專利名稱：直接甲醇型燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，特別是涉及在燃料中使用液體甲醇的直接甲醇型燃料電池(DMFC: Direct Methanol Fuel Cell)。
背景技術(shù)：
燃料電池是通過在電池內(nèi)使氫和曱醇等燃料發(fā)生電化學(xué)氧化，將燃料 的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能并進行獲取的電池，由于沒有象火力發(fā)電那樣的 由燃料燃燒引起的NOx和SOx等的發(fā)生，因此作為清潔的電能供給源受到 關(guān)注。這樣的燃料電池，為了謀求電池輸出的提高，需要用于使供給燃料的 要求和使發(fā)生的反應(yīng)物移動的要求相平衡的結(jié)構(gòu)。例如已知在燃料極或者 氧極內(nèi)設(shè)置含有氟樹脂、硅樹脂、聚乙烯等疏水性材料的層的技術(shù)(例如， 專利文獻l)。另外，曾經(jīng)公開了具備使氣體擴散電極的氣體透氣度和保濕性兼?zhèn)涞?結(jié)構(gòu)的固體高分子電解質(zhì)膜型燃料電池(例如，專利文獻2)。特別是直 接甲醇型燃料電池(DMFC)，與以氫為燃料的氣體燃料用固體高分子燃 料電池(PEMFC)等其它燃料電池相比，可進行小型化、輕量化，最近， 作為筆記本電腦和便攜電話等的電源正在進行各種各樣的研究。DMFC的基本反應(yīng)如下。陽極CH3OH+H20—C02+6H++6e (式l) 陰極(3/2 ) 02+6H++6e——3H20 (式2 )按照式l所示那樣，在陽極需要的是甲醇和水分子。例如，利用以鉑 和釕(Ru)為主的合金催化劑，可從各l個分子的曱醇和水分子，生成l個分子的二氧化碳作為廢棄物、并生成6個質(zhì)子和6個電子。電子通過經(jīng) 由外部電路可作為電力輸出來利用。另外，按照式2所示那樣，在陰極需要的是氧、質(zhì)子以及電子。6個 電子與經(jīng)由質(zhì)子傳導(dǎo)性電解質(zhì)膜而來的6個質(zhì)子以及3/2分子的氧在陰極 發(fā)生反應(yīng)，生成3分子的水作為廢棄物。在以往的DMFC的陽極中，使用了被覆了混合疏水性的氟化聚合物和 碳粉末而成的漿液的被覆復(fù)寫紙(專利文獻3)。專利文獻l:特開2001-283875號公報專利文獻2:特開2005-174607號7>才艮專利文獻3:特表2005-514747號公報發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)有的DMFC，現(xiàn)實上從燃料中發(fā)生式l沒有顯示出的水的消耗。例 如為質(zhì)子的移動、水從陽極向陰極的擴散。這樣的燃料電池，為了謀求電池輸出的提高，需要用于使供給燃料的 要求和使發(fā)生的反應(yīng)物移動的要求相平衡的結(jié)構(gòu)，例如，專利文獻1和2 公開的含有疏水性材料的層，發(fā)揮下述功能控制反應(yīng)氣體向催化層的供 給、生成的氣體的排出，特別是蓄積于陰極電極的水的排出。然而，采用這樣的現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)時，水的透過量的抑制不充分，蓄積于 陰極電極的水的排出不充分，氧向陰極的供給拖延，使燃料電池長時間穩(wěn) 定地工作是困難的。因此，本發(fā)明的目的在于，提供不妨害在高電流密度區(qū)的順利的電流 利用，作為燃料電池可使其長時間穩(wěn)定地工作的直接曱醇型燃料電池。本發(fā)明的直接曱醇型燃料電池具備電解質(zhì)膜；設(shè)置于電解質(zhì)膜的一 個面上的陽極催化層；設(shè)置于電解質(zhì)膜的另一個面上的陰極催化層；設(shè)置 于陽極催化層的與設(shè)置有電解質(zhì)膜的面相對的面，具有疏水性和導(dǎo)電性的 第1燃料調(diào)整層；設(shè)置于第1燃料調(diào)整層的與設(shè)置有陽極催化層的面相對 的面，具有疏水性和導(dǎo)電性的第2燃料調(diào)整層；設(shè)置于第2燃料調(diào)整層的與設(shè)置有第1燃料調(diào)整層的面相對的面，具有疏水性和導(dǎo)電性的第3燃料 調(diào)整層；和設(shè)置于第3燃料調(diào)整層的與設(shè)置有第2燃料調(diào)整層的面相對的 面，具有疏水性和導(dǎo)電性的陽極GDL層，第3燃料調(diào)整層具有比第2燃 料調(diào)整層小的細孔，第l燃料調(diào)整層具有比第2燃料調(diào)整層小的細孔、并 具有比第3燃料調(diào)整層大的細孔。