JP2007066814A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】出力を向上することができる燃料電池を提供すること。
【解決手段】燃料であるメタノール水溶液が供給される触媒が担持された燃料極１１と、酸化ガスである空気が供給される触媒が担持された空気極１２と、この燃料極１１と空気極１２との間に挟持される電解質膜１３と、メタノール水溶液が燃料極１１に供給される前に、このメタノール水溶液に酸化物である空気を混入する酸化物混入手段４０と、を備える。燃料極１１にメタノール水溶液とともに供給された空気の酸素は、燃料極１１において生成された一酸化炭素と反応し、この一酸化炭素から二酸化炭素を生成する。これにより、一酸化炭素による触媒の被毒が抑制され、出力が向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池に関し、さらに詳しくは、電解質膜の水素イオン伝導性を利用した燃料電池に関するものである。

近年、特許文献１に示すように触媒が担持された燃料極および空気極と、この燃料極と空気極との間に水素イオンを透過することができる電解質膜を挟持した燃料電池が提案されている。この燃料電池では、この燃料極に燃料を供給し、空気極に酸化ガスを供給することで、燃料極と空気極との間で電力が発生するものである。

この燃料電池には、例えばメタノール水溶液などの液体を燃料として、燃料極に供給し、電力を発生させる直接型燃料電池がある。この直接型燃料電池では、燃料極に供給されたメタノールがこの燃料極の触媒により、下記の式（１）に示す電気化学反応を起こし、電子と水素イオンとが生成される。

ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^- …（１）

電子は、燃料極と空気極とに接続された負荷部を通過し、空気極に移動する。なお、電子がこの負荷部を通過することで、負荷部に電力が供給される。また、水素イオンは、電解質膜を透過し、空気極に移動する。この空気極に移動した電子および水素イオンと、空気極に供給された酸化ガスの酸素とが、空気極の触媒により、下記の式（２）に示す電気化学反応を起こし、水となる。

６Ｈ⁺＋６ｅ^-＋１．５Ｏ₂ → ３Ｈ₂Ｏ …（２）

特開平５−２８３０９３号公報

ところで、上記式（１）の電気化学反応により、メタノール水溶液から二酸化炭素が生成される過程において、一酸化炭素（ＣＯ）が生成される。この一酸化炭素は、触媒に吸着されるため、この触媒が被毒される。具体的には、この触媒が白金（Ｐｔ）を主成分とするものであり、この白金と一酸化炭素とが下記の式（３）に示す反応を起こし、触媒である白金が被毒されることとなる。

ＣＯ＋Ｐｔ → Ｐｔ（ＣＯ）_ad …（３）

触媒である白金が被毒されると、燃料極における電気化学反応が起こりにくくなり、燃料電池としての出力が低下するという問題があった。ここで、従来の燃料電池では、白金の被毒を抑制するために、この白金と他の貴金属、例えばルテニウムとの合金を触媒として燃料極に担持させたものがある。しかしながら、この従来の燃料電池でも、白金は被毒されるため、十分な出力を得ることができるものではなかった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、出力を向上することができる燃料電池を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、前記燃料が供給される触媒が担持された燃料極と、酸化ガスが供給される触媒が担持された空気極と、前記燃料極と前記空気極との間に挟持される電解質膜と、前記燃料が前記燃料極に供給される前に、当該燃料に酸化物を混入する酸化物混入手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、燃料極に供給される燃料には酸化物が混入されることとなる。従って、燃料極における電気化学反応により、燃料から二酸化炭素が生成される過程において生成される一酸化炭素は、この燃料極に燃料とともに供給された酸化物の酸素と、化学反応を起こし、二酸化炭素となる。つまり、生成された一酸化炭素が触媒を被毒することを抑制することができる。また、触媒に吸着され、この触媒を被毒した一酸化炭素も、同様にこの燃料極に燃料とともに供給された酸化物の酸素と、化学反応を起こし、二酸化炭素となる。つまり、触媒を被毒した一酸化炭素をこの触媒から離脱することができる。これらにより、触媒の被毒を十分に抑制することができる。

