JP2003223920A - 液体燃料直接供給形燃料電池システム - Google Patents
液体燃料直接供給形燃料電池システムInfo
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 正極、負極の電気化学反応で生成した副生成
物を確実に除去することができる液体燃料直接供給形燃
料電池システムを得る。 【解決手段】 負極１２の電気化学反応によって生成し
た反応生成物と正極１３の電気化学反応によって生成し
た反応生成物とから気体と液体を分離する気液分離槽３
を設け、分離された気体成分を回収して大気に排出する
気体成分回収手段５に副生成物を吸収または分解するフ
ィルターを備える。
物を確実に除去することができる液体燃料直接供給形燃
料電池システムを得る。 【解決手段】 負極１２の電気化学反応によって生成し
た反応生成物と正極１３の電気化学反応によって生成し
た反応生成物とから気体と液体を分離する気液分離槽３
を設け、分離された気体成分を回収して大気に排出する
気体成分回収手段５に副生成物を吸収または分解するフ
ィルターを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液体燃料直接供給形
燃料電池システムに関するもので、さらに詳しく言え
ば、液体燃料と酸化剤ガスとを直接供給して発電を行う
ことができる液体燃料直接供給形燃料電池を、分散形電
源、移動体用電源、小型携帯用電源に適用するに際して
の、その最適な構造に関するものである。
燃料電池システムに関するもので、さらに詳しく言え
ば、液体燃料と酸化剤ガスとを直接供給して発電を行う
ことができる液体燃料直接供給形燃料電池を、分散形電
源、移動体用電源、小型携帯用電源に適用するに際して
の、その最適な構造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ク
ローズアップされ、その一環として燃料電池の開発が活
発に行われている。
ローズアップされ、その一環として燃料電池の開発が活
発に行われている。
【０００３】燃料電池は、電解質の両側に負極と正極と
を設け、負極に水素などの還元剤を供給し、正極に空気
中の酸素などの酸化剤を供給し、電解質を介した電気化
学反応によって発電を行うものであり、その発電効率、
エネルギー密度が高いことから、ニッケル−水素電池や
リチウムイオン電池などの二次電池に代わる電源として
注目されている。特に、還元剤として、メタノールなど
の液体燃料を用いる、直接メタノール形燃料電池に代表
される液体燃料直接供給形燃料電池は、燃料を改質、ガ
ス化せずに直接発電に利用することができることから、
構造がシンプルにでき、容易に小型化、軽量化できるの
で、種々の移動体用電源、分散形電源、可搬用電源、コ
ンピューター用等のコンシューマ電源として検討されて
いる。
を設け、負極に水素などの還元剤を供給し、正極に空気
中の酸素などの酸化剤を供給し、電解質を介した電気化
学反応によって発電を行うものであり、その発電効率、
エネルギー密度が高いことから、ニッケル−水素電池や
リチウムイオン電池などの二次電池に代わる電源として
注目されている。特に、還元剤として、メタノールなど
の液体燃料を用いる、直接メタノール形燃料電池に代表
される液体燃料直接供給形燃料電池は、燃料を改質、ガ
ス化せずに直接発電に利用することができることから、
構造がシンプルにでき、容易に小型化、軽量化できるの
で、種々の移動体用電源、分散形電源、可搬用電源、コ
ンピューター用等のコンシューマ電源として検討されて
いる。
【０００４】このような直接メタノール形燃料電池で
は、負極に濃度が３％程度のメタノール水溶液を供給
し、正極に空気を供給すると、負極の電気化学反応によ
って二酸化炭素が生成し、正極の電気化学反応によって
水が生成し、負極側では前記二酸化炭素と反応後のメタ
ノール水溶液が、正極側では前記水と反応後の空気が外
部に排出される。
は、負極に濃度が３％程度のメタノール水溶液を供給
し、正極に空気を供給すると、負極の電気化学反応によ
って二酸化炭素が生成し、正極の電気化学反応によって
水が生成し、負極側では前記二酸化炭素と反応後のメタ
ノール水溶液が、正極側では前記水と反応後の空気が外
部に排出される。
【０００５】また、上記した直接メタノール形燃料電池
には、正極に空気を供給するのに、ポンプ等の外部動力
を用いるタイプと、正極に空気を大気中から取り入れる
ための溝と貫通孔を正極側セパレータに設け、この溝と
