JP2003123799A - Direct methanol fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質に固体高分
子膜を用い、燃料にメタノール水溶液を、酸化剤ガスに
空気を供給して発電する直接メタノール形燃料電池に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct methanol fuel cell in which a solid polymer membrane is used as an electrolyte, an aqueous methanol solution is supplied as a fuel, and air is supplied as an oxidant gas to generate electricity.
【０００２】[0002]
【従来の技術】直接メタノール形燃料電池は、燃料をガ
ス化または改質せずに直接供給することによって発電で
きるという特徴を持っているため、燃料をガス化または
改質して供給する、従来からの固体高分子形燃料電池と
比べて、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、分散型電源、ポータブル電源としての用
途が注目されている。2. Description of the Related Art A direct methanol fuel cell has a feature that it can generate electricity by directly supplying the fuel without gasifying or reforming it. Compared with the polymer electrolyte fuel cell from the above, the use as a distributed power source and a portable power source is drawing attention because of its simple structure and easy size and weight reduction.
【０００３】このような直接メタノール形燃料電池は、
電解質に固体高分子膜を用い、この電解質を介して負極
と正極とを接合した接合体を、負極側には負極側ガスケ
ットを介して設けられた、燃料を供給するマニホールド
とそれを流すための流路溝を有する負極側セパレータ
と、正極側には正極側ガスケットを介して設けられた、
酸化剤ガスとして空気を供給するマニホールドとそれを
流すための流路溝を有する正極側セパレータとによって
挟持した構造であり、負極にメタノール水溶液を供給
し、正極に空気を供給すると、負極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、正極では電解質を通
過してきた前記水素イオンと空気中の酸素とが電子と反
応して水を生成して、外部回路に電気エネルギーを得る
ものである。Such a direct methanol fuel cell is
A solid polymer membrane is used as an electrolyte, and a joined body in which a negative electrode and a positive electrode are joined via this electrolyte is provided on the negative electrode side via a gasket on the negative electrode side, and a manifold for supplying fuel and for flowing it A negative electrode side separator having a flow path groove, and provided on the positive electrode side via a positive electrode side gasket,
It is a structure sandwiched by a manifold that supplies air as an oxidant gas and a positive electrode side separator that has a flow channel for flowing it, and when an aqueous methanol solution is supplied to the negative electrode and air is supplied to the positive electrode, it becomes methanol at the negative electrode. Carbon dioxide is generated by an electrochemical reaction in which water reacts and hydrogen ions and electrons are released, and at the positive electrode, the hydrogen ions that have passed through the electrolyte and oxygen in the air react with electrons to generate water, It obtains electric energy from an external circuit.
【０００４】従来の直接メタノール形燃料電池では、燃
料を供給するマニホールドとそれを流すための流路溝と
は、負極側セパレータの、マニホールドと流路溝との接
続部に凹部を形成し、空気を供給するマニホールドとそ
れを流すための流路溝とは、正極側セパレータの、マニ
ホールドと流路溝との接続部に凹部を形成し、それぞれ
の凹部を負極側ガスケット、正極側ガスケットで覆うこ
とによって燃料または空気のリークを防止していた。In the conventional direct methanol fuel cell, the manifold for supplying the fuel and the flow channel for flowing the fuel are formed by forming a recess at the connecting portion between the manifold and the flow channel of the negative electrode side separator, and The manifold for supplying the gas and the flow channel for flowing the flow channel should be formed with a recess at the connection between the manifold and the flow channel of the positive electrode side separator, and each recess should be covered with a negative electrode side gasket and a positive electrode side gasket. To prevent fuel or air leaks.