また、この発明では、上記燃料電池において、前記酸化物混入手段は、前記酸化物を気泡として前記燃料に混入することを特徴とする。

この発明によれば、酸化物が燃料に気泡として混入される。従って、燃料極に供給される燃料に、酸化物を均一に混入することができる。これにより、燃料極に供給される燃料には、酸化物が確実に混入されるので、触媒の被毒をさらに抑制することができる。

また、この発明では、上記燃料電池において、前記酸化物は、前記空気極に供給される酸化ガスの少なくとも一部であることを特徴とする。

この発明によれば、燃料に混入される酸化物は、空気極に供給される酸化ガスの少なくとも一部である。従って、１つのポンプにより、燃料に酸化物を混入することができ、空気極に酸化ガスを供給することができる。これにより、燃料に酸化物を混入するための新たなポンプを必要としないので、燃料電池を簡単な構成とすることができる。

また、この発明では、前記酸化物混入手段は、前記燃料に混入されなかった酸化物を前記空気極に供給することを特徴とする。

この発明によれば、燃料に混入されなかった酸化物は、空気極に供給されるので、空気極に担持された触媒による電気化学反応に利用することができる。

この発明にかかる燃料電池は、触媒の被毒を十分に抑制することができるので、出力を向上することができるという効果を奏する。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。ここで、以下の説明では、燃料としてメタノール水溶液、酸化ガスとして空気、触媒として白金を用いる場合について説明するが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、燃料としては、メタノール水溶液の他に、メタノール、エタノール、エタノール水溶液、エチレングリコール、エチレングリコール水溶液などの、燃料極の触媒により電気化学反応を起こした際に、二酸化炭素が生成される燃料であればいずれであっても良い。また、酸化ガスとしては、空気の他に、酸素ガスなどであっても良い。

図１は、実施例１にかかる燃料電池の概略構成例を示す図である。図２−１および図２−２は、酸化物供給配管の先端形状を示す図である。図１に示すように、実施例１にかかる燃料電池１−１は、少なくとも１以上のセル１０と、燃料供給手段２０と、酸化ガス供給手段３０と、酸化物供給手段４０とにより構成されている。なお、５０は、この燃料電池１−１に備えられるポンプの駆動制御を行う制御装置である。また、６０は、この燃料電池１−１により電力が供給される負荷部である。この負荷部は、例えばパソコンや携帯電話などの電子機器である。

セル１０は、燃料極１１と、空気極１２と、電解質膜１３と、燃料極側セパレータ１４と、空気極側セパレータ１５とにより構成されている。このセル１０では、燃料極１１、空気極１２および電解質膜１３が燃料極側セパレータ１４と空気極側セパレータ１５と間に配置されている。

燃料極１１は、多孔質カーボンに触媒である白金（Ｐｔ）とルテニウム（Ｒｕ）との合金を担持させたものである。この燃料極１１は、燃料供給手段２０によりメタノール水溶液が供給されるものである。

空気極１２は、多孔質カーボンに触媒である白金（Ｐｔ）を担持させたものである。この空気極１２は、酸化ガス供給手段３０により酸化ガスである空気が供給されるものである。

電解質膜１３は、水素イオン伝導性、すなわち水素イオンを透過することができるものであり、この実施例１では固体高分子から構成されている。この電解質膜１３は、上記燃料極１１と空気極１２との間に配置され、この燃料極１１と空気極１２との間に挟持されている。従って、この電解質膜１３は、燃料極１１で生成された水素イオンを空気極１２に移動することができる。

燃料極側セパレータ１４は、燃料極１１と対向する面に複数の溝１４ａが形成されている。各溝１４ａは、その一方の端部が燃料供給通路１４ｂに連通しており、他方の端部が燃料排出通路１４ｃに連通している。従って、燃料供給手段２０からのメタノール水溶液は、燃料供給通路１４ｂを介して各溝１４ａに導入される。そして、このメタノール水溶液は、この各溝１４ａを通過する際に、燃料極１１に担持された触媒と接触することで、燃料極１１に供給される。なお、各溝１４ａにおいて後述する電気化学反応に用いられなかったメタノール水溶液は、燃料排出通路１４ｃを介してセル１０から排出される。

