JP2006225423A - Preserving method of fuel for fuel cell - Google Patents

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Minoru Yagi
稔 八木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a preserving method of a fuel for fuel cells, capable of stably preserving the fuel for fuel cells. <P>SOLUTION: The fuel for fuel cells is stably preserved as a molecular compound. As the molecular compound an inclusion compound formed from the fuel for fuel cells and a host compound can be used. As the fuel cells preferable are polymer electrolyte fuel cells, particularly direct methanol fuel cells. The fuel for the fuel cells is preferably one or more selected from the group consisting of alcohols, ethers, hydrocarbons and acetals. The fuel for the fuel cells can have various forms such as the molecular compound is filled in a cartridge. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池用燃料の保存方法に関し、特に地震や台風などの自然災害等により電力の供給ができなくなった場合に、燃料電池をオンサイトで稼動させ発電させるために、燃料電池用の燃料を安全かつ安定的に保存することの可能な燃料電池用燃料の保存方法に関する。   The present invention relates to a method for storing fuel for a fuel cell, and more particularly to a fuel cell for operating a fuel cell on-site and generating electric power when power cannot be supplied due to a natural disaster such as an earthquake or a typhoon. The present invention relates to a fuel cell fuel storage method capable of storing fuel safely and stably.

固体高分子電解質型燃料電池は、パーフルオロスルホン酸膜等の固体電解質膜を電解質とし、この膜の両面に燃料極(アノード)及び酸化剤極(カソード)を接合して構成され、アノードに水素やメタノールを、カソードに酸素を供給して電気化学反応により発電する装置である。各電極で生じる電気化学反応は、燃料としてメタノールを用いた場合、アノードでは、
CHOH+HO→6H+CO+6e ・・・(1)
であり、カソードでは、
3/2O+6H+6e→3HO ・・・(2)
である。この反応を起こすために、両電極は触媒物質が担持された炭素微粒子と固体高分子電解質との混合体より構成されている。
A solid polymer electrolyte fuel cell has a solid electrolyte membrane such as a perfluorosulfonic acid membrane as an electrolyte, and a fuel electrode (anode) and an oxidant electrode (cathode) are joined to both sides of the membrane, and hydrogen is connected to the anode. It is a device that generates oxygen by electrochemical reaction by supplying oxygen to the cathode and methanol. The electrochemical reaction that occurs at each electrode, when methanol is used as the fuel,
CH 3 OH + H 2 O → 6H + + CO 2 + 6e (1)
And at the cathode,
3 / 2O 2 + 6H + + 6e → 3H 2 O (2)
It is. In order to cause this reaction, both electrodes are composed of a mixture of carbon fine particles carrying a catalyst material and a solid polymer electrolyte.

このような固体高分子電解質型燃料電池において、燃料としてメタノールを用いた場合、アノードに供給されたメタノールは、電極中の細孔を通過して触媒に達し、触媒によりメタノールが分解されて、上記反応式(1)の反応で電子と水素イオンとを生成する。水素イオンはアノード中の電解質及び両電極間の固体電解質膜を通ってカソードに達し、カソードに供給された酸素及び外部回路より流れ込む電子と反応して、上記反応式(2)の反応で水を生じる。一方、メタノールより放出された電子はアノード中の触媒担体を通って外部回路へ導き出され、外部回路よりカソードに流れ込む。この結果、外部回路ではアノードからカソードへ向かって電子が流れ電力が取り出される。   In such a solid polymer electrolyte fuel cell, when methanol is used as the fuel, the methanol supplied to the anode reaches the catalyst through the pores in the electrode, and the methanol is decomposed by the catalyst. Electrons and hydrogen ions are generated by the reaction of reaction formula (1). The hydrogen ions reach the cathode through the electrolyte in the anode and the solid electrolyte membrane between the two electrodes, react with oxygen supplied to the cathode and electrons flowing from the external circuit, and water in the reaction of the above reaction formula (2). Arise. On the other hand, electrons emitted from methanol are led to the external circuit through the catalyst carrier in the anode, and flow into the cathode from the external circuit. As a result, in the external circuit, electrons flow from the anode to the cathode and electric power is taken out.

このメタノールを燃料とするダイレクトメタノール型燃料電池は、携帯用小型燃料電池として適用できる可能性が高く、近年、携帯用コンピューターや携帯電話等の次世代二次電池として開発が活発化してきている。また、このダイレクトメタノール型燃料電池は、市販の乾電池と対比した場合大きな電力を長時間供給できるので、地震や台風などの自然災害時に商用電源が使用できなくなった場合の電力としてオンサイトで発電できるため有用である。   This direct methanol fuel cell using methanol as a fuel has a high possibility of being applicable as a portable small fuel cell, and in recent years, development has been activated as a next-generation secondary battery such as a portable computer or a mobile phone. In addition, this direct methanol fuel cell can supply a large amount of power for a long time when compared with a commercially available dry cell, so it can be generated on-site as power when a commercial power source becomes unavailable during a natural disaster such as an earthquake or typhoon. Because it is useful.