【０００５】このような直接メタノール形燃料電池は、
図３に示したように、固体高分子膜からなる電解質１を
介して負極２と正極３とを接合した接合体の、負極２側
にはゴムなどからなる負極側ガスケット６を介して燃料
を供給するマニホールド４１とそれを流すための流路溝
４２を有する負極側セパレータ４が設けられ、正極３側
にはゴムなどからなる正極側ガスケット７を介して酸化
剤ガスとして空気を流入させて流出させるためのマニホ
ールド５１とそれを流すための流路溝５２を有する正極
側セパレータ５が設けられた構造であり、前記マニホー
ルド４１と流路溝４２との接続部に、断面形状が流路溝
４２と同じの凹部４３が形成され、前記マニホールド５
１と流路溝５２との接続部に、断面形状が流路溝５２と
同じの凹部５３が形成されていた。なお、図示していな
いが、図３に示した電池の、負極側セパレータ４は別の
電池の正極側セパレータに当接しており、正極側セパレ
ータ５はもう一つ別の電池の負極側セパレータに当接し
てセルスタックが構成されている。Such a direct methanol fuel cell is
As shown in FIG. 3, in the joined body in which the negative electrode 2 and the positive electrode 3 are joined via the electrolyte 1 made of a solid polymer membrane, fuel is supplied to the negative electrode 2 side via a negative electrode side gasket 6 made of rubber or the like. A negative electrode side separator 4 having a supply manifold 41 and a flow path groove 42 for flowing the manifold 41 is provided, and air flows in and out as an oxidant gas through a positive electrode side gasket 7 made of rubber or the like on the positive electrode 3 side. It has a structure in which a positive electrode side separator 5 having a manifold 51 for allowing it to flow and a flow channel 52 for flowing it is provided, and a cross-sectional shape of the flow channel 42 is formed at a connecting portion between the manifold 41 and the flow channel 42. The same concave portion 43 as that of the manifold 5 is formed.
A concave portion 53 having the same cross-sectional shape as the flow channel groove 52 was formed at the connection portion between the flow channel groove 52 and the groove 1. Although not shown, the negative electrode side separator 4 of the battery shown in FIG. 3 is in contact with the positive electrode side separator of another battery, and the positive electrode side separator 5 is the negative electrode side separator of another battery. The cell stack is formed by abutting.
【０００６】図３に示した直接メタノール形燃料電池で
は、負極側セパレータ４について言えば、その凹部４３
は、その上面に、厚さが１ｍｍ以下の薄膜からなる負極
側ガスケット６、電解質１および正極側ガスケット７が
積層されて正極側セパレータ５に当接しているため、正
極側ガスケット７や電解質１が浮き上がることがあり、
これによって、リークしたメタノール水溶液が空気中に
混入したり、同様に、正極側セパレータ５について言え
ば、その凹部５３は、その上面に、厚さが１ｍｍ以下の
薄膜からなる正極側ガスケット７、電解質１および負極
側ガスケット６が積層されて負極側セパレータ４に当接
しているため、負極側ガスケット６や電解質１が浮き上
がることがあり、これによって、リークした空気がメタ
ノール水溶液中に混入することがあった。In the direct methanol fuel cell shown in FIG. 3, the negative electrode side separator 4 has a recess 43.
On the upper surface thereof, the negative electrode side gasket 6 made of a thin film having a thickness of 1 mm or less, the electrolyte 1 and the positive electrode side gasket 7 are laminated and abutted on the positive electrode side separator 5, so that the positive electrode side gasket 7 and the electrolyte 1 are Sometimes rises,
As a result, the leaked aqueous methanol solution is mixed in the air, and similarly, in the case of the positive electrode side separator 5, the concave portion 53 has, on its upper surface, a positive electrode side gasket 7 made of a thin film having a thickness of 1 mm or less, and an electrolyte. 1 and the negative electrode side gasket 6 are laminated and abutted on the negative electrode side separator 4, the negative electrode side gasket 6 and the electrolyte 1 may float, which may cause leaked air to be mixed in the aqueous methanol solution. It was
【０００７】そのため、上記した直接メタノール形燃料
電池では、空気やメタノール水溶液が有効に利用され
ず、電池の出力特性が低下するという問題があった。Therefore, in the above-mentioned direct methanol fuel cell, there is a problem that the output characteristics of the cell are deteriorated because the air and the methanol aqueous solution are not effectively used.
【０００８】これに対し、特公平６−１０１３４２号公
報に記載されたように、硬質性の板状部材を、セパレー
タのマニホールドと流路溝との接続部に配置し、負極側
ガスケット６、正極側ガスケット７、電解質１を前記硬
質性の板状部材によって保持してリークを防止する提案
がなされている。On the other hand, as described in Japanese Examined Patent Publication No. 6-101342, a hard plate member is arranged at the connecting portion between the manifold of the separator and the flow path groove, and the negative electrode side gasket 6 and the positive electrode It has been proposed to prevent the leak by holding the side gasket 7 and the electrolyte 1 by the hard plate member.
