JP2006213882A - Fuel composition for fuel cells - Google Patents

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隆人 千葉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel composition for a fuel cell capable of obtaining stable performance for a long time. <P>SOLUTION: This fuel composition for a fuel cell contains a fuel, and a fungicide or a bactericide. The fuel in the fuel composition for a fuel cell is preferably a 1-3C alcohol and water. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

燃料電池用の燃料組成物に係り、特に直接メタノール型燃料電池用の燃料組成物に関する。   The present invention relates to a fuel composition for a fuel cell, and more particularly to a fuel composition for a direct methanol fuel cell.

燃料電池にはいくつもの種類があるが、直接メタノール型燃料電池は、燃料としてのメタノール水溶液を改質して水素ガスを取り出すこと無く、液体のまま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。そのため、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型燃料電池と比べて、発電システムとしての構造がシンプルで、小型化、軽量化が容易であり、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。   There are several types of fuel cells, but direct methanol fuel cells have the feature that they can generate electricity by directly supplying liquid as it is without taking out hydrogen gas by reforming methanol aqueous solution as fuel. Yes. Therefore, compared with conventional polymer electrolyte fuel cells that supply fuel by gasification or reforming, the structure as a power generation system is simple, and it is easy to reduce the size and weight. Its use as a power source has attracted attention.

この様な直接メタノール型燃料電池は、電解質膜にプロトン伝導性固体高分子膜を用い、この電解質膜を介して、拡散層となる多孔性カーボンペーパー上に触媒を塗布してなるカソード極とアノード極を接合し、アノード極側には燃料としてのメタノール水溶液を供給するための流路溝を有するアノード極側セパレータが設けられ、カソード極側には酸化剤ガスとしての空気を供給するための流路溝を有するカソード極側セパレータが設けられた構造を取っている。   Such a direct methanol fuel cell uses a proton conductive solid polymer membrane as an electrolyte membrane, and a cathode and an anode formed by applying a catalyst on porous carbon paper serving as a diffusion layer via the electrolyte membrane. The anode electrode side separator having a flow channel for supplying a methanol aqueous solution as a fuel is provided on the anode electrode side, and a flow for supplying air as an oxidant gas is provided on the cathode electrode side. It has a structure in which a cathode electrode side separator having a passage groove is provided.

アノード極にメタノール水溶液を供給し、カソード極に空気を供給すると、アノード極ではメタノールと水との酸化反応によって炭酸ガスが生成すると共に水素イオンと電子が放出され(CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-)、カソード極では電解質膜を通過してきた前記水素イオンと空気との還元反応によって水が生成する(6H++(3/2)O2+6e-→3H2O)。カソード極とアノード極を繋ぐことにより外部回路に電気エネルギーを得ることができる。従って、直接メタノール燃料電池の全反応は、メタノールと酸素から水と二酸化炭素が生成する反応である。 When an aqueous methanol solution is supplied to the anode electrode and air is supplied to the cathode electrode, carbon dioxide gas is generated by the oxidation reaction of methanol and water at the anode electrode, and hydrogen ions and electrons are released (CH 3 OH + H 2 O → CO 2). + 6H + + 6e ), and at the cathode electrode, water is generated by the reduction reaction between the hydrogen ions that have passed through the electrolyte membrane and air (6H + + (3/2) O 2 + 6e → 3H 2 O). Electrical energy can be obtained in the external circuit by connecting the cathode and anode. Therefore, the total reaction of the direct methanol fuel cell is a reaction in which water and carbon dioxide are generated from methanol and oxygen.

燃料電池としては、燃料気化供給型や毛管力を利用したものなど種々のタイプが知られており、燃料としてはアルコールと水とを混合して調製されたものが用いられている。   Various types of fuel cells are known, such as a fuel vaporization supply type and a type using capillary force, and a fuel prepared by mixing alcohol and water is used.

特許文献1に記載の燃料電池は、燃料としての液体燃料を毛管力で各単電池内に導入して各単電池内で気化し、気化された燃料を燃料極(アノード極)に供給する構造である。このため、燃料気化器等などの補器を使用せずに、高濃度の燃料を使用できるため小型化が可能である。特許文献2に記載の燃料電池用の燃料組成物は、炭素数が1〜3のアルコールおよび水を含む燃料と界面活性剤を含有するものである。この燃料電池用の燃料組成物は、液体型燃料電池の起動時間の短縮化を図れるのみならず、特許文献1に記載の燃料電池を低温から起動することも可能となる、というものである。
特開2000−353533号公報 特開2001−93558号公報
The fuel cell described in Patent Document 1 has a structure in which liquid fuel as fuel is introduced into each unit cell by capillary force, is vaporized in each unit cell, and the vaporized fuel is supplied to the fuel electrode (anode electrode). It is. For this reason, since high-concentration fuel can be used without using auxiliary equipment such as a fuel vaporizer, miniaturization is possible. The fuel composition for a fuel cell described in Patent Document 2 contains a fuel containing a C 1-3 alcohol and water and a surfactant. This fuel composition for a fuel cell not only can shorten the start-up time of the liquid fuel cell, but can also start the fuel cell described in Patent Document 1 from a low temperature.
JP 2000-353533 A JP 2001-93558 A