しかしながら、燃料電池の燃料として使用される水素やメタノールは、危険性が高く、取扱い上の問題が多い。特に、災害時や非常時用の燃料としては長期間備蓄したり、緊急的に輸送したりする必要があるが、メタノールは危険物であるので1ヶ所に備蓄できる量や輸送量には制限があった。   However, hydrogen and methanol used as fuel for fuel cells are highly dangerous and have many problems in handling. In particular, as fuel for disasters and emergencies, it must be stocked for a long time or transported urgently, but since methanol is a dangerous substance, there is a limit to the amount that can be stored in one place and the transport amount. there were.

具体的にはメタノールの場合以下のような問題があった。すなわち、
(1)メタノールの原液は毒劇物取締法上の劇物に該当し、また消防法上の危険物第4類にも該当するため、備蓄するにはこれらの法規制の範囲内でしか備蓄することができない。
(2)上記(1)の法規制の問題を解決するために、1〜30質量%程度のメタノール水溶液として備蓄する方法があるが、この程度の濃度の水溶液では凍結する可能性があるので、保存容器が破裂し、解凍にも時間がかかるなどの問題があり、寒冷地での備蓄には適しない。
(3)メタノールもメタノール水溶液も液体であるため、液漏れのない密閉性の高い容器とする必要がある。
Specifically, methanol has the following problems. That is,
(1) The stock solution of methanol falls under the category of deleterious substances under the Poisonous and Deleterious Substances Control Law, and also falls under the Class 4 dangerous goods under the Fire Service Law. Can not do it.
(2) In order to solve the problem of the regulation (1) above, there is a method of storing as a methanol aqueous solution of about 1 to 30% by mass, but there is a possibility of freezing in an aqueous solution of this concentration, There is a problem that the storage container bursts and it takes time to defrost, and it is not suitable for stockpiling in cold regions.
(3) Since both methanol and aqueous methanol solution are liquids, it is necessary to provide a highly airtight container that does not leak.

そこでこのような燃料としてのメタノールを安全性や法規制上の制限なく備蓄や輸送するために非危険物として安全に保存する技術が求められていた。   Therefore, a technology for safely storing methanol as a fuel as a non-hazardous material in order to stockpile and transport without safety and legal restrictions has been demanded.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池用燃料を安定的に保存することの可能な燃料電池用燃料の保存方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell fuel storage method capable of stably storing fuel cell fuel.

本発明の燃料電池用燃料の燃料電池用燃料の保存方法は、燃料電池用燃料を分子化合物として安定的に保存することを特徴とする(請求項1)。これにより、商用電源から電力の供給ができなくなった場合には、この分子化合物を水又は燃料水溶液と接触することにより燃料電池用燃料を放出させ、燃料電池をオンサイトで稼動させて発電することができる。   The fuel cell fuel storage method for fuel cell fuel according to the present invention is characterized in that the fuel cell fuel is stably stored as a molecular compound (claim 1). As a result, when power cannot be supplied from a commercial power source, the molecular compound is brought into contact with water or an aqueous fuel solution to release fuel for the fuel cell, and the fuel cell is operated on-site to generate power. Can do.

特に前記分子化合物をカートリッジに充填して保存するのが好ましい(請求項2)。これにより燃料電池に着脱可能にしたり、燃料電池用燃料を少しずつ供給したりするなどの機能を付与した状態で燃料電池用燃料を保存することができ、さらに燃料電池用燃料の保存性や輸送性を大幅に向上することができる。   In particular, the molecular compound is preferably stored in a cartridge (claim 2). As a result, the fuel cell fuel can be stored in a state where functions such as detachable to the fuel cell and supply of the fuel cell fuel little by little are provided, and further the storage stability and transportation of the fuel cell fuel. Can greatly improve the performance.

本発明の燃料電池用燃料の保存方法は、固体高分子型燃料電池、特にダイレクトメタノール型燃料電池に好適に適用可能である(請求項3,4)。   The fuel cell fuel storage method of the present invention can be suitably applied to solid polymer fuel cells, particularly direct methanol fuel cells (claims 3 and 4).

また、本発明の燃料電池用燃料の保存方法は、携帯用小型燃料電池に特に好適である(請求項5)。携帯用小型燃料電池に適用することにより、電源としての燃料電池自体とともに燃料を簡単に携行することができ、非常用の電源として好適である。   The fuel cell fuel storage method of the present invention is particularly suitable for portable small fuel cells. When applied to a portable small fuel cell, the fuel can be easily carried along with the fuel cell itself as a power source, which is suitable as an emergency power source.

前記燃料電池用燃料はアルコール類、エーテル類、炭化水素類、及びアセタール類よりなる群から選ばれる1種又は2種以上である(請求項6)。これらの燃料は分子化合物とすることが可能であり、本発明の保存方法を適用するのに適している。   The fuel for the fuel cell is one or more selected from the group consisting of alcohols, ethers, hydrocarbons, and acetals (Claim 6). These fuels can be molecular compounds and are suitable for applying the preservation method of the present invention.