【０００９】また、特開２００１−６６９６号公報に記
載された直接メタノール形燃料電池は図４に示したよう
なものである。この直接メタノール形燃料電池は、固体
高分子膜からなる電解質１を介して負極２と正極３とを
接合した接合体の、負極２側にはゴムなどからなる負極
側ガスケット６を介して燃料を供給するマニホールド４
１とそれを流すための流路溝４２を有する負極側セパレ
ータ４が設けられ、正極３側にはゴムなどからなる正極
側ガスケット７を介して酸化剤ガスとして空気を流入さ
せて流出させるためのマニホールド５１とそれを流すた
めの流路溝５２を有する正極側セパレータ５が設けられ
た構造であり、前記マニホールド４１と流路溝４２とを
貫通穴４０によって連通させ、前記マニホールド５１と
流路溝５２とを貫通穴５０によって連通させることによ
り、負極側ガスケット６、正極側ガスケット７、電解質
１を負極側セパレータ４と正極側セパレータ５とによっ
て保持してリークを防止しようというものである。The direct methanol fuel cell described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-6696 is as shown in FIG. In this direct methanol fuel cell, fuel is supplied to a negative electrode 2 side of a joined body in which a negative electrode 2 and a positive electrode 3 are joined via an electrolyte 1 made of a solid polymer membrane, and a negative electrode side gasket 6 made of rubber or the like on the negative electrode 2 side. Supply manifold 4
1 and a negative electrode side separator 4 having a flow channel 42 for flowing the same are provided, and for flowing in and out air as an oxidant gas on the positive electrode 3 side through a positive electrode side gasket 7 made of rubber or the like. A structure is provided in which a positive electrode side separator 5 having a manifold 51 and a flow channel 52 for flowing the manifold is provided, the manifold 41 and the flow channel 42 are communicated with each other by a through hole 40, and the manifold 51 and the flow channel are connected. By communicating with 52 through the through hole 50, the negative electrode side gasket 6, the positive electrode side gasket 7, and the electrolyte 1 are held by the negative electrode side separator 4 and the positive electrode side separator 5 to prevent leakage.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上記した、硬質性の板
状部材によって負極側ガスケット６、正極側ガスケット
７、電解質１を保持する構造のものでは、板状部材の厚
さ分だけセパレータを掘り下げるとともに、この掘り下
げた部分に板状部材を固定する必要があるため、セパレ
ータの加工コストが増大し、板状部材を固定するための
作業コストが増大するという問題があった。In the above-mentioned structure in which the negative plate gasket 6, the positive electrode gasket 7, and the electrolyte 1 are held by the hard plate member, the separator is dug down by the thickness of the plate member. At the same time, since it is necessary to fix the plate-shaped member to the dug-down portion, there is a problem that the processing cost of the separator increases and the work cost for fixing the plate-shaped member increases.
【００１１】また、上記した、マニホールド４１と流路
溝４２とを貫通穴４０によって連通させ、マニホールド
５１と流路溝５２とを貫通穴５０によって連通させる構
造のものでは、貫通穴４０，５０を設ける分だけ負極側
セパレータ４、正極側セパレータ５を厚くする必要があ
り、セルスタックの小型化、薄型化が困難であるという
問題があるだけでなく、このような貫通穴４０，５０を
設けるのに、通常、負極側セパレータ４、正極側セパレ
ータ５の外周面から流路溝４２，５２までをボール盤な
どで貫通させることによっているため、後工程で正極側
セパレータ５の外周面に形成された穴を封じる必要があ
って、加工コストが増大するという問題があった。Further, in the above-mentioned structure in which the manifold 41 and the flow passage groove 42 are communicated with each other through the through hole 40, and the manifold 51 and the flow passage groove 52 are communicated with each other through the through hole 50, the through holes 40 and 50 are It is necessary to thicken the negative electrode side separator 4 and the positive electrode side separator 5 by the amount of the provision, which not only has a problem that it is difficult to reduce the size and thickness of the cell stack, but also to provide such through holes 40 and 50. In general, since the outer peripheral surfaces of the negative electrode side separator 4 and the positive electrode side separator 5 to the flow channel grooves 42 and 52 are penetrated by a drilling machine or the like, holes formed on the outer peripheral surface of the positive electrode side separator 5 in a later step. However, there is a problem that the processing cost is increased.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明は上記のような課
題を解決することを目的とし、出力特性の低下の原因に
なるリークを防止し、低コストで製造でき、コンパクト
な構造が実現できる直接メタノール形燃料電池を提供す
ることにある。すなわち、請求項１記載の発明は、固体
高分子膜からなる電解質を介して負極と正極とを接合し
た接合体をガスケットとセパレータによって挟持し、燃
料としてメタノール水溶液を用い、酸化剤ガスとして空
気を用いる直接メタノール形燃料電池であって、前記ガ
スケットは複数の層が積層された積層体であり、少なく
とも一部の層に剛体を用いたことを特徴とする直接メタ
ノール形燃料電池であり、請求項２記載の発明は、請求
項１記載の直接メタノール形燃料電池において、ガスケ
ットは２層からなり、電解質側に剛体が配され、セパレ
