JPS6356675B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の分野 本発明は有機高分子電解質を用いた新しい燃料
電池に関し、特に新しい電解質を有する常温又は
約100℃以下で運転される燃料電池に関する。

本発明はまた上記燃料電池に適した電解質構造
体及び電解質組成物に関する。

本発明は、水素などのガス状燃料、メタノール
などの液体燃料を使用し、酸素、空気などのガス
状酸化剤又は過酸化水素などの液体酸化剤を使用
した燃料電池に適用するのに適している。しかし
本発明はこのような燃料電池に限定されるもので
はない。

(2) 従来技術の説明 燃料電池は、燃料と酸化剤とを電気化学的に反
応させて生じるエネルギーを直接電気エネルギー
として取り出すもので、電力用発電設備、航空宇
宙機器の電源、海上又は海岸における無人施設の
電源、固定又は移動無線の電源、自動車用電源又
は家庭電気器具の電源などとして熱心に検討さ
れ、あるいは既に実用化されている。

燃料電池を大別すれば、高温（約500〜700℃）
で運転される溶融塩電解質型燃料電池、200℃近
辺で運転されるりん酸電解質型燃料電池、常温な
いし約100℃以下で運転されるアルカリ電解液型
燃料電池又は酸性電解液型燃料電池が代表的なも
のである。

高温燃料電池における電解質は、K₂CO₃など
の炭酸塩を用いることが多く、これは常温で固体
の電解質である。

りん酸燃料電池のりん酸は融点が約42℃であ
り、また特開昭57−5286号公報記載のようにポリ
りん酸を使用することもあり、いずれも常温で固
体ないし半固体の電解質を用いているといつてよ
い。

一方100℃以下で使用されるアルカリ性電解液
型燃料電池又は酸性電解液型燃料電池における電
解質は、苛性カリ、苛性ソーダ、水酸化リチウム
の水溶液あるいは希硫酸などが多い。その理由
は、低温における電子伝導度の高い電解質として
は、上記のような強電解質の水溶液が最も使い易
いからである。

これら強電解質物質は腐食性も強いので、電池
の構成材料に制限がある。従つてこのような電解
液が電池外に漏れないように充分注意する必要が
ある。しかし電解液の漏れの対策は、一般の電池
でも簡単なものではなく、従来より非常に多くの
種々の対策が施されている。

電解質が液体であることのより本質的な問題
は、燃料又は酸化剤が液体である場合に顕著であ
る。電解液室内に留まるべき電解質が、液体燃料
又は液体酸化剤との間に濃度勾配により希釈現象
により多孔質の燃料極又は酸化剤極を通つて、燃
料室又は酸化剤室に流出する現象が起る。

上記の対策として液体燃料を使用する燃料電池
では、燃料室に電解液で希釈した燃料混合物（こ
れを通常アノライトと称している）を供給するの
が普通である。こうすれば、電解質の濃度差が小
さくなり、電解液室から燃料室への電解質の流出
が少なくなる。しかし電解液で燃料を希釈すると
いうことは電池本来の機能としては不必要な対策
であり、燃料の濃度もそれだけ小さくなつて、燃
料よりも電解液を循環するために動力が消費さ
れ、エネルギー効率が低くなる。また強い腐食性
の電解質を燃料と一緒に供給又は循環するという
ことは、構成材料の制約の他に使用者にとつて不
都合である。

電解液に無機粉末を混合してペースト状にした
例もあるが、電解質が本質的に燃料極又は酸化剤
極を通過し得るものである以上、上記方法は根本
的な対策とはならない。

(3) 発明の要旨 本発明の目的は、電解液の漏れや流出を防止し
又は減少した燃料電池を提供することである。

本発明の他の目的は、強い腐食性の電解質を使
用しない新しい燃料電池を提供することである。

本発明の更に他の目的は、上記燃料電池に適し
た電解質構造体及び電解質組成物を提供すること
である。

本発明は、多孔質の燃料極又は酸化剤極を通過
し得ない電解質を用いれば、従来の液体燃料型燃
料電池や液体酸化剤型燃料電池における電解液の
流出や漏れを防止できるという原理を着想したこ
とに基づいている。本発明者は、上記作用を有す
る電解質として有機高分子電解質を使用すること
を検討し、メタノール燃料電池を組立てて発電実
験をしたところ、予想を上回る効果が確認され
た。

