[發明專利]燃料電池、用于燃料電池中的氧電極和電子裝置

無效

• 申請號: 200980143479.1
• 申請日: 2009-11-04
• 公開（公告）號: CN102203994A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 槙田健吾
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/00;H01M8/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;吳鵬章

技術領域

本發明涉及燃料電池，例如其中甲醇直接供應到燃料電極進行反應的直接甲醇燃料電池(DMFC；Direct?Methanol?Fuel?Cell)，燃料電池中使用的氧電極以及包括該燃料電池的電子裝置。

背景技術

近年來，移動式裝置存在隨著高性能功率消耗增加的趨勢，燃料電池被認為是有希望作為替代鋰離子二次電池的電池。根據所用電解質，燃料電池分為堿性燃料電池(AFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體電解質燃料電池(SOFC)、聚合物電解質燃料電池(PEFC)等。

各種可燃物質如氫氣和甲醇可用作燃料電池的燃料。然而，由于對于如氫氣的氣體燃料需要存儲罐等，氣體燃料不適合于尺寸減小。同時，液體燃料如甲醇具有易于存儲的優點。尤其是，在DMFC中，由于不需要從燃料中提取氫氣的轉化器，因此簡化了結構，具有易于縮減尺寸的優點。

作為DMFC的燃料，甲醇的能量密度理論值為4.8kW/L，其為典型鋰離子二次電池能量密度的十倍以上。即，使用甲醇作為燃料的燃料電池具有很大潛力在能量密度方面超過鋰離子二次電池。由此，在各種燃料電池中，DMFC最有可能用作移動式裝置、電動汽車等的能源。

然而，在使用液體電解質和固體電解質的DMFC中存在共同的問題。首先，產生燃料電池中反應產生的氫離子(質子)與水一起行進到在膜中或電解質溶液中的氧電極，即電滲透的現象。另外，由于在氧電極的反應中產生水，因此水過量并在氧電極側發生溢流。因此，阻止氧氣供應，并且存在發電特性顯著劣化的問題。

為抑制溢流，多孔碳材料通常用作氧電極側上的氣體擴散基材。為提高材料的拒水性，使該材料在PTFE(聚四氟乙烯)分散體中浸漬、取出、干燥和燒結以制造PTFE和碳材料的復合物，并且催化劑負載在復合物的表面上。另外，有很多情況下，與這些擴散基材直接接觸的隔離器材料是由碳材料形成的，并且可在隔離器中形成的氧氣導槽的內表面上進行拒水處理以提高拒水性。

然而，在使用液體電解質和固體電解質的燃料電池的水處理中期望的拒水性的程度、拒水性的結構等受燃料電池的運行條件等影響，因此最佳氣體擴散基材和最佳拒水結構取決于燃料電池本身。

因此，已經提出具有如下結構的燃料電池：其中形成氧氣流經的氧氣導槽，所述氧氣導槽從氣體入口到氣體出口逐漸加深，并且產生的過量的水例如冷凝水通過利用傾斜的氧氣導槽排出(例如專利文件1)。

引用列表

專利文獻

專利文獻1：日本未審查專利公布特開昭62-204442

專利文獻2：日本專利No.3066088

專利文獻3：審查專利公布特公昭54-7458

專利文獻4：日本未審查專利公布No.2006-281751

專利文獻5：日本未審查專利公布No.2003-72244

專利文獻6：日本未審查專利公布No.2003-182237

專利文獻7：日本未審查專利公布No.2005-125726

專利文獻8：日本未審查專利公布No.2005-129192

發明內容

然而，并不是說在通過氧氣導槽的傾斜排出產生的水的方法中排出過量水如冷凝水的能力是足夠的。結果，不能充分改善溢流狀態，并且抑制了向氧電極的氧氣供應。因此，存在發電特性顯著劣化的問題。

針對以上問題，本發明的第一目的是提供能夠改善發電特性的燃料電池以及使用所述燃料電池的電子裝置。

本發明的第二目的是提供適合所述燃料電池的氧電極。

根據本發明一個實施方案的燃料電池包括氧電極、燃料電極和空氣流路形成部件。氧電極包括互相相對的第一面和第二面，并且在第一面側設置有集流器。空氣流路形成部件與集流器一起形成空氣流路。在集流器的表面上，設置有對應于至少部分空氣流路的拒水區。燃料電極置于氧電極的第二面側上。

根據本發明的一個實施方案的氧電極具有包括置于催化劑層上的集流器并且在二者之間的擴散層的結構。在集流器的表面上，提供空氣流路形成部件，并形成空氣流路。在集流器的表面上，在對應于至少一部分空氣流路的位置中包含拒水區。

根據本發明的一個實施方案的電子裝置包括上述燃料電池。

在根據本發明的實施方案的燃料電池和電子裝置中，在氧電極中產生的水通過集流器上設置的拒水區進行防水，并且充分排放。