ータ側に弾性体が配されていることを特徴とし、請求項
３記載の発明は、請求項１記載の直接メタノール形燃料
電池において、ガスケットは３層からなり、中間に剛体
が配され、電解質側とセパレータ側に弾性体が配されて
いることを特徴とする。また、請求項４記載の発明は、
請求項１〜３のいずれか一項記載の直接メタノール形燃
料電池において、剛体は金属、プラスチック、セラミッ
クまたはカーボンからなる薄板であることを特徴とし、
請求項５記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項記
載の直接メタノール形燃料電池において、弾性体はゴ
ム、多孔質プラスチック、多孔質セラミックまたは多孔
質カーボンであることを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to solve the above problems, prevents leakage that causes deterioration of output characteristics, can be manufactured at low cost, and can realize a compact structure. It is to provide a direct methanol fuel cell. That is, the invention according to claim 1 sandwiches a bonded body in which a negative electrode and a positive electrode are bonded via an electrolyte composed of a solid polymer film, with a gasket and a separator sandwiched between them, an aqueous methanol solution is used as fuel, and air is used as oxidant gas. A direct methanol fuel cell used, wherein the gasket is a laminated body in which a plurality of layers are laminated, and a rigid body is used for at least a part of the layers, According to a second aspect of the present invention, in the direct methanol fuel cell according to the first aspect, the gasket comprises two layers, a rigid body is arranged on the electrolyte side, and an elastic body is arranged on the separator side. The invention according to claim 3 is the direct methanol fuel cell according to claim 1, wherein the gasket is composed of three layers, and a rigid body is arranged in the middle, and the gasket is composed of an electrolyte side and a separator. And an elastic member is disposed on. The invention according to claim 4 is
The direct methanol fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the rigid body is a thin plate made of metal, plastic, ceramic, or carbon,
The invention according to claim 5 is the direct methanol fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the elastic body is rubber, porous plastic, porous ceramic or porous carbon. .
【００１３】[0013]
【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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below based on its embodiments.
【００１４】図１は、本発明の実施の形態に係る直接メ
タノール形燃料電池の断面図で、図３，図４と同じ機能
を有する部分には同じ符号を付している。FIG. 1 is a sectional view of a direct methanol fuel cell according to an embodiment of the present invention, in which parts having the same functions as those in FIGS. 3 and 4 are designated by the same reference numerals.
【００１５】図１に示した直接メタノール形燃料電池の
特徴は、プロトン導電性または水酸化物イオン導電性の
固体高分子膜からなる電解質１を介して負極２と正極３
とを接合した接合体の、負極２上には負極側ガスケット
６を介して、燃料としてのメタノール水溶液などを供給
するためのマニホールド４１とそれを流すための流路溝
４２を有する負極側セパレータ４が設けられ、正極３上
には正極側ガスケット７を介して、酸化剤ガスとしての
空気などを供給するためのマニホールド５１とそれを流
すための流路溝５２を有する正極側セパレータ５が設け
られたものであって、前記負極側ガスケット６、正極側
ガスケット７は２つの層が積層された積層体であり、負
極側ガスケット６の電解質１側の層６１を剛体、負極側
セパレータ４側の層６２を弾性体とし、正極側ガスケッ
ト７の電解質１側の層７１を剛体、正極側セパレータ５
側の層７２を弾性体としたことである。The feature of the direct methanol fuel cell shown in FIG. 1 is that a negative electrode 2 and a positive electrode 3 are provided through an electrolyte 1 composed of a proton conductive or hydroxide ion conductive solid polymer membrane.
A negative electrode-side separator 4 having a manifold 41 for supplying an aqueous methanol solution or the like as a fuel and a flow channel 42 for flowing the same on the negative electrode 2 of the bonded body obtained by bonding the And a positive electrode side separator 5 having a manifold 51 for supplying air or the like as an oxidant gas and a flow channel 52 for flowing the same on the positive electrode 3 via a positive electrode side gasket 7. The negative electrode side gasket 6 and the positive electrode side gasket 7 are a laminated body in which two layers are laminated, and a layer 61 on the electrolyte 1 side of the negative electrode side gasket 6 is a rigid body and a layer on the negative electrode side separator 4 side. 62 is an elastic body, the layer 71 on the electrolyte 1 side of the positive electrode side gasket 7 is a rigid body, and the positive electrode side separator 5
That is, the side layer 72 is made of an elastic body.
