JP2002151132A - グリコールを燃料にした燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】毒性が低く、その取り扱いが容易な燃料を直接
燃料電池のアノードに供給する燃料電池を提供する。 【解決手段】燃料電池において、グリコールを電気化学
的に酸化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、燃料と酸化剤とを電解質を
介して電気化学的に反応させ、直接電気を取り出すこと
ができる電池である。この燃料電池には、固体高分子形
燃料電池、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、
固体酸化物形燃料電池およびアルカリ電解質形燃料電池
がある。

【０００３】このなかで、固体高分子形燃料電池（ＰＥ
ＦＣ）は、比較的低温で作動し、エネルギー効率が高い
ために電気自動車用電源またはポータブル電源としての
期待が高い。

【０００４】固体高分子形燃料電池は、パーフルオロカ
ーボンスルフォン酸膜等のイオン交換膜を電解質とし、
このイオン交換膜の両面にアノードとカソードの各電極
を接合して構成され、アノードに燃料、カソードに酸化
剤を供給して電気化学反応により発電する装置である。
燃料としては水素を用いるものとメタノールを用いるも
のがある。

【０００５】水素を燃料に用いる場合には、その実用性
を考慮して車上にメタノールを貯蔵し、メタノールと水
との化学反応を利用した改質器を用いて必要な量だけメ
タノールを水素に変えてＰＥＦＣに供給する。ここで用
いられるＰＥＦＣがメタノール改質燃料電池である。

【０００６】一方、後者のメタノールを燃料として用い
る場合、メタノールをＰＥＦＣに直接供給して、ＰＥＦ
Ｃ内でメタノールを電気化学的に酸化する。ここで用い
られるＰＥＦＣが直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ：
Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）
である。このＤＭＦＣは、改質器が不要で燃料電池シス
テム全体をコンパクト化できることからメタノール改質
燃料電池の次世代電池としての期待が大きい。

【０００７】燃料にメタノール、酸化剤に酸素を用いた
場合を例に、各電極で生じる電気化学反応を下記に示
す。

【０００８】 アノード：ＣＨ₃ＯＨ＋ Ｈ₂Ｏ →ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^- カソード：３／2Ｏ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-→３Ｈ₂Ｏ 全反応： ＣＨ₃ＯＨ＋３／2Ｏ₂＋ Ｈ₂Ｏ →ＣＯ₂＋３Ｈ
₂Ｏ ここで、カソードの触媒粒子としては酸素の電気化学的
還元反応に高い触媒活性を示す白金黒が用いられてい
る。またアノード触媒粒子には、メタノールの電気化学
的酸化反応に対する活性が高い白金族金属元素を含む触
媒、たとえばＰｔ−Ｒｕ合金、Ｐｔ−ＲｕＯ_x合金およ
びＰｔ−Ｓｎ合金粒子が用いられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このＤＭＦＣは、改質
器が不要で燃料電池システム全体をコンパクト化できる
ことから、電気自動車用電源またはポータブル電源とし
ての期待が高い。しかし、メタノールは視神経障害を誘
発するなど非常に毒性が高いことから、その燃料が漏れ
た場合には、環境に対する負荷が非常に大きい。さら
に、沸点（６５℃）および引火点（１１℃）が非常に低
いこととにより、その取り扱いが大変難しい。

【００１０】そこで、本発明は、毒性が低く、その取り
扱いが容易な燃料を直接燃料電池のアノードに供給する
燃料電池を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、燃料
電池において、グリコールを電気化学的に酸化すること
を特徴とする。請求項１の発明によれば、毒性の低い燃
料を使用するため、取り扱いが容易で、安全性に優れた
燃料電池が得られる。

【００１２】請求項２の発明は、上記燃料電池におい
て、燃料電池が固体高分子形燃料電池であることを特徴
とする。請求項２の発明によれば、小型で軽量の燃料電
池が得られる。

【００１３】請求項３の発明は、上記燃料電池におい
て、グリコールが、プロピレングリコールまたはエチレ
ングリコールの少なくともひとつであることを特徴とす
る。請求項３の発明によれば、グリコールの沸点が高い
ために取り扱いが容易で、しかも発電効率の高い燃料電
池が得られる。

