JP2003331899A - 液体燃料電池 - Google Patents
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Abstract
発電することのできる液体燃料電池を提供する。 【解決手段】 酸素を還元する正極と、燃料を酸化する
負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質
層とを備えると共に、液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵
部を備え、前記液体燃料貯蔵部に、気液分離膜を有する
気液分離孔を備え、前記気液分離膜として、撥油処理を
施した多孔質フッ素樹脂膜、または、多孔質フッ素樹脂
膜と他の気体透過性材料との積層複合体であって撥油処
理を施したものを用いる液体燃料電池であって、前記液
体燃料を含浸して保持し且つ前記負極に前記液体燃料を
供給する液体燃料含浸部を備え、前記液体燃料含浸部が
前記負極と接する部分に配置されている液体燃料電池と
する。
Description
用いた液体燃料電池に関する。
レス機器の普及に伴い、その電源である二次電池はます
ます小型化、高容量化が要望されている。現在、エネル
ギー密度が高く、小型軽量化が図れる二次電池としてリ
チウムイオン二次電池が実用化されており、ポータブル
電源として需要が増大している。しかし、使用されるコ
ードレス機器の種類によっては、このリチウム二次電池
では未だ十分な連続使用時間を保証する程度までには至
っていない。
る電池の一例として、空気電池、燃料電池などが考えら
れる。空気電池は、空気中の酸素を正極の活物質として
利用する電池であり、電池内容積の大半を負極の充填に
費やすことが可能であることから、エネルギー密度を増
加させるためには好適な電池であると考えられる。しか
し、この空気電池には、電解液として使用するアルカリ
溶液が空気中の二酸化炭素と反応して劣化してしまうた
めに自己放電が大きいという問題がある。
極に燃料が供給されて反応し、正極では酸素が反応す
る。したがって、燃料および酸素の供給さえ行えば連続
的に使用することができる。しかし、従来の燃料電池で
は、複数の単電池を積層して構成されているため、電池
全体が嵩高くなってしまう。また、酸素および燃料をそ
れぞれの正極および負極へ流通させて供給しなければな
らず、そのための補器を必要とする。このため、燃料電
池はリチウムイオン電池などの小型二次電池に比べては
るかに大きくなってしまい、小型ポータブル電源として
用いるには問題があった。
せる補器を除去することで出力は低下するものの、燃料
電池の小型化を図ることができる。しかし、この場合、
放電反応で生成した二酸化炭素などが液体燃料貯蔵部ま
たは液体燃料含浸部に滞留してしまう問題があった。
5875号公報では、液体燃料貯蔵部や液体燃料含浸部
にダクトを設け、そこへポリテトラフルオロエチレン
(PTFE)製の多孔膜を配置することで燃料を漏液さ
せることなく、放電反応で生成したに二酸化炭素などの
ガスを排出することが提案されている。しかし、液体燃
料として、最初からメタノールと水とを混合した混合溶
液やエタノールと水とを混合した混合溶液を使用しない
場合には問題が生じる。即ち、液体燃料の濃度の設定を
容易にするため、メタノールと水、またはエタノールと
水をそれぞれ別々の液体燃料貯蔵部に貯蔵した後に液体
燃料含浸部に供給する場合、PTFE製の多孔膜ではメ
タノールやエタノールが透過してしまい、メタノールや
エタノールを貯蔵した液体燃料貯蔵部から液体燃料が漏
れるという問題がある。
なされたものであり、液体燃料の漏れがなく、小型で且
つ安定的に発電することのできる液体燃料電池を提供す
ることを目的とする。
め、本発明の液体燃料電池は、酸素を還元する正極と、
燃料を酸化する負極と、前記正極と前記負極との間に設
けられた電解質層とを備えると共に、液体燃料を貯蔵す
る液体燃料貯蔵部を備えた液体燃料電池であって、前記
液体燃料貯蔵部に、気液分離膜を有する気液分離孔を備
え、前記気液分離膜として、撥油処理を施した多孔質フ
ッ素樹脂膜、または、多孔質フッ素樹脂膜と他の気体透
過性材料との積層複合体であって撥油処理を施したもの
を用いることを特徴とする。
に、気液分離膜を有する気液分離孔を備えているため、
放電反応で生成した二酸化炭素などが電池内に滞留する
ことがなく、二酸化炭素などをスムーズに電池内から放
出させることができる。また、前記気液分離膜として、
撥油処理を施した多孔質フッ素樹脂膜、または、多孔質
フッ素樹脂膜と他の気体透過性材料との積層複合体であ
って撥油処理を施したものを用いることにより、メタノ