前記燃料電池用燃料の分子化合物が、該燃料電池用燃料とホスト化合物とから形成される包接化合物である(請求項7)。ホスト化合物に燃料を包接させて包接化合物とすることにより、水又は燃料水溶液と接触することにより燃料電池用燃料を放出させることができる。   The molecular compound of the fuel cell fuel is an inclusion compound formed from the fuel cell fuel and a host compound (Claim 7). By making the host compound clathrate the fuel to form an clathrate compound, the fuel for the fuel cell can be released by contact with water or an aqueous fuel solution.

このホスト化合物は多孔質物質に担持されていてもよく(請求項8)、また有機化合物、無機化合物及び有機・無機複合化合物よりなる群から選ばれる1種又は2種以上(請求項9)、あるいは、単分子系、多分子系及び高分子系ホスト化合物よりなる群から選ばれる1種又は2種以上(請求項10)を用いることができる。   The host compound may be supported on a porous material (Claim 8), or one or more selected from the group consisting of an organic compound, an inorganic compound, and an organic / inorganic composite compound (Claim 9), Alternatively, one or more selected from the group consisting of a monomolecular system, a polymolecular system, and a polymer host compound can be used (claim 10).

本発明によれば、燃料電池用燃料を比較的簡単に軽量に、常温、常圧に近い条件で貯蔵することができる。また、燃料電池用燃料は危険物や劇物に指定されているものが多いが、本発明の方法によれば、燃料電池用燃料の引火点を上昇させることができ、安全性の高い燃料電池用燃料として保存することができる。しかも、本発明の方法により保存した燃料電池用燃料は、加熱を行わず、簡単に供給することができる。さらに、燃料電池用燃料を含む分子化合物をカートリッジに充填することにより、液体成分が共存しないため、持ち運びの際に液漏れしない。   According to the present invention, fuel for fuel cells can be stored relatively easily and lightly under conditions close to normal temperature and normal pressure. In addition, many fuels for fuel cells are designated as dangerous or deleterious substances. However, according to the method of the present invention, the flash point of the fuel for fuel cells can be raised, and the fuel cell is highly safe. It can be stored as a fuel. Moreover, the fuel for the fuel cell stored by the method of the present invention can be easily supplied without heating. Furthermore, since the liquid component does not coexist by filling the cartridge with the molecular compound containing the fuel for the fuel cell, the liquid does not leak during carrying.

例えば、燃料電池用燃料としてメタノールを例にすると、以下のような効果が得られる。すなわち、
(1)メタノールを備蓄する際に、その危険性から備蓄できる指定数量が決められているが、この制限を回避して備蓄することができる。
(2)メタノール水溶液として備蓄する場合には、寒冷地では凍結による容器の破裂や、解凍に時間がかかるなどの問題があるが、これらの問題を回避することができる。
(3)メタノールやメタノール水溶液は液体であるため、備蓄する際は液漏れのない密閉性の高い容器を準備する必要があるが、この液漏れの問題も回避することができる。
なお、以上メタノールを例に本発明の効果を説明したが、他の燃料電池用燃料であっても同様の効果が期待できることについては言うまでもない。
For example, when methanol is taken as an example of the fuel for the fuel cell, the following effects can be obtained. That is,
(1) When stocking methanol, the designated quantity that can be stocked is determined from the danger, but it can be stocked avoiding this restriction.
(2) When stockpiling as an aqueous methanol solution, there are problems such as rupture of the container due to freezing and thawing in cold regions, but these problems can be avoided.
(3) Since methanol and aqueous methanol solution are liquids, it is necessary to prepare a highly airtight container without liquid leakage when stockpiling, but this liquid leakage problem can also be avoided.
In addition, although the effect of this invention was demonstrated above by taking methanol as an example, it cannot be overemphasized that the same effect can be anticipated also with the fuel for other fuel cells.

以下、本発明の燃料電池用燃料の保存方法について詳細に説明する。
本発明において燃料電池用燃料としては、水素、アルコール類、エーテル類、炭化水素類又はアセタール類などがあげられるが、固体高分子型燃料電池の燃料に使用できるものであれば良く、これらに限定されるものではない。具体的には水素;メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール等のアルコール類;ジメチルエーテル、メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル等のエーテル類;プロパン、ブタン等の炭化水素類;ジメトキシメタン、トリメトシキメタン等のアセタール類などが挙げられるがこれらに限定されるものではなく、またこれらは1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
Hereinafter, the fuel cell fuel storage method of the present invention will be described in detail.
Examples of the fuel for the fuel cell in the present invention include hydrogen, alcohols, ethers, hydrocarbons, and acetals. However, any fuel can be used as long as it can be used as a fuel for a polymer electrolyte fuel cell. Is not to be done. Specifically, hydrogen; alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, and ethylene glycol; ethers such as dimethyl ether, methyl ethyl ether, and diethyl ether; hydrocarbons such as propane and butane; dimethoxymethane, trimethoxy Examples include, but are not limited to, acetals such as methane, and these may be used alone or in admixture of two or more.