貫通孔を通じて大気中の酸素を自然拡散、自然対流によ
って供給するタイプとが検討されており、後者のもの
は、前者のものと比較して、出力を得にくいといった短
所はあるものの、ポンプを駆動するための電力が不要で
あることから、発電効率を高くでき、システムをシンプ
ルでコンパクトにできる、ポンプの駆動音のない静かな
発電機にできる、といった長所がある。このようなこと
から、直接メタノール形燃料電池は、コンピューター用
等の小型のコンシューマ電源として最適なものとなる可
能性がある。
には、正極に空気を供給するのに、ポンプ等の外部動力
を用いるタイプと、正極に空気を大気中から取り入れる
ための溝と貫通孔を正極側セパレータに設け、この溝と
貫通孔を通じて大気中の酸素を自然拡散、自然対流によ
って供給するタイプとが検討されており、後者のもの
は、前者のものと比較して、出力を得にくいといった短
所はあるものの、ポンプを駆動するための電力が不要で
あることから、発電効率を高くでき、システムをシンプ
ルでコンパクトにできる、ポンプの駆動音のない静かな
発電機にできる、といった長所がある。このようなこと
から、直接メタノール形燃料電池は、コンピューター用
等の小型のコンシューマ電源として最適なものとなる可
能性がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、直接メタノール形燃料電池は、負極側から二酸
化炭素と反応後のメタノール水溶液が、正極側から水と
反応後の空気が外部に排出されるが、その排出物中に副
生成物として生成した微量のホルムアルデヒド、蟻酸、
またはこれらの反応によって生じた蟻酸メチルが混入す
ることが知られており、これらをどのように処理するか
が直接メタノール形燃料電池の実用化の上で重要であっ
た。
ように、直接メタノール形燃料電池は、負極側から二酸
化炭素と反応後のメタノール水溶液が、正極側から水と
反応後の空気が外部に排出されるが、その排出物中に副
生成物として生成した微量のホルムアルデヒド、蟻酸、
またはこれらの反応によって生じた蟻酸メチルが混入す
ることが知られており、これらをどのように処理するか
が直接メタノール形燃料電池の実用化の上で重要であっ
た。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、前述した副生成物が外部に
排出されないようにすることを目的とし、その請求項１
記載の発明は、プロトン導電性固体高分子膜からなる電
解質を介して負極と正極とを対設した単電池セルの、負
極に液体燃料を供給し、正極に酸化剤ガスを供給する構
成が設けられ、かつ前記単電池セルまたはこの単電池セ
ルが複数個積層されたセルスタックからなる発電ユニッ
トを備えた液体燃料直接供給形燃料電池システムにおい
て、前記正、負極の電気化学反応によって生成した反応
生成物から気体と液体を分離する構成を設けるととも
に、前記反応生成物から分離された気体成分を回収して
大気に排出する気体成分回収手段を設け、かつ前記気体
成分回収手段は気体成分中の副生成物を吸収または分解
するフィルターを備えたことを特徴とするものである。
するためになされたもので、前述した副生成物が外部に
排出されないようにすることを目的とし、その請求項１
記載の発明は、プロトン導電性固体高分子膜からなる電
解質を介して負極と正極とを対設した単電池セルの、負
極に液体燃料を供給し、正極に酸化剤ガスを供給する構
成が設けられ、かつ前記単電池セルまたはこの単電池セ
ルが複数個積層されたセルスタックからなる発電ユニッ
トを備えた液体燃料直接供給形燃料電池システムにおい
て、前記正、負極の電気化学反応によって生成した反応
生成物から気体と液体を分離する構成を設けるととも
に、前記反応生成物から分離された気体成分を回収して
大気に排出する気体成分回収手段を設け、かつ前記気体
成分回収手段は気体成分中の副生成物を吸収または分解
するフィルターを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】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形燃料電池システムにおいて、フ
ィルターが活性炭またはゼオライトなどの吸着材を含有
していることを特徴とするものである。
載の液体燃料直接供給形燃料電池システムにおいて、フ
ィルターが活性炭またはゼオライトなどの吸着材を含有
していることを特徴とするものである。
【０００９】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の液体燃料直接供給形燃料電池システムにおいて、フ