特許文献2は、燃料電池の起動時間の短縮化、低温からの起動といった課題に着目したものである。一方、燃料電池を実用化する上では、エネルギー供給システムとしての長期安定性は重要な課題である。本発明は、エネルギー供給システムとしての長期安定性に着目したものであり、その目的とするところは、長時間に亘って安定性能が得られる燃料電池用の燃料組成物を提供することである。   Patent Document 2 focuses on problems such as shortening the startup time of the fuel cell and starting from a low temperature. On the other hand, long-term stability as an energy supply system is an important issue in putting fuel cells into practical use. The present invention focuses on long-term stability as an energy supply system, and an object of the present invention is to provide a fuel composition for a fuel cell that can provide stable performance over a long period of time.

上記目的は以下の手段により達成することができる。   The above object can be achieved by the following means.

請求項1に係る発明は、燃料及び防黴剤又は殺菌剤とを含有する燃料電池用の燃料組成物である。   The invention according to claim 1 is a fuel composition for a fuel cell containing a fuel and a fungicide or a bactericidal agent.

請求項2に係る発明は、前記燃料は炭素数が1〜3のアルコールおよび水である請求項1に記載の燃料電池用の燃料組成物である。   The invention according to claim 2 is the fuel composition for a fuel cell according to claim 1, wherein the fuel is alcohol having 1 to 3 carbon atoms and water.

請求項3に係る発明は、前記アルコールの含有量は前記燃料に対して10〜40質量%である請求項2に記載の燃料電池用の燃料組成物である。   The invention according to claim 3 is the fuel composition for a fuel cell according to claim 2, wherein the content of the alcohol is 10 to 40% by mass with respect to the fuel.

請求項4に係る発明は、前記防黴剤又は殺菌剤が、1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オン系化合物、イソチアゾリン−3−オン系化合物、チアゾリルベンズイミダゾール系化合物、2−フェノキシエタノール系化合物、フェノール系化合物から選ばれる化合物である請求項1乃至3の何れか1項に記載の燃料電池用の燃料組成物。   The invention according to claim 4 is characterized in that the antifungal agent or fungicide is a 1,2-benzisothiazolin-3-one compound, an isothiazoline-3-one compound, a thiazolylbenzimidazole compound, or a 2-phenoxyethanol system. The fuel composition for a fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel composition is a compound selected from a compound and a phenolic compound.

すなわち、本発明者等は、燃料に防黴剤又は殺菌剤を含有させることにより、燃料供給系の燃料収容容器や燃料収容容器と燃料電池スタック本体を接続する導入管等の水が残存する部位、あるいは、燃料電池のカソード極やカソード極側で生成した水を排水する配管などの水が存在する部位に、また、電解質膜や電極の部分にカビ等の菌が発生することを抑えることができ、長期に亘って安定した出力が得られるのではないか、と考え本発明に至った。   That is, the present inventors include a fume-proofing agent or a bactericidal agent in the fuel so that water remains in the fuel supply container, such as a fuel supply container and an introduction pipe connecting the fuel storage container and the fuel cell stack body. Or, it is possible to suppress the occurrence of fungi such as fungi in parts where water is present, such as a pipe for draining water generated on the cathode electrode or cathode electrode side of the fuel cell, and in the electrolyte membrane or electrode part. It was possible to obtain a stable output over a long period of time, and the present invention was achieved.

長時間に亘って安定性能が得られる燃料電池用の燃料組成物を得ることができた。   A fuel composition for a fuel cell capable of obtaining stable performance over a long time could be obtained.

本発明の燃料電池用の燃料組成物において、燃料はアルコール類、エーテル類、ヒドラジン等を挙げることができる。好ましくは、アルコール類であり、具体的には炭素数が1〜3のアルコールおよび水である。炭素数が1〜3のアルコールとしては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、および1−プロパノールが挙げられる。アルコールの含有量は、アルコールと水とからなる燃料全体に対して1〜80質量%であることが好ましく、10〜40質量%であることがより好ましい。アルコールの含有量が1質量%で未満の場合には液体燃料収容容器が大きくなりすぎ、小型化を図ることが困難になる。80質量%を越えると、燃料を構成する他方の成分である水が減少するため、電池反応が起こりにくくなるおそれがある。燃料の他方の成分である水の含有量は、こうしたアルコールの量に応じて、適宜決定することができる。   In the fuel composition for a fuel cell of the present invention, examples of the fuel include alcohols, ethers, hydrazine and the like. Preferred are alcohols, specifically, alcohol having 1 to 3 carbon atoms and water. Examples of the alcohol having 1 to 3 carbon atoms include methanol, ethanol, isopropanol, and 1-propanol. The content of the alcohol is preferably 1 to 80% by mass, more preferably 10 to 40% by mass with respect to the entire fuel composed of alcohol and water. When the alcohol content is less than 1% by mass, the liquid fuel container becomes too large, and it is difficult to reduce the size. If it exceeds 80% by mass, the water component, which is the other component of the fuel, is reduced, which may make it difficult for the cell reaction to occur. The content of water which is the other component of the fuel can be appropriately determined according to the amount of such alcohol.