また、燃料電池の形態としては、好ましくは固体高分子型燃料電池であり、この固体高分子型燃料電池としては、ダイレクトメタノール型燃料電池が最も代表的であるが、これに限定されるものではない。   The form of the fuel cell is preferably a polymer electrolyte fuel cell. As the polymer electrolyte fuel cell, a direct methanol fuel cell is the most representative, but is not limited thereto. Absent.

本発明において、分子化合物とは、単独で安定に存在することのできる2種類以上の化合物が、水素結合やファンデルワールス力などに代表される共有結合以外の比較的弱い相互作用によって結合した化合物であり、水化物、溶媒化物、付加化合物、包接化合物などが含まれる。このような分子化合物は、分子化合物を形成する化合物と燃料電池用燃料との接触反応により形成することができ、燃料電池用燃料を固体状の化合物に変化させることができ、比較的軽量で安定に燃料電池用燃料を保存することができる。   In the present invention, the molecular compound is a compound in which two or more kinds of compounds that can exist stably alone are bonded by a relatively weak interaction other than a covalent bond typified by a hydrogen bond or van der Waals force. And includes hydrates, solvates, addition compounds, inclusion compounds, and the like. Such a molecular compound can be formed by a contact reaction between the compound forming the molecular compound and the fuel for the fuel cell, and the fuel for the fuel cell can be changed into a solid compound, which is relatively light and stable. In addition, fuel for fuel cells can be stored.

このような分子化合物としては、ホスト化合物と燃料電池用燃料との接触反応により燃料電池用燃料を包接した包接化合物が好ましい。   As such a molecular compound, an inclusion compound in which a fuel cell fuel is included by a contact reaction between a host compound and a fuel cell fuel is preferable.

分子化合物のうち、燃料電池用燃料を包接した包接化合物を形成するホスト化合物としては、有機化合物、無機化合物及び有機・無機複合化合物よりなるものが知られており、また、有機化合物において単分子系、多分子系、高分子系ホスト化合物などが知られている。   Among molecular compounds, host compounds that form an inclusion compound that includes a fuel for a fuel cell are known, and organic compounds, inorganic compounds, and organic / inorganic composite compounds are known. Molecular, multimolecular, and polymeric host compounds are known.

単分子系ホスト化合物としては、シクロデキストリン類、クラウンエーテル類、クリプタンド類、シクロファン類、アザシクロファン類、カリックスアレン類、シクロトリベラトリレン類、スフェランド類、環状オリゴペプチド類などが挙げられる。また、多分子系ホスト化合物としては、尿素類、チオ尿素類、デオキシコール酸類、コール酸類、ペルヒドロトリフェニレン類、トリ−o−チモチド類、ビアンスリル類、スピロビフルオレン類、シクロフォスファゼン類、モノアルコール類、ジオール類、ヒドロキシベンゾフェノン類、アセチレンアルコール類、フェノール類、ビスフェノール類、トリスフェノール類、テトラキスフェノール類、ポリフェノール類、ナフトール類、ビスナフトール類、ジフェニルメタノール類、カルボン酸アミド類、チオアミド類、ビキサンテン類、カルボン酸類、イミダゾール類、ヒドロキノン類などが挙げられる。さらに、高分子系ホスト化合物としては、セルロース類、デンプン類、キチン類、キトサン類、ポリビニルアルコール類、1,1,2,2−テトラキスフェニルエタンをコアとするポリエチレングリコールアーム型ポリマー類、α,α,α’,α’−テトラキスフェニルキシレンをコアとするポリエチレングリコールアーム型ポリマー類などが挙げられる。また、その他に有機りん化合物、有機ケイ素化合物なども挙げられる。   Monomolecular host compounds include cyclodextrins, crown ethers, cryptands, cyclophanes, azacyclophanes, calixarenes, cyclotriveratrylenes, spherands, cyclic oligopeptides, etc. . Examples of the multi-molecular host compound include ureas, thioureas, deoxycholic acids, cholic acids, perhydrotriphenylenes, tri-o-thymotides, beanthryls, spirobifluorenes, cyclophosphazenes, Monoalcohols, diols, hydroxybenzophenones, acetylene alcohols, phenols, bisphenols, trisphenols, tetrakisphenols, polyphenols, naphthols, bisnaphthols, diphenylmethanols, carboxylic acid amides, thioamides , Bixanthenes, carboxylic acids, imidazoles, hydroquinones and the like. Further, examples of the polymeric host compound include celluloses, starches, chitins, chitosans, polyvinyl alcohols, polyethylene glycol arm polymers having 1,1,2,2-tetrakisphenylethane as a core, α, Examples include polyethylene glycol arm type polymers having α, α ′, α′-tetrakisphenylxylene as a core. In addition, organophosphorus compounds, organosilicon compounds, and the like are also included.

