CN101138112A - 燃料电池 - Google Patents

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CN101138112A CNA2006800075213A CN200680007521A CN101138112A CN 101138112 A CN101138112 A CN 101138112A CN A2006800075213 A CNA2006800075213 A CN A2006800075213A CN 200680007521 A CN200680007521 A CN 200680007521A CN 101138112 A CN101138112 A CN 101138112A
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大发工业株式会社
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Abstract

本发明涉及燃料电池(1),其包括由阴离子交换膜制成的电解质层(4)和燃料侧电极(2)以及氧气侧电极(3),该两个电极彼此相对地布置并且其间插入电解质层(4),其中燃料侧电极(2)包括钴作为金属催化剂。进一步地,使用至少包含氢和氮的化合物例如肼作为燃料。

Description

燃料电池技术领域本发明涉及燃料电池,以及更具体地涉及固体聚合物型燃料电池。 背景技术迄今已知多种类型的燃料电池,例如碱性燃料电池(AFC)、固 体聚合物型燃料电池(PEFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸 盐型燃料电池(MCFC)以及固体电解质型燃料电池(SOFC)。在这 些类型中,固体聚合物型燃料电池可以在相对较低的温度下操作,并 因此被研究用于多个目的,例如用在汽车中。在这样的固体聚合物型燃料电池中,彼此相对地布置燃料侧电极 和氧气侧电极,并且在这两个电极之间插入由固体聚合物膜制成的电 解质层,其中,将燃料提供到燃料侧电极中,以及将氧气提供到氧气 侧电极中。并且已知,在固体聚合物膜是阴离子交换膜的情况下,将 肼提供到燃料侧电极中作为燃料(例如见参考文献l)。进一步地,在电解质层是由阴离子交换膜制成的固体聚合物膜的 情况下,必需使燃料和氢氧离子反应来产生电子,以及这样的燃料侧 电极通常包含由铂族元素制成的金属催化剂(例如见专利文献2)。专利文献1: JP-A-61-42875 专利文献2: JP-A-7-90111然而,为了在燃料侧电极处使燃料和氢氧离子反应来生成电子,使用两种类型的反应,也就是:包括燃料和氢氧离子的直接反应的一 级反应;二级反应,其包括燃料分解为氢气和氮气,接着是由该分解

产生的氢气和氢氧离子的反应。该二级反应首先包括将燃料分解为氢 气和氮气,导致了用于分解反应的能量损耗。因此,其导致燃料使用 百分比的下降或生热量的上升,不可避免地导致了发电性能的损坏。然而,由于铂族元素昂贵并且可以容易地导致上述的分解反应, 由于包括由阴离子交换膜制成的电解质层的固体聚合物型燃料电池的 发电性能的增加不能达到那么多,所以该燃料电池是不利的。发明内容本发明的目的是提供一种燃料电池,该燃料电池包括包含至少氢 和氮的化合物作为燃料,以及包括阴离子交换膜作为电解质层,该燃 料电池同时允许成本降低和发电性能的提高。为了获得前述的目的,本发明如下:(1) 一种燃料电池,其包括: 电解质层,其是阴离子交换膜;燃料侧电极,将包括包含至少氢和氮的化合物的燃料提供到该燃 料侧电极中;以及氧气侧电极,将氧气提供到该氧气侧电极中,该燃 料侧电极和氧气侧电极被彼此相对地布置,并且在该两个电极之间插 入电解质层;燃料提供部件,其在与电解质层相对的侧上与燃料侧电极相对地 布置,用于将燃料提供到燃料侧电极中;以及氧气提供部件,其在与电解质层相对的侧上与氧气侧电极相对地 布置,用于将氧气提供到氧气侧电极中,其特征在于:该燃料侧电极 包含钴金属。(2) 如(1)所述的燃料电池,其特征在于:所述钴金属是钴金 属的细粉。(3) 如(2)所述的燃料电池,其特征在于:钴金属的所述细粉 的比表面积为从5到60 m2/g。(4) 如(2)或(3)所述的燃料电池,其特征在于:钴金属的前 述细粉的含量为从0.1到10.0mg/cm2。(5) 如(1)所述的燃料电池,其特征在于:燃料侧电极具有负 载在碳上的钴金属。(6) 如(5)所述的燃料电池,其特征在于:钴金属的比表面积为从6到140 m2/g。(7) 如(5)或(6)所述的燃料电池,其特征在于:钴金属的被 负载量为从0.1至U 10.0mg/cm2。(8) 如(1)到(7)的任何一个所述的燃料电池,其特征在于: 燃料是肼。(9) 如(1)到(8)的任何一个所述的燃料电池,其特征在于: 氧气侧电极包含银。(10) 如(9)所述的燃料电池,其特征在于:银被负载的量为从0.1至U 10 mg/cm2。根据本发明的燃料电池,燃料侧电极包含钴,这使得可以禁止燃 料的分解反应,以及导致氢氧离子与已经被提供到燃料侧电极中的燃 料直接反应,同时达到成本的降低。因此,可以实现燃料使用百分比的增加以及生热值的抑制,因此 使得可以提高发电性能。此外,由于可以在常温(30°C)附近获得高 活性,本发明的燃料电池作为用于例如在常温附近的温度下操作的小

