JP2002222656A - 液体燃料直接供給型燃料電池 - Google Patents
液体燃料直接供給型燃料電池Info
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡素化できる液体燃料直接供給型燃料電池を得
る。 【解決手段】プロトン導電性固体高分子膜よりなる電解
質１と、酸素選択反応性を付与した正極２と、燃料選択
反応性を付与した負極３とを有し、前記正極２および負
極３が前記電解質１の表面上に設けられ、該表面上に液
体有機化合物と水の混合物からなる燃料と酸化剤ガスを
同時に供給し、前記正極２、負極３間に電力を得る。
る。 【解決手段】プロトン導電性固体高分子膜よりなる電解
質１と、酸素選択反応性を付与した正極２と、燃料選択
反応性を付与した負極３とを有し、前記正極２および負
極３が前記電解質１の表面上に設けられ、該表面上に液
体有機化合物と水の混合物からなる燃料と酸化剤ガスを
同時に供給し、前記正極２、負極３間に電力を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液体燃料を直接供給
して発電する液体燃料直接供給型燃料電池に関するもの
で、さらに詳しく言えば、負極にメタノールやエタノー
ルなどの液体燃料を直接供給し、正極に空気などの酸化
剤ガスを供給して発電を行う、小型化できる、ポータブ
ル用に適した、液漏れのない構造の液体燃料直接供給型
燃料電池に関するものである。
して発電する液体燃料直接供給型燃料電池に関するもの
で、さらに詳しく言えば、負極にメタノールやエタノー
ルなどの液体燃料を直接供給し、正極に空気などの酸化
剤ガスを供給して発電を行う、小型化できる、ポータブ
ル用に適した、液漏れのない構造の液体燃料直接供給型
燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、環境問題や資源問題への対策が重
要視され、その対策の一つとして燃料電池の開発が活発
に行われている。特に、燃料のアルコールを改質または
ガス化せずに直接発電に利用する直接メタノール型燃料
電池は、構造がシンプルで小型化、軽量化が容易である
という点で、可搬型電源や分散型電源用として注目され
ている。
要視され、その対策の一つとして燃料電池の開発が活発
に行われている。特に、燃料のアルコールを改質または
ガス化せずに直接発電に利用する直接メタノール型燃料
電池は、構造がシンプルで小型化、軽量化が容易である
という点で、可搬型電源や分散型電源用として注目され
ている。
【０００３】前記直接メタノール型燃料電池は、特表２
０００−５０２２０５号公報に、その構造が記載されて
いるが、図６に示したようなものである。すなわち、図
６に示したように、ナフィオン（デュポン社の製品名）
などのプロトン導電性固体高分子膜よりなる電解質１
と、この電解質１の一方の面に、炭素微粉末に白金また
は白金合金を担持した触媒を塗布したカーボン製の多孔
性導電シートをホットプレスすることによって設けた正
極２と、他方の面に、同じように設けた負極３とを有
し、前記正極２側には、図示していないが、酸化剤ガス
としての酸素または空気を供給するための溝構造を持っ
た正極セパレーターが配され、前記負極３側には、図示
していないが、液体燃料を供給するための溝構造を持っ
た負極セパレーターが配され、これらのセパレーターに
よって前記電解質１、正極２および負極３が挟持されて
いる。
０００−５０２２０５号公報に、その構造が記載されて
いるが、図６に示したようなものである。すなわち、図
６に示したように、ナフィオン（デュポン社の製品名）
などのプロトン導電性固体高分子膜よりなる電解質１
と、この電解質１の一方の面に、炭素微粉末に白金また
は白金合金を担持した触媒を塗布したカーボン製の多孔
性導電シートをホットプレスすることによって設けた正
極２と、他方の面に、同じように設けた負極３とを有
し、前記正極２側には、図示していないが、酸化剤ガス
としての酸素または空気を供給するための溝構造を持っ
た正極セパレーターが配され、前記負極３側には、図示
していないが、液体燃料を供給するための溝構造を持っ
た負極セパレーターが配され、これらのセパレーターに
よって前記電解質１、正極２および負極３が挟持されて