(4) 発明の説明 イ 有機高分子電解質 有機高分子電解質は、例えば高分子学会高分
子実験学編集委員会編「高分子電解質」共立出
版株式会社（昭和53年刊）に詳しく記述されて
いるように衆知の物質である。

高分子電解質は水溶液中で解離して大きな電
荷をもつ巨大な高分子イオンと、低分子イオン
を生じる。溶液中にある高分子電解質は解離し
て、そのもつている電離基から低分子イオンを
出し、自分は低分子イオンと逆の電荷をもつた
高分子イオン（polyion）となる。この低分子
イオンのことを対イオン（counterion）とい
う。高分子イオンは解離した電離基の数に応じ
た大きさの電荷をもつ。

解離によつて一応高分子イオンから放出され
た対イオンは、高分子イオンの大きな逆符号の
電荷による電場の作用で高分子のまわりに束縛
される。もし対イオンが静電的な作用のみで高
分子イオンのまわりに束縛されるなら、束縛さ
れた対イオンは束縛層内では自由に動くことが
できる。このような束縛をφ結合という。

対イオンが解離基との間で共有結合を含んだ
形で高分子に束縛される結合をＰ結合という。
この場合は対イオンは特定の解離基に束縛され
て自由には動けない。

一方、高分子イオンは分子が巨大であるか
ら、高分子電解質溶液中での運動も制約される
と考えられ、そのために電解質室から外部又は
燃料室や酸化剤室への移動が起らなくなる。

以上のように、対イオンのある程度の束縛及
び高分子イオンの運動制限を利用することによ
つて、あとで詳しく述べるように、本発明の燃
料電池は多くの有用な効果をもたらすのであ
る。

高分子電解質の種類と調整法は、前掲「高分
子電解質」の第２章に詳述されている。この文
献では天然高分子を出発原料とした高分子電解
質、合成高分子を出発原料とした合成高分子電
解質及び特殊な高分子電解質（すべて合成高分
子電解質である）に分類している。

本発明で用いるのに適した有機高分子電解質
とは、可能な限り多くの対イオン具体的には水
素イオンを発生できるもの、換言すれば電子伝
導度の高いものである。特に強電解質の高分子
酸が適する。

電離基がスルホン酸基などの酸性基を有する
高分子酸が適する。

高分子電解質の基体となるものは、ポリスチ
レン、ポリエチレン、ポリアクリル、ポリメタ
クリル、スチレン−ブタジエン共重合体又はス
チレン−ジビニルベンゼン共重合体があり、こ
れらを硫酸でスルホン化する。

高分子電解質の分子量は臨界性はないが、電
解質室からの流出や漏れを防止するためには、
分子量1000以上の高分子物質、特に10000以上
の高分子物質を用いた方がよい。通常の合成高
分子物質は分子量10万以上であり、実用上問題
はない。

ロ 電解質組成物 高分子電解質は水に一部又は全部溶解するも
のであるが、燃料電池の電解質室に封入する場
合には、必要に応じ又は燃料電池の型により高
分子電解質単独で又は水に一部又は全部溶解し
て封入する。

高分子電解質単独で使用する場合には、粉末
状や微小な粒子又はペレツト状更にはこれらの
組合せにすることができる。例えばメタノール
燃料電池の場合には、メタノールと水を混合し
て燃料に供給するので、高分子電解質はいずれ
水に膨潤又は溶解する。

水に膨潤、溶解又は分散して得た高分子電解
質溶液又はペーストの粘度を上げるため、増稠
剤を混合すると、電解質保持枠に塗布し担持さ
せるのが容易になる。増稠剤としては炭化けい
素微粉末などの高比抵抗又は絶縁性無機粉末や
有機粉末がある。ここで増稠剤と称したのは便
宜上であつて、炭化けい素粉末などは、電解質
層と燃料極又は酸化剤極との距離を一定に保つ
スペーサの役割をする。従つて、スペーサ材と
もいえる。増稠剤は、電解質や水に対し不活性
である方がよい。

高分子電解質溶液又はペーストに、他の低分
子の電解質を加えると、この電解質が解離して
正と負のイオンを生じる。少量の添加であれ
ば、高分子電解質の特徴を失なうことなく、前
記対イオンの束縛を弱め、対イオンが移動し易
くなる。