尺寸便携式装置中的燃料电池是特别有用的。此外,由于电解质层在碱性气氛中,可以消除钴的洗脱,使得可 以增加燃料侧电极的耐久性。此外,在氧气侧电极包含银的情况下,可以获得输出性能的提高 同时获得成本的降低。附图说明图1是示出本发明的燃料电池的实现的实施例的示意性结构图。 图2是示出燃料侧电极的活性的测量结果的图。图3是示出电池的发电性能的测量的结果(电流输出特性)的图。 图4是示出电池的发电性能的测量的结果(电流-电压特性)的图。 图5是示出本发明的燃料电池和传统燃料电池在电流-电压特性上的对比的图。图6是示出本发明的燃料电池和传统燃料电池在电流输出特性上 的对比的图。具体实施方式图1是示出本发明的燃料电池的实现的实施例的示意性结构图。 在图1中,该燃料电池1包括用于燃料电池的电池S,该用于燃料电池 的电池S包括燃料侧电极2、氧气侧电极3和电解质层4,以及燃料侧 电极2和氧气侧电极3被彼此相对地布置,并且在该两个电极之间插 入电解质层4。燃料侧电极2被布置为与电解质层4的一侧相对。该燃料侧电极 2除了包含钴(Co)之外没有被特别地限制,优选地仅仅包含钴作为金 属催化剂,以及可以由钴的细粉形成,或以钴金属被负载在碳上的布 置来形成。

可以将钴金属的细粉限定为例如具有小于1 |im的基本粒子的平 均粒子直径。平均粒子直径表示通过X射线衍射方法测量的晶体直径的平均值,或表示通过在透射电子显微镜下的形态观察所确定的基本 粒子直径的平均值,而通过包括激光衍射的沉淀方法确定的粒子直径, 例如,随着基本粒子的聚结而增加,但是这些粒子直径被排除。此外,这样的钴金属的细粉的比表面积为从例如从5到60m2/g。用于从钴金属的细粉形成燃料侧电极2的方法不被特别地限制, 但是形成例如膜电极组件。可以利用已知方法来形成膜电极组件。例 如,首先,将钴金属的细粉和电解质溶液混合,然后利用适当的溶剂 例如醇来任意地调节其粘度,以制备钴金属的细粉的分散剂。接着, 将该分散剂散布在电解质层4 (阴离子交换膜)的表面上,以将钴金属 的细粉固定到电解质层4的表面上。钴金属的细粉的含量为例如0.1到10mg/cm2。进一步地,为了允许在碳上负载钴金属,制备钴的无机盐例如硝 酸钴的溶液或悬浮液,以及然后允许该溶液或悬浮液渗透多孔碳载体, 然后将其在还原气氛中煅烧。要负载的钴金属具有例如从5 nm到100 nm的平均基本粒子直径, 以及例如从6到140 m々g的比表面积。此外,钴金属的被负载量为例 如从0.1到10.0 mg/cm2,以及优选地从0.5到5.0 mg/cm2。在该燃料侧电极2中,如下所述,已经被提供的包含至少氢和氮 的化合物(在下文中被称为"燃料化合物")和已经通过电解质层4 的氢氧离子(OH—)相互反应,以产生电子(e—)、氮气(N2)和水(H20)。将氧气侧电极3与电解质层4的另一侧相对地并且接触地布置。

