となる燃料拡散体を用いるため、一種の半透膜層を形成することになり、多孔質体となる燃料拡散体が直接燃料極層に触れていても燃料のクロスオーバーを軽減することができる。そのため、多孔質体となる燃料拡散体が発電セルを支えることにより自重で撓むことを防ぐ効果がある。 In the fuel cell C of the present embodiment configured as described above, the liquid fuel supplied from the fuel tank is transferred to the porous body 38 in the fuel diffuser 30 via the fuel supply body as in the fuel cell A of the above embodiment. The porous body 38 is supplied with the fuel diffused, and the upper surface thereof is water-repellent, preferably water-repellent so that the contact angle with water is 140 degrees or more, and the supplied fuel is directly applied to the fuel electrode layer. Since the fuel is supplied from the liquid tank 10 without being in direct contact with the fuel electrode layer 21, the fuel loss due to the crossover of the liquid fuel can be reduced, and the power generation performance is achieved. In addition, the power generation cell 20 having the air electrode layer, the electrolyte layer, and the fuel electrode layer and the fuel diffuser 30 can be configured in a laminated state, which can contribute to the miniaturization of the fuel cell. Become
Furthermore, in the fuel cell C of the present embodiment, since a fuel diffuser that becomes a hydrophobic treated porous body is used, a kind of semipermeable membrane layer is formed, and the fuel diffuser that becomes the porous body directly Even if the fuel electrode layer is touched, fuel crossover can be reduced. Therefore, there exists an effect which prevents that the fuel diffusion body used as a porous body bends with its own weight by supporting an electric power generation cell.

図１０は、本発明の第４実施形態を示す燃料電池Ｄである。
本実施形態の燃料電池Ｄは、燃料拡散体３０を、上記実施形態の燃料電池Ａと同様に、供給燃料が燃料極層２１に直接接触しないように発電セル２０との間に空間３１を形成するための０．１ｍｍ以上の深さを有する段差部３５を備えると共に、該段差部３５の底面は細溝から構成される毛管力部３６とした点で構造が同じとなるものであるが、燃料タンクから供給される燃料は１つの燃料供給体１５により行われるものであり、図１０に示すように、本流となる毛管力部３６ａから支流となる毛管力部３６ｂが十字状に交差して、各々の毛管力部３６ａ…、３６ｂ…に燃料が供給されて段差部３６の底面のほぼ全面に行き渡らせることができる点で、上記実施形態の燃料電池Ａと異なるものであり、燃料電池Ａと同様に機能を発揮するものである。 FIG. 10 is a fuel cell D showing a fourth embodiment of the present invention.
In the fuel cell D of the present embodiment, a space 31 is formed between the fuel diffuser 30 and the power generation cell 20 so that the supplied fuel does not directly contact the fuel electrode layer 21 in the same manner as the fuel cell A of the above embodiment. In order to provide a step portion 35 having a depth of 0.1 mm or more, and the bottom surface of the step portion 35 is the same in terms of a capillary force portion 36 composed of a narrow groove, The fuel supplied from the fuel tank is produced by one fuel supply body 15, and as shown in FIG. 10, the capillary force portion 36b which is a main flow from the capillary force portion 36a which is a main flow intersects in a cross shape. The fuel cell A is different from the fuel cell A of the above embodiment in that the fuel is supplied to each of the capillary force portions 36a... 36b and can be spread over almost the entire bottom surface of the step portion 36. That perform as well as A.