ィルターが貴金属系触媒、銀系触媒を含有していること
を特徴とするものである。
載の液体燃料直接供給形燃料電池システムにおいて、フ
ィルターが貴金属系触媒、銀系触媒を含有していること
を特徴とするものである。
【００１０】また、請求項４記載の発明は、請求項１記
載の液体燃料直接供給形燃料電池システムにおいて、フ
ィルターが光化学触媒を含有していることを特徴とする
ものである。
載の液体燃料直接供給形燃料電池システムにおいて、フ
ィルターが光化学触媒を含有していることを特徴とする
ものである。
【００１１】すなわち、請求項１〜４記載の発明によれ
ば、前述した副生成物を、活性炭またはゼオライトなど
の吸着材を含有しているか、貴金属系触媒、銀系触媒を
含有しているか、光化学触媒を含有しているかのフィル
ターを透過させた後に、外部に排出されないようにして
いるから、直接メタノール形燃料電池における電気化学
反応で生成した蟻酸、ホルムアルデヒド、メタノールな
どが蒸気の状態で外部に排出されることはない。
ば、前述した副生成物を、活性炭またはゼオライトなど
の吸着材を含有しているか、貴金属系触媒、銀系触媒を
含有しているか、光化学触媒を含有しているかのフィル
ターを透過させた後に、外部に排出されないようにして
いるから、直接メタノール形燃料電池における電気化学
反応で生成した蟻酸、ホルムアルデヒド、メタノールな
どが蒸気の状態で外部に排出されることはない。
【００１２】
【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。
【００１３】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る
液体燃料直接供給形燃料電池システムの例として示した
直接メタノール形燃料電池システムの構成図であり、そ
の特徴は、プロトン導電性固体高分子膜からなる電解質
１１を介して負極１２と正極１３とを対設して単電池セ
ル１を発電ユニットとし、前記負極１２に、液体燃料と
してのメタノール水溶液を、その電気化学反応に適した
濃度にして貯蔵する燃料タンク２から供給し、正極１３
に、酸化剤ガスとしての空気を、図示していないポンプ
によって供給するようにし、前記単電池セル１の電気化
学反応よって生成した反応生成物を、気液分離槽３で気
体と液体に分離し、液体成分としての水と負極の電気化
学反応に寄与したメタノール水溶液とは液体成分回収手
段４としての回収タンクに回収し、気体成分としての空
気と二酸化炭素とはフィルターを備えた気体成分回収手
段５に回収し、前記フィルターによって気体成分中の副
生成物が吸収または分解されるようにしたことである。
液体燃料直接供給形燃料電池システムの例として示した
直接メタノール形燃料電池システムの構成図であり、そ
の特徴は、プロトン導電性固体高分子膜からなる電解質
１１を介して負極１２と正極１３とを対設して単電池セ
ル１を発電ユニットとし、前記負極１２に、液体燃料と
してのメタノール水溶液を、その電気化学反応に適した
濃度にして貯蔵する燃料タンク２から供給し、正極１３
に、酸化剤ガスとしての空気を、図示していないポンプ
によって供給するようにし、前記単電池セル１の電気化
学反応よって生成した反応生成物を、気液分離槽３で気
体と液体に分離し、液体成分としての水と負極の電気化
学反応に寄与したメタノール水溶液とは液体成分回収手
段４としての回収タンクに回収し、気体成分としての空
気と二酸化炭素とはフィルターを備えた気体成分回収手
段５に回収し、前記フィルターによって気体成分中の副
生成物が吸収または分解されるようにしたことである。
【００１４】また、図２は、本発明の第２の実施の形態
に係る液体燃料直接供給形燃料電池システムの例として
示した直接メタノール形燃料電池システムの構成図であ
り、図１のシステムとの相違点は、正極１３に酸化剤ガ
スとしての空気が、ファンによって自然拡散または自然
対流で供給されるようにし、正極１３の電気化学反応に
よって生成した水と反応に寄与した空気を、フィルター
を備えた気体成分回収手段５１で回収し、負極１２の電
気化学反応によって生成した二酸化炭素と反応後のメタ
ノール水溶液を、気液分離槽３で気体と液体に分離し、
気体成分としての二酸化炭素はフィルターを備えた気体
成分回収手段５２で回収し、前記フィルターによって気
体成分中の副生成物を吸収または分解するようにしたこ
とである。なお、この第２の実施の形態のシステムで