無機系ホスト化合物としては、酸化チタン、グラファイト、アルミナ、遷移金属ジカルゴゲナイト、フッ化ランタン、粘土鉱物(モンモリロナイトなど)、銀塩、ケイ酸塩、リン酸塩、ゼオライト、シリカ、多孔質ガラスなどが挙げられる。   Examples of inorganic host compounds include titanium oxide, graphite, alumina, transition metal dicargogenite, lanthanum fluoride, clay minerals (such as montmorillonite), silver salts, silicates, phosphates, zeolites, silica, and porous glass. It is done.

さらに、有機金属化合物にもホスト化合物としての性質を示すものがあり、例えば有機アルミニウム化合物、有機チタン化合物、有機ホウ素化合物、有機亜鉛化合物、有機インジウム化合物、有機ガリウム化合物、有機テルル化合物、有機スズ化合物、有機ジルコニウム化合物、有機マグネシウム化合物などが挙げられる。また有機カルボン酸の金属塩や有機金属錯体などを用いることも可能であるが、有機金属化合物であれば、特にこれらに限定されるものではない。   Furthermore, some organometallic compounds exhibit properties as host compounds. For example, organoaluminum compounds, organotitanium compounds, organoboron compounds, organozinc compounds, organoindium compounds, organogallium compounds, organotellurium compounds, organotin compounds. , Organic zirconium compounds, and organic magnesium compounds. Further, a metal salt of an organic carboxylic acid, an organic metal complex, or the like can be used. However, the organic carboxylic compound is not particularly limited as long as it is an organic metal compound.

これらのホスト化合物のうち、包接能力がゲスト化合物の分子の大きさに左右されにくい多分子系ホスト化合物がより有効である。   Of these host compounds, multi-molecular host compounds whose inclusion ability is less influenced by the molecular size of the guest compound are more effective.

多分子系ホスト化合物としては、具体的には、尿素、1,1,6,6−テトラフェニルヘキサ−2,4−ジイン−1,6−ジオール、1,1−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−2−プロピン−1−オール、1,1,4,4−テトラフェニル−2−ブチン−1,4−ジオール、1,1,6,6−テトラキス(2,4−ジメチルフェニル)−2,4−ヘキサジイン−1,6−ジオール、9,10−ジフェニル−9,10−ジヒドロアントラセン−9,10−ジオール、9,10−ビス(4−メチルフェニル)−9,10−ジヒドロアントラセン−9,10−ジオール、1,1,2,2−テトラフェニルエタン−1,2−ジオール、4−メトキシフェノール、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、4,4’−スルホニルビスフェノール、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、4,4’−エチリデンビスフェノール、4,4’−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エチレン、1,1,2,2−テトラキス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−フルオロ−4−ヒドロキシフェニル)エタン、α,α,α’,α’−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)−p−キシレン、3,6,3’,6’−テトラメトキシ−9,9’−ビ−9H−キサンテン、3,6,3’6’−テトラアセトキシ−9,9’−ビ−9H−キサンテン、3,6,3’,6’−テトラヒドロキシ−9,9’−ビ−9H−キサンテン、没食子酸、没食子酸メチル、カテキン、ビス−β−ナフトール、α,α,α’,α’−テトラフェニル1,1’−ビフェニル−2,2’−ジメタノール、ジフェン酸ビス(ジシクロヘキシルアミド)、フマル酸ビス(ジシクロヘキシルアミド)、コール酸、デオキシコール酸、1,1,2,2−テトラキス(4−カルボキシフェニル)エタン、1,1,2,2−テトラキス(3−カルボキシフェニル)エタン、アセチレンジカルボン酸、2,4,5−トリフェニルイミダゾール、1,2,4,5−テトラフェニルイミダゾール、2−フェニルフェナントロ[9,10−d]イミダゾール、2−(o−シアノフェニル)フェナントロ[9,10−d]イミダゾール、2−(m−シアノフェニル)フェナントロ[9,10−d]イミダゾール、2−(p−シアノフェニル)フェナントロ[9,10−d]イミダゾール、ヒドロキノン、2−t−ブチルヒドロキノン、2,5−ジ−t−ブチルヒドロキノン、2,5−ビス(2,4−ジメチルフェニル)ヒドロキノンなどが挙げられるが、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサンのようなフェノール系ホスト化合物が工業的に使用しやすい点で有利である。   Specific examples of the multimolecular host compound include urea, 1,1,6,6-tetraphenylhexa-2,4-diyne-1,6-diol, and 1,1-bis (2,4-dimethyl). Phenyl) -2-propyn-1-ol, 1,1,4,4-tetraphenyl-2-butyne-1,4-diol, 1,1,6,6-tetrakis (2,4-dimethylphenyl)- 2,4-hexadiyne-1,6-diol, 9,10-diphenyl-9,10-dihydroanthracene-9,10-diol, 9,10-bis (4-methylphenyl) -9,10-dihydroanthracene- 9,10-diol, 1,1,2,2-tetraphenylethane-1,2-diol, 4-methoxyphenol, 2,4-dihydroxybenzophenone, 4,4′-dihydroxybenzophenone, 2 2'-dihydroxybenzophenone, 2,2 ', 4,4'-tetrahydroxybenzophenone, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane, 4,4'-sulfonylbisphenol, 2,2'-methylenebis (4- Methyl-6-tert-butylphenol), 4,4′-ethylidenebisphenol, 4,4′-thiobis (3-methyl-6-tert-butylphenol), 1,1,3-tris (2-methyl-4-hydroxy) -5-t-butylphenyl) butane, 1,1,2,2-tetrakis (4-hydroxyphenyl) ethane, 1,1,2,2-tetrakis (4-hydroxyphenyl) ethylene, 1,1,2, 2-tetrakis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) ethane, 1,1,2,2-tetrakis (3-fluoro-4-hydroxy) Phenyl) ethane, α, α, α ′, α′-tetrakis (4-hydroxyphenyl) -p-xylene, 3,6,3 ′, 6′-tetramethoxy-9,9′-bi-9H-xanthene, 3,6,3′6′-tetraacetoxy-9,9′-bi-9H-xanthene, 3,6,3 ′, 6′-tetrahydroxy-9,9′-bi-9H-xanthene, gallic acid, Methyl gallate, catechin, bis-β-naphthol, α, α, α ′, α′-tetraphenyl 1,1′-biphenyl-2,2′-dimethanol, diphenic acid bis (dicyclohexylamide), fumarate bis (Dicyclohexylamide), cholic acid, deoxycholic acid, 1,1,2,2-tetrakis (4-carboxyphenyl) ethane, 1,1,2,2-tetrakis (3-carboxyphenyl) ethane, acetylene Dicarboxylic acid, 2,4,5-triphenylimidazole, 1,2,4,5-tetraphenylimidazole, 2-phenylphenanthro [9,10-d] imidazole, 2- (o-cyanophenyl) phenanthro [9,10-d] imidazole, 2- (m-cyanophenyl) phenanthro [9,10-d] imidazole, 2- (p-cyanophenyl) phenanthro [9,10-d] imidazole, hydroquinone, 2-t -Butylhydroquinone, 2,5-di-t-butylhydroquinone, 2,5-bis (2,4-dimethylphenyl) hydroquinone and the like, such as 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane A phenolic host compound is advantageous in that it is easy to use industrially.