本発明の燃料電池用の燃料組成物に配合される防黴剤又は殺菌剤としては、1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オン系化合物、イソチアゾリン−3−オン系化合物、チアゾリルベンズイミダゾール系化合物、2−フェノキシエタノール系化合物、フェノール系化合物の他にフェネチルアルコール等を挙げることができる。これらの防黴剤又は殺菌剤の中でも、1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オン系化合物が好ましく、特に、1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オンが好ましい。   Antifungal agents or fungicides blended in the fuel composition for fuel cells of the present invention include 1,2-benzisothiazolin-3-one compounds, isothiazoline-3-one compounds, thiazolylbenzimidazole compounds In addition to compounds, 2-phenoxyethanol compounds, and phenol compounds, phenethyl alcohol and the like can be given. Among these antifungal agents or fungicides, 1,2-benzisothiazolin-3-one compounds are preferable, and 1,2-benzisothiazolin-3-one is particularly preferable.

これらの防黴剤又は殺菌剤の含有量としては、防黴剤又は殺菌剤の種類によっても異なるが、概ね燃料組成物中に1質量%以下の割合で存在すれば十分に効果が発揮されるが、好ましくは0.005〜0.5質量%である。また、防黴剤又は殺菌剤は一種類だけでなく、数種類を混ぜて使用することもできる。以下に、防黴剤又は殺菌剤の具体的な化合物例を列挙するが、これらに限定されるものではない。   The content of these fungicides or bactericides varies depending on the type of fungicides or bactericides, but the effect is sufficiently exerted if they are generally present in a proportion of 1% by mass or less in the fuel composition. However, it is preferably 0.005 to 0.5 mass%. Moreover, not only one type of antifungal agent or fungicide but also several types can be mixed and used. Specific examples of antifungal agents or fungicides are listed below, but are not limited thereto.

(I)1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オン系化合物;   (I) 1,2-benzisothiazolin-3-one compound;

Figure 2006213882
Figure 2006213882

(II)イソチアゾリン−3−オン系化合物;
II−1 2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オン
II−2 5−クロロ−2−メチル−4−イソチアゾリン−3−オン
II−3 2−メチル−5−フェニル−4−イソチアゾリン−3−オン
II−4 2−ヒドロキシメチル−4−イソチアゾリン−3−オン
II−5 5−クロロ−2−(2−フェニルエチル)−4−イソチアゾリン−3−オン
(III)チアゾリルベンズイミダゾール系化合物;
(II) isothiazoline-3-one compounds;
II-1 2-Methyl-4-isothiazolin-3-one
II-2 5-chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-one
II-3 2-Methyl-5-phenyl-4-isothiazolin-3-one
II-4 2-hydroxymethyl-4-isothiazolin-3-one
II-5 5-chloro-2- (2-phenylethyl) -4-isothiazolin-3-one (III) thiazolylbenzimidazole compound;

Figure 2006213882
Figure 2006213882

(IV)2−フェノキシエタノール系化合物;   (IV) 2-phenoxyethanol compounds;

Figure 2006213882
Figure 2006213882

(V)フェノール系化合物;   (V) a phenolic compound;

Figure 2006213882
Figure 2006213882

本発明の燃料組成物に含有されるアルコールの量が、燃料全体の30質量%を越える場合には、低温(氷点下40℃)でも凍結しないので、不凍液化剤を配合する必要はないが、アルコールの量が30質量%以下の場合には、不凍液化剤を配合して、燃料組成物の不凍液化を図ることが好ましい。   When the amount of alcohol contained in the fuel composition of the present invention exceeds 30% by mass of the whole fuel, it does not freeze even at a low temperature (below freezing point of 40 ° C.). When the amount is 30% by mass or less, it is preferable to add an antifreeze liquefying agent to make the fuel composition antifreeze.

不凍液化剤としては、多価アルコール又はその誘導体などを用いることができる。不凍液化剤の添加量は、燃料に対して、0.1質量%から10質量%の範囲とすることが好ましい。   As the antifreezing agent, a polyhydric alcohol or a derivative thereof can be used. The addition amount of the antifreeze liquefying agent is preferably in the range of 0.1% by mass to 10% by mass with respect to the fuel.

多価アルコールおよびその誘導体としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジグライム、ポリオキシエチレンのオリゴマー、およびポリオキシプロピレンのオリゴマーなどが挙げられる。   Examples of the polyhydric alcohol and derivatives thereof include ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, propylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, diglyme, polyoxyethylene oligomer, and polyoxypropylene oligomer.