该氧气侧电极3不被特别地限制,但是采取例如其上负载有催化剂的 多孔电极的形式。只要催化剂具有如下所述从氧气(02)和水(H20)产生氢氧离子(Off)的催化作用,对催化剂不进行特别地限定,该催化剂可以是 属于元素周期表中第8到10 (VIII)族的元素例如铂族元素(Ru、 Rh、 Pd、 Os、 Ir、 Pt)和铁族元素(Fe、 Co、 Ni),以及可以是第11 (IB) 族的元素例如Cu、 Ag和Au,或者可以是这些元素的组合。在这些元 素中优选Ag和Ni,更优选的是Ag。催化剂的被负载量为例如从0.1 至Ul0mg/cm2,以及优选地从O.l到5mg/cm2。此外,优选地在碳上负 载催化剂。在该氧气侧电极3中,如稍后所述,将已经被提供的氧气(02)、 水(H20)和已经通过外部电路13的电子(e—)进行反应,以产生氢氧 离子(OH—)。利用阴离子交换膜形成电解质层4。阴离子交换膜不被特别限定, 只要其是这样的介质,通过其,在氧气侧电极3中产生的氢氧离子(OH 一)可以从该氧气侧电极3移动到燃料侧电极2,其可以是具有阴离子 交换基的固体聚合物膜,该阴离子交换基例如季胺基和吡啶基(阴离 子交换树脂)。用于燃料电池的电池S进一步包括燃料提供部件5和氧气提供部 件6。燃料提供部件5由不透气导电部件制成,以及该燃料提供部件5 的一侧与燃料侧电极2相对地与燃料侧电极2接触。此外,该燃料提 供部件5具有形成在其中的燃料侧通道7,该通道7用于允许燃料与整 个燃料侧电极2接触,作为一侧上的下陷的之字形槽。该燃料侧通道7 具有形成为分别地连接到上游和下游并且延伸通过燃料提供部件5的 进料开口 8以及排放开口 9。 此外,氧气提供部件6也由不透气导电部件制成,并类似于燃料提供部件5地与氧气侧电极3相对地与该氧气侧电极3接触。此外, 氧气提供部件6也具有形成在其中的氧气侧通道10,该通道10用于允 许氧气(空气)与整个氧气侧电极3接触,作为一侧上的下陷的之字 形槽。该氧气侧通道IO也具有形成为分别地连接到上游和下游并且延 伸通过氧气提供部件6的进料开口 ll和排放开口 12。通常将该燃料电池1形成为堆叠结构,该堆叠结构具有多个电池 S,该堆叠结构用于堆叠在其中的燃料电池。因此,实际上将燃料提供 部件5和氧气提供部件6形成为隔离器,该隔离器的两侧上形成有燃 料侧通道7和氧气侧通道10。虽然没有示出,该燃料电池1包括电流集电器,该电流集电器由 导电材料制成,并布置为以至于可以在电流集电器中提供的终端处取 出燃料电池1中生成的电动势。此外,按照经验(属于模型一类),可以利用在外部电路13中提 供的电压表14,来测量生成的电压,利用该电压表14,将用于燃料电 池的该电池S的燃料提供部件5和氧气提供部件6彼此连接。在本发明中,直接地提供包含燃料化合物的前述燃料,而无需经 过改良等等。在该燃料化合物中,优选地将氢直接键接到氮。进一步地,该燃 料化合物优选地具有氮-氮键,以及不具有碳-碳键。此外,在该燃料化 合物中的碳原子的数量优选尽可能地小,更优选地为零。此外,该燃料化合物可以包含氧原子、硫原子等,更优选地以羰 基、羟基、氢氧化物、硫酸基、硫酸盐等等的方式包含氧原子、硫原 子等,只要其特性不被削弱。