空気極側セパレータ１５は、空気極１２と対向する面に複数の溝１５ａが形成されている。各溝１５ａは、その一方の端部が酸化ガス供給通路１５ｂに連通しており、他方の端部が酸化ガス排出通路１５ｃに連通している。従って、酸化ガス供給手段３０からの空気は、酸化ガス供給通路１５ｂを介して各溝１５ａに導入される。そして、この空気は、この各溝１５ａを通過する際に、空気極１２に担持された触媒と接触することで、空気極１２に供給される。なお、各溝１５ａにおいて後述する電気化学反応に用いられなかった空気およびこの電気化学反応によって生成された水は、酸化ガス排出通路１５ｃを介してセル１０から排出される。

燃料供給手段２０は、燃料であるメタノール水溶液を燃料極１１に供給するものであり、燃料タンク２１と、燃料ポンプ２２と、燃料供給配管２３と、燃料排出配管２４とにより構成されている。燃料タンク２１は、燃料であるメタノール水溶液を貯留するものである。燃料ポンプ２２は、燃料供給配管２３の途中に設けられており、後述する制御装置５０から出力される燃料ポンプ駆動信号により駆動制御が行われるものである。燃料供給配管２３は、一方の端部が燃料タンク２１に連通しており、他方の端部が燃料極側セパレータ１４の燃料供給通路１４ｂと連通している。燃料排出配管２４は、一方の端部が燃料極側セパレータ１４の燃料排出通路１４ｃと連通しており、他方の端部が燃料タンク２１に連通している。従って、燃料供給手段２０は、制御装置５０により燃料ポンプ２２が駆動されることで、燃料供給配管２３を介して燃料タンク２１内のメタノール水溶液をセル１０に圧送し、燃料極１１に供給する。そして、燃料極１１に供給されたメタノール水溶液の一部が燃料排出配管２４を介して、燃料タンク２１に再び戻される。なお、２５は、燃料タンク２１内の圧力を一定に維持するための燃料タンク通気配管である。

ここで、燃料排出配管２４を介して、燃料タンク２１に戻るメタノール水溶液は、メタノール水溶液が電気化学反応に用いられるため、その濃度が低下する。従って、燃料タンク２１には、メタノール水溶液の濃度を調整する濃度調整手段が備えられている。この濃度調整手段は、図示しないメタノールタンクと、濃度調整ポンプ２６と、濃度調整配管２７と、濃度センサ２８と、により構成されている。図示しないメタノールタンクは、原液のメタノールを貯留するものである。濃度調整ポンプ２６は、濃度調整配管２７の途中に設けられており、後述する制御装置５０から出力される濃度調整ポンプ駆動信号により駆動制御が行われるものである。濃度調整配管２７は、一方の端部が図示しないメタノールタンクに連通しており、他方の端部が燃料タンク２１と連通している。濃度センサ２８は、燃料タンク２１内のメタノール水溶液の濃度を検出するものであり、メタノール水溶液の濃度は、制御装置５０に出力される。

この濃度調整手段は、例えば濃度センサ２８により検出された燃料タンク２１内のメタノール水溶液の濃度が所定値以下の場合に、制御装置５０から濃度調整ポンプ駆動信号が出力され、濃度調整ポンプ２６が駆動する。濃度調整ポンプ２６が駆動することで、濃度調整配管２７を介して、図示しないメタノールタンク内の原液のメタノールが燃料タンク２１に圧送し、供給することとなる。

酸化ガス供給手段３０は、酸化ガスである空気を空気極１２に供給するものであり、酸化ガスポンプ３１と、酸化ガス供給配管３２と、酸化ガス排出配管３３とにより構成されている。酸化ガスポンプ３１は、酸化ガス供給配管３２の途中に設けられており、後述する制御装置５０から出力される酸化ガスポンプ駆動信号により駆動制御が行われるものである。酸化ガス供給配管３２は、一方の端部が燃料電池１−１の外部に解放されており、他方の端部が空気極側セパレータ１５の酸化ガス供給通路１５ｂと連通している。酸化ガス排出配管３３は、一方の端部が空気極側セパレータ１５の酸化ガス排出通路１５ｃと連通しており、他方の端部が燃料電池１−１の外部に解放されている。従って、酸化ガス供給手段３０は、制御装置５０により酸化ガスポンプ３１が駆動されることで、酸化ガス供給配管３２を介して外部の空気をセル１０に圧送し、空気極１２に供給する。そして、酸化ガス排出配管３３を介して、空気極１２に供給された空気の一部が外部に排出される。