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可提供通過抑制水從陽極向陰極的擴散，來防止水在陰 極的淤塞，不妨害向陰極供給氧，并能夠充分確保電池輸出，作為燃料電 池可以確保長時間的穩(wěn)定性的直接曱醇型燃料電池。


圖l是本實施形態(tài)所述的直接曱醇型燃料電池的電池剖面圖。圖2是實際制作的直接曱醇型燃料電池的剖面圖。圖3是實施例1所述的陽極電極的燃料調(diào)整層中的細孔徑分布。圖4是陰極電極的細孔徑分布。圖5是實施例1中的電流電壓特性的結(jié)果圖。圖6是比較例1中的電流電壓特性的結(jié)果圖。圖7是比較例2中的電流電壓特性的結(jié)果圖。符號說明10電解質(zhì)層；20陽極催化層；25CCM ( Catalyst Coated Membrane);30陰極催化層；40第1燃料調(diào)整層；50第2燃料調(diào)整層；60第3燃料調(diào)整層；70 陽極GDL層； 80 陰極MPL層； 90 陰極GDL層； 100陽極電極； 150燃料調(diào)整層； 200陰極電極。
具體實施方式
以下，參考附圖對本發(fā)明的實施形態(tài)進行詳細說明。在以下附圖的記 載中，在同一部分上帶有同一符號，省略重復(fù)的記載。另外附圖是模式性 的附圖，其厚度和平面尺寸的關(guān)系、各層厚度的比率等與現(xiàn)實的不同。此 外，也包括了在附圖相互間相互的尺寸關(guān)系、比率不同的部分。最初，對直接曱醇型燃料電池(DMFC)進行說明。直接甲醇型燃料 電池的膜電極復(fù)合體(燃料電池起電部)，是按順序順次層疊有陽極集電 體、陽極催化層、質(zhì)子傳導(dǎo)性膜、陰極催化層和陰極集電體的膜電極復(fù)合 體。集電體是多孔質(zhì)導(dǎo)電性材料，也具有向催化層供給液體燃料或氧化劑 氣體的作用，因此也稱為擴散層(以下稱為擴散層)。催化層，例如包含含有催化活性物質(zhì)和導(dǎo)電性物質(zhì)以及質(zhì)子傳導(dǎo)性物 質(zhì)的多孔質(zhì)層。例如，在催化層是以導(dǎo)電性物質(zhì)為擔(dān)載體的載體催化劑的 場合，催化層可包含含有載體催化劑和質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)的多孔質(zhì)層。另外，也將擴散層和催化層統(tǒng)稱稱為電極，也將陽極擴散層和陽極催 化層稱為燃料極，將陰極擴散層和陰極催化層稱為氧化劑極(氧極)(以 下稱為燃料極、氧化劑極)。當(dāng)向陽極催化層供給含有甲醇和水的混合燃料、向陰極催化層供給空 氣(氧)時，在各自的電極內(nèi)的催化層中發(fā)生化學(xué)式(1)和化學(xué)式(2) 所示的催化反應(yīng)。因此，催化層也稱為反應(yīng)層。燃料極CH3OH+H20—C02+6H+6e (1)氧化劑極6H++ (3/2) 02+6e——3H20 (2)在陽極，甲醇和水反應(yīng)，生成二氧化碳、質(zhì)子以及電子。質(zhì)子通過電 解質(zhì)膜到達陰極。在陰極，氧和質(zhì)子以及經(jīng)由外部電路到達陰極的電子進 行結(jié)合，生成水。在DMFC中，通過從液體燃料貯藏部以液體(曱醇水溶液)狀態(tài)向燃 料極的催化層供給甲醇和水，在催化劑上可生成質(zhì)子(H+)、電子(e一) 以及二氧化碳(反應(yīng)式CH3OH+H20—C02+6H++6e_ ),質(zhì)子從高分子 固體電解質(zhì)膜中透過，在氧化劑極的催化層與氧化合，生成水。此時，通 過將燃料極、氧化劑極與外部電路連接，利用發(fā)生的電子獲取電力。生成 的水從空氣極向系統(tǒng)外放出。