从这方面来看,本发明中的燃料化合物的特定例子包括:肼,例如肼(丽2丽2)、水合肼(NH2NH2.H20)、碳酸月井((NH2NH2)2C02)、 硫酸肼(NH2NH2.H2S04)、 一甲基肼(CH3NHNH2) 、 二甲基肼((CH3) 2NNH2、 CH3NHNHCH3)、以及碳酰肼((NHNH2) 2CO)、尿素 (丽2CONH2)、氨(NH3);杂环,例如咪唑、1,3,5-三嗪和3-氨基-1,2,4-三唑;以及胲,例如胲(NH2OH)和硫酸胲(NH2OH.H2S04)。这些 燃料化合物可以被单独地使用,或者两个或多个地组合使用。优选地, 使用肼。在这些燃料化合物中,如在稍后所述的肼反应中,不具有碳的化 合物也就是肼(NH2NH2)、水合肼(NH2NHrH20)、硫酸肼 (NH2NH2.H2S04)、氨(丽3)、胲(NH2OH)、硫酸胲(NH2OH.H2S04) 等不被co催化中毒,以及因此可以获得耐久性的增加,使得可以实现实际的零泄出。虽然燃料可以是以上例示的燃料化合物的原样,但是以上例示的 燃料化合物可以以水溶液和/或醇(例如低级醇,诸如甲醇、乙醇、丙 醇和异丙醇)溶液的形式使用。在这样的情况下,在溶液中的燃料化 合物的浓度取决于燃料化合物的类型,但是例如为按重量计从1到90%,以及优选地为按重量计从1到30%。此外,可以使用气体形式(例如蒸汽)下的燃料化合物作为燃料。当将燃料提供到燃料提供部件5的燃料侧通道7中,同时将氧气 (空气)提供到氧气提供部件6的氧气侧通道10中,如下所述,已经 在燃料侧电极2处产生并且移动通过外部电路13的电子(e—)、水(H20) 和氧气(02)在氧气侧电极3处彼此反应,以产生氢氧离子(OH—)。 然后,由此产生的氢氧离子(OH—)从氧气侧电极3转移通过由阴离子 交换膜制成的电解质层4,到燃料侧电极2。在燃料侧电极2处,已经

通过电解质层4的氢氧离子(OH—)和燃料彼此反应,以产生电子(e 一)。由此产生的电子(e—)从燃料提供部件5转移通过外部电路13 到氧气提供部件6,然后电子(e—)从该氧气提供部件6被提供到氧气 侧电极3中。在燃料侧电极2和氧气侧电极3处的电化学反应导致电 动势的产生,从而进行发电。这些电化学反应包括两种类型的反应,也就是: 一级反应,包括 在燃料侧电极2处将燃料直接地与氢氧离子(OH—)反应;二级反应, 其包括将燃料分解为氢气(H2)和氮气(N2),以及然后将通过分解 产生的氢气(H2)与氢氧离子(OH—)反应。例如,在使用肼(NH2NH2)作为燃料的情况下,可以利用以下的 反应方程式(1)到(3),来将一级反应分别表示为在燃料侧电极2 处的反应、在氧气侧电极3处的反应和总体的反应:(1) NH2NH2 + 40H—— 4H20 + N2 + 4e—(燃料侧电极)(2) 02 + 2H20 + 4e— — 40H—(氧气侧电极)(3) NH2NH2 + 02 ~> 2H20 + N2 (总体)可以使用以下的反应方程式(4)到(7),来将二级反应分别表 示为在燃料侧电极2处的反应、在氧气侧电极3处的反应、和总体的反应:(4) NH2NH2 —2H2 + N2 (分解反应:燃料侧电极)(5) H2+20H_—2H20 + 2e— (燃料侧电极)(6) l/202 + H20 + 2e— — 20H—(氧气侧电极)(7) H2+l/202 — H20 (总体)如在上述反应方程式(4)所示,在二级反应中,首先肼(NH2NH2) 分解为氢气(H2)和氮气(N2),导致用于分解反应的能量的损耗。 因此,当二级反应和一级反应的比率增加时,则导致燃料使用百分比 降低或生热量的升高,不可避免地导致发电性能的损坏。