いる。
【０００４】上記した直接メタノール型燃料電池は、負
極３に燃料としてのメタノール水溶液などを供給し、正
極２に酸化剤ガスとしての空気などを供給すると、負極
３ではメタノールと水が反応する電気化学反応によって
炭酸ガスが生成するとともに水素イオンと電子を放出
し、正極２では電解質１を通過してきた前記水素イオン
と空気中の酸素と電子によって水が生成し、外部回路に
電気エネルギーを得ることができるが、この燃料や酸化
剤ガスの供給方法としては、ポンプ等の動力によって正
極２や負極３に供給する方法が一般的であった。
極３に燃料としてのメタノール水溶液などを供給し、正
極２に酸化剤ガスとしての空気などを供給すると、負極
３ではメタノールと水が反応する電気化学反応によって
炭酸ガスが生成するとともに水素イオンと電子を放出
し、正極２では電解質１を通過してきた前記水素イオン
と空気中の酸素と電子によって水が生成し、外部回路に
電気エネルギーを得ることができるが、この燃料や酸化
剤ガスの供給方法としては、ポンプ等の動力によって正
極２や負極３に供給する方法が一般的であった。
【０００５】ところが、このような燃料や酸化剤ガスの
供給方法は、ポンプ等の動力源を必要とするため、直接
メタノール型燃料電池の特徴である、構造がシンプルで
小型化、軽量化が容易であるという特徴が発揮できない
ため、燃料を供給する方法については、特開昭５９−６
６０６６号公報や特開平６−１８８０６号公報に、多孔
質材料の毛細管現象を利用することが開示され、空気を
供給する方法についても、拡散のみによって行うことが
検討されてきた。
供給方法は、ポンプ等の動力源を必要とするため、直接
メタノール型燃料電池の特徴である、構造がシンプルで
小型化、軽量化が容易であるという特徴が発揮できない
ため、燃料を供給する方法については、特開昭５９−６
６０６６号公報や特開平６−１８８０６号公報に、多孔
質材料の毛細管現象を利用することが開示され、空気を
供給する方法についても、拡散のみによって行うことが
検討されてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記した方法は、直接
メタノール型燃料電池の小型化、軽量化に寄与すること
はできるが、燃料を負極セパレーターに供給し、酸化剤
ガスを正極セパレーターに供給して発電を行う構造であ
るため、酸化剤ガスと燃料を別々に供給する機構にしな
ければならないため、電池構造が複雑になって、さらに
小型化する上での障害の一つになるという問題や電池コ
ストの増加の原因になるという問題があった。
メタノール型燃料電池の小型化、軽量化に寄与すること
はできるが、燃料を負極セパレーターに供給し、酸化剤
ガスを正極セパレーターに供給して発電を行う構造であ
るため、酸化剤ガスと燃料を別々に供給する機構にしな
ければならないため、電池構造が複雑になって、さらに
小型化する上での障害の一つになるという問題や電池コ
ストの増加の原因になるという問題があった。
【０００７】また、実用上の観点から見ると、このよう
な燃料電池の正極２は、酸化剤ガスとしての空気を外気
から取り入れる必要性から、それはケースの外面に配さ
れ、ガス電極としての機能を持たせる必要性から、それ
は適度に撥水処理を行った多孔性の電極であることが多
く、寿命末期になると、正極２の撥水性能の低下によっ
て正極２から外部に電池内の水や燃料の一部が漏洩し、
周辺の部品や材料の腐蝕の原因になったり、電池を組み
込んだ装置自体の故障の原因になるという問題があっ
た。
な燃料電池の正極２は、酸化剤ガスとしての空気を外気
から取り入れる必要性から、それはケースの外面に配さ
れ、ガス電極としての機能を持たせる必要性から、それ
は適度に撥水処理を行った多孔性の電極であることが多
く、寿命末期になると、正極２の撥水性能の低下によっ
て正極２から外部に電池内の水や燃料の一部が漏洩し、
周辺の部品や材料の腐蝕の原因になったり、電池を組み
込んだ装置自体の故障の原因になるという問題があっ
た。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、プロトン導電性固体高分子
膜よりなる電解質と、酸素選択反応性を付与した正極
と、燃料選択反応性を付与した負極とを有し、前記正極