【００１４】請求項４の発明は、燃料電池を用いた発電
システムに関するもので、燃料としてグリコールを含む
溶液を用い、それを燃料電池に直接供給することを特徴
とする。請求項４の発明によれば、優れた特性を示す発
電システムを得ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の燃料電池は、グリコール
を電気化学的に酸化することを特徴とする。本発明の燃
料電池は、固体高分子形燃料電池、リン酸形燃料電池、
溶融炭酸塩形燃料電池、固体酸化物形燃料電池およびア
ルカリ電解質形燃料電池のいずれでもよいが、低温で運
転可能であることから固体高分子形燃料電池、リン酸形
燃料電池およびアルカリ電解質形燃料電池が好ましく、
１００℃以下の温度で運転可能で、空気中の二酸化炭素
の影響を受けないことから、固体高分子形燃料電池が特
に好ましい。

【００１６】また、本発明に使用するグリコールは、２
個の水酸基が２個の相異なる炭素原子に結合している脂
肪族あるいは脂環式化合物であり、例えばエチレングリ
コール、プロピレングリコール、トリメチレングリコー
ル、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオー
ル、１，６−ヘキサンジオール、１，７−ヘプタンジオ
ール、１，８−オクタンジオール、１，9−ノナンジオ
ール、１，１０−デカンジオール、シクロペンタン−
１，２−ジオール、シクロヘキサン−１，２−ジオー
ル、シクロヘキサン−１，４−ジオール等があるが、発
電効率が高いことと沸点が高い（１８０℃以上）ことと
からからエチレングリコール、プロピレングリコールで
あることが好ましい。また、毒性が低いことからプロピ
レングリコールであることがとくにに好ましい。

【００１７】本発明の発電システムに用いるグリコール
を含む溶液は、上述のグリコールを水または／およびア
ルコールに溶解したものが好ましい。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を好適な実施例を用いてさらに
説明する。

【００１９】［実施例１］８ｍｇの白金黒を担持したア
ノードと４ｍｇの白金黒を担持したカソードとを備えた
固体高分子形燃料電池の、アノードに１ｍｏｌ／ｌのプ
ロピレングリコール水溶液を、カソードに３気圧に加圧
した空気をそれぞれ供給した場合の出力特性を図１に示
す。この運転温度は、９０℃で、電圧は０．４Ｖ一定と
した。

【００２０】図１より、本発明の発電システムは、毒性
が低く、さらに沸点も高い（１８７℃）ために、取り扱
いの容易な燃料を燃料電池に直接供給して発電できるこ
とがわかった。また、本燃料電池は、改質器が不要で非
常にコンパクトなシステムとすることが可能であった。

【００２１】［実施例２］８ｍｇの白金黒を担持したア
ノードと８ｍｇの白金黒を担持したカソードとを備えた
アルカリ形燃料電池の、アノードに１ｍｏｌ／ｌのエチ
レングリコール水溶液を、カソードに３気圧に加圧した
酸素をそれぞれ供給した場合の出力特性を図２に示す。
この運転温度は、９０℃で、電圧は０．４Ｖ一定とし
た。

【００２２】図２より、本発明の発電システムは、沸点
が高い（１９７℃）ために取り扱いの容易な燃料を燃料
電池に直接供給して発電できることがわかった。また、
本燃料電池は、改質器が不要で非常にコンパクトなシス
テムとすることが可能であった。

【００２３】

【発明の効果】本発明の燃料電池は、毒性が低く、さら
に沸点も高いために、取り扱いの容易な燃料を燃料電池
に直接供給して発電できるシステムを供給することがで
きる。また、本燃料電池は、改質器が不要で非常にコン
パクトなシステムとすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体高分子形燃料電池の、出力電流の
経時変化を示す図。

【図２】本発明のアルカリ形燃料電池の、出力電流の経
時変化を示す図。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 グリコールを電気化学的に酸化すること
   を特徴とする燃料電池。
2. 【請求項２】 燃料電池が固体高分子形燃料電池である
   ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
3. 【請求項３】 グリコールが、プロピレングリコールま
   たはエチレングリコールの少なくともひとつであること
   を特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
4. 【請求項４】 燃料としてグリコールを含む溶液を用
   い、それを燃料電池に直接供給することを特徴とする発
   電システム。