然而,铂族元素尤其是铂,其迄今已经被包含在燃料侧电极2中 作为金属催化剂,是昂贵的,但是可以容易地导致由前述方程式(4) 表示的分解,并因此具有对于发电性能的提高的限制。然而,在该燃料电池l中,如前所述,燃料侧电极2包含钴作为金属催化剂。该钴比铂族元素例如铂便宜,并且可以抑制燃料(在前述例子中为肼)的分解反应(由前述方程式(4)表示的分解反应), 以促进燃料和氢氧离子(OH—)的直接反应(由前述方程式(1)表示 的反应)。因此,可以实现燃料使用百分比的提高和生热量的抑制, 同时获得成本降低,因此使得可以提高发电性能。该燃料电池1的操作条件不被特别地限制,但是例如,在燃料侧 电极2侧处的压力被预定为200kPa或更少,优选地为100 kPa或更少; 在氧气侧电极3侧处的压力被预定为200 kPa或更少,优选地为100 kPa 或更少;以及在用于燃料电池的电池S的温度被预定为从0。C到120。C, 优选地为从20°C到SO。C。虽然己经在前面参考本发明的实现的实施例对于本发明进行了描 述,但是本发明的实现的实施例不被局限于此,以及可以对设计进行 修改而不偏离本发明的实质。本发明的燃料电池的使用的例子包括用于驱动汽车、船、飞机等 中的电机的电源,以及包括在通信终端例如蜂窝式电话中的电源。将结合例子和比较例来描述本发明,但是本发明不被限制为以下 的例子。<燃料侧电极的活性的测量〉分别地为由钴金属的细粉、上面负载有钴的碳和上面负载有铂的