【００１６】すなわち、図１に示した実施の形態によれ
ば、流路溝４２とマニホールド４１との接続部４３は、
その上面に負極側ガスケット６の弾性体からなる層６２
を介して剛体からなる層６１に接しており、流路溝５２
とマニホールド５１との接続部５３は、その上面に正極
側ガスケット７の弾性体からなる層７２を介して剛体か
らなる層７１に接しているから、負極側ガスケット６の
弾性体からなる層６２は剛体からなる層６１によって保
持することができ、正極側ガスケット７の弾性体からな
る層７２は剛体からなる層７１によって保持することが
できるとともに、電解質１もそれぞれの剛体からなる層
６１，７１によって保持することができる。That is, according to the embodiment shown in FIG. 1, the connecting portion 43 between the flow channel 42 and the manifold 41 is
A layer 62 made of an elastic material of the negative electrode side gasket 6 is provided on the upper surface thereof.
Is in contact with the rigid layer 61 via the
The connecting portion 53 between the manifold 51 and the manifold 51 is in contact with the layer 71 made of a rigid body through the layer 72 made of an elastic body of the positive electrode side gasket 7 on the upper surface thereof. It can be held by the layer 61 made of a rigid body, the layer 72 made of an elastic body of the positive electrode side gasket 7 can be held by the layer 71 made of a rigid body, and the electrolyte 1 is also made by the layers 61, 71 made of each rigid body. Can be held.
【００１７】そのため、流路溝４２とマニホールド４１
との接続部４３においては、図３のものであったよう
な、電解質１や正極側ガスケット７の浮き上がりを防止
することができ、流路溝４２とマニホールド４１との接
続部における燃料としてのメタノール水溶液のリークの
発生が防止でき、流路溝５２とマニホールド５１との接
続部においては、図３のものであったような、負極側ガ
スケット６や電解質１の浮き上がりを防止することがで
き、流路溝５２とマニホールド５１との接続部における
酸化剤ガスとしての空気のリークの発生が防止できる。Therefore, the flow channel 42 and the manifold 41 are
In the connection portion 43 with the connection, it is possible to prevent the electrolyte 1 and the positive electrode side gasket 7 from being lifted up as in the case of FIG. 3, and methanol as fuel at the connection portion between the flow path groove 42 and the manifold 41 is connected. Leakage of the aqueous solution can be prevented, and at the connecting portion between the flow channel 52 and the manifold 51, the negative electrode side gasket 6 and the electrolyte 1 can be prevented from rising as in the case of FIG. It is possible to prevent the occurrence of air leak as the oxidant gas at the connection portion between the passage groove 52 and the manifold 51.
【００１８】上記した実施の形態において、負極側ガス
ケット６の剛体からなる層６１と正極側ガスケット７の
剛体からなる層７１は金属、プラスチック、セラミック
またはカーボンからなる薄板がよく、負極側ガスケット
６の弾性体からなる層６２と正極側ガスケット７の弾性
体からなる層７２はゴム、多孔質プラスチック、石綿な
どの多孔質セラミックまたは多孔質カーボンがよい。そ
して、負極側ガスケット６および正極側ガスケット７
は、その厚さが負極２および正極３の厚さと同程度の
０．１〜０．３ｍｍであって、リークの発生が防止でき
る程度の剛性が得られるように、用いる材質によってそ
れぞれの剛体からなる層６１，７１と弾性体からなる層
６２，７２との比を定めるのがよい。In the embodiment described above, the layer 61 made of a rigid body of the negative electrode side gasket 6 and the layer 71 made of a rigid body of the positive electrode side gasket 7 are preferably thin plates made of metal, plastic, ceramic or carbon. The layer 62 made of an elastic body and the layer 72 made of an elastic body of the positive electrode side gasket 7 are preferably made of rubber, porous plastic, porous ceramic such as asbestos, or porous carbon. Then, the negative electrode side gasket 6 and the positive electrode side gasket 7
Has a thickness of 0.1 to 0.3 mm, which is about the same as the thickness of the negative electrode 2 and the positive electrode 3, and is made of a rigid material depending on the material used so as to obtain rigidity sufficient to prevent leakage. It is preferable to determine the ratio between the layers 61 and 71 made of elastic material and the layers 62 and 72 made of elastic material.