另一方面，在燃料極發(fā)生的二氧化碳，在將 液體燃料直接供給電池的場合，在燃料液相中擴散，通過只透過氣體的氣 體透過膜，向燃料電池的系統(tǒng)外排出。對于這樣的燃料電池，為了得到優(yōu)異的電池特性，要求可向各自的 電極順利地供給適量的燃料；在催化活性物質(zhì)和質(zhì)子傳導(dǎo)性物質(zhì)以及燃料 的三相界面，極快而多地發(fā)生電極催化反應(yīng)；使電子和質(zhì)子順利地移動； 將反應(yīng)生成物極快地排出。以下，參考附圖對本發(fā)明的實施形態(tài)進行詳細說明。在以下附圖的記 載中，在同一部分上帶有同一符號，省略重復(fù)的記載。另外附圖是模式性 的附圖，厚度和平面尺寸的關(guān)系、各層厚度的比率等與現(xiàn)實的不同。此外， 也包括了在附圖相互間相互的尺寸關(guān)系、比率不同的部分。圖l表示本實施形態(tài)所述的DMFC的電池剖面圖。本實施形態(tài)所述的DMFC,如圖1所示那樣，具備電解質(zhì)膜IO、設(shè)置 在電解質(zhì)膜10的陽極電極100側(cè)的面上的陽極催化層20、設(shè)置在電解質(zhì) 膜10的陰極電極200側(cè)的面上的陰極催化層30。電解質(zhì)膜10，例如可通過使用采用過氧化氫和硫酸的公知方法 (G.Q丄u， et al. Electrochimica Acta 49 ( 2004 ) 821 ~ 828 )，對+刀斷成縱 長40mm、橫寬50mm左右的市售的全氟碳磺酸膜(例如Dupont公司， Nafionl12,注冊商標)進行前處理來形成。陽極催化層20主要為了促進甲醇和水的朝向質(zhì)子、電子和二氧化碳的反應(yīng)而使用，例如可以使用將Johnson & Metthey ^>司制的Pt/Ru合金 催化劑(Pt/RuBlackHiSPEC6000)和全氟碳碌酸溶液(Dupont公司制的 Nafion溶液Aldrich SE-29992、 Nafion重量為5重量％ )混合分散，涂 布于PTFE片上而形成的陽極催化層。干燥后的陽極催化層20中的Pt/Ru 的涂布量(以后稱為加入(Loading)量)例如規(guī)定為約6mg/cm2。陰極催化層30主要為了促進質(zhì)子、電子和氧朝向水的反應(yīng)而使用，例 如可以使用將E-TEK公司制的Pt/C催化劑(HP 40重量。/oPtonVulcan XC-72R)和全氟碳磺酸溶液(Dupont公司制的Nafion溶液Aldrich SE-20092、 Nafion重量為5重量％ )混合分散，涂布于PTFE片上而形 成的陰極催化層。千燥后的陰極催化層30中的Pt的加入(Loading )量為 約2.6mg/cm2。將在PTFE片上形成的陽極催化層20以及陰極催化層30，在載置于 PTFE片上的原樣狀態(tài)下切分成縱長30mm、橫寬40mm的大小之后，將 陽極催化層20以及陰極催化層30按壓在電解質(zhì)膜10上，通過在125。C以 10kg/cn^熱壓接約3分鐘，可在電解質(zhì)膜10上形成陽極催化層20以及陰 極催化層30 (以下，將電解質(zhì)膜10、陽極催化層20以及陰極催化層30 的疊層體稱為CCM ( Catalyst Coated Membrane ) 25)。另外，通過采用上述方法并卸掉PTFE片而得到的CCM25,陽極催 化層20以及陰極催化層30部分的厚度為約90nm。其中，陽極催化層20 的厚度為約30jim，陰極催化層30的厚度為約30nm。在CCM25的陽極催化層20側(cè)設(shè)置有陽極GDL層70 (陽極電極側(cè)多 孔質(zhì)氣體擴散層)。在陽極催化層20和陽極GDL層70之間設(shè)置有燃料 調(diào)整層150。在CCM25的陰極催化層30側(cè)設(shè)置有陰極GDL層90 (陰極電極側(cè)多 孔質(zhì)氣體擴散層)。在陰極催化層30和陰極GDL層卯之間設(shè)置有陰極 MPL層80 (陰極電極側(cè)致密疏水層)。在陽極GDL層70的與設(shè)置有燃料調(diào)整層150的面相對的面，設(shè)置有 向陽極GDL層70供給液體燃料(甲醇)的未圖示出的燃料供給手段。