碳制成的三个燃料侧电极制备测试件,并测量这些测试件的活性。通过如下步骤来制备由钴(CO)的细粉制成的燃料侧电极的测试 件:适当地将钴纳米粉末(平均粒子直径:28nm;比表面积:50 m2/g; 由JunyeNano Material Co.生产)和阴离子交换树脂的混合物分散在有 机溶剂例如醇中,以制备墨,利用微量移液管量出1 ^L的由此获得的 墨,并将该墨滴在玻璃质碳电极上,并将该墨进行干燥。通过如下步骤来制备由上面负载有钴的(Co/C)制成的燃料侧电 极的测试件:用硝酸钴的水溶液浸泡碳(Vulcan XC-72;比表面积:250 m2/g);在还原气氛中对碳进行煅烧,以生成粉末;适当地将由此获得 的粉末和阴离子交换树脂的混合物分散在有机溶剂例如醇中,以制备 墨;利用微量移液管量出1 jiL的由此获得的墨,并将该墨滴在玻璃质 碳电极上,并将该墨进行干燥。通过如下步骤来制备上面负载有铂的碳电极(Pt/C)的测试件: 适当地将用于PEFC的电极催化剂(TEC10V50E,由Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.生产)和阴离子交换树脂的混合物分散在有机溶剂例如 醇中,以制备墨;利用微量移液管量出1 ]iL的由此获得的墨,将该墨 滴到玻璃纸碳电极上,并将该墨进行干燥。通过使用旋转盘式电极,利用循环伏安法来确定肼的氧化电势, 从而测量燃料侧电极的活性。稍微详细地说,将燃料侧电极的前述测 试件稳定在KOH的1N水溶液中,然后将该测试件浸在以1 mol/L的 比例包含水合肼的KOH的1 N水溶液中,在该水溶液中对测试件的活 性进行测量。使用铂丝作为对电极,以及使用银-氯化银电极作为参比 电极。活性测量的扫描范围,对于Co为从-1.2到-l V、对于Co/C为从 -1.2至IJ-0.8 V、以及对于Pt/C为从-1.0到-0.9V (相对于Ag/AgCl)。活性测量的结果(阴极扫描)显示在图2中。 如在图2中所示,Co和Co/C示出在低电势处的上升以及由此与 Pt/C相比较少的电压损失(过电压),Pt/C通常作为用于燃料侧电极 的催化剂。进一步地,在相同电势处获得更高的电流。<电池的发电性能的测量>使用钴金属的细粉的燃料侧电极,为三个氧气侧电极的每个制造阴离子交换膜-电极组件的电池单元,该三个氧气侧电极也就是:上面负载有银的碳、上面负载有铂的碳和上面负载有镍的碳,以及然后对 于这些电池单元的发电性能进行测量。对于制备该阴离子交换膜-电极组件,将钴纳米粉末(平均粒子直径:28 nm;比表面积:50 m2/g;由Junye Nano Material Co.生产)以及阴离子交换树脂进行混合,适当地将由此获得的混合物分散在有机 溶剂例如醇中,以制备墨,然后直接将由此获得的墨散布在阴离子交 换膜的一个表面上以在该一个表面上完整地形成燃料侧电极(Co)。 接着,将碳粉以及阴离子交换树脂进行混合,该碳粉可以为:上面负 载有按重量计50%的银的碳粉,通过利用硝酸银的水溶液来浸渍碳 (Vulcan XC-72;比表面积:250 m2/g)以及然后在还原气氛中对该碳 进行干燥从而获得;上面负载有铂的碳粉(用于PEFC的电极催化剂; TEC10V50E,由TanakaKikinzokuKogyoCo., Ltd.生产);或者为上面 负载有按重量计50%的镍粉的碳粉,通过利用硝酸镍的水溶液来浸渍 碳(Vulcan XC-72)然后在还原气氛中对该碳进行干燥从而获得;适当 地将由此获得的混合物散布在有机溶剂例如醇中,以制备墨,接着将 由此获得的墨直接地散布在阴离子交换膜的另一表面上,以在另一表 面上整体地形成氧气侧电极(Ag/C、 Pt/C或Ni/C)。阴离子交换膜-电极组件中的氧气侧电极上负载的催化剂的量和 燃料侧电极中包括的催化剂的量如下:(1)燃料侧电极(Co) : 2.6mg/cm2,氧气侧电极(Ag/C) : 2.6 mg/cm(2)燃料侧电极(Co) : 2.7mg/cm2,氧气侧电极(Pt/C) : 2.6 mg/cm2(1)燃料侧电极(Co) : 2.6 mg/cm2,氧气侧电极(Ni/C) : 2.6 mg/cm2接着,将作为气体扩散层的导电多孔材料的碳薄板连接到由此获 得的阴离子交换膜-电极组件的两个表面,从而制备燃料电池的单个电 池单元。将水合肼的1 mol/dm3的KOH的1N水溶液和空气,分别地以2 mL/min和0.5 L/min的速度被提供到单个电池单元的燃料侧电极中和 氧气侧电极中。关于操作条件,进料压力为120 kPa.abs,以及电池操 作温度为30°C。在这些条件下获得的电流输出特性和电流-电压特性分别在图3和 图4中示出。如图3和图4所示,当氧气侧电极是Ag/C时,其示出较高的输出 密度和优异的输出特性。进一步地,当氧气侧电极是Ni/C时,其相较 于是Pt/C的氧气侧电极示出被损坏的输出特性,但是Ni的价格大大低 于Pt, Ni/C在成本上是有利的,以及从成本效应的角度上示出充分的 输出特性。进一步地,将包括阴离子交换膜-电极组件的单个电池单元的输出 特性与包括传统直接甲醇型燃料电池(DMFC)的单个电池单元的输出 特性进行比较,该阴离子交换膜-电极组件包括由钴金属(Co)的细粉 制成的燃料侧电极和由上面负载有银的碳(Ag/C)制成的氧气侧电极。使用两种类型的DMFC,也就是, 一种包括聚合物膜,该聚合物 膜是阴离子交换膜(阴离子型),以及一种包括聚合物膜,该聚合物