図１１は、本発明の第５実施形態を示す燃料電池Ｅである。
本実施形態の燃料電池Ｅは、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、１段目に、第１実施形態と同様に、一液体タンク１０から燃料供給体により供給される燃料が燃料極層に直接接触しないように発電セルとの間に空間を形成するための０．１ｍｍ以上の深さを有する段差部３７を備えると共に、該段差部３７の底面を親水化処理すると共に、壁面を撥水化処理した第２実施形態の燃料拡散体３０を配置し〔図１１（ｂ）〕、２段目及び３段目に、下面に１段目又は２段目に配置される発電セルへの空気の供給や反応の進行により生じる水を排出するための直線状の溝部５１が形成されると共に、上面に１段目と同様の段差部３７を有する燃料拡散体５０、５０〔図１１（ｃ）〕を配置し、４段目に第１実施形態と同様に被覆部材４０を積層した点、並びに、燃料タンク１０から供給される燃料は、１段目から３段目の各燃料拡散体３０、５０、５０の各貫通孔３１に取り付けた燃料供給体（夫々３つ、合計９つ）により行われる点で、上記実施形態の燃料電池Ａ及びＢと異なるものである。なお、燃料拡散体５０は、ガス透過率１０^−８（ｃｍ^３・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓ・ｍｍＨｇ）以下のものである。 FIG. 11 is a fuel cell E showing a fifth embodiment of the present invention.
In the fuel cell E of the present embodiment, as shown in FIGS. 11A to 11C, the fuel supplied from the one liquid tank 10 by the fuel supply body in the first stage is the same as in the first embodiment. A step portion 37 having a depth of 0.1 mm or more for forming a space with the power generation cell so as not to directly contact the fuel electrode layer, and hydrophilizing the bottom surface of the step portion 37, The fuel diffuser 30 according to the second embodiment in which the wall surface is made water-repellent is disposed [FIG. 11 (b)]. The power generation is disposed in the second and third stages and in the first or second stage on the lower surface. Fuel diffusers 50, 50 having a stepped portion 37 similar to the first step on the upper surface, and a linear groove 51 for discharging water generated by the supply of air to the cell and the progress of the reaction are formed. 11 (c)], and the covering member 40 is laminated on the fourth level as in the first embodiment. The fuel supplied from the fuel tank 10 and the fuel supply bodies attached to the through holes 31 of the fuel diffusion bodies 30, 50, 50 in the first to third stages (three in total, nine in total) ) Is different from the fuel cells A and B of the above embodiment. The fuel diffuser 50 has a gas permeability of 10 ⁻⁸ (cm ³ · cm / cm ² · s · mmHg) or less.

このように構成される本実施形態の燃料電池Ｅでは、燃料タンク１０から供給される液体燃料は、各燃料供給体を介して燃料拡散体３０、５０、５０に供給されると共に、燃料拡散体３０、５０、５０に、供給燃料が各燃料極層２１に直接接触しないように各発電セル２０との間に空間を形成するための０．１ｍｍ以上の深さを有する各段差部３７を備えると共に、該各段差部３７の底面は親水化処理されると共に、その底面に連続する両側面（壁面）は疎水化処理したものとなるので、液体タンク１０から供給される燃料が各段の燃料極層２１に直接接触しないで供給されるため、液体燃料のクロスオーバーによる燃料の損失を防止することができ、発電性能の向上を発揮でき、また、空気極層、電解質層及び燃料極層を有する発電セル２０と、燃料拡散体３０とを３層以上の積層状態で構成できるので、燃料電池の小型化に寄与することができるものとなる。 In the fuel cell E of the present embodiment configured as described above, the liquid fuel supplied from the fuel tank 10 is supplied to the fuel diffusers 30, 50, 50 via the fuel supply bodies, and the fuel diffuser. 30, 50, 50 are provided with step portions 37 having a depth of 0.1 mm or more for forming spaces between the power generation cells 20 so that the supplied fuel does not directly contact the fuel electrode layers 21. At the same time, the bottom surface of each stepped portion 37 is hydrophilized and both side surfaces (wall surfaces) continuous to the bottom surface are hydrophobized, so that the fuel supplied from the liquid tank 10 is the fuel of each step. Since the fuel is supplied without directly contacting the electrode layer 21, it is possible to prevent the loss of fuel due to the crossover of the liquid fuel, and to improve the power generation performance. Further, the air electrode layer, the electrolyte layer, and the fuel electrode layer can be provided. Power generation cell 2 If, because the fuel diffuser 30 can be composed of three or more layers in a stacked state, and which can contribute to miniaturization of the fuel cell.