酸化物供給手段４０は、酸化物、この実施例１では空気を燃料であるメタノール水溶液に混入するものであり、酸化物混入タンク４１と、酸化物ポンプ４２と、酸化物供給配管４３と、により構成されている。酸化物混入タンク４１は、酸化物である空気を燃料であるメタノール水溶液に混入させるためのものである。この酸化物混入タンク４１は、燃料ポンプ２２より下流側の燃料供給配管２３に設けられている。酸化物ポンプ４２は、酸化物供給配管４３の途中に設けられており、後述する制御装置５０から出力される酸化物ポンプ駆動信号により駆動制御が行われるものである。酸化物供給配管４３は、一方の端部が燃料電池１−１の外部に解放されており、他方の端部が酸化物混入タンク４１に挿入されている。酸化物混入タンク４１内におけるこの酸化物供給配管４３の他方の端部の位置は、この酸化物混入タンク４１に流入したメタノール水溶液内となるように設定されている。この酸化物供給配管４３の他方の端部は、例えば図２−１に示すような１つの開口部４３ａ、あるいは図２−２に示すような複数の開口部４３ｂが形成されている。従って、酸化物供給手段４０は、制御装置５０により酸化物ポンプ４２が駆動されることで、外部の空気を酸化物供給配管４３の開口部４３ａ，４３ｂから気泡Ｋとして、酸化物混入タンク４１に放出する。なお、４４は、酸化物混入タンク４１内でメタノール水溶液に混入されなかった酸化物をこの酸化物混入タンク４１外に排出する酸化物排出配管である。

制御装置５０は、上記実施例１にかかる燃料電池１−１を制御するものである。具体的には、図示しない入出力ポート（Ｉ／Ｏ）、処理部、記憶部などにより構成され、この処理部から入出力ポートを介して、上述した各種ポンプに駆動信号を出力することで、各種ポンプの駆動制御を行うものである。

次に、実施例１にかかる燃料電池１−１の動作について説明する。まず、制御装置５０は、燃料ポンプ２２、酸化ガスポンプ３１および酸化物ポンプ４２に各種駆動信号を出力し、これら各種ポンプを駆動させる。燃料ポンプ２２が駆動することで、燃料タンク２１内のメタノール水溶液は、燃料供給配管２３を介して、酸化物混入タンク４１に供給される。また、酸化物ポンプ４２が駆動することで、燃料電池１−１の外部の空気が酸化物混入タンク４１内に供給される。このとき、燃料電池１−１の外部の空気は、酸化物供給配管４３の先端部に形成された開口部４３ａあるいは開口部４３ｂから気泡Ｋとして、酸化物混入タンク４１内に供給されたメタノール水溶液に混入される。従って、燃料極１１に供給される燃料であるメタノール水溶液に、酸化物である空気を均一に混入することができる。これにより、燃料極１１に供給されるメタノール水溶液には、空気が確実に混入されるので、後述する触媒の被毒を抑制することができる。

次に、空気が混入された酸化物混入タンク４１内のメタノール水溶液は、燃料供給配管２３を介して、燃料極１１に供給され、この燃料極１１に担持された触媒により、下記式（４）の電気化学反応を起こし、水素イオンと電子とが生成される。この生成された水素イオンは、燃料極１１と空気極１２との間に挟持された電解質膜を透過して空気極１２に移動する。一方、生成された電子は、この燃料極１１と空気極１２とに接続された負荷部６０を通過し、この負荷部６０に電力を供給して、空気極１２に移動する。なお、燃料極１１に供給され上記電気化学反応に用いられなかった燃料であるメタノール水溶液は、燃料排出配管２４を介して、燃料タンク２１内に戻される。

ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ → ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^- …（４）