是阳离子交换膜(阳离子型)。如图5和图6所示,前述(1)(本例子)的单个电池单元在输出 特性上与阴离子型DMFC和阳离子型DMFC相比是优异的。稍微详细 地说来,阳离子型DMFC在最高输出密度处的电压是0.2 V (效率: 17%),而前述(1)(本例子)的单个电池单元在最高输出密度处的 电压是0.5 V (效率:32%)。进一步地,前述(1)(本例子)的单个电池单元不含昂贵的Pt 或Ru作为电极催化剂,并因此较为便宜,以及与DMFC相比采用紧凑装置的形式。本发明不被限制为以上描述,并且可以在权利要求所述的范围内, 在本发明中进行多个设计变化。工业实用性根据本发明的燃料电池,可以实现燃料使用百分比的提高和生热 量的抑制,并因此使得可以提高发电性能。

Claims (10)

1.一种燃料电池,包括: 电解质层,其为阴离子交换膜; 燃料侧电极,包括至少包含氢和氮的化合物的燃料被提供到该燃料侧电极中;氧气侧电极,氧气被提供到该氧气侧电极中,所述燃料侧电极和氧气侧电极被彼此相对地布置,并且在该两个电极之间插入电解质层; 燃料提供部件,其在与所述电解质层相对的侧上与所述燃料侧电极相对地布置,用于将燃料提供到所述燃料侧电极中;以及 氧气提供部件,其在与所述电解质层相对的侧上与所述氧气侧电极相对地布置,用于将氧气提供到所述氧气侧电极中,其特征在于:所述燃料侧电极包含钴金属。
2. 根据权利要求l所述的燃料电池,其特征在于:所述钴金属是 钴金属的细粉。
3. 根据权利要求2所述的燃料电池,其特征在于:所述钴金属细 粉的比表面积为从5到60 m2/g。
4. 根据权利要求2或3所述的燃料电池,其特征在于:所述钴金 属细粉的含量为从0.1到10.0mg/cm2。
5. 根据权利要求l所述的燃料电池,其特征在于:所述燃料侧电 极具有负载在碳上的钴金属。
6. 根据权利要求5所述的燃料电池,其特征在于:所述钴金属的 比表面积为从6到140 m2/g。
7. 根据权利要求5或6所述的燃料电池,其特征在于:所述钴金属的被负载量为从O.l到10.0mg/cm2。
8. 根据权利要求1到7的任何一个所述的燃料电池,其特征在于: 所述燃料是肼。
9. 根据权利要求1到8的任何一个所述的燃料电池,其特征在于:所述氧气侧电极包含银。
10. 根据权利要求9所述的燃料电池,其特征在于:所述银的被负载量为从0.1到10 mg/cm2。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102362382A (zh) * 2009-03-24 2012-02-22 大发工业株式会社 燃料电池