另外，在陰極GDL層卯的與設(shè)置有陰極MPL層80的面的相對的面，設(shè)置 有向陰極GDL層70供給氧化劑氣體(空氣)的未圖示出的氧化劑氣體供 給手段。陽極GDL層70，可使用例如對于東麗公司制的復(fù)寫紙TGPH-090， 采用約30重量％的PTFE實施疏水處理而成的E-TEK公司制的 TGPH-090，30重量。/o.Wetproofed。陰極MPL層80以及陰極GDL層90，可很合適地使用在陰極GDL 層卯上設(shè)置有陰極MPL層80的、帶有MPL層的陰極GDL層(例如， E-TEK公司制的Elat GDL LT-2500-W (厚度為約360jim ))。燃料調(diào)整層150具備在陽極催化層20的與設(shè)置有電解質(zhì)膜10的面 相對的面設(shè)置的第1燃料調(diào)整層40;在第1燃料調(diào)整層40的與設(shè)置有陽 極催化層20的面相對的面設(shè)置的第2燃料調(diào)整層50;在第2燃料調(diào)整層 50的與設(shè)置有第1燃料調(diào)整層40的面相對的面設(shè)置的第3燃料調(diào)整層60。第1燃料調(diào)整層40，釆用以疏水性材料和導(dǎo)電性材料為基材的多孔質(zhì) 基材構(gòu)成。這里所說的疏水性材料，可以列舉例如聚四氟乙烯(PTFE)、 四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物 (FEP)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙 烯(PVE)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)等。另外，導(dǎo)電性材料可以 合適地使用導(dǎo)電性碳。作為導(dǎo)電性碳，可以列舉例如爐黑、乙炔黑、石墨 黑等。構(gòu)成陽極中間層12的導(dǎo)電性碳的DBP吸油量的范圍例如為130 ~ 250ml/100g。第2燃料調(diào)整層50具備在含有纖維55的多孔質(zhì)基材中填充了疏水性 材料和導(dǎo)電性材料的構(gòu)成。這里所說的纖維55,可以合適地使用具有導(dǎo)電 性和耐蝕性的碳纖維，但并不限于碳纖維。疏水性材料和導(dǎo)電性材料可以 使用與第1燃料調(diào)整層40同樣的材料。第3燃料調(diào)整層60采用以疏水性材料和導(dǎo)電性材料為基材的多孔質(zhì)基 材構(gòu)成。導(dǎo)電性材料和疏水性材料可使用與第l燃料調(diào)整層40同樣的材料。對燃料調(diào)整層150的制作方法進行說明。首先，起初制作第2燃料調(diào)整層50。關(guān)于最初的漿液的制備，例如制 備下述漿液，即將CABOT公司制作的碳粉末(VULCAN XC-72R)和 PTFE 60重量％的乳液(ALDRICH，在水中^fL有60重量％的聚四氟乙 烯)混合分歉并使得PTFE重量為整體的約50%的漿液(低粘度狀態(tài)的漿 液)。接著使用該漿液，以例如東麗公司制的復(fù)寫紙TGPH-030 (厚度為約 100jim)為基材進行準備。再者，該基材不一定需要疏水處理。對于上述基材，采用加壓式噴霧法將制備的漿液噴吹填充到兩面。此 時，對基材噴吹并使得所噴吹過的地方至少數(shù)秒、理想上10秒鐘左右不干 燥而保持潤濕的狀態(tài)。該加壓式噴霧法，例如可以使用巖田(Iwata)公司 制的簡易噴槍(EclipseHP-CS)。涂布時，優(yōu)選將陽極GDL層25加熱保 持在例如50。C以上以使得噴吹面不濕。噴吹填充至包括復(fù)寫紙在內(nèi)的厚度變?yōu)榧s100nm為止。接著，制作第3燃料調(diào)整層60。將沒有進行粘度調(diào)整的漿液(低粘度狀態(tài)的漿液)用簡易噴槍對基材 進行噴吹這一點，與采用加壓式噴霧法的涂布相同。^f旦是，噴吹填充在對 基材進行噴吹并使得所噴吹過的地方至少數(shù)秒、理想上10秒鐘左右不干燥 而保持濕潤的狀態(tài)這一點上不同。例如，通過對復(fù)寫紙進行控制以使得維 持約50。C，可以按照上述那樣進行噴吹并使得保持潤濕狀態(tài)，可控制細孔 徑。