本発明の燃料電池は、上述の如く構成されるものであるが、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で更に種々の変更をすることができる。例えば、上記第１及び第２実施形態においては、段差部３５の毛管力部３６として、細溝、親水化処理で行ったが、第３実施形態の毛管力を有する多孔体３８を用いてもよいものである。 The fuel cell of the present invention is configured as described above, but is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, in the first and second embodiments, the capillary force portion 36 of the step portion 35 is formed by a narrow groove and a hydrophilic treatment, but the porous body 38 having the capillary force of the third embodiment may be used. It ’s good.

次に、本発明を実施例及び比較例により、更に詳述するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in full detail, this invention is not limited to the following Example.

〔実施例１、図１〜図４準拠〕
下記作製法、処理方法により、燃料電池用燃料拡散体等を得た後、それを用いて燃料電池を組み立て、燃料タンクから発電セルまで液体燃料が移動する速度を測定し、発電の様子も観察した。 [Example 1, based on FIGS. 1 to 4]
After obtaining the fuel diffuser for the fuel cell, etc. by the following manufacturing method and processing method, assemble the fuel cell using it, measure the speed at which the liquid fuel moves from the fuel tank to the power generation cell, and observe the state of power generation did.

〔電池（ＭＥＡ）２０の作製〕
カーボン微粒子単体に、原子比１：１の白金／ルテニウム微粒子を６５ｗｔ％分散担持した触媒粉末と、水、グリセロール、５ｗｔ％ナフィオン１１７アルコール水溶液（和光純薬工業社製）、イソプロピルアルコールとを重量比で１：１：３：３：３の割合で混合したスラリーを３０ｍｍ×３０ｍｍのカーボンペーパー表面に厚さ約５０μｍ塗布し、乾燥させ燃料極２１を得た。
また、カーボン微粒子担体に５０ｗｔ％の白金微粒子を担持した触媒粉末と、水、グリセロール、ナフィンオンアルコール水溶液の混合体からなるスラリーを撥水処理した
３０ｍｍ×３０ｍｍのカーボンペーパー表面に厚さ約５０μｍ塗布し、乾燥させ空気極２３を得た。
更に、厚さ５０μｍのナフィオン１１７電解質膜を３０ｍｍ×３０ｍｍ長さに切り出し電解質膜２３とした。
この電解質膜を燃料極及び空気極で挟み込み、１３０℃−８０ｋｇｆ／ｃｍ²で３分間熱プレスを行い電池（ＭＥＡ）を作製した。 [Production of Battery (MEA) 20]
Weight ratio of catalyst powder in which 65% by weight of platinum / ruthenium fine particles having an atomic ratio of 1: 1 is supported on a single carbon fine particle, water, glycerol, 5% by weight Nafion 117 alcohol aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and isopropyl alcohol The slurry mixed at a ratio of 1: 1: 3: 3: 3 was applied to a carbon paper surface of 30 mm × 30 mm to a thickness of about 50 μm and dried to obtain a fuel electrode 21.
Further, the surface of a 30 mm × 30 mm carbon paper obtained by water-repellent treatment of a slurry composed of a mixture of a catalyst powder in which 50 wt% platinum fine particles are supported on a carbon fine particle carrier and water, glycerol, and an aqueous solution of naphthonon alcohol is about 50 μm thick. It apply | coated and dried and the air electrode 23 was obtained.
Further, a Nafion 117 electrolyte membrane having a thickness of 50 μm was cut into a length of 30 mm × 30 mm to form an electrolyte membrane 23.
The electrolyte membrane was sandwiched between a fuel electrode and an air electrode, and hot pressed at 130 ° C.-80 kgf / cm ² for 3 minutes to produce a battery (MEA).