その他必要に応じ各種添加物を加えることは
本発明の精神を逸脱するものではない。

ハ 電解質構造体 一般の燃料電池は、燃料室−燃料極−電解質
層−酸化剤極−酸化剤室からなる組合せを単セ
ル（単電池）とし、これを直列に接続して所望
の電圧を得るように構成される。単セルの起電
力が0.6ボルトであれば、20個の単セルを直列
に接続して起電力12ボルトの燃料電池が構成さ
れる。従つて、各構成部材はなるベく薄い板状
に構成すべきである。

本発明の一例において、電解質構造体は、
0.1〜５mm特に0.3〜２mmの枠体に前述の電解質
組成物を乾燥状態で又はペースト状で担持させ
れば、薄型の電解質構造体となる。酸化剤極及
び／又は燃料極の対向面に、有機高分子電解質
組成物を塗布することも有効である。

メタノール燃料電池においては、メタノール
が燃料極を透過して電解質室に浸入し、かつこ
れが酸化剤極に到達して酸化又は燃焼してしま
う。これを防止するために、メタノールの透過
を抑制するための隔離壁を燃料極と電解質室と
の間に設けるのが好ましい。この隔離壁とし
て、例えばイオン交換膜がある。

本発明の一実施例では、電解質保持枠にイオン
交換膜を固定し、その片面又は両面に前記電解質
組成物を担持させれば、電解質構造体の厚さが非
常に小さくなり、かつ電池の組立ても容易にな
る。

電解質保持枠は、絶縁物が適し、例えば各種プ
ラスチツク板又はシート、フイルムがある。前述
の増稠剤又はスペーサ材を混入した電解質組成物
を用いれば、電極間の短絡を防止できる。

(5) 図面の説明 第１図は、本発明による燃料電池の原理を示す
概略図であつて、燃料室６には燃料５が、酸化剤
室８には酸素、空気又は過酸化水素などの酸化剤
７が供給される。燃料極２及び酸化剤極３の間に
は、有機高分子電解質層４が形成される。高分子
電解質は、水の存在下で解離して高分子イオン１
５と電離基１４に分かれる。電離基１４は電池反
応に伴なつて電解質内を移動し、燃料極で発生し
た電子を受け酸化剤極に運ぶ。高分子イオンは分
子が大きいため、酸化剤極及び燃料極のいずれに
も流出しない。

メタノール燃料電池に例をとれば、電池反応は
次の通りである。

メタノール極（負極） CH₃OH＋H₂O→CO₂＋6H⁺＋6e^- 酸化剤極（正極） ３／2O₂＋6H⁺＋6e^-→3H₂O 第２図は、本発明の一実施例によるメタノール
−空気燃料電池の単セルの構成を示す斜視図であ
る。

図において、空気室を形成しかつ集電体を兼ね
るグラフアイト製のセパレータ２０、そのセパレ
ータ２０に隣接して空気極２１、次いでイオン交
換膜２２、メタノール極２８に担持されたペース
ト状高分子電解質組成物の層２３、及び燃料室を
構成しかつ集電体を兼ねるグラフアイト製のセパ
レータ２５を順次重ねて構成する。セパレータ２
０に溝２９を形成して空気通路とする。

図に示す実施例においては、メタノールタンク
２７から毛細管作用で燃料室にメタノールを供給
するための繊維質の吸い上げ材２６がもうけられ
ている。この実施例で特徴的な点は、従来のメタ
ノール燃料電池のようにアノライト供給、循環の
ためのポンプなどの補機をなくしたことである。
ポンプなどを使用すれば、起動時は勿論、運転中
もポンプ駆動のための動力が必要となるが、第２
図のようにすればポンプなどは不要である。

第２図に示す燃料供給法が採用できるのは、ア
ノライト（燃料と電解質の混合物）を使う必要が
なくなつたためである。従来の希硫酸電解液型メ
タノール燃料電池では、電解液室内の希硫酸が電
池の運転によつて早期に希釈されるのを防止する
ため、アノライトに多量の希硫酸（50〜70体積
％）を混合しなければならなかつた。従つて、メ
タノール濃度が著しく低いため必要なメタノール
を供給するには、第２図のような吸い上げ方式は
採用困難である。

しかし本発明では、アノライトにする必要がな
くなり、メタノール単独又は反応に必要な少量の
水を添加したメタノールを燃料として使用できる
ので、吸い上げ方式でも充分なメタノールが供給
できるのである。従つて燃料供給のための補機が
不必要となり、エネルギーの利用効率が高まる。