これらのホスト化合物は、1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。これらのホスト化合物は、燃料電池用燃料と固体状の包接化合物を形成するものであれば、どのような形状の化合物でもかまわない。   These host compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. These host compounds may be any shape compounds as long as they form a solid clathrate compound with the fuel for the fuel cell.

また、上述の有機ホスト化合物は、無機系多孔質物質に担持させた有機・無機複合素材として使用することもできる。この場合、有機ホスト化合物を担持する多孔質物質としては、シリカ類、ゼオライト類、活性炭類の他に、粘土鉱物類、モンモリロナイト類などの層間化合物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。このような有機・無機複合素材の製造方法としては、前述の有機ホスト化合物を溶解することのできる溶媒に溶解させ、その溶液を無機多孔質物質中に含浸させ、溶媒を乾燥、減圧乾燥するなどすることにより製造することができる。無機多孔質物質に対する有機ホスト化合物の担持量としては特に制限はないが、通常の場合、無機多孔質物質に対して10〜80質量%程度である。   The organic host compound described above can also be used as an organic / inorganic composite material supported on an inorganic porous material. In this case, examples of the porous material supporting the organic host compound include intercalation compounds such as clay minerals and montmorillonites in addition to silicas, zeolites and activated carbons, but are not limited thereto. Absent. As a method for producing such an organic / inorganic composite material, the aforementioned organic host compound is dissolved in a solvent that can be dissolved, the solution is impregnated in an inorganic porous material, the solvent is dried, and dried under reduced pressure, etc. Can be manufactured. Although there is no restriction | limiting in particular as the load of the organic host compound with respect to an inorganic porous material, Usually, it is about 10-80 mass% with respect to an inorganic porous material.

前述の1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサンなどのホスト化合物を用いて燃料電池用燃料の包接化合物を合成する方法としては、燃料電池用燃料とホスト化合物を直接接触、混合することで容易に合成することができ、また加熱等をした燃料電池用燃料にホスト化合物を溶解させ再結晶する方法でも得ることができる。また、燃料電池用燃料が気体や液体の場合であれば燃料を加圧状態でホスト化合物と接触することでも得ることができる。   As a method of synthesizing a fuel cell fuel clathrate compound using a host compound such as 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane described above, the fuel cell fuel and the host compound are directly contacted and mixed. It can also be easily synthesized by a method of dissolving the host compound in a heated fuel cell fuel and recrystallizing it. Further, when the fuel for the fuel cell is gas or liquid, it can be obtained by contacting the fuel with the host compound in a pressurized state.

燃料電池用燃料とホスト化合物とを接触させる温度は、特に制限はないが、常温〜100℃程度が好ましい。   The temperature at which the fuel for the fuel cell is brought into contact with the host compound is not particularly limited, but is preferably from room temperature to about 100 ° C.