另外，如上述那樣，進行噴吹直到包括復(fù)寫紙在內(nèi)的厚度變?yōu)榧s160nm 為止。最后，制作第l燃料調(diào)整層40。在此，所謂噴吹填充，與在第3燃料調(diào)整層60的制作實施形態(tài)中說明 的、使用加壓式噴霧法的涂布在以下的點上不同。將沒有進行粘度調(diào)整的漿液(低粘度狀態(tài)的漿液)用簡易噴槍對基材 進行噴吹這一點，與采用加壓式噴霧法的涂布相同。但是，噴吹填充在以 噴霧狀對基材進行噴吹并使得所噴吹過的地方至少數(shù)秒、理想上保持干燥的狀態(tài)這一點上不同。例如，通過對復(fù)寫紙進行控制以使得維持約65。C， 可以按照上述那樣進行噴吹并4吏得^f呆持干燥狀態(tài)，可控制細孔徑。如上述那樣，進行噴吹直到包括復(fù)寫紙在內(nèi)的厚度變?yōu)榧s220fim為 止，從而形成于第2燃料調(diào)整層50的表面。本實施形態(tài)中的陽極MPL層斷面的電子顯微鏡照片的一例示于圖2。 在圖2中，在約100nm厚的復(fù)寫紙上填充有漿液，進而可知附加有l(wèi)OOjim 的漿液。第1燃料調(diào)整層40內(nèi)的細孔徑為例如0.1 ~ lnm,第2燃料調(diào)整層50 內(nèi)的細孔徑為例如1 ~ lOjim,第3燃料調(diào)整層60內(nèi)的細孔徑為例如0.01 ~ O.lnm。細孔徑可以由水4艮壓入法進行測定。另外，第1~第3燃料調(diào)整層的合計厚度例如以100~30(Him的范圍構(gòu)成。第3燃料調(diào)整層60，如上述那樣，以第3燃料調(diào)整層60內(nèi)含有的細 孔的徑比其它調(diào)整層的小的程度致密地形成。因此，第3燃料調(diào)整層60， 抑制向陽極GDL層70供給的液體燃料的量，并向第2燃料調(diào)整層50供 給。第2燃料調(diào)整層50,如上述那樣，以第2燃料調(diào)整層50內(nèi)含有的細 孔的徑比其它調(diào)整層的大的方式形成。因此，第2燃料調(diào)整層50,使被第 3燃料調(diào)整層60抑制了量而通過的液體燃料進行擴散以使得在陽極電極整 體中變得均勻，并向第1燃料調(diào)整層40供給。笫1燃料調(diào)整層40，如上 述那樣，按笫l燃料調(diào)整層40內(nèi)含有的細孔的徑與其它調(diào)整層相比為中間 的程度來形成。因此，第1燃料調(diào)整層40，將因第2燃料調(diào)整層50而擴 散成在陽極電極整體中變得均勻的液體燃料均勻地供給陽極催化層20。如以上所述，本實施形態(tài)的DMFC，通過在陽極GDL層和陽極催化 層之間新設(shè)置具有上述那樣的細孔徑分布的燃料調(diào)整層，可不妨害在高電 流密度區(qū)的順利的電流利用，并充分確保電池輸出，作為燃料電池能夠確 保長時間的穩(wěn)定性。 (實施例1)進行了具備本實施形態(tài)所說明的構(gòu)成的DMFC的發(fā)電試驗。實際制作的DMFC的剖面圖示于圖2。另外，圖3表示實施例l所述的陽極電極的 燃料調(diào)整層中的細孔分布，圖4表示構(gòu)成陰極電極的氣體擴散層(帶有 MPL的GDL)的細孔分布。圖3和圖4的橫坐標為各層內(nèi)的細孔徑，縱 坐標為其累積容積和孩史分細孔容積。圖3和圖4中，Pore Size Diameter 表示細孑L^f圣，Cumulative Intrusion ( mL/g)表示累積容積，Log Differential Intrusion (mL/g)表示微分細孔容積。從圖3知道，各燃料調(diào)整層是細孔分布在細孔徑0.15nm附近顯示峰 的第1燃料調(diào)整層、在細孔徑4.5fim附近顯示峰的第2燃料調(diào)整層、在細 孔徑0.06jim附近顯示峰的第3燃料調(diào)整層。從圖4知道，陰極氣體擴散層是細孔分布在細孔徑0.05nm附近顯示 峰的MPL和在細孔徑25fim附近顯示峰的GDL。采用未圖示出的燃料供給手段，對陽極GDL層供給濃度1.2M、燃料 供給量為0.7cc/分鐘的燃料(曱醇水溶液燃料)。進而，釆用未圖示出的 氧化劑供給手段，從陰極GDL層供給氧濃度20.5%、濕度30%、空氣供 給量60cc/分鐘的空氣(氧化劑)，使燃料電池長時間(最大20小時)工 作，評價輸出電壓的電池特性。