および負極が前記電解質の表面上に設けられ、該表面上
に液体有機化合物と水の混合物からなる燃料と酸化剤ガ
スを同時に供給し、前記正極、負極間に電力を得ること
を特徴とする液体燃料直接供給型燃料電池である。
め、請求項１記載の発明は、プロトン導電性固体高分子
膜よりなる電解質と、酸素選択反応性を付与した正極
と、燃料選択反応性を付与した負極とを有し、前記正極
および負極が前記電解質の表面上に設けられ、該表面上
に液体有機化合物と水の混合物からなる燃料と酸化剤ガ
スを同時に供給し、前記正極、負極間に電力を得ること
を特徴とする液体燃料直接供給型燃料電池である。
【０００９】すなわち、請求項１記載の発明によれば、
燃料と酸化剤ガスを、プロトン導電性固体高分子膜より
なる電解質の同一表面上に設けた正極と負極の上に同時
に供給することができるので、酸化剤ガスと燃料を別々
に供給する機構を設けたり、正極をケースの外面に配す
る必要はなく、電池構造の簡素化に寄与することができ
るとともに、寿命末期に、正極の撥水性能が低下して、
正極から外部に電池内の水や燃料の一部が漏洩するとい
う問題やそれによる周辺の部品や材料の腐蝕、電池を組
み込んだ装置自体の故障といった問題の発生防止に寄与
することができる。
燃料と酸化剤ガスを、プロトン導電性固体高分子膜より
なる電解質の同一表面上に設けた正極と負極の上に同時
に供給することができるので、酸化剤ガスと燃料を別々
に供給する機構を設けたり、正極をケースの外面に配す
る必要はなく、電池構造の簡素化に寄与することができ
るとともに、寿命末期に、正極の撥水性能が低下して、
正極から外部に電池内の水や燃料の一部が漏洩するとい
う問題やそれによる周辺の部品や材料の腐蝕、電池を組
み込んだ装置自体の故障といった問題の発生防止に寄与
することができる。
【００１０】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の液体燃料直接供給型燃料電池において、電解質は円
筒状の支持体の内面に形成され、この電解質の表面に酸
素選択反応性触媒よりなる正極および燃料選択反応性触
媒よりなる負極が櫛歯状に交互に設けられ、前記正極を
重力方向から見て上側に、前記負極を重力方向から見て
下側に位置させたことを特徴とするものである。
載の液体燃料直接供給型燃料電池において、電解質は円
筒状の支持体の内面に形成され、この電解質の表面に酸
素選択反応性触媒よりなる正極および燃料選択反応性触
媒よりなる負極が櫛歯状に交互に設けられ、前記正極を
重力方向から見て上側に、前記負極を重力方向から見て
下側に位置させたことを特徴とするものである。
【００１１】すなわち、請求項２記載の発明によれば、
燃料と酸化剤ガスを、円筒状の支持体の内面に形成した
正極および負極上に均一に供給することができるととも
に、燃料による正極の特性の低下と酸化剤ガスによる負
極の特性の低下が抑制できる高効率、高出力の燃料電池
を得るのに寄与することができる。
燃料と酸化剤ガスを、円筒状の支持体の内面に形成した
正極および負極上に均一に供給することができるととも
に、燃料による正極の特性の低下と酸化剤ガスによる負
極の特性の低下が抑制できる高効率、高出力の燃料電池
を得るのに寄与することができる。
【００１２】また、請求項３記載の発明は、請求項１又
は２記載の液体燃料直接供給型燃料電池において、燃料
の液体有機化合物がメタノール、エタノール、ジメチル
エーテルのいずれかであることを特徴とし、請求項４記
載の発明は、請求項１又は２記載の液体燃料直接供給型
燃料電池において、酸化剤ガスが空気であることを特徴
とするものである。
は２記載の液体燃料直接供給型燃料電池において、燃料
の液体有機化合物がメタノール、エタノール、ジメチル
エーテルのいずれかであることを特徴とし、請求項４記
載の発明は、請求項１又は２記載の液体燃料直接供給型
燃料電池において、酸化剤ガスが空気であることを特徴
とするものである。
【００１３】すなわち、請求項３および４記載の発明に
よれば、燃料にメタノール、エタノール、ジメチルエー
テルのいずれかを用い、、酸化剤ガスに空気を用いた液
体燃料直接供給型燃料電池の高効率化、高出力化に寄与
することができる。
よれば、燃料にメタノール、エタノール、ジメチルエー
テルのいずれかを用い、、酸化剤ガスに空気を用いた液