次に、図面を参照して本発明の燃料電池用の燃料組成物を適用する燃料電池について説明する。   Next, a fuel cell to which the fuel composition for a fuel cell of the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の燃料電池用の燃料組成物を適用する燃料電池の概略図である。図1に示す燃料電池は、基本的には、燃料電池用の燃料組成物2(例えばメタノールと水及び防黴剤又は殺菌剤、また、必要に応じて不凍液化剤)を収容する液体燃料収容容器1、燃料電池スタック本体8、燃料収容容器1から燃料電池スタック本体8へ燃料組成物2を導入する導入管5および燃料導入路6より構成される。通常は、酸化剤ガスを供給するためのファンなどの送吸気機構(図示せず)も設けられる。図示する燃料電池スタック本体8は、燃料極(アノード極ともいう)、酸化剤極(カソード極ともいう)およびこれら両極に挟持された電解質膜を有する起電部を持つ単電池7が、複数積層されたスタックを含む構造である。単電池7は、積層せずに単層で用いることもできる。   FIG. 1 is a schematic view of a fuel cell to which the fuel composition for a fuel cell of the present invention is applied. The fuel cell shown in FIG. 1 basically contains a liquid fuel containing a fuel composition 2 for the fuel cell (for example, methanol and water, a fungicide or a disinfectant, and an antifreeze liquefaction agent if necessary). The container 1 includes a fuel cell stack body 8, an introduction pipe 5 for introducing the fuel composition 2 from the fuel storage container 1 to the fuel cell stack body 8, and a fuel introduction path 6. Usually, an air supply / intake mechanism (not shown) such as a fan for supplying an oxidant gas is also provided. The illustrated fuel cell stack body 8 includes a plurality of unit cells 7 each having a fuel electrode (also referred to as an anode electrode), an oxidant electrode (also referred to as a cathode electrode), and an electromotive portion having an electrolyte membrane sandwiched between the two electrodes. It is a structure that includes a stacked. The unit cell 7 can also be used in a single layer without being stacked.

図1において、導入管5は毛管現象が働く程度の細管で形成することができる。あるいは、導入管5は燃料組成物2の導入を補助する目的で燃料組成物2を浸透させる多孔質な材料で満たされていてもよい。このような液体浸透材料としては、例えば、ポリウレタン、ポリエステル、セルロース、フェノール系樹脂などのスポンジ等の多孔質材等を用いることができる。   In FIG. 1, the introduction tube 5 can be formed of a thin tube having a capillary action. Alternatively, the introduction pipe 5 may be filled with a porous material that allows the fuel composition 2 to permeate for the purpose of assisting the introduction of the fuel composition 2. As such a liquid osmotic material, for example, a porous material such as a sponge such as polyurethane, polyester, cellulose, or phenolic resin can be used.

図示するように、燃料収容容器1は接続部4で導入管5に接続されており、この接続部4は密閉されていることが望まれる。接続部4の密閉が不十分の場合には、燃料が揮発するおそれがあるからである。   As shown in the drawing, the fuel container 1 is connected to the introduction pipe 5 at the connection portion 4, and the connection portion 4 is desirably sealed. This is because the fuel may be volatilized when the sealing of the connecting portion 4 is insufficient.

導入管5から燃料電池スタック本体8に導入される燃料組成物2は、スタック内部の各単電池7に均等に安定して供給するために、分子ろ過膜3を経て燃料導入路6と呼ばれる燃料保持材に導かれる。   The fuel composition 2 introduced into the fuel cell stack body 8 from the introduction pipe 5 passes through the molecular filtration membrane 3 and is referred to as a fuel introduction path 6 in order to stably and stably supply the unit cells 7 in the stack. Guided to holding material.

図2は、この単電池7の要部構成を示す断面図である。図示するように、アノード極72、電解質膜73、カソード極74が、燃料浸透層71と、セパレータ75の間に配置されて、単電池7が構成されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the main configuration of the unit cell 7. As shown in the figure, an anode electrode 72, an electrolyte membrane 73, and a cathode electrode 74 are disposed between a fuel permeation layer 71 and a separator 75 to constitute a unit cell 7.

ここで、アノード極72およびカソード極74は、燃料組成物2や酸化剤ガスを流通させると共に電子を通すように、導電性の多孔質体で形成されている。また、燃料組成物2を毛管力で電池内に導入するための燃料浸透層71が設置される。セパレータ75のカソード極74と接する面には、酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス供給溝76を連続溝として設けている。セパレータ75を酸化剤ガスを流すチャンネルとしての機能を併せ持つものとすることにより、電池の部品点数を減らすことができる。   Here, the anode electrode 72 and the cathode electrode 74 are formed of a conductive porous body so that the fuel composition 2 and the oxidant gas can be circulated and electrons can pass therethrough. Further, a fuel permeation layer 71 for introducing the fuel composition 2 into the battery by capillary force is provided. An oxidant gas supply groove 76 for flowing an oxidant gas is provided as a continuous groove on the surface of the separator 75 in contact with the cathode electrode 74. By having the separator 75 also have a function as a channel through which the oxidizing gas flows, the number of parts of the battery can be reduced.