【００１９】なお、上記した実施の形態では、流路溝４
２を有する負極側セパレータ４と、流路溝５２を有する
正極側セパレータ５とは別々にしているが、実際は、負
極側セパレータ４は別の電池の正極側セパレータに、正
極側セパレータ５は別の電池の負極側セパレータに当接
させているので、これらを一体にし、両面に流路溝４２
と流路溝５２を形成するようにしてもよい。In the above embodiment, the flow channel 4
Although the negative electrode side separator 4 having 2 and the positive electrode side separator 5 having the flow channel 52 are separately provided, the negative electrode side separator 4 is actually a positive electrode side separator of another battery, and the positive electrode side separator 5 is another. Since they are brought into contact with the negative electrode side separator of the battery, these are integrated and the channel groove 42 is formed on both sides.
The channel groove 52 may be formed.
【００２０】また、上記した実施の形態によれば、負極
側ガスケット６、正極側ガスケット７を複数の層が積層
された積層体とし、少なくとも一部の層に剛体を用いて
いるから、セルスタックを構成する際の作業性を改善す
ることができ、必要に応じて前記剛体と弾性体とをあら
かじめ接着剤で接着して一体化しておけば、取扱いが容
易になる。Further, according to the above-mentioned embodiment, the negative electrode side gasket 6 and the positive electrode side gasket 7 are formed as a laminated body in which a plurality of layers are laminated, and a rigid body is used for at least a part of the layers. It is possible to improve the workability in constructing, and, if necessary, if the rigid body and the elastic body are previously bonded and integrated with an adhesive, the handling becomes easy.
【００２１】また、上記した実施の形態では、負極側ガ
スケット６、正極側ガスケット７は２つの層が積層され
た積層体であったが、それぞれを３つの層が積層された
積層体とし、中間の層を剛体、電解質側とセパレータ側
の層を弾性体としてもよい。Further, in the above-mentioned embodiment, the negative electrode side gasket 6 and the positive electrode side gasket 7 are a laminated body in which two layers are laminated, but each is a laminated body in which three layers are laminated and The layer may be a rigid body, and the layers on the electrolyte side and the separator side may be elastic bodies.
【００２２】[0022]
【実施例】（実施例）白金、ルテニウム、炭素を主成分
とする粉末を、テフロン（登録商標）分散液とナフィオ
ン（登録商標）溶液との混合溶液中に分散させてペース
ト化し、このペーストをカーボンペーパーに塗布して乾
燥させたものを負極とし、白金、炭素を主成分とする粉
末を、テフロン（登録商標）分散液とナフィオン（登録
商標）溶液との混合溶液中に分散させてペースト化し、
このペーストをカーボンペーパーに塗布して乾燥させた
ものを正極とし、これらを、ナフィオン（登録商標）１
１７からなる固体高分子膜の両面にプレスし、図１のよ
うに、電解質１側の層６１を剛体、負極側セパレータ４
側の層６２を弾性体とした負極側ガスケット６を介して
配した負極側セパレータ４と、電解質１側の層７１を剛
体、正極側セパレータ５側の層７２を弾性体とした正極
側ガスケット７を介して配した正極側セパレータ５とで
挟持したものを、３個積層することにより、実施例に係
るセルスタックとした。EXAMPLE Example A powder containing platinum, ruthenium, and carbon as main components was dispersed in a mixed solution of a Teflon (registered trademark) dispersion and a Nafion (registered trademark) solution to form a paste, and this paste was used. A negative electrode was obtained by applying and drying carbon paper, and a powder containing platinum and carbon as main components was dispersed in a mixed solution of a Teflon (registered trademark) dispersion and a Nafion (registered trademark) solution to form a paste. ,
A paste obtained by applying this paste to carbon paper and drying it was used as a positive electrode, and these were used as Nafion (registered trademark) 1
A solid polymer membrane composed of 17 is pressed on both sides, and as shown in FIG. 1, a layer 61 on the electrolyte 1 side is made rigid, and a negative electrode side separator 4 is formed.
Of the negative electrode side separator 4 arranged via the negative electrode side gasket 6 having the side layer 62 as an elastic body, the positive electrode side gasket 7 having the electrolyte 71 side layer 71 as a rigid body and the positive electrode side separator 5 side layer 72 as an elastic body. The cell stack according to the example was obtained by stacking three pieces sandwiched between the positive electrode side separator 5 and the positive electrode side separator 5.