体燃料直接供給型燃料電池の高効率化、高出力化に寄与
することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、その実施の形態
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００１５】図１は本発明の実施の形態に係る液体燃料
直接供給型燃料電池の構造を示す斜視図、図２は前記燃
料電池を展開した平面図、図３は前記燃料電池を正極側
から見た側面図、図４は前記燃料電池を負極側から見た
側面図である。
直接供給型燃料電池の構造を示す斜視図、図２は前記燃
料電池を展開した平面図、図３は前記燃料電池を正極側
から見た側面図、図４は前記燃料電池を負極側から見た
側面図である。
【００１６】本発明の実施の形態に係る液体燃料直接供
給型燃料電池の特徴は、図１に示したように、ポリカー
ボネート等の緻密な耐熱性の樹脂よりなる円筒状の支持
体１０の内面に、ナフィオン（デュポン社の製品名）等
のプロトン導電性固体高分子膜よりなる電解質１の層を
配し、その内側に、図２に示したように、正極２と負極
３とを櫛歯状に交互に設け、図３に示したように、前記
正極２が重力方向から見て上側になり、図４に示したよ
うに、前記負極３が重力方向から見て下側になるように
配し、円筒の内側に燃料としてのメタノールと酸化剤ガ
スとしての空気を供給するようにしたことである。
給型燃料電池の特徴は、図１に示したように、ポリカー
ボネート等の緻密な耐熱性の樹脂よりなる円筒状の支持
体１０の内面に、ナフィオン（デュポン社の製品名）等
のプロトン導電性固体高分子膜よりなる電解質１の層を
配し、その内側に、図２に示したように、正極２と負極
３とを櫛歯状に交互に設け、図３に示したように、前記
正極２が重力方向から見て上側になり、図４に示したよ
うに、前記負極３が重力方向から見て下側になるように
配し、円筒の内側に燃料としてのメタノールと酸化剤ガ
スとしての空気を供給するようにしたことである。
【００１７】前記正極２と負極３とは、燃料電池の電力
を外部に取り出すための正極端子２０と負極端子３０に
それぞれ電気的に接続されている。すなわち、正極端子
２０は、図３に示したように、支持体１０の端部の上側
に、その一部を切除した切除部１０１を設けて、この切
除部１０１より正極２を支持体１０の外面に引き出すこ
とによって、負極端子３０は、図４に示したように、支
持体１０の端部の下側に、その一部を切除した切除部１
０２を設けて、この切除部１０２より負極３を支持体１
０の外面に引き出すことによって電気的に接続されてい
る。
を外部に取り出すための正極端子２０と負極端子３０に
それぞれ電気的に接続されている。すなわち、正極端子
２０は、図３に示したように、支持体１０の端部の上側
に、その一部を切除した切除部１０１を設けて、この切
除部１０１より正極２を支持体１０の外面に引き出すこ
とによって、負極端子３０は、図４に示したように、支
持体１０の端部の下側に、その一部を切除した切除部１
０２を設けて、この切除部１０２より負極３を支持体１
０の外面に引き出すことによって電気的に接続されてい
る。
【００１８】前記正極２は、燃料が液体であるため、そ
れが浸透して、電極特性が低下しないように、酸素選択
反応性触媒を用いているが、フッ素系樹脂を用いて撥水
性を付与するとともに、その配置を重力方向から見て上
側になるように配することによって、燃料による正極２
の特性低下を低減している。
れが浸透して、電極特性が低下しないように、酸素選択
反応性触媒を用いているが、フッ素系樹脂を用いて撥水
性を付与するとともに、その配置を重力方向から見て上
側になるように配することによって、燃料による正極２
の特性低下を低減している。
【００１９】同様に、負極３は、燃料選択反応性触媒を
用いているが、親水性樹脂を用いて親水性を付与すると
ともに、その配置を重力方向から見て下側になるように
配することによって、酸化剤ガスによる負極３の特性低
下を低減している。
用いているが、親水性樹脂を用いて親水性を付与すると
ともに、その配置を重力方向から見て下側になるように
配することによって、酸化剤ガスによる負極３の特性低
下を低減している。
【００２０】このように、本発明では、酸化剤ガスとし