液体燃料収容容器1から燃料浸透層71に燃料組成物2を供給する手段としては、例えば燃料電池スタック本体8に燃料導入路6を形成する。燃料導入路6内に導入された燃料組成物2は、毛管力で燃料浸透層71に供給される。燃料浸透層71の形態は、燃料組成物2を毛管力で浸透しうるものであれば特に限定されるものではなく、粒子やフィラーからなる多孔質体や、抄紙法等で製造した不織布、繊維を織った織布等を用いることができる。また、燃料浸透層71は、電解質膜73に近い方が好ましく、毛管孔径を小さくするなどして毛管力の力が強くなるように設定することが好ましい。   As a means for supplying the fuel composition 2 from the liquid fuel container 1 to the fuel permeation layer 71, for example, the fuel introduction path 6 is formed in the fuel cell stack body 8. The fuel composition 2 introduced into the fuel introduction path 6 is supplied to the fuel permeation layer 71 by capillary force. The form of the fuel permeation layer 71 is not particularly limited as long as it can permeate the fuel composition 2 by capillary force, and is a porous body composed of particles and fillers, a nonwoven fabric manufactured by a papermaking method, or the like. A woven fabric or the like woven can be used. The fuel permeation layer 71 is preferably closer to the electrolyte membrane 73 and is preferably set so that the capillary force is increased by reducing the capillary hole diameter.

上記セパレータ75、燃料浸透層71は、発生した電子を伝導する集電層の機能も果たすように、導電性材料により形成される。また、アノード極72やカソード極74と電解質膜73との間に触媒層を形成してもよいし、アノード極72やカソード極74自体を触媒電極としてもよい。触媒電極は、触媒層単独でもよいが、導電性のペーパーやクロス等の支持体の上に触媒層を形成したような多層構造を持つものでもよい。   The separator 75 and the fuel permeation layer 71 are formed of a conductive material so as to function as a current collecting layer that conducts generated electrons. Further, a catalyst layer may be formed between the anode electrode 72 or the cathode electrode 74 and the electrolyte membrane 73, or the anode electrode 72 or the cathode electrode 74 itself may be used as a catalyst electrode. The catalyst electrode may be a catalyst layer alone or may have a multilayer structure in which a catalyst layer is formed on a support such as conductive paper or cloth.

電解質膜73としては、プロトン導電性を有する固体高分子電解質膜が好ましく、スルホン化ポリイミド系高分子電解質膜、フッ素系高分子電解質膜、炭化水素系高分子電解質膜、複合材料等公知のものを採用することができる。例えば炭化水素系高分子電解質材料としては、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等のスルホン化エンジニアリングプラスチック系電解質、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルケトン、スルホアルキル化ポリエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリスルホン、スルホアルキル化ポリスルフィド、スルホアルキル化ポリフェニレン等のスルホアルキル化エンジニアリングプラスチック系電解質等がある。   The electrolyte membrane 73 is preferably a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity, and known ones such as a sulfonated polyimide polymer electrolyte membrane, a fluorine polymer electrolyte membrane, a hydrocarbon polymer electrolyte membrane, and a composite material. Can be adopted. For example, as the hydrocarbon polymer electrolyte material, sulfonated engineering plastic electrolytes such as sulfonated polyetherketone, sulfonated polyethersulfone, sulfonated polyetherethersulfone, sulfonated polysulfone, sulfonated polysulfide, and sulfonated polyphenylene, Examples include sulfoalkylated engineering plastic electrolytes such as sulfoalkylated polyetheretherketone, sulfoalkylated polyethersulfone, sulfoalkylated polyetherethersulfone, sulfoalkylated polysulfone, sulfoalkylated polysulfide, and sulfoalkylated polyphenylene.

アノード極72及びカソード極74の触媒としては、公知の触媒を用いることができ、例えば、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、金などの貴金属触媒、白金−ルテニウム、鉄−ニッケル−コバルト−モリブデン−白金などの合金が用いられる。   As the catalyst for the anode electrode 72 and the cathode electrode 74, known catalysts can be used, for example, noble metal catalysts such as platinum, palladium, ruthenium, iridium, gold, platinum-ruthenium, iron-nickel-cobalt-molybdenum-platinum. Alloys such as are used.