【００２３】（比較例１）上記した実施例に係るセルス
タックに対し、図３のように、負極側ガスケット６（弾
性体のみからなる）を介して配した負極側セパレータ４
と、正極側ガスケット７（弾性体のみからなる）を介し
て配した正極側セパレータ５とで挟持したものを、３個
積層することにより、比較例１に係るセルスタックとし
た。(Comparative Example 1) As shown in FIG. 3, the negative electrode side separator 4 arranged on the negative electrode side gasket 6 (consisting only of elastic body) in the cell stack according to the above-mentioned example.
And a positive electrode side separator 5 arranged via a positive electrode side gasket 7 (consisting only of an elastic body) were laminated to obtain a cell stack according to Comparative Example 1.
【００２４】（比較例２）また、上記した実施例に係る
セルスタックに対し、図４のように、負極側ガスケット
６（弾性体のみからなる）を介して配した、流路溝４２
とマニホールド４１とを連通させる貫通穴４０を有する
負極側セパレータ４と、正極側ガスケット７（弾性体の
みからなる）を介して配した、流路溝５２とマニホール
ド５１とを連通させる貫通穴５０を有する正極側セパレ
ータ５とで挟持したものを、３個積層することにより、
比較例２に係るセルスタックとした。(Comparative Example 2) Further, in the cell stack according to the above-mentioned embodiment, as shown in FIG. 4, a flow path groove 42 is arranged via a gasket 6 on the negative electrode side (consisting of an elastic body only).
And a manifold 41 and a negative electrode side separator 4 having a through hole 40 for communicating with the manifold 41, and a through hole 50 for communicating the flow path groove 52 and the manifold 51, which are arranged through a positive electrode side gasket 7 (consisting of an elastic body only). By stacking three sandwiched with the positive electrode side separator 5 that has,
The cell stack according to Comparative Example 2 was used.
【００２５】（実験１）上記した実施例、比較例１およ
び比較例２に係るセルスタックを用い、９０℃の温度下
で、負極側に蒸留水を、正極側に空気を、それぞれ１２
ｃｍ3／分、３ｄｍ3／分の流量で供給し、負極側から排
出される廃液中に混入する空気の量を調査したところ、
実施例および比較例２に係るセルスタックでは空気の混
入は認められなかったのに対し、比較例１に係るセルス
タックでは０．２ｄｍ3／分の流量で空気の混入が認め
られることがわかった。(Experiment 1) Using the cell stacks of the above Examples, Comparative Examples 1 and 2, at a temperature of 90 ° C., distilled water was placed on the negative electrode side and air was placed on the positive electrode side at 12 ° C., respectively.
When the amount of air mixed in the waste liquid discharged from the negative electrode side was investigated by supplying at a flow rate of 3 cm 3 / min and 3 cm 3 / min,
It was found that air was not mixed in the cell stacks of Examples and Comparative Example 2, whereas air was mixed in the cell stack of Comparative Example 1 at a flow rate of 0.2 dm 3 / min. .
【００２６】（実験２）次に、上記した実施例、比較例
１および比較例２に係るセルスタックを用い、９０℃の
温度下で、負極側に１モル／ｄｍ3のメタノール水溶液
を１２ｃｍ3／分の流量で供給し、正極側に空気を３ｄ
ｍ3／分の流量で供給し、セルスタックの電流―電圧特
性を測定し、結果を図２に示す。(Experiment 2) Next, using the cell stacks of the above-mentioned Examples, Comparative Examples 1 and 2, 12 cm 3 of 1 mol / dm 3 aqueous methanol solution was applied to the negative electrode side at a temperature of 90 ° C. / D at a flow rate of 3 / min.
The current-voltage characteristics of the cell stack were measured by supplying at a flow rate of m 3 / min, and the results are shown in FIG.
【００２７】図２から明らかなように、本発明および比
較例２に係るセルスタックは比較例１に係るセルスタッ
クに比べて、電流―電圧特性が良好であることがわか
る。As is apparent from FIG. 2, the cell stack according to the present invention and Comparative Example 2 has better current-voltage characteristics than the cell stack according to Comparative Example 1.
【００２８】[0028]
【発明の効果】本発明によれば、セルスタックの大型
化、コストの増大、作製工数の増大することなく、酸化
剤ガスとしての空気中に燃料としてのメタノール水溶液
が混入したり、燃料としてのメタノール水溶液中に酸化
剤ガスとしての空気が混入することを防止することがで
きるから、直接メタノール形燃料電池の高出力化、低コ
スト化に寄与することができる。EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, an aqueous methanol solution as a fuel is mixed into the air as an oxidant gas without increasing the size of a cell stack, an increase in cost, and an increase in the number of manufacturing steps. Since it is possible to prevent air as an oxidant gas from being mixed into the aqueous methanol solution, it is possible to directly contribute to higher output and lower cost of the methanol fuel cell.