また、燃料電池用燃料とホスト化合物とを接触させる時間についても特に制限はないが、作業効率等の面から0.01〜24時間程度とするのが好ましい。   The time for contacting the fuel cell fuel with the host compound is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 24 hours from the viewpoint of work efficiency.

なお、ホスト化合物と接触させる燃料電池用燃料は、高純度の燃料が好ましいが、燃料電池用燃料の選択的包接能を有したホスト化合物を用いる場合には、燃料電池用燃料と他の成分との混合液体であっても良い。   The fuel for the fuel cell to be brought into contact with the host compound is preferably a high-purity fuel. However, when a host compound having the selective inclusion ability of the fuel for the fuel cell is used, the fuel for the fuel cell and other components are used. And a mixed liquid.

このようにして得られる包接化合物は、用いたホスト化合物の種類、燃料電池用燃料との接触条件等によっても異なるが、通常ホスト化合物1モルに対して燃料電池用燃料分子0.1〜10モルを包接した包接化合物である。   The clathrate compound thus obtained varies depending on the type of the host compound used, the contact conditions with the fuel for the fuel cell, etc., but usually 0.1 to 10 fuel molecules for the fuel cell per mole of the host compound. It is an clathrate compound that clathrates a mole.

このようにして得られた包接化合物は、常温・常圧環境において、長期に亘り燃料電池用燃料を安定に貯蔵することができる。しかも、この包接化合物は、軽量で取扱い性にも優れ、しかも固体状であるため、ガラス、金属、プラスチック等の容器に入れて容易に貯蔵することができ、液漏れの問題も解消される。また、通常液体状の燃料が包接化により固体状になることで劇物や危険物としての性質を回避できるようにもなる。さらには、燃料電池用燃料が有する化学的反応性を低減できるようになり、例えば金属に対する腐食性なども緩和できるようになる。   The clathrate compound thus obtained can stably store fuel for fuel cells over a long period of time in a normal temperature / normal pressure environment. Moreover, since this inclusion compound is lightweight and excellent in handleability and is solid, it can be easily stored in a container such as glass, metal, plastic, etc., and the problem of liquid leakage is also eliminated. . In addition, since the liquid fuel is usually solidified by inclusion, the property as a deleterious substance or a dangerous substance can be avoided. Furthermore, the chemical reactivity of the fuel for the fuel cell can be reduced, and for example, the corrosiveness to metals can be alleviated.

上述したような燃料電池用燃料を包接した包接化合物は、燃料電池に着脱可能であり、かつ、燃料電池用燃料を少量ずつ供給できるような機能を備えたカートリッジ式の容器に入れて保存してもよい。   The clathrate containing the fuel cell fuel as described above is detachable from the fuel cell and stored in a cartridge-type container having a function of supplying the fuel cell fuel little by little. May be.

本発明の燃料電池用燃料の保存方法において、包接化合物とすることにより燃料電池用燃料を貯蔵した状態から燃料電池用燃料を取り出す方法としては、燃料電池用燃料の固体状の包接化合物に水又は燃料電池用燃料水溶液を接触させて、包接化合物の中の燃料電池用燃料を水又は燃料電池用燃料水溶液側に放出させることで取り出すことができる。また、燃料電池用燃料の固体状の包接化合物を加熱することで、燃料電池用燃料を取り出すこともできる。   In the fuel cell fuel storage method of the present invention, as a method of removing the fuel cell fuel from the state in which the fuel cell fuel is stored by using the clathrate compound, a solid clathrate compound of the fuel cell fuel is used. It can be taken out by bringing water or a fuel aqueous solution for a fuel cell into contact with each other and releasing the fuel for the fuel cell in the clathrate compound to the water or the fuel aqueous solution for the fuel cell. Moreover, the fuel for fuel cells can be taken out by heating the solid clathrate compound of the fuel for fuel cells.

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、何ら以下の実施例に限定されるものではない。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples as long as the gist of the present invention is not exceeded.

〔実施例1〕
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン(BHC)26.8g(0.1mol)をメタノール50mLに60℃で加熱溶解して再結晶を行うことにより、BHC:メタノール=1:1(モル比)の固体状のメタノール包接化合物(メタノール含有率=10.6質量%)を得た。
[Example 1]
By re-dissolving 26.8 g (0.1 mol) of 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane (BHC) in 50 mL of methanol at 60 ° C., BHC: methanol = 1: 1 (mol) Ratio) solid methanol clathrate compound (methanol content = 10.6% by mass).

この包接化合物について、セタ密閉式引火点評価装置で試験を2回行った結果、いずれも引火点は94℃であった。メタノールを原液で備蓄した場合の引火点は11℃であり、メタノールは、消防法の危険物第4類(引火性液体)のアルコール類に属するので、指定数量が400Lまでとなっているが、上記包接化合物にすることで固体粉末化されるので危険物第4類とはならず、さらに引火点を94℃まで上昇できたので、消防法の危険物第2類(可燃性固体)ともならず、この結果、これらの法規の指定数量の制限なく備蓄することができることが明らかになった。   About this clathrate compound, the flash point was 94 degreeC as a result of having performed the test twice with the seta sealing type flash point evaluation apparatus. The flash point when methanol is stored as a stock solution is 11 ° C, and since methanol belongs to the Class 4 dangerous substances (flammable liquid) alcohol of the Fire Service Act, the specified quantity is up to 400L. Since it is made into a solid powder by using the above clathrate compound, it does not become a dangerous substance class 4, and since the flash point could be raised to 94 ° C, both the dangerous substance class 2 (flammable solid) of the Fire Service Act However, as a result, it became clear that stock can be stored without restriction of the specified quantity of these regulations.