なお、図において、矢印Ａは空気の流れ、Ｂは
電池反応によつて生じる水蒸気及び空気の流れ、
Ｃは燃料の流れ、Ｄは電池反応によつて生じる炭
酸ガスの流れ、Ｅは電池から放出される炭酸ガス
の流れである。

イオン交換膜２２は、メタノール極２８と電解
液ペースト２３の間に配置してもよい。メタノー
ル極２８は枠２４に保持されている。

第３図は、第２図に示した単セルを積層して構
成した燃料電池の外観を示す斜視図である。図に
おいて、第２図と同じ符号は同じものを意味す
る。積層された多数のセルは電池ケース３１に納
められ、正の端子３２及び負の端子３３がとりつ
けられる。第２図の空気供給方式は自然対流方式
であるから、燃料及び空気供給のための補機が一
切不要であるという画期的な燃料電池である。燃
料はポート３０からタンク２７に補給される。

第４図、第５図及び第６図は本発明の各種実施
例による単セルのＶ−Ｉ特性を示すグラフであ
る。

第７図は本発明の他の実施例による電解質構造
体の構造を示す。第２図においては燃料極の表面
に電解質組成物を塗布し、その面にイオン交換膜
を配置する構成をとつているが、第７図ではイオ
ン交換膜又は隔離膜４３を電解質枠４１，４２の
間にはさみ、固定し、その両面又は片面に高分子
電解質組成物４４を塗布したものである。このよ
うに構成しておけば、単セルの組立てが容易であ
る。

第８図は、燃料の供給法の一例を示す断面斜視
図で、燃料タンク５７の燃料又は燃料と水の混合
物５８を繊維質の透芯５６を用いて毛細管作用で
燃料極５２に供給する。燃料極５２と酸化剤極５
３との間には電解質層５１が形成されている。酸
化剤極５３の外側には導電性スペーサ５５がもう
けられ、スペーサには酸化剤通路６１が形成され
ている。第８図において、ストツパー５９が設け
られているが、燃料電池の運転を止める際にスト
ツパーを矢印の方向に押しつければ、燃料供給を
止めることができる。

(6) 実施例 第２図に示すように、メタノールを直接燃料と
する燃料電池の電解質としてポリスチレンスルホ
ン酸を用いた。ポリスチレンスルホン酸は、0.2
％の硫酸銀触媒の存在下で膜状のポリスチレンに
100℃の濃硫酸を作用させスルホン化して作つた。
ポリスチレンは溶解して粘稠な液となつた。約８
時間後水に溶解して精製し、ポリスチレンスルホ
ン酸を得た。

なお、スルホン化の方法としては、SO₃のコン
プレツクスあるいはアダクト（例えば
C₆H₅COOSO₃H）を用いる方法、Eisenbergの
100％H₂SO₄を用いる方法（W.R.Carroll、H.
Eisenberg、J.Polymer Sci.４、599（1966）など
がある。

上記ポリスチレンスルホン酸を適度の水分と混
練し、ペースト状にしたもの２３を触媒処理した
両電極間２８，２１に厚さ約0.2mmにわたつて介
在させた。ペースト状のため電極表面に塗布する
か、介在させてから圧縮して電解質と電極間界面
に気泡等作らぬように注意が必要である。この場
合の電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性を第４図に示す。

このように電解質を固定化する。これによつ
て、電解液のない燃料を供給することができるの
で、酸の流出がなくなり取扱いが容易になる。更
に大きな特長は、第３図に示す積層電池において
燃料のみの供給のため電極間の短絡がなくなるば
かりでなく、燃料供給構造が簡単になる。また、
燃料供給用のポンプが簡易化されるか無くして燃
料タンク２７から直接供給することも可能とな
る。このことは液体電解質を用いていた燃料電池
（酸性、塩基性電解質いずれの場合も含む）に共
通して云えることである。

他の実施例として、上述のメタノールを燃料と
する燃料電池の酸性電解質を示す高分子酸と同じ
酸性を示す電解液と混練したペースト状電解質を
燃料電池の電解質として使用することができる。
例えば、ポリスチレンスルホン酸と３モル希硫酸
を混練してペースト状とし、これを触媒処理した
両電極２１，２８間に介在させた。処理厚みは約
0.2mmである。更にシリコンカーバイトのような
無機質粒子にフツ素系樹脂の懸だく液で処理し、
これを前ポリスチレンスルホン酸が３モル希硫酸
を混練してペースト状とすることも可能である。
この場合、フツ素系樹脂の懸だく液は結着剤とし
ての作用をもち電解質リザーバ層を形成するので
良好な電解質として働く。そのため第５図に示す
ように良好な電池特性を示した。