【図１】本発明に係る直接メタノール形燃料電池の斜視
図である。FIG. 1 is a perspective view of a direct methanol fuel cell according to the present invention.
【図２】本発明のセルスタックと比較例１および比較例
２のセルスタックの電流―電圧特性を比較した図であ
る。FIG. 2 is a diagram comparing current-voltage characteristics of the cell stack of the present invention and the cell stacks of Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
【図３】比較例１の直接メタノール形燃料電池の斜視図
である。3 is a perspective view of a direct methanol fuel cell of Comparative Example 1. FIG.
【図４】比較例２の直接メタノール形燃料電池の斜視図
である。FIG. 4 is a perspective view of a direct methanol fuel cell of Comparative Example 2.
１ 電解質 ２ 負極 ３ 正極 ４ 負極側セパレータ ５ 正極側セパレータ ６ 負極側ガスケット ７ 正極側ガスケット ４１，５１ マニホールド ４２，５２ 流路溝 ６１，７１ 剛体からなる層 ６２，７２ 弾性体からなる層 1 electrolyte 2 Negative electrode 3 positive electrode 4 Negative electrode side separator 5 Positive electrode side separator 6 Negative side gasket 7 Positive gasket 41,51 manifold 42,52 channel groove 61,71 rigid layers 62,72 Layers made of elastic material
Claims (5)
と正極とを接合した接合体をガスケットとセパレータに
よって挟持し、燃料としてメタノール水溶液を用い、酸
化剤ガスとして空気を用いる直接メタノール形燃料電池
であって、前記ガスケットは複数の層が積層された積層
体であり、少なくとも一部の層に剛体を用いたことを特
徴とする直接メタノール形燃料電池。1. A direct methanol fuel in which a joined body in which a negative electrode and a positive electrode are joined via an electrolyte composed of a solid polymer membrane is sandwiched by a gasket and a separator, and an aqueous methanol solution is used as a fuel and air is used as an oxidant gas. A direct methanol fuel cell, wherein the gasket is a laminated body in which a plurality of layers are laminated, and a rigid body is used for at least a part of the layers.
において、ガスケットは２層からなり、電解質側に剛体
が配され、セパレータ側に弾性体が配されていることを
特徴とする直接メタノール形燃料電池。2. The direct methanol fuel cell according to claim 1, wherein the gasket is composed of two layers, a rigid body is arranged on the electrolyte side, and an elastic body is arranged on the separator side. Fuel cell.
において、ガスケットは３層からなり、中間に剛体が配
され、電解質側とセパレータ側に弾性体が配されている
ことを特徴とする直接メタノール形燃料電池。3. The direct methanol fuel cell according to claim 1, wherein the gasket comprises three layers, a rigid body is arranged in the middle, and an elastic body is arranged on the electrolyte side and the separator side. Methanol fuel cell.
タノール形燃料電池において、剛体は金属、プラスチッ
ク、セラミックまたはカーボンからなる薄板であること
を特徴とする直接メタノール形燃料電池。4. The direct methanol fuel cell according to claim 1, wherein the rigid body is a thin plate made of metal, plastic, ceramic or carbon.
タノール形燃料電池において、弾性体はゴム、多孔質プ
ラスチック、多孔質セラミックまたは多孔質カーボンで
あることを特徴とする直接メタノール形燃料電池。5. The direct methanol fuel cell according to claim 1, wherein the elastic body is rubber, porous plastic, porous ceramic or porous carbon. Fuel cell.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001318277A JP2003123799A (en) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | Direct methanol fuel cell |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001318277A JP2003123799A (en) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | Direct methanol fuel cell |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003123799A true JP2003123799A (en) | 2003-04-25 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003123799A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005228517A (en) * | 2004-02-10 | 2005-08-25 | Hitachi Cable Ltd | Separator for fuel cell and fuel cell |
| JP2008293947A (en) * | 2007-05-28 | 2008-12-04 | Samsung Sdi Co Ltd | Stack for fuel cell |
| US7794864B2 (en) | 2007-04-13 | 2010-09-14 | Panasonic Corporation | Fuel cell module, fuel cell, and method of manufacturing fuel cell module |
-
2001
- 2001-10-16 JP JP2001318277A patent/JP2003123799A/en not_active Withdrawn
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| US8232021B2 (en) | 2007-05-28 | 2012-07-31 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Stack for fuel cell |
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