此時，利用未圖示出的溫度調(diào)節(jié)器使采用 設(shè)置在燃料供給手段和氧化劑供給手段中的未圖示出的溫度傳感器測定的 溫度為60。C，空氣和燃料都沒有進行預(yù)加熱。根據(jù)以上的運行條件實施時的電流電壓特性的結(jié)果圖示于圖5。在圖5中可以確認，發(fā)電運行開始初期，0.15A/cm2下的輸出電壓為 0.42V左右，即^X電后經(jīng)過20小時之后輸出電壓也為約0.42V,在20小 時的工作中也能夠保持電池輸出的穩(wěn)定性。(比較例1)在本實施形態(tài)所說明的構(gòu)成中，沒有設(shè)置燃料調(diào)整層150，其他為與 實施例1同樣的構(gòu)成而制作DMFC，空氣供給量為實施例1的1.5倍，除 此以外采用與實施例1同樣的運轉(zhuǎn)條件使燃料電池長時間工作，評價輸出 電壓的電池特性。增大空氣供給量的理由是由于沒有設(shè)置燃料調(diào)整層150， 因此水容易積在陰極，從而難以維持電壓的緣故。根據(jù)以上的運行條件實施時的電流電壓特性的結(jié)果示于圖6。 在圖6中，發(fā)電運行開始初期，0.15A/cm2下的輸出電壓為0.40V左右， 但在發(fā)電后經(jīng)過20小時的時刻，輸出電壓降低到0.343V左右。 (比較例2 )在本實施形態(tài)所說明的構(gòu)成中，在陽極擴散層和陽極催化層之間具有 本申請發(fā)明所說的第1燃料調(diào)整層40、第2燃料調(diào)整層50、第3燃料調(diào)整 層60，第1燃料調(diào)整層40和第3燃料調(diào)整層60其細孔比第2燃料調(diào)整層 的小，并且細孔為同等，除此情況以外，以與實施例1同樣的構(gòu)成制作 DMFC，根據(jù)與實施例1同樣的運行條件使燃料電池長時間工作，評價輸 出電壓的電池特性。根據(jù)以上的運行條件實施時的電流電壓特性的結(jié)果圖示于圖7。在圖7中可以確認，發(fā)電運行開始初期，0.15A/cm2下的輸出電壓為 0.43V左右，但在發(fā)電后經(jīng)過20小時的時刻，輸出電壓降低到0.425V左 右，同時在高電流側(cè)的電壓降顯著。本發(fā)明中表示數(shù)值范圍的"以上，，和"以下，，均包括本數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種直接甲醇型燃料電池，其特征在于，具備電解質(zhì)膜；設(shè)置于所述電解質(zhì)膜的一個面上的陽極催化層；設(shè)置于所述電解質(zhì)膜的另一個面上的陰極催化層；第1燃料調(diào)整層，其設(shè)置于所述陽極催化層的與設(shè)置有所述電解質(zhì)膜的面相對的面上，具有疏水性和導(dǎo)電性；第2燃料調(diào)整層，其設(shè)置于所述第1燃料調(diào)整層的與設(shè)置有所述陽極催化層的面相對的面上，具有疏水性和導(dǎo)電性；第3燃料調(diào)整層，其設(shè)置于所述第2燃料調(diào)整層的與設(shè)置有所述第1燃料調(diào)整層的面相對的面上，具有疏水性和導(dǎo)電性；和陽極GDL層，其設(shè)置于所述第3燃料調(diào)整層的與設(shè)置有所述第2燃料調(diào)整層的面相對的面上，具有疏水性和導(dǎo)電性，所述第3燃料調(diào)整層具有比所述第2燃料調(diào)整層小的細孔，所述第1燃料調(diào)整層具有比所述第2燃料調(diào)整層小的細孔、并具有比所述第3燃料調(diào)整層大的細孔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直接甲醇型燃料電池，其特征在于，所述 第2燃料調(diào)整層含有具有導(dǎo)電性和耐蝕性的纖維。