ての空気と燃料としてのメタノールを支持体１０の内側
に流して発電が可能となるため、従来の燃料電池で見ら
れたような、正極の特性低下による水や燃料の漏出とい
った問題が生じないだけでなく、空気とメタノールが同
時に供給できるため、構造の簡素化にも寄与することが
できる。
ての空気と燃料としてのメタノールを支持体１０の内側
に流して発電が可能となるため、従来の燃料電池で見ら
れたような、正極の特性低下による水や燃料の漏出とい
った問題が生じないだけでなく、空気とメタノールが同
時に供給できるため、構造の簡素化にも寄与することが
できる。
【００２１】なお、前述した燃料電池は、それを多数集
合し、直列または並列に接続することにより、必要とす
る電流、電圧が得られることは言うまでもない。
合し、直列または並列に接続することにより、必要とす
る電流、電圧が得られることは言うまでもない。
【００２２】次に、前述した燃料電池の単電池を、燃料
として１モルのメタノール水溶液を用い、酸化剤ガスと
して空気を用いて９０℃で運転した場合の電流および電
圧特性を調査し、結果を図５に示す。
として１モルのメタノール水溶液を用い、酸化剤ガスと
して空気を用いて９０℃で運転した場合の電流および電
圧特性を調査し、結果を図５に示す。
【００２３】図５から、開回路電圧は０．４Ｖ程度、出
力密度は２０ｍＶ／ｃｍ2とやや低いものの、電池とし
て十分機能していることがわかる。
力密度は２０ｍＶ／ｃｍ2とやや低いものの、電池とし
て十分機能していることがわかる。
【００２４】すなわち、電圧に関しては、正極および負
極の選択反応性を向上させることによって向上できるも
のと考えられ、出力密度に関しては、電圧の向上ととも
に、正極および負極の構造の最適化によって大幅に向上
できるものと考えられる。
極の選択反応性を向上させることによって向上できるも
のと考えられ、出力密度に関しては、電圧の向上ととも
に、正極および負極の構造の最適化によって大幅に向上
できるものと考えられる。
【００２５】なお、上記した実施の形態は円筒形を例に
して説明したが、円筒形以外の他の形状、すなわち角
形、楕円形、多角形のものも本特許の技術的範囲に含ま
れることは言うまでもない。
して説明したが、円筒形以外の他の形状、すなわち角
形、楕円形、多角形のものも本特許の技術的範囲に含ま
れることは言うまでもない。
【００２６】さらに、上記した実施の形態は、正極の酸
素選択反応性の付与、負極の燃料選択反応性の付与を、
触媒によって行っているが、それ以外の方法であっても
よく、正極や負極の構造も櫛歯状以外の構造にしてもよ
いことは言うまでもない。
素選択反応性の付与、負極の燃料選択反応性の付与を、
触媒によって行っているが、それ以外の方法であっても
よく、正極や負極の構造も櫛歯状以外の構造にしてもよ
いことは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】上記した如く、本発明は、円筒の内側に
燃料および酸化剤ガスを混合して供給するだけで燃料電
池として作用させることができるため、小型化に適した
簡素な燃料電池を得ることができるとともに、液漏れや
それに起因する周辺部への影響をなくすことができるの
で、燃料電池を携帯電話やコンピューター用電源に適用
するという新規な用途の開発に寄与することができる。
燃料および酸化剤ガスを混合して供給するだけで燃料電
池として作用させることができるため、小型化に適した
簡素な燃料電池を得ることができるとともに、液漏れや
それに起因する周辺部への影響をなくすことができるの
で、燃料電池を携帯電話やコンピューター用電源に適用
するという新規な用途の開発に寄与することができる。
【図１】本発明の実施の形態に係る液体燃料直接供給型
燃料電池の構造を示す斜視図である。
燃料電池の構造を示す斜視図である。
【図２】前記燃料電池を展開した平面図である。
【図３】前記燃料電池を正極側から見た側面図である。
【図４】前記燃料電池を負極側から見た側面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る燃料電池の出力特性
の一例である。
の一例である。
【図６】従来の燃料電池の要部断面図である。
１ 電解質 ２ 正極 ３ 負極 １０ 支持体 ２０ 正極端子 ３０ 負極端子