は、単電池セル１の正極側が大気中に開放されているた
め、単電池セル１全体をケースに入れている。
に係る液体燃料直接供給形燃料電池システムの例として
示した直接メタノール形燃料電池システムの構成図であ
り、図１のシステムとの相違点は、正極１３に酸化剤ガ
スとしての空気が、ファンによって自然拡散または自然
対流で供給されるようにし、正極１３の電気化学反応に
よって生成した水と反応に寄与した空気を、フィルター
を備えた気体成分回収手段５１で回収し、負極１２の電
気化学反応によって生成した二酸化炭素と反応後のメタ
ノール水溶液を、気液分離槽３で気体と液体に分離し、
気体成分としての二酸化炭素はフィルターを備えた気体
成分回収手段５２で回収し、前記フィルターによって気
体成分中の副生成物を吸収または分解するようにしたこ
とである。なお、この第２の実施の形態のシステムで
は、単電池セル１の正極側が大気中に開放されているた
め、単電池セル１全体をケースに入れている。
【００１５】前記フィルターを、活性炭またはゼオライ
トなどの吸着材を含有しているものにすると、メタノー
ル、ホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチルのような副生
成物を吸着することができ、貴金属系触媒、銀系触媒を
含有しているものや光化学触媒を含有しているものにす
ると、前記副生成物を水と二酸化炭素に分解することが
できるので、このような副生成物が大気中に放出される
のを防止することができる。
トなどの吸着材を含有しているものにすると、メタノー
ル、ホルムアルデヒド、蟻酸、蟻酸メチルのような副生
成物を吸着することができ、貴金属系触媒、銀系触媒を
含有しているものや光化学触媒を含有しているものにす
ると、前記副生成物を水と二酸化炭素に分解することが
できるので、このような副生成物が大気中に放出される
のを防止することができる。
【００１６】上記したフィルターを備えた気体成分回収
手段５、５１、５２としては、図３に、吸着材や貴金属
系触媒、銀系触媒を含有しているものの例を示している
が、これらを図示したハニカム層に担持させておくのが
よく、また、図４に光化学触媒を含有しているものの例
を示しているが、この場合は、同様にハニカム層に担持
させておくとともに、これに太陽光が照射されるように
したり、ケミカルランプの光が照射されるようにして、
これを活性化させるようにする。
手段５、５１、５２としては、図３に、吸着材や貴金属
系触媒、銀系触媒を含有しているものの例を示している
が、これらを図示したハニカム層に担持させておくのが
よく、また、図４に光化学触媒を含有しているものの例
を示しているが、この場合は、同様にハニカム層に担持
させておくとともに、これに太陽光が照射されるように
したり、ケミカルランプの光が照射されるようにして、
これを活性化させるようにする。
【００１７】また、上記した吸着材や種々の触媒は単独
で用いてもよいが、それぞれを適宜組み合わせてもよ
い。この場合は、それらの相乗効果を期待することがで
きる。
で用いてもよいが、それぞれを適宜組み合わせてもよ
い。この場合は、それらの相乗効果を期待することがで
きる。
【００１８】また、上記した実施の形態は、液体燃料に
メタノール水溶液を用いる直接メタノール形燃料電池シ
ステムで説明したが、メタノール水溶液以外の液体燃
料、たとえばエチルアルコール、ブタノール、ジメチル
エーテル等を用いた液体燃料直接供給形燃料電池にも適
用することができる。
メタノール水溶液を用いる直接メタノール形燃料電池シ
ステムで説明したが、メタノール水溶液以外の液体燃
料、たとえばエチルアルコール、ブタノール、ジメチル
エーテル等を用いた液体燃料直接供給形燃料電池にも適
用することができる。
【００１９】また、上記した実施の形態は、発電ユニッ
トが単電池セル１からなるものについて説明したが、こ
の単電池セル１が複数個積層されたセルスタックからな
るもので発電ユニットを構成しても同様に適用すること
ができる。
トが単電池セル１からなるものについて説明したが、こ
の単電池セル１が複数個積層されたセルスタックからな
るもので発電ユニットを構成しても同様に適用すること
ができる。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、メタノ
ール水溶液を改質、ガス化することなく発電を行うこと
ができるといった直接メタノール形燃料電池を、携帯用
電源、コンピューター用電源といった小型コンシューマ
ー用途に適用するに際し、その副生成物を確実に除去す