更に、別の実施例として、高分子酸（ポリスチ
レンスルホン酸）のペースト状物質にビーズ状高
分子酸（スチレン−ジビニルベンゼン共重合体ス
ルホン酸）を混練して、これを燃料電池の電解質
として使用することができる。例えば、前記ポリ
スチレンスルホン酸と適度の水分とを混練した物
質に、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体スル
ホン酸のビーズ（粒径数μｍ）を混練してペース
ト状とし、これを燃料電池の電解質として使用す
る。この場合には、前記シリコンカーバイドの代
わりにこのポリスチレンスルホン酸のビーズが使
え、電解質としての水素イオン濃度があがるばか
りでなく電解質のリザーバ層としての役目をはた
すので好適となる。その結果、燃料電池の内部イ
ンピーダンスが小さくなり第６図に示すように良
好な特性を示す。

以上、高分子酸をペースト状にしたものを燃料
電池の電解質として用いる場合の実施例を述べて
きたが、更に架橋したゲル状で用いることもでき
る。

例えば、架橋したポリスチレンにクロルスルホ
ン酸を硫酸溶液中で反応させてゲル化することが
できる。これを燃料電池の電解質とすることによ
り、長時間の使用に対して安定な電解質を提供す
ることになる。

更に、高分子電解質とイオン交換膜を組み合せ
たものを電解質として使用することができる。例
えば、ポリスチレンスルホン酸の高分子酸と陽イ
オン交換膜であるスチレン−ブタジエンあるいは
スチレンジビニルベンゼン等を母体にスルホン基
をもつた膜と組み合わせて燃料電池の電解質とす
る。この場合には、イオン交換膜が燃料極２８か
ら空気極２１への燃料の移動を阻止する効果が大
きいので燃料の利用率を向上することができる。

以上は主として酸性電解質を用いる液体（メタ
ノール）を燃料とする燃料電池の実施例について
述べたが、この場合前記ポリスチレンスルホン酸
の他ポリスチレンスルホン酸等も同様の方法で燃
料電池の電解質として使用可能である。

同じ酸性電解質でガス（水素等）を燃料とした
燃料電池にも高分子酸を用いることができる。

電解質が塩基である燃料電池にも高分子電解質
が燃料電池の電解質として使用できる。

第８図は本発明による燃料供給法の一実施例(1)
である。電解質室５１をはさんで燃料極５２と酸
化剤極５３とが対向し、燃料極５２側には燃料室
５４が配置され、一方、酸化剤極５３側には酸化
剤室５５が配置される。燃料室５４はカーボン、
アクリル、ポリアミド、ポリプロピレン等の繊維
質のマツト状、織状、不織布等の繊維質材料から
なる。燃料透芯５６は燃料極５２より長さ方向に
大きく、下部端面は燃料タンク５７の底面に接す
るようにしてある。

燃料タンク５７に液体燃料５８を入れると、燃
料透芯５６には毛細管作用により、液体燃料５８
がしみ上り、燃料室５４には液体燃料５８が満た
されると共に繊維質材料の燃料透芯５６の面を介
して燃料極５２に液体燃料５８が供給され電気化
学反応によつて発電する。本実施例によれば消費
される分の液体燃料５８は燃料タンク５７から、
燃料透芯５６を介して、連続的に供給されるの
で、発電は燃料タンク５７に液体燃料５８がある
間持続する効果がある。

繊維質材料の燃料透芯５６の厚さは、燃料極の
形状、大きさ等繊維質材料５６の素材の液体燃料
を吸い上げ特性あるいは電池の発生エネルギーす
なわち燃料５８の消費量によつて決定するが実用
的には10μｍ〜10mm程度とすることが望ましい。

毛細管作用を利用した燃料供給の応用として、
石油ストーブの灯芯があるが、この場合には、燃
料タンクから吸い上げた燃料を灯芯の先端で気化
燃焼するものであり、本発明の場合には、燃料タ
ンクから導びいた燃料を毛細管を有する材料の表
面から電極面へ供給するものである。したがつて
本発明は、石油ストーブの灯芯とは、異る効果を
有する。