Claims (4)
- 【請求項１】プロトン導電性固体高分子膜よりなる電解
質と、酸素選択反応性を付与した正極と、燃料選択反応
性を付与した負極とを有し、前記正極および負極が前記
電解質の表面上に設けられ、該表面上に液体有機化合物
と水の混合物からなる燃料と酸化剤ガスを同時に供給
し、前記正極、負極間に電力を得ることを特徴とする液
体燃料直接供給型燃料電池。 - 【請求項２】請求項１記載の液体燃料直接供給型燃料電
池において、電解質は円筒状の支持体の内面に形成さ
れ、この電解質の表面に酸素選択反応性触媒よりなる正
極および燃料選択反応性触媒よりなる負極が櫛歯状に交
互に設けられ、前記正極を重力方向から見て上側に、前
記負極を重力方向から見て下側に位置させたことを特徴
とする液体燃料直接供給型燃料電池。 - 【請求項３】請求項１又は２記載の液体燃料直接供給型
燃料電池において、燃料の液体有機化合物がメタノー
ル、エタノール、ジメチルエーテルのいずれかであるこ
とを特徴とする液体燃料直接供給型燃料電池。 - 【請求項４】請求項１又は２記載の液体燃料直接供給型
燃料電池において、酸化剤ガスが空気であることを特徴
とする液体燃料直接供給型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001018007A JP2002222656A (ja) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | 液体燃料直接供給型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001018007A JP2002222656A (ja) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | 液体燃料直接供給型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002222656A true JP2002222656A (ja) | 2002-08-09 |
Family
ID=18884100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001018007A Pending JP2002222656A (ja) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | 液体燃料直接供給型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002222656A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7153601B2 (en) | 2002-10-29 | 2006-12-26 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fuel cell with embedded current collector |
| JP2009094052A (ja) * | 2007-09-20 | 2009-04-30 | Ricoh Co Ltd | 触媒、燃料電池及び電子機器 |
-
2001
- 2001-01-26 JP JP2001018007A patent/JP2002222656A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7153601B2 (en) | 2002-10-29 | 2006-12-26 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fuel cell with embedded current collector |
| JP2009094052A (ja) * | 2007-09-20 | 2009-04-30 | Ricoh Co Ltd | 触媒、燃料電池及び電子機器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20051219 |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060125 |