〔燃料拡散体３０の作製〕
燃料拡散体には、Ｆ２０板（三菱鉛筆製炭素材料：固有抵抗４．０Ωｃｍ１０^−３、ガス透過係率６．６５×１０^−１３ｃｍ^３・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ）を加工して得た。
図２に示すように、ＭＥＡを収めるために３０ｍｍ×３０ｍｍの面積で０．１ｍｍ程度の段部３２を持たせた。さらに、その段差内に燃料がＭＥＡに直接触れないよう、６ｍｍ×２５ｍｍ×０．５ｍｍの段差部３５を３本形成した。３本の段差の底面にはそれぞれ幅６０μｍ×深さ５０μｍの細溝を３本形成した。
燃料供給口として燃料供給体を通す貫通孔３１を段部３２の溝底に突き当たるような形状に加工した。 [Fabrication of fuel diffuser 30]
The fuel diffuser, F20 plates (Mitsubishi Pencil made of carbon material: resistivity 4.0Ωcm10 ^-3, gas permeability coefficient ratio ^{^{^{6.65 × 10 -13 cm 3 · cm}}} / cm 2 · sec · cmHg) processed by the Obtained.
As shown in FIG. 2, a step 32 having an area of 30 mm × 30 mm and a size of about 0.1 mm was provided to accommodate the MEA. Further, three step portions 35 of 6 mm × 25 mm × 0.5 mm were formed so that the fuel did not directly touch the MEA in the step. Three narrow grooves each having a width of 60 μm and a depth of 50 μm were formed on the bottom surfaces of the three steps.
The through hole 31 through which the fuel supply body is passed as a fuel supply port was processed into a shape that abuts against the groove bottom of the stepped portion 32.

〔燃料供給体１５の作製〕
燃料供給体は、繊維束芯を燃料拡散体に形成した貫通孔（燃料供給孔）に収まる形状にカットしたものを用いた。大きさは、直径２ｍｍ×長さ４ｍｍである。
〔被覆部材４０の作製〕
被覆部材は、Ｆ２０板（三菱鉛筆製炭素材料：固有抵抗４．０Ωｃｍ１０^−３、ガス透過係率６．６５×１０^−１３ｃｍ^３・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ）を加工して得た。また、図４に示すように、幅４ｍｍ、深さ１．５ｍｍの溝を４本形成した。
〔燃料電池の組み立て〕
上記ＭＥＡ・燃料拡散体と燃料供給体及び被覆部材を組み立てて燃料電池セルを作製した。なお、燃料拡散体３０の貫通孔３１（直径２．２ｍｍ×長さ３ｍｍ）には、燃料供給体１５との間に若干の連通部（隙間）を持たせるよう設計され、気体の流通が可能な連通部（隙間）３３が形成されている。 [Fabrication of fuel supply body 15]
As the fuel supply body, a fiber bundle core cut into a shape that fits into a through hole (fuel supply hole) formed in the fuel diffuser was used. The size is 2 mm diameter × 4 mm length.
[Preparation of the covering member 40]
Covering member, F20 plate: obtained by processing the (Mitsubishi Pencil made of carbon material resistivity 4.0Ωcm10 ^-3, gas permeability coefficient ratio ^{^{^{6.65 × 10 -13 cm 3 · cm}}} / cm 2 · sec · cmHg) . Further, as shown in FIG. 4, four grooves having a width of 4 mm and a depth of 1.5 mm were formed.
[Assembly of fuel cell]
The MEA / fuel diffuser, the fuel supply body, and the covering member were assembled to produce a fuel cell. The through-hole 31 (diameter: 2.2 mm × length: 3 mm) of the fuel diffuser 30 is designed to have a slight communication portion (gap) between the fuel supply body 15 and gas flow is possible. A communicating portion (gap) 33 is formed.

〔実験１〕
燃料に９５％メタノール４ｍｌを用いて発電実験を行った。
〔結果１〕
１６．５ｍＷ／ｃｍ^２の出力が得られた。また、２時間安定して出力が得られた。 [Experiment 1]
A power generation experiment was conducted using 4 ml of 95% methanol as fuel.
[Result 1]
An output of 16.5 mW / cm ² was obtained. Moreover, the output was obtained stably for 2 hours.