ることができ、上記した用途に適した直接メタノール形
燃料電池システムの構成に寄与することができる。
ール水溶液を改質、ガス化することなく発電を行うこと
ができるといった直接メタノール形燃料電池を、携帯用
電源、コンピューター用電源といった小型コンシューマ
ー用途に適用するに際し、その副生成物を確実に除去す
ることができ、上記した用途に適した直接メタノール形
燃料電池システムの構成に寄与することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る直接メタノー
ル形燃料電池システムの構成図である。
ル形燃料電池システムの構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る直接メタノー
ル形燃料電池システムの構成図である。
ル形燃料電池システムの構成図である。
【図３】フィルターを備えた気体成分回収手段の一例で
ある。
ある。
【図４】フィルターを備えた気体成分回収手段の他の例
である。
である。
【符号の説明】
１ 単電池セル
２ 燃料タンク
３ 気液分離槽
４ 回収タンク
５、５１、５２ 気体成分回収手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4D002 AA32 AA40 AB03 AC10 BA03
CA07 DA41 DA45 FA01
4D048 AA17 AA19 AB01 BA30Y
BA31Y BA32Y BA33Y BA34Y
BB02 EA01
5H026 AA08 EE02 EE05 EE11
5H027 AA08 BA16
Claims (4)
- 【請求項１】 プロトン導電性固体高分子膜からなる電
解質を介して負極と正極とを対設した単電池セルの、負
極に液体燃料を供給し、正極に酸化剤ガスを供給する構
成が設けられ、かつ前記単電池セルまたはこの単電池セ
ルが複数個積層されたセルスタックからなる発電ユニッ
トを備えた液体燃料直接供給形燃料電池システムにおい
て、前記正、負極の電気化学反応によって生成した反応
生成物から気体と液体を分離する構成を設けるととも
に、前記反応生成物から分離された気体成分を回収して
大気に排出する気体成分回収手段を設け、かつ前記気体
成分回収手段は気体成分中の副生成物を吸収または分解
するフィルターを備えたことを特徴とする液体燃料直接
供給形燃料電池システム。 - 【請求項２】 請求項１記載の液体燃料直接供給形燃料
電池システムにおいて、フィルターが活性炭またはゼオ
ライトなどの吸着材を含有していることを特徴とする液
体燃料直接供給形燃料電池システム。 - 【請求項３】 請求項１記載の液体燃料直接供給形燃料
電池システムにおいて、フィルターが貴金属系触媒、銀
系触媒を含有していることを特徴とする液体燃料直接供
給形燃料電池システム。 - 【請求項４】 請求項１記載の液体燃料直接供給形燃料
電池システムにおいて、フィルターが光化学触媒を含有
していることを特徴とする液体燃料直接供給形燃料電池
システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002020409A JP2003223920A (ja) | 2002-01-29 | 2002-01-29 | 液体燃料直接供給形燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002020409A JP2003223920A (ja) | 2002-01-29 | 2002-01-29 | 液体燃料直接供給形燃料電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003223920A true JP2003223920A (ja) | 2003-08-08 |
Family
ID=27743912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002020409A Pending JP2003223920A (ja) | 2002-01-29 | 2002-01-29 | 液体燃料直接供給形燃料電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003223920A (ja) |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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