また、酸化ガスポンプ３１が駆動することで、燃料電池１−１の外部の空気は、酸化ガス供給配管３２を介して、空気極１２に供給される。この空気極１２に供給された空気の酸素と、空気極１２に移動した水素イオンおよび電子とは、この空気極１２に担持された触媒により、下記式（５）の電気化学反応を起こし、水が生成される。生成された水は、空気極１２に供給され上記電気化学反応に用いられなかった空気とともに、酸化ガス排出配管３３を介して、燃料電池１−１の外部に排出される。

６Ｈ⁺＋６ｅ^-＋１．５Ｏ₂ → ３Ｈ₂Ｏ …（５）

このとき、燃料極１１においては、上記式（４）の電気化学反応により、メタノール水溶液から二酸化炭素が生成される。このメタノール水溶液から二酸化炭素が生成される過程において、一酸化炭素が生成されているが、この燃料極１１には気泡となった空気がメタノール水溶液とともに供給される。従って、燃料極１１の一酸化炭素は、この気泡である空気の酸素と、下記の式（６）の化学反応を起こし、二酸化炭素が生成される。つまり、一酸化炭素は、燃料極１１に燃料であるメタノール水溶液とともに供給された酸化物の酸素により二酸化炭素となるので、生成された一酸化炭素が燃料極１１に担持された触媒の白金を被毒することを抑制することができる。

ＣＯ＋０．５Ｏ₂ → ＣＯ₂ …（６）

また、上記生成された一酸化炭素が、触媒の白金と、下記の式（７）の反応を起こしても、この触媒に吸着され、この触媒を被毒した一酸化炭素も、この気泡である空気の酸素と、下記の式（８）の化学反応を起こし、二酸化炭素が生成される。つまり、燃料極１１の触媒を被毒した一酸化炭素は、この燃料極１１に燃料であるメタノール水溶液とともに供給された酸化物の酸素によりこの触媒から離脱することができるので、生成された一酸化炭素が燃料極１１に担持された触媒の白金を被毒することをさらに抑制することができる。

ＣＯ＋Ｐｔ → Ｐｔ（ＣＯ）_ad …（７）
Ｐｔ（ＣＯ）_ad＋Ｏ₂ → Ｐｔ＋ＣＯ₂ …（８）

以上のように構成された燃料電池１−１では、触媒の被毒を十分に抑制することができる。ここで、図３−１および図３−２は、電圧と経過時間との関係を示す図である。なお、図３−１では、メタノール水溶液のメタノール濃度を５ｗｔ％、セル１０の作動温度を８０℃、電流を０．２Ａ／ｃｍ²、燃料極１１の触媒量を０．７５ｍｇ／ｃｍ²としたものである。また、図３−２では、メタノール水溶液のメタノール濃度を５ｗｔ％、セル１０の作動温度を８０℃、電流を０．２Ａ／ｃｍ²、燃料極１１の触媒量を０．５ｍｇ／ｃｍ²としたものである。

燃料極１１に触媒として白金とルテニウムの合金が担持され、燃料極１１に酸化物を供給する場合（図３−１の矢印Ａ）は、燃料極１１に触媒として白金とルテニウムの合金が担持され、燃料極１１に酸化物を供給しない場合（同図の矢印Ｂ）と比較して、時間とともに電圧が低下することを抑制することができる。これは、燃料極１１に担持された触媒の被毒を抑制することができているためである。なお、燃料極１１に触媒として白金とルテニウムの合金が担持され、燃料極１１に酸化物を供給する場合（図３−１の矢印Ａ）は、燃料極１１に触媒として白金のみが担持され、燃料極１１に酸化物を供給しない場合（同図の矢印ｃ）と比較しても、時間とともに電圧が低下することを抑制することができる。

また、図３−２に示すように、燃料極１１の触媒量が少なくても、燃料極１１に酸化物を供給する場合（同図の矢印Ｄ）は、燃料極１１に酸化物を供給しない場合（同図の矢印Ｅ）と比較して、時間とともに電圧が低下することを抑制することができる。以上のように、燃料極１１の触媒の被毒を抑制することができるので、燃料電池１−１の出力を向上することができる。