〔実施例2〕
1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニル)エタン(THPE)39.8g(0.1mol)をメタノール100mLに60℃で加熱溶解して再結晶を行うことにより、THPE:メタノール=1:2(モル比)で固体状のメタノール包接化合物(メタノール含有率14質量%)を得た。
[Example 2]
By performing recrystallization by dissolving 39.8 g (0.1 mol) of 1,1,2,2-tetrakis (4-hydroxyphenyl) ethane (THPE) in 100 mL of methanol at 60 ° C., THPE: methanol = 1 : 2 (molar ratio) to obtain a solid methanol clathrate compound (methanol content 14% by mass).

この包接化合物について、セタ密閉式引火点評価装置で試験を2回行った結果、いずれも引火点は75℃であった。メタノールを原液で備蓄した場合の引火点は11℃であり、消防法の危険物第4類(引火性液体)のアルコール類に属するので、指定数量が400Lまでとなっているが、上記包接化合物にすることで固体粉末化されるので危険物第4類とはならず、さらに引火点を75℃まで上昇できたので、消防法の危険物第2類(可燃性固体)ともならず、この結果、これらの法規の指定数量の制限なく備蓄することができることが明らかになった。
About this clathrate compound, the flash point was 75 degreeC as a result of having performed the test twice with the seta sealing type flash point evaluation apparatus. The flash point when stocking methanol with stock solution is 11 ° C and belongs to the Class 4 (flammable liquid) dangerous substances of the Fire Service Act, so the specified quantity is up to 400L. Since it is made into a solid powder by making it into a compound, it does not become a dangerous substance class 4, and since the flash point could be raised to 75 ° C, it does not become a dangerous substance class 2 (flammable solid) of the Fire Service Act, As a result, it became clear that stock can be stored without restriction of the specified quantity of these laws and regulations.

Claims (10)

燃料電池用燃料を分子化合物として安定的に保存することを特徴とする燃料電池用燃料の保存方法。   A fuel cell fuel storage method characterized by stably storing a fuel cell fuel as a molecular compound. 前記分子化合物をカートリッジに充填することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用燃料の保存方法。   2. The fuel cell fuel storage method according to claim 1, wherein the molecular compound is filled in a cartridge. 前記燃料電池が、固体高分子型燃料電池であることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池用燃料の保存方法。   3. The fuel cell fuel storage method according to claim 1, wherein the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell. 前記固体高分子型燃料電池が、ダイレクトメタノール型燃料電池であることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池用燃料の保存方法。   4. The fuel cell fuel storage method according to claim 3, wherein the polymer electrolyte fuel cell is a direct methanol fuel cell. 前記燃料電池が、携帯用小型燃料電池であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池用燃料の保存方法。   5. The fuel cell fuel storage method according to claim 1, wherein the fuel cell is a portable small fuel cell. 前記燃料電池用燃料が、アルコール類、エーテル類、炭化水素類、及びアセタール類よりなる群から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする請求項1,2,3又は5に記載の燃料電池用燃料の保存方法。   6. The fuel cell fuel according to claim 1, 2, 3 or 5, wherein the fuel for the fuel cell is one or more selected from the group consisting of alcohols, ethers, hydrocarbons, and acetals. Fuel cell storage method. 前記燃料電池用燃料の分子化合物が、該燃料電池用燃料とホスト化合物とから形成される包接化合物であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の燃料電池用燃料の保存方法。   The fuel cell fuel storage according to any one of claims 1 to 6, wherein the molecular compound of the fuel cell fuel is an inclusion compound formed from the fuel cell fuel and a host compound. Method. 前記ホスト化合物が多孔質物質に担持されていることを特徴とする請求項7に記載の燃料電池用燃料の保存方法。   The fuel cell fuel storage method according to claim 7, wherein the host compound is supported on a porous material. 前記ホスト化合物が有機化合物、無機化合物及び有機・無機複合化合物よりなる群から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする請求項7又は8に記載の燃料電池用燃料の保存方法。   9. The fuel cell fuel storage method according to claim 7, wherein the host compound is one or more selected from the group consisting of an organic compound, an inorganic compound, and an organic / inorganic composite compound. 前記ホスト化合物が単分子系、多分子系及び高分子系ホスト化合物よりなる群から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の燃料電池用燃料の保存方法。
The fuel cell according to any one of claims 7 to 9, wherein the host compound is one or more selected from the group consisting of a monomolecular system, a polymolecular system, and a polymer host compound. How to save fuel.
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