〔比較例１、（図１、図３、図４、図１２準拠）〕
実施例１の燃料拡散体の段差部３５を形成しない図１２に示す燃料拡散体Ｘを用いて、実施例１と同様にして発電実験をした。
この燃料拡散体Ｘは、実施例１と同様に、Ｆ２０板を加工して得たものであり、ＭＥＡを収めるために３０ｍｍ×３０ｍｍの面積で０．１ｍｍ程度の段部３２を持たせ、さらに、その段差内に燃料がＭＥＡが直接触れるようになし、その底面にはそれぞれ幅６０μｍ×深さ５０μｍの細溝３６ｃを３本×３組形成した。なお、３９は燃料供給用の段差である。
これらの細溝３６ｃは、図１２（ｃ）に示すように、燃料供給口として燃料供給体を通す貫通孔３１まで延長されて燃料タンクからの液体燃料を供給できる構造となっている。
この比較例１の燃料電池は、１１ｍＷ／ｃｍ^２の出力が得られたが、すぐに出力低下が見られた。 [Comparative Example 1 (based on FIGS. 1, 3, 4, and 12)]
A power generation experiment was conducted in the same manner as in Example 1 using the fuel diffuser X shown in FIG.
This fuel diffuser X was obtained by processing an F20 plate in the same manner as in Example 1. The fuel diffuser X had a step 32 of about 0.1 mm in an area of 30 mm × 30 mm to accommodate the MEA. The MEA was directly in contact with the MEA in the step, and 3 × 3 sets of narrow grooves 36c each having a width of 60 μm and a depth of 50 μm were formed on the bottom surface thereof. Reference numeral 39 denotes a step for supplying fuel.
As shown in FIG. 12 (c), these narrow grooves 36c are extended to the through hole 31 through which the fuel supply body passes as a fuel supply port so that liquid fuel can be supplied from the fuel tank.
In the fuel cell of Comparative Example 1, an output of 11 mW / cm ² was obtained, but an output decrease was immediately observed.

上記の結果から明らかなように、本発明範囲となる燃料拡散体を用いた実施例１の燃料電池は、本発明の範囲外となる比較例１の燃料拡散体を用いた燃料電池に較べて、優れた燃料の輸送速度、並びに、安定した発電性能を有することが判明した。 As is apparent from the above results, the fuel cell of Example 1 using the fuel diffuser that falls within the scope of the present invention is compared with the fuel cell using the fuel diffuser of Comparative Example 1 that falls outside the scope of the present invention. It has been found that it has excellent fuel transportation speed and stable power generation performance.

固体高分子型などの燃料電池において、発電性能の向上、燃料のクロスオーバーによる損失の低減、燃料電池の小型化に有用な燃料電池が得られる。 In a fuel cell of a solid polymer type or the like, a fuel cell useful for improving power generation performance, reducing a loss due to fuel crossover, and reducing the size of the fuel cell is obtained.

本発明の燃料電池の第１実施形態を示すものであり、（ａ）は、燃料電池の概略斜視図、（ｂ）はその縦断面図、（ｃ）は発電セルの縦断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows a first embodiment of a fuel cell according to the present invention, wherein (a) is a schematic perspective view of the fuel cell, (b) is a longitudinal sectional view thereof, and (c) is a longitudinal sectional view of a power generation cell. （ａ）は、燃料拡散体の平面態様で示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。(A) is the perspective view shown with the plane aspect of a fuel diffuser, (b) is the XX sectional view taken on the line (a), (c) is the YY sectional view taken on the line (a). 燃料タンクと燃料供給体を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows a fuel tank and a fuel supply body. 被覆部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a coating | coated member. 本発明の第２実施形態を示すものであり、燃料電池の概略斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第２実施形態の燃料電池に用いる燃料供給体の斜視図である。It is a perspective view of the fuel supply body used for the fuel cell of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態の燃料電池に用いる燃料拡散体の平面態様で示す斜視図である。It is a perspective view shown with the plane mode of the fuel diffuser used for the fuel cell of a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第２実施形態の燃料電池に用いる被覆部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the coating | coated member used for the fuel cell of 2nd Embodiment of this invention. （ａ）は、本発明の第３実施形態の燃料電池に用いる燃料拡散体の平面態様で示す斜視図、（ｂ）はその縦断面図、（ｃ）はその横断面図である。(A) is the perspective view shown with the plane aspect of the fuel diffuser used for the fuel cell of 3rd Embodiment of this invention, (b) is the longitudinal cross-sectional view, (c) is the cross-sectional view. 本発明の第４実施形態の燃料電池に用いる燃料拡散体の平面態様で示す斜視図である。It is a perspective view shown with the plane mode of the fuel diffuser used for the fuel cell of a 4th embodiment of the present invention. （ａ）は、本発明の第５実施形態の燃料電池の概略斜視図、（ｂ）は１段目の燃料拡散体の斜視図、（ｃ）は２段目及び３段目の燃料拡散体の斜視図である。(A) is a schematic perspective view of a fuel cell according to a fifth embodiment of the present invention, (b) is a perspective view of a first-stage fuel diffuser, and (c) is a second-stage and third-stage fuel diffuser. FIG. （ａ）は、比較例１に用いる燃料拡散体の斜視図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は（ｂ）の腰部を示す縦断面図である。(A) is a perspective view of the fuel diffuser used for the comparative example 1, (b) is a longitudinal cross-sectional view, (c) is a longitudinal cross-sectional view which shows the waist | hip | lumbar part of (b).