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006244960A (ja) * 2005-03-07 2006-09-14 Daihatsu Motor Co Ltd 燃料電池
EP2133946A4 (en) * 2007-03-27 2013-05-01 Daihatsu Motor Co Ltd Fuel cell
JP2008288145A (ja) * 2007-05-21 2008-11-27 Toyota Motor Corp 燃料電池
JP5112796B2 (ja) 2007-09-13 2013-01-09 ダイハツ工業株式会社 燃料電池システム
JP5121385B2 (ja) 2007-10-12 2013-01-16 ダイハツ工業株式会社 燃料電池システム
CN102325602B (zh) * 2009-02-23 2015-07-22 塞尔拉公司 用于碱性膜燃料电池的催化剂涂层膜(ccm)和催化剂膜/催化层及其制备方法
WO2010007949A1 (ja) 2008-07-15 2010-01-21 国立大学法人 北海道大学 燃料電池及びこれを用いた発電方法
US20110236782A1 (en) 2008-09-22 2011-09-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
US9553315B2 (en) 2008-11-12 2017-01-24 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Direct liquid fuel cell having ammonia borane or derivatives thereof as fuel
JP2010225470A (ja) * 2009-03-24 2010-10-07 Daihatsu Motor Co Ltd 燃料電池システム
WO2011072304A2 (en) * 2009-12-11 2011-06-16 Promerus Llc Norbornene-type polymers having quaternary ammonium functionality
US8765894B2 (en) 2009-12-11 2014-07-01 Promerus, Llc Norbornene-type polymers having quaternary ammonium functionality
EP2550238A1 (en) 2010-03-25 2013-01-30 Saint Petersburg State University Layered titanates
JP5570864B2 (ja) * 2010-04-21 2014-08-13 ローム株式会社 固体電解コンデンサおよびその製造方法
WO2012049616A1 (en) 2010-10-14 2012-04-19 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. A direct liquid fuel cell having ammonia borane, hydrazine, derivatives thereof or/and mixtures thereof as fuel
JP5653716B2 (ja) * 2010-10-27 2015-01-14 ダイハツ工業株式会社 燃料電池
JP5824307B2 (ja) * 2010-11-24 2015-11-25 ダイハツ工業株式会社 燃料電池
JP5824306B2 (ja) * 2010-11-24 2015-11-25 ダイハツ工業株式会社 燃料電池
EP2722920B1 (en) 2011-06-20 2018-08-08 Santoku Corporation Solid electrolyte, solid electrolyte membrane, fuel battery cell, and fuel battery
JP2013134981A (ja) * 2011-12-27 2013-07-08 Daihatsu Motor Co Ltd 燃料電池システム
AT514461B1 (de) * 2013-06-19 2015-02-15 Gerd Dr Ascher Die Rolle des Stickstoffs in Verbindung mit solarer oder Bio-Energie als Energie-Lieferant der Zukunft

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6142875A (en) * 1984-08-02 1986-03-01 Hitachi Ltd Fuel cell
US5164060A (en) * 1990-06-11 1992-11-17 The Dow Chemical Company Ion exchange membrane having increased efficiency in proton exchange processes
US5766787A (en) * 1993-06-18 1998-06-16 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Solid polymer electrolyte composition
JP3375200B2 (ja) * 1993-06-18 2003-02-10 政廣 渡辺 高分子固体電解質組成物
JPH11273695A (ja) * 1998-03-19 1999-10-08 Asahi Glass Co Ltd 固体高分子電解質型メタノール燃料電池
US20040209965A1 (en) * 1998-10-16 2004-10-21 Gascoyne John Malcolm Process for preparing a solid polymer electrolyte membrane
EP1460705A4 (en) * 2001-12-27 2006-09-13 Daihatsu Motor Co Ltd Fuel cell
US20060058500A1 (en) * 2002-10-21 2006-03-16 Paolo Bert Platinum-free electrocatalyst materials
JP4078251B2 (ja) * 2003-05-30 2008-04-23 キヤノン株式会社 燃料電池および小型電気機器
US7097933B2 (en) * 2003-06-09 2006-08-29 Ovonic Battery Company, Inc. Catalyst for fuel cell oxygen electrodes
JP2005071645A (ja) * 2003-08-28 2005-03-17 Daihatsu Motor Co Ltd 水素供給装置および燃料電池装置
JP5082187B2 (ja) * 2003-10-06 2012-11-28 日産自動車株式会社 固体高分子型燃料電池用電極触媒粒子の製造方法
ITFI20050002A1 (it) * 2005-01-11 2006-07-12 Acta Spa Assemblati mambrana-elettrodi per celle a combustibile, loro fabbricazione ed uso e celle a combustibile che le contegono

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102362382A (zh) * 2009-03-24 2012-02-22 大发工业株式会社 燃料电池

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006095840A1 (ja) 2006-09-14
EP1843416A1 (en) 2007-10-10
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JP2006244961A (ja) 2006-09-14
EP1843416A4 (en) 2009-08-19

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