燃料室５４を、燃料タンク５７と一体にするこ
とができる。燃料室５４と燃料タンク５７間はカ
ーボン、アクリル、ポリアミド、ポリプロピレン
等の繊維質のマツト状、織状、不織布等の燃料透
芯５６、または、アルミナ粉体、シリカ粉体等無
機質粉体を多数の孔を有する様に焼結した多孔質
無機燃料透芯によつて、少なくとも燃料極５２の
下端から燃料タンク５７の底面との間に詰めてあ
る。

燃料タンク５７に液体燃料５８を入れると、繊
維質材料の燃料透芯５６または多孔質無機燃料透
芯には毛細管作用によつて燃料タンク５７の液体
燃料５８がしみ上り、液体燃料５８は濃度拡散現
象によつて燃料室に拡散してさらに燃料極５２に
供給されて、発電に供する。

本実施例によれば、燃料極５２で消費される分
の液体燃料５８は燃料タンク５７から燃料透芯５
６または無機質燃料透芯を介して燃料室５４に拡
散されるので、発電は燃料タンク５７に液体燃料
５８がある間、持続する。

他の実施例において、燃料極５２は多孔質の基
体と触媒層が一体になつているが、この多孔質の
基体を燃料の透芯材として利用するもので、これ
を燃料タンク５７内の燃料５８に接続させること
によつて燃料極５２に燃料を供給することができ
る。これによつて、構造が簡単になり、燃料極で
排出される生成物の除去も容易となる等の特長を
もつ。

第８図の燃料電池は燃料供給量を制御する機構
５９を有する。燃料タンク５７から立ち上る燃料
透芯５６を、燃料タンク５７と燃料室５４の間に
おいて矢印の方向に機械的に圧力を加えて燃料５
８の供給を抑制する燃料制御用締付部５９を設け
てもよい。

燃料制御用締付部５９を用いて燃料透芯５６を
圧縮することにより、燃料タンク５７から燃料室
５４へ毛細管作用で供給される燃料５８の量を減
少又は停止することが出来る。

したがつて、発電を停止する場合、この機構を
用いることにより、燃料タンク５７に燃料５８が
入つていても良く取り扱いが容易となる。

また、次のようにして燃料供給をより効果的に
行うこともできる。

燃料タンク５７は電池構成部品の燃料極５２、
酸化剤極５３などと平行し高さ方向に大きくし、
燃料５８を注入する。この場合には、燃料５８の
液高分の圧力が燃料透芯５６に加わり、燃料供給
可能高さが増大する。したがつて、必要電極面積
が大きい場合において電池高さが大きくても燃料
供給が容易となり、燃料不足による出力低下防止
の効果を有する。

以上の実施例の説明では、メタノール−空気燃
料電池を中心として説明してきたが、本発明はこ
れに限られるものではなく、他の液体燃料、酸化
剤を使用する燃料電池にも適用できる。

また、電解質組成物としてペースト状有機高分
子電解質組成物を中心として説明したが、有機高
分子電解質の溶液型にしても、電解質の漏れや流
出防止という本発明の基本的な目的は達成され
る。

本発明によれば電解質の電解液室からの流出を
防止するため電池特性に対する長期安定性が得ら
れるばかりでなく、電池外部への電解質のもれに
対して防止効果が一段と向上する。従つて、特に
移動用電源や振動のある場所で使用する電池に対
して好適な効果をもたらす。また、家庭用電源と
しても取扱い性が容易となるので好適な電源とな
りうる。