アノード極72及びカソード極74の触媒層は、導電性を改善する目的で電子伝導体(導電材)材料を含むことが好ましい。電子伝導体(導電材)としては、特に限定されるものではないが、電子伝導性と耐触性の点から無機導電性物質が好ましく用いられる。なかでも、カーボンブラック、黒鉛質や炭素質の炭素材、あるいは金属や半金属が挙げられる。ここで、炭素材としては、チャネルブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックが、電子伝導性と比表面積の大きさの点から好ましく用いられる。特に、白金担持カーボンなどのように、触媒を担持した電子伝導体(導電材)として用いられる。また、触媒層は、プロトン伝導性電解質材料を含むことが好ましい。プロトン導電性を有する固体高分子電解質膜に用いられるイオン導電性を有する電解質であれば特に制限は無く、例えば、フッ素系電解質材料、部分フッ素系電解質材料、炭化水素系電解質材料等が挙げられる。この触媒層における貴金属触媒担持カーボンと高分子電解質の比率は、必要とされる電極特性に応じて適宜決められるべきもので、特に限定されるものではないが、貴金属触媒担持カーボン/高分子電解質の質量比率で5/95〜95/5が好ましく、40/60〜85/15がさらに好ましい。   The catalyst layers of the anode electrode 72 and the cathode electrode 74 preferably contain an electron conductor (conductive material) material for the purpose of improving conductivity. The electron conductor (conductive material) is not particularly limited, but an inorganic conductive material is preferably used from the viewpoints of electron conductivity and touch resistance. Among these, carbon black, graphite or carbonaceous carbon material, metal or metalloid can be mentioned. Here, as the carbon material, carbon black such as channel black, thermal black, furnace black, and acetylene black is preferably used from the viewpoint of electron conductivity and specific surface area. In particular, it is used as an electron conductor (conductive material) carrying a catalyst, such as platinum-carrying carbon. The catalyst layer preferably contains a proton conductive electrolyte material. The electrolyte is not particularly limited as long as it is an electrolyte having ion conductivity used for a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity, and examples thereof include a fluorine-based electrolyte material, a partial fluorine-based electrolyte material, and a hydrocarbon-based electrolyte material. The ratio of the noble metal catalyst-supported carbon and the polymer electrolyte in the catalyst layer should be appropriately determined according to the required electrode characteristics, and is not particularly limited. The mass ratio is preferably 5/95 to 95/5, and more preferably 40/60 to 85/15.

アノード極72及びカソード極74の触媒層を支持する支持体、すなわち、電極基材としては、電気抵抗が低く、集電を行えるものであれば、特に限定されることなく用いることが可能である。電極基材の構成材としては、例えば、導電性物質を主とするものが挙げられ、この導電性物質としては、ポリアクリロニトリルからの焼成体、ピッチからの焼成体、黒鉛及び膨張黒鉛等の炭素材、前述のナノカーボン材料、ステンレススチール、モリブデン、チタン等が挙げられる。また、上記の触媒層、触媒層を支持する支持体に撥水性向上のための撥水性付与剤を含ませることができる。撥水性付与剤としては、テフロン(登録商標)の様なポリテトラフロロエチレン(PTFE)、テトラフロロエチレン−パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフロロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共重合体等の含フッ素樹脂が挙げられる。カソード極74の触媒層、触媒層を支持する支持体等のカソード極を構成する層には、酸化チタンのような抗菌作用を持つ化合物を含有させることができる。   The support that supports the catalyst layers of the anode electrode 72 and the cathode electrode 74, that is, the electrode substrate, can be used without particular limitation as long as it has a low electrical resistance and can collect current. . Examples of the constituent material of the electrode base material include those mainly composed of a conductive substance. Examples of the conductive substance include a fired body from polyacrylonitrile, a fired body from pitch, and carbon such as graphite and expanded graphite. Examples include raw materials, the aforementioned nanocarbon materials, stainless steel, molybdenum, and titanium. In addition, the catalyst layer and the support that supports the catalyst layer may contain a water repellency imparting agent for improving water repellency. Examples of water repellency-imparting agents include fluorine-containing resins such as polytetrafluoroethylene (PTFE) such as Teflon (registered trademark), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer. Is mentioned. The catalyst layer of the cathode electrode 74 and the layer constituting the cathode electrode, such as a support for supporting the catalyst layer, can contain a compound having an antibacterial action such as titanium oxide.

以下、実施例により本発明についてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものでない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in more detail, this invention is not limited to these.

[触媒担持カーボンの作製]
(カソード極用白金担持カーボン)
アセチレンブラック9g、純水200gを混合する。次いで、白金として1gの塩化白金酸水溶液を添加して、60℃に昇温する。温度が一定になった後に、2mol/lの水酸化ナトリウム溶液でpH10に調整して、3質量%ヒドラジン溶液を滴下して塩化白金酸の還元を行った。還元終了後にガラスフィルターでろ過洗浄し、乾燥することで白金担持カーボンを得た。このカーボンの白金担持量は20質量%であった。
[Production of catalyst-supported carbon]
(Platinum-supported carbon for cathode electrode)
9 g of acetylene black and 200 g of pure water are mixed. Subsequently, 1 g of chloroplatinic acid aqueous solution is added as platinum, and it heats up to 60 degreeC. After the temperature became constant, the pH was adjusted to 10 with a 2 mol / l sodium hydroxide solution, and a 3% by mass hydrazine solution was added dropwise to reduce chloroplatinic acid. After completion of the reduction, platinum-supported carbon was obtained by filtering and washing with a glass filter and drying. The amount of platinum supported on this carbon was 20% by mass.