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直接曱醇型燃料電池，其特征在于，所述 第1 ~第3燃料調(diào)整層的合計厚度以90 ~ 300nm構(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的直接甲醇型燃料電池，其特征在于，所述 第2燃料調(diào)整層的細孔徑以1 ~ lOjim形成，所述第3燃料調(diào)整層的細孔徑 以0.01 0.1jim形成，所述第1燃料調(diào)整層的細孔徑以0.1 ljim形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的直接曱醇型燃料電池，其特征在于，具備: 陰極MPL層，其設(shè)置于所述陰極催化層的與設(shè)置有所述電解質(zhì)膜的面相對的面上，具有疏水性和導(dǎo)電性；和陰極GDL層，其設(shè)置于所述陰極MPL層的與設(shè)置有所述陰極催化層的面相對的面上，具有疏水性和導(dǎo)電性。
6. —種直接曱醇型燃料電池，其特征在于，具備 電解質(zhì)膜；設(shè)置于所述電解質(zhì)膜的一個面上的陽極催化層；設(shè)置于所述電解質(zhì)膜的另 一個面上的陰極催化層；第1燃料調(diào)整層，其設(shè)置于所述陽極催化層的與設(shè)置有所述電解質(zhì)膜 的面相對的面上，并通過含有具有導(dǎo)電性和耐蝕性的纖維從而具有疏水性 和導(dǎo)電小生；第2燃料調(diào)整層，其設(shè)置于所述第1燃料調(diào)整層的與設(shè)置有所述陽極 催化層的面相對的面上，具有疏水性和導(dǎo)電性；第3燃料調(diào)整層，其設(shè)置于所述第2燃料調(diào)整層的與設(shè)置有所述第1 燃料調(diào)整層的面相對的面上，具有疏水性和導(dǎo)電性；和陽極GDL層，其設(shè)置于所述笫3燃料調(diào)整層的與設(shè)置有所述第2燃 料調(diào)整層的面相對的面上，具有疏水性和導(dǎo)電性，所述第3燃料調(diào)整層具有比所述第2燃料調(diào)整層小的細孔，所述第1 燃料調(diào)整層具有比所述第2燃料調(diào)整層小的細孔、并具有比所述第3燃料 調(diào)整層大的細孔。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的直接甲醇型燃料電池，其特征在于，所述 第1 ~第3燃料調(diào)整層的合計厚度以卯~ 300nm構(gòu)成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的直接曱醇型燃料電池，其特征在于，所述 第2燃料調(diào)整層的細孔徑以1 ~ 10jim形成，所述第3燃料調(diào)整層的細孔徑 以0.01 ~ O.ljim形成，所述第1燃料調(diào)整層的細孔徑以0.1 ~ ljim形成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的直接曱醇型燃料電池，其特征在于，具備 陰極MPL層，其設(shè)置于所述陰極催化層的與設(shè)置有所述電解質(zhì)膜的面相對的面上，具有疏水性和導(dǎo)電性；和陰極GDL層，其設(shè)置于所述陰極MPL層的與設(shè)置有所述陰極催化 層的面相對的面上，具有疏水性和導(dǎo)電性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種直接甲醇型燃料電池，其不妨害在高電流密度區(qū)的順利的電流利用，可充分確保電池輸出，作為燃料電池可確保長時間的穩(wěn)定性。本發(fā)明所述的直接甲醇型燃料電池具備在陽極催化層(20)和陽極GDL層(70)之間設(shè)置的第1燃料調(diào)整層(40)、第2燃料調(diào)整層(50)、第3燃料調(diào)整層(60)，第3燃料調(diào)整層(60)具有比第2燃料調(diào)整層(50)小的細孔，第1燃料調(diào)整層(40)具有比第2燃料調(diào)整層(50)小的細孔、并具有比第3燃料調(diào)整層(60)大的細孔。
文檔編號H01M8/10GK101276915SQ20081008693
公開日2008年10月1日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者八木亮介, 安田一浩, 深澤大志, 秋田征人, 角野?？? 赤坂芳浩 申請人:株式會社東芝