Explanation of symbols

１０燃料タンク
２０発電セル
２１燃料極層
２２電解質層
２３空気極層
３０燃料拡散体
３５段差部
３６毛管力部
４０被覆部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel tank 20 Power generation cell 21 Fuel electrode layer 22 Electrolyte layer 23 Air electrode layer 30 Fuel diffuser 35 Step part 36 Capillary force part 40 Coating | coated member

Claims

A fuel tank that stores liquid fuel, a power generation cell having an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer, and a fuel diffuser are provided. The fuel diffuser is disposed between the fuel tank and the fuel electrode layer of the power generation cell. The fuel diffuser has a depth of 0.1 mm or more for forming a space between the fuel cell and the power generation cell so that the supplied fuel does not directly contact the fuel electrode layer. A fuel cell comprising a step portion, a space portion formed by the step has a communication portion with the outside, and a bottom surface of the step portion is a capillary force portion having a capillary force.

A fuel tank that stores liquid fuel, a power generation cell having an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer, and a fuel diffuser are provided. The fuel diffuser is disposed between the fuel tank and the fuel electrode layer of the power generation cell. The fuel diffuser has a depth of 0.1 mm or more for forming a space between the fuel cell and the power generation cell so that the supplied fuel does not directly contact the fuel electrode layer. The step part is provided with a step part, the space part formed by the step part has a communication part with the outside, and the bottom face of the step part is subjected to a hydrophilic treatment and the wall surface is subjected to a water repellency treatment. Fuel cell.

A fuel tank that stores liquid fuel, a power generation cell having an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer, and a fuel diffuser are provided. The fuel diffuser is disposed between the fuel tank and the fuel electrode layer of the power generation cell. The fuel diffuser is provided with a porous body having a capillary force, and the surface of the porous body on the fuel electrode layer side is subjected to water repellent treatment so that the supplied fuel is supplied to the fuel electrode. A fuel cell, characterized in that it does not directly contact the layer.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein a power generation cell having an air electrode layer, an electrolyte layer, and a fuel electrode layer and a fuel diffuser are laminated.

The fuel cell according to claim 1, wherein the capillary force portion is a flow path having a capillary force.

The fuel cell according to claim 1, wherein the capillary force portion is a porous body having a capillary force.

The fuel diffuser has a dense layer having a gas permeability of 10 ⁻⁸ (cm ³ · cm / cm ² · s · mmHg) or less in the plane direction at least at the bottom of the stepped portion. The fuel cell according to any one of the above.

8. The fuel cell according to claim 1, wherein the liquid fuel is supplied from the fuel tank to the fuel electrode layer through a fuel supply body and a fuel diffusion body.

The fuel cell according to any one of claims 1 to 8, wherein a covering member having a groove portion capable of circulating air and discharging water is disposed on an upper surface of the air electrode layer.