(アノード極用白金ルテニウム担持カーボン)
カソード極用白金担持カーボンの作製と同様にしてアノード極用白金ルテニウム担持カーボンを作製した。ただし、この場合は白金として1gの塩化白金酸水溶液の代わりに、白金として1.2gの塩化白金酸およびルテニウムとして1gの塩化ルテニウムの水溶液を用いて、白金−ルテニウム担持カーボンを得た。このカーボンの白金担持量は20質量%であった。
(Platinum ruthenium-supporting carbon for anode electrode)
Platinum ruthenium-supporting carbon for anode electrode was prepared in the same manner as the preparation of platinum-supporting carbon for cathode electrode. However, in this case, platinum-ruthenium-supported carbon was obtained by using 1.2 g of chloroplatinic acid as platinum and 1 g of ruthenium chloride as ruthenium instead of 1 g of chloroplatinic acid as platinum. The amount of platinum supported on this carbon was 20% by mass.

[電極用ペーストの作製]
(アノード極用ペーストの作製)
白金−ルテニウム担持カーボン、ナフィオン117溶液(デュポン社製)、テフロン(登録商標)分散液PTFE31−J(三井デュポンフロロケミカル社製)を、固形分質量比でそれぞれ40:55:5の混合物を作製し、これに水および2−プロパノールを加え、超音波で均一に分散し、アノード極用ペーストを作製した。
[Preparation of electrode paste]
(Preparation of anode electrode paste)
Platinum: ruthenium-supporting carbon, Nafion 117 solution (manufactured by DuPont), and Teflon (registered trademark) dispersion PTFE31-J (manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.) were each prepared as a 40: 55: 5 mixture in solid content mass ratio. Then, water and 2-propanol were added thereto, and the mixture was uniformly dispersed with ultrasonic waves to prepare an anode electrode paste.

(カソード極用ペーストの作製)
アノード極用ペーストの作製において、白金−ルテニウム担持カーボンを白金担持カーボンに代えた以外はアノード極用ペーストの作製と同様の操作を行い、カソード極用ペーストを作製した。
(Preparation of cathode electrode paste)
In the preparation of the anode electrode paste, a cathode electrode paste was prepared in the same manner as the anode electrode paste except that the platinum-ruthenium-supporting carbon was replaced with platinum-supporting carbon.

[触媒層を支持する支持体の作製]
(撥水処理カーボンペーパーの作製)
空隙率75%、厚み0.4mmのカーボンペーパーをテフロン(登録商標)分散液PTFE31−J(三井デュポンフロロケミカル社製)に浸漬し、表面に0.5mg/cm2のテフロン(登録商標)を被着して、撥水処理カーボンペーパーを作製した。
[Preparation of support for supporting catalyst layer]
(Production of water repellent carbon paper)
Carbon paper having a porosity of 75% and a thickness of 0.4 mm is immersed in Teflon (registered trademark) dispersion PTFE31-J (manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.), and 0.5 mg / cm 2 of Teflon (registered trademark) is placed on the surface. A water-repellent carbon paper was prepared by applying.

[電極の作製]
(アノード極の作製)
上記で作製した撥水処理カーボンペーパーの表面に、上記で作製したアノード極用ペーストを白金量が3.0mgとなるように均一に塗布し、窒素雰囲気下80℃で1時間乾燥しアノード極を作製した。
[Production of electrodes]
(Preparation of anode electrode)
The anode electrode paste prepared above was uniformly applied to the surface of the water-repellent treated carbon paper prepared above so that the amount of platinum was 3.0 mg, and dried at 80 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. Produced.

(カソード極の作製)
上記で作製した撥水処理カーボンペーパーの表面に、上記で作製したカソード極用ペーストを白金量が3.0mgとなるように均一に塗布し、窒素雰囲気下80℃で1時間乾燥しアノード極を作製した。
(Production of cathode electrode)
The cathode electrode paste prepared above is uniformly applied to the surface of the water-repellent treated carbon paper prepared above so that the amount of platinum is 3.0 mg, and dried at 80 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to form the anode electrode. Produced.

[電解質膜−電極接合体の作製]
上記で作製したアノード極及びカソード極でナフィオン112膜(デュポン社製)を挟持した。これらを、140℃で5分間、100kg/cm2の圧力でホットプレスして接合し、起電部である電解質膜−電極接合体を作製した。
[Preparation of electrolyte membrane-electrode assembly]
A Nafion 112 membrane (manufactured by DuPont) was sandwiched between the anode and cathode prepared above. These were hot-pressed and bonded at 140 ° C. for 5 minutes at a pressure of 100 kg / cm 2 to prepare an electrolyte membrane-electrode assembly as an electromotive part.

[燃料電池スタック本体の作製]
上記で得られた電解質膜−電極接合体と燃料浸透層としてのカーボン多孔質板(空隙率40%、)とを積層し、酸化剤ガス供給溝を設けたカソード極側セパレータとしてのホルダーとアノード極側のホルダーの間に配置して単電池を作製した。このようにして作製した単電池を10個積層して、燃料電池スタック本体を作製した。
[Fabrication of fuel cell stack body]
The electrolyte membrane-electrode assembly obtained above and a carbon porous plate (porosity 40%) as a fuel permeation layer are laminated, and a holder and an anode as a cathode electrode side separator provided with an oxidant gas supply groove A cell was prepared by placing it between the pole-side holders. Ten unit cells thus produced were stacked to produce a fuel cell stack body.