更に、硫酸電解液やアルカリ電解液の場合に、
液体燃料と電解液の混合液（アノライト）をポン
プにより供給していたものを、ポンプなしで供給
することが可能となつた。ポンプ容量は普通燃料
濃度１モル程度であることから燃料のみの供給に
比べればポンプのために消費されるエネルギーは
桁違いに多くなつている。これを、本発明によつ
て燃料のみ又は燃料と少量の水の供給を可能にす
るので大幅に補機を軽減できる。更に電解液によ
る電極間短絡による電力損失が本発明によつてな
くなるので効率向上、構造の簡易化からみても効
果は大きい。また、ガスが燃料である場合には、
電解液を用いると液の流出がさけられないが、本
発明によつて電解液の流出がなくなり、電池の長
寿命化がはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池の原理を説明するた
めの概略図、第２図は本発明による燃料電池の単
セルの構成を示す一部破断斜視図、第３図は単セ
ルを直列に接続して構成した燃料電池の構造を示
す斜視図、第４図ないし第６図は本発明の実施例
による燃料電池の単セルのＶ−Ｉ特性を示すグラ
フ、第７図は本発明による電解質構造体の構造を
示す一部破断斜視図、第８図は本発明の実施例に
よる燃料供給、制御方法を説明する断面斜視図で
ある。 ３……酸化剤極、２……燃料極、５……燃料、
６……燃料室、７……酸化剤、８……酸化剤室、
１４……電離イオン、１５……高分子イオン、２
０……セパレータ、２１……空気極、２２……イ
オン交換膜、２３……高分子電解質、２４……電
極枠、２５……セパレータ、２６……透芯、２７
……燃料タンク、２８……燃料極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料室の燃料と接触的に置かれた燃料極、酸
   化剤室の酸化剤と接触的に置かれた酸化剤極、及
   び前記燃料極と前記酸化剤極の間に位置する電解
   質を具備し、常温〜約100℃の温度で運転される
   燃料電池において、前記電解質が少なくとも1000
   の分子量を有し、水の存在下で水素イオンと高分
   子のイオンに解離する有機高分子電解質からなる
   ことを特徴とする燃料電池。 ２ 燃料及び酸化剤のいずれかの少なくとも一部
   が、燃料電池の運転条件下で液体である特許請求
   の範囲第１項記載の燃料電池。 ３ 燃料が運転条件下で液体であつて水を含む特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載の燃料電池。 ４ 該高分子電解質は水を含有し、少なくとも該
   高分子電解質の一部が溶解している特許請求の範
   囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の燃料電
   池。 ５ 該高分子電解質が水と増稠剤を含有するペー
   スト状である特許請求の範囲第１項ないし第４項
   のいずれかに記載の燃料電池。 ６ 該高分子電解質が不活性増稠剤との混合物で
   ある特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれ
   かに記載の燃料電池。 ７ 該不活性増稠剤が高比抵抗の無機粉末である
   特許請求の範囲第６項記載の燃料電池。 ８ 該高分子電解質の解離基がスルホン酸基であ
   る特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか
   に記載の燃料電池。 ９ 燃料極及び酸化剤極の対向面の少なくとも一
   方に該有機高分子電解質を膜状に担持した特許請
   求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記載の
   燃料電池。 １０ 燃料又は燃料と水の混合物を毛細管作用に
   よつて燃料極に供給する手段を有する特許請求の
   範囲第１項記載の燃料電池。 １１ 該高分子電解質の高分子基体は、ポリスチ
   レン、ポリエチレン、ポリアクリル、ポリメタク
   リル、スチレン−ブタジエン共重合体、又はスチ
   レン−ジビニルベンゼン共重合体である特許請求
   の範囲第１項ないし第６項および第８項のいずれ
   かに記載の燃料電池。 １２ 少なくとも1000以上の分子量を有し、水の
   存在下で水素イオンと高分子のイオンに解離する
   有機高分子電解質を枠体に保持したことを特徴と
   する燃料電池用電解質構造体。 １３ 液体分子の透過を抑制するが、イオンの移
   動を許す隔壁の片面又は両面に該高分子電解質が
   担持された特許請求の範囲第１２項記載の燃料電
   池用電解質構造体。 １４ 該隔壁はイオン交換体膜である特許請求の
   範囲第１３項記載の燃料電池用電解質構造体。 １５ 該枠体が非導電性で、該イオン交換体膜が
   該枠体に保持され、該イオン交換体膜の片面に該
   高分子電解質が担持されている特許請求の範囲第
   １４項記載の燃料電池用電解質構造体。 １６ 該高分子電解質は水を含有し、少なくとも
   該高分子電解質の一部が溶解している特許請求の
   範囲第１２項記載の燃料電池用電解質構造体。 １７ 該高分子電解質が水と増稠剤を含有するペ
   ースト状である特許請求の範囲第１２項ないし第
   １６項のいずれかに記載の燃料電池用電解質構造
   体。 １８ 該高分子電解質が不活性増稠剤との混合物
   である特許請求の範囲第１２項ないし第１７項の
   いずれかに記載の燃料電池用電解質構造体。 １９ 該不活性増稠剤が高比抵抗の無機粉末であ
   る特許請求の範囲第１８項記載の燃料電池用電解
   質構造体。 ２０ 該高分子電解質の電離基がスルホン酸基で
   ある特許請求の範囲第１２項ないし第１８項のい
   ずれかに記載の燃料電池用電解質構造体。