ールやエタノールなどの親油性の液体燃料が気液分離孔
を透過することを防止でき、液体燃料の漏れを防ぐこと
ができる。さらに、前記補器を使用しないため電池の小
型化を図ることができる。
燃料を含浸して保持し且つ前記負極に前記液体燃料を供
給する液体燃料含浸部を備え、前記液体燃料含浸部が前
記負極と接する部分に配置されていることが好ましい。
これにより、燃料が消費されても、燃料と負極との接触
が維持されるため、燃料を最後まで使い切ることができ
る。
に基づき説明する。図1に本発明の液体燃料電池の断面
図を示す。本発明の液体燃料電池は、酸素を還元する正
極9と、燃料を酸化する負極11と、前記正極9と前記
負極11との間に設けられた電解質層10とを備えると
共に、液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵部として燃料タ
ンク2を備えている。
なる拡散層と、触媒を担持した炭素粉末からなる触媒層
とを積層して構成される。正極9は酸素を還元する機能
を有しており、その触媒には、例えば、白金微粒子や、
鉄、ニッケル、コバルト、錫、ルテニウムまたは金など
と白金との合金微粒子などが用いられる。また、触媒層
には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂粒
子やプロトン交換樹脂粒子が含まれる場合がある。プロ
トン交換樹脂粒子としては、例えば、ポリパーフルオロ
スルホン酸樹脂やスルホン化ポリエーテルスルホン酸樹
脂、スルホン化ポリイミド樹脂などを用いることができ
る。拡散層の触媒層側には撥水性向上のため、PTFE
樹脂粒子を含む炭素粉末のペーストが塗布されている場
合もある。
ロトンを輸送することが可能な材料により構成される。
例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂膜、具体的に
は、デュポン社製の“ナフィオン膜”、旭硝子社製の
“フレミオン膜”、旭化成工業社製の“アシプレックス
膜”などにより電解質層10は構成されている。その他
では、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂膜、スル
ホン化ポリイミド樹脂膜、硫酸ドープポリベンズイミダ
ゾール膜などからも構成することができる。
燃料からプロトンを生成する機能、即ち燃料を酸化する
機能を有しており、例えば、正極と同様に構成すること
ができる。
質層10は、積層されて電極・電解質一体化物を構成し
ている。即ち、電極・電解質一体化物は、正極9と、負
極11と、正極9と負極11との間に設けられた電解質
層10とから構成されている。
料を含浸して保持し且つ負極11に燃料を供給する液体
燃料含浸部8が設けられており、液体燃料含浸部8には
燃料吸い上げ材が充填されている。これにより、燃料が
消費されても、燃料と負極11との接触が維持されるた
め、燃料を最後まで使い切ることができる。燃料吸い上
げ材としては、ガラス繊維を用いることができるが、燃
料の含浸によって寸法が余り変化せず、化学的にも安定
なものであれば他の材料を用いても良い。
2は、別々に2個配置されており、それぞれ連結チュー
ブ5を介して電池容器1と連結している。燃料タンク2
の1つにはメタノール、エタノール、ジメチルエーテル
などの燃料6が充填されている。他の一つには水7が充
填されている。この連結チューブ5を通じて燃料6と水
7とが液体燃料含浸部8に供給され、放電反応に利用さ
れる。連結チューブ5および燃料タンク2は、例えば、
PTFE、硬質ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ
エチレンなどのプラスチックや、ステンレス鋼などの耐
食性金属から構成されている。
孔4が設けられている。これにより、空気孔4を通して
大気中の酸素が正極9と接することになる。また、電池
容器1と燃料タンク2には、気液分離孔が数箇所設けら
れ、それぞれに気液分離膜3が配置されている。この気
液分離膜3は撥油処理を施した多孔質フッ素樹脂膜から
なり、放電反応で生成した二酸化炭素などを、燃料を漏
液させることなく放出させることができる。なお、電池
容器1に設けられた気液分離孔に用いられる気液分離膜
3には撥油処理を施す必要はないが、撥油処理を施して
もよい。
素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTF
E)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキル
ビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエ
チレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FE
P)、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(E
/TFE)、ポリビニリデンフルオライド(PVD
F)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTF
E)、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体
(E/CTFE)、パーフロロ環状重合体、ポリビニル
フルオライド(PVF)などが挙げられる。
を作製する方法としては、例えば、多孔質フッ素樹脂膜
の表面に、2個以上のフッ素原子を持つフルオロアルキ
ル基を有するポリマーからなる被覆膜を形成する方法を
挙げることができる。上記フルオロアルキル基として
は、炭素数が4個以上のものが好ましく、水素原子の全
てがフッ素置換されたパーフルオロアルキル基が最も望
ましい。このようなフルオロアルキル基を有するポリマ
ーを溶解あるいは分散することのできる有機溶媒、例え
ば、パーフルオロベンゼン、パーフルオロトリブチルア
ミン、パーフルオロヘキサンなどのフッ素系溶媒を用い
て、上記ポリマーのコーティング液を作製し、これを撥
油処理剤として多孔質フッ素樹脂膜に塗布、あるいは多
孔質フッ素樹脂膜を前記撥油処理剤に浸漬するなどの方
法により、多孔質フッ素樹脂膜の表面に前記フルオロア
ルキル基を有するポリマーからなる被覆膜を形成する。
このような撥油処理剤の市販品としては、例えば、ダイ
キン社製の撥水・撥油加工剤(商品名:ユニダイン)な
どを用いることができる。また、上記被覆膜を形成する
処理の後に、多孔質フッ素樹脂膜を50〜200℃程度
の温度で熱処理することにより、撥油性能を向上させる
ことができる。
樹脂膜を単独で用いることができるほか、多孔質フッ素
樹脂膜と他の気体透過性材料、例えば、織布、不織布、
ネット、フェルトなどとの積層複合体を用いることもで
きる。このような積層複合体の場合は、多孔質フッ素樹
脂膜への撥油処理ではなく、これと積層される気体透過
性材料に撥油処理を行うものであってもよい。もちろ
ん、多孔質フッ素樹脂膜の側に撥油処理を行うものでも
よく、両者に撥油処理を行ってもよい。
多孔質フッ素樹脂膜を有する積層複合体の市販品として
は、例えば、日東電工社製のフィルター“NTF213
1A−PS06”または“NTF2133A−S06”
等を使用することができる。
処理を施した多孔質フッ素樹脂膜は、液体燃料がメタノ
ール、エタノール、ジメチルエーテルなどの他、親油性
の溶液であれば全てに対して漏液防止効果がある。
池は、酸素を還元する正極と、燃料を酸化する負極と、
前記正極と前記負極との間に設けられた電解質層とを備
えると共に、液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵部を備え
た液体燃料電池であって、前記液体燃料貯蔵部に、気液
分離膜を有する気液分離孔を備え、前記気液分離膜とし
て、撥油処理を施した多孔質フッ素樹脂膜、または、多
孔質フッ素樹脂膜と他の気体透過性材料との積層複合体
であって撥油処理を施したものを用いることにより、液
体燃料の漏れがなく、小型で且つ安定的に発電すること
のできる液体燃料電池を提供することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 酸素を還元する正極と、燃料を酸化する
負極と、前記正極と前記負極との間に設けられた電解質
層とを備えると共に、液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵
部を備えた液体燃料電池であって、前記液体燃料貯蔵部
に、気液分離膜を有する気液分離孔を備え、前記気液分
離膜として、撥油処理を施した多孔質フッ素樹脂膜、ま
たは、多孔質フッ素樹脂膜と他の気体透過性材料との積
層複合体であって撥油処理を施したものを用いることを
特徴とする液体燃料電池。 - 【請求項2】 前記液体燃料を含浸して保持し且つ前記
負極に前記液体燃料を供給する液体燃料含浸部を備え、
前記液体燃料含浸部が前記負極と接する部分に配置され
ている請求項1に記載の液体燃料電池。
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- 2002-05-08 JP JP2002133200A patent/JP3917001B2/ja not_active Expired - Fee Related
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