(評価)
上記で作製した燃料電池スタック本体を図1に示すようにセットした。温度60℃、大気圧下における燃料の流速を10ml/分、空気の流速を50ml/分とした条件で、アノード極側に表1に示す燃料組成物を供給し、カソード極側に空気を供給して電流電圧特性を測定した。測定は、60℃の恒温室内で2時間発電、2日間停止を繰り返し、4ヶ月後の電池性能と初期の電池性能を比較した。初期及び4ヶ月後の電圧0.4Vでの電流密度の測定結果を表1に示す。
(Evaluation)
The fuel cell stack body produced above was set as shown in FIG. The fuel composition shown in Table 1 is supplied to the anode side and air is supplied to the cathode side under the conditions of a temperature of 60 ° C. and a fuel flow rate of 10 ml / min and an air flow rate of 50 ml / min at atmospheric pressure. The current-voltage characteristics were measured. In the measurement, the battery performance after 4 months was compared with the initial battery performance after repeating power generation for 2 hours and stopping for 2 days in a constant temperature room at 60 ° C. Table 1 shows the measurement results of current density at a voltage of 0.4 V at the initial stage and after 4 months.

Figure 2006213882
Figure 2006213882

本発明に係る試料は、初期と4ヶ月後での電池性能の劣化は認められなかった。これに対し、本発明外の試料では、4ヶ月後の電池性能の劣化が認められた。また、4ヶ月後に電池を取り出して電池内の様子を観察したが、本発明に係る試料はほとんど変化がなかった。これに対し、本発明外の試料では、表面がぬるぬるしていた。   In the sample according to the present invention, deterioration in battery performance at the initial stage and after 4 months was not observed. On the other hand, deterioration of battery performance after 4 months was observed in the samples outside the present invention. Further, after 4 months, the battery was taken out and the inside of the battery was observed, but the sample according to the present invention was hardly changed. On the other hand, in the sample outside the present invention, the surface was slimy.

本発明の燃料電池用の燃料組成物を適用する燃料電池の概略図である。It is the schematic of the fuel cell to which the fuel composition for fuel cells of this invention is applied. 単電池の要部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part structure of a cell.

符号の説明Explanation of symbols

1 液体燃料収容容器
2 燃料組成物
3 分子ろ過膜
4 接続部
5 導入管
6 燃料導入路
7 単電池
71 燃料浸透層
72 アノード極
73 電解質膜
74 カソード極
75 セパレータ
76 酸化剤ガス供給溝
8 燃料電池スタック本体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid fuel container 2 Fuel composition 3 Molecular filtration membrane 4 Connection part 5 Introducing pipe 6 Fuel introduction path 7 Single cell 71 Fuel penetration layer 72 Anode electrode 73 Electrolyte membrane 74 Cathode electrode 75 Separator 76 Oxidant gas supply groove 8 Fuel cell Stack body

Claims (4)

燃料及び防黴剤又は殺菌剤とを含有する燃料電池用の燃料組成物。 A fuel composition for a fuel cell comprising a fuel and a fungicide or a bactericidal agent. 前記燃料は炭素数が1〜3のアルコールおよび水である請求項1に記載の燃料電池用の燃料組成物。 The fuel composition for a fuel cell according to claim 1, wherein the fuel is alcohol having 1 to 3 carbon atoms and water. 前記アルコールの含有量は前記燃料に対して10〜40質量%である請求項2に記載の燃料電池用の燃料組成物。 The fuel composition for a fuel cell according to claim 2, wherein the alcohol content is 10 to 40% by mass with respect to the fuel. 前記防黴剤又は殺菌剤が、1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オン系化合物、イソチアゾリン−3−オン系化合物、チアゾリルベンズイミダゾール系化合物、2−フェノキシエタノール系化合物、フェノール系化合物から選ばれる化合物である請求項1乃至3の何れか1項に記載の燃料電池用の燃料組成物。 The antifungal agent or fungicide is selected from 1,2-benzisothiazolin-3-one compounds, isothiazoline-3-one compounds, thiazolylbenzimidazole compounds, 2-phenoxyethanol compounds, and phenol compounds. The fuel composition for a fuel cell according to any one of claims 1 to 3, which is a compound.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011508011A (en) * 2007-12-20 2011-03-10 ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレイティド Corrosion resistance and improved control of microorganisms in hydrocarbonaceous compositions
JP2011522069A (en) * 2008-05-15 2011-07-28 アンガス ケミカル カンパニー Improved corrosion and microbial control in hydrocarbonaceous compositions.
JP2012522784A (en) * 2009-04-06 2012-09-27 ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー Cold and stable biocidal composition

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