次に、実施例２にかかる燃料電池１−２について説明する。図４は、実施例２にかかる燃料電池の概略構成例を示す図である。図４に示す実施例２にかかる燃料電池１−２が、図１に示す実施例１にかかる燃料電池１−１と異なる点は、酸化物供給手段と酸化ガス供給手段とを共用した点である。なお、図４に示す実施例２にかかる燃料電池１−２の基本的構成は、図１に示す実施例１にかかる燃料電池１−１の基本的構成と同様であるため、その説明は省略する。

実施例２にかかる酸化ガス供給手段３０は、燃料であるメタノール水溶液に酸化物であり、酸化ガスでもある空気を混入させた後、この空気を空気極１２に供給するものである。この実施例２にかかる酸化ガス供給手段３０は、酸化ガスポンプ３１と、酸化ガス排出配管３３と、第１酸化ガス供給配管３４と、酸化物混入タンク３５と、第２酸化ガス供給配管３６と、により構成されている。第１酸化ガス供給配管３４は、一方の端部が燃料電池１−２の外部に解放されており、他方の端部が酸化物混入タンク３５に挿入されている。酸化物混入タンク３５内におけるこの第１酸化ガス供給配管３４の他方の端部の位置は、この酸化物混入タンク３５に流入したメタノール水溶液内となるように設定されている。この第１酸化物供給配管３４の他方の端部は、実施例１と同様に、１つの開口部、あるいは複数の開口部が形成されている。酸化物混入タンク３５は、燃料ポンプ２２より下流側の燃料供給配管２３に設けられている。

また、第２酸化ガス供給配管３６は、一方の端部が酸化物混入タンク３５と連通しており、他方の端部が空気極側セパレータ１５の酸化ガス供給通路１５ｂと連通している。酸化物混入タンク３５におけるこの第２酸化ガス供給配管３６の連通位置は、この酸化物混入タンク３５に流入したメタノール水溶液外となるように、すなわちメタノール水溶液に混入されてなかった空気内となるように設定されている。従って、この実施例２にかかる酸化ガス供給手段３０は、制御装置５０により酸化ガスポンプ３１が駆動されることで、第１酸化ガス供給配管３４を介して外部の空気をまず酸化物混入タンク３５に圧送する。そして、第２酸化ガス供給配管３６を介して、この酸化物混入タンク３５の余剰の空気を、セル１０に圧送し、空気極１２に供給する。そして、酸化ガス排出配管３３を介して、空気極１２に供給された空気の一部が外部に排出される。

つまり、この実施例２にかかる酸化ガス供給手段３０は、空気極１２に供給される酸化ガスである空気を酸化物として、燃料であるメタノール水溶液に混入し、この燃料であるメタノール水溶液に混入されなかった酸化物である空気を空気極１２に供給するものである。

次に、実施例２にかかる燃料電池１−２の動作について説明する。なお、図４に示す実施例２にかかる燃料電池１−２の基本的動作は、図１に示す実施例１にかかる燃料電池１−１の基本的動作と同様であるため、簡略して説明する。まず、制御装置５０により、燃料ポンプ２２、酸化ガスポンプ３１を駆動させる。燃料ポンプ２２が駆動することで、燃料タンク２１内のメタノール水溶液は、燃料供給配管２３を介して、酸化物混入タンク３５に供給される。また、酸化ガスポンプ３１が駆動することで、燃料電池１−２の外部の空気は、第１酸化ガス供給配管を介して酸化物混入タンク３５内に気泡として供給され、このメタノール水溶液に混入される。

次に、空気が混入された酸化物混入タンク３５内のメタノール水溶液は、燃料供給配管２３を介して、燃料極１１に供給され、この燃料極１１に担持された触媒により、上記式（４）の電気化学反応を起こし、水素イオンと電子とが生成され、負荷部６０に電力が供給される。

また、酸化物混入タンク３５内で燃料であるメタノール水溶液に混入されなかった空気は、第２酸化ガス供給配管３６を介して、空気極１２に供給され、この空気極１２に担持された触媒により、上記式（５）の電気化学反応を起こし、水が生成される。

このとき、燃料極１１においては、燃料であるメタノール水溶液から一酸化炭素が生成されているが、この燃料極１１には空気（空気を構成する酸素）がメタノール水溶液とともに供給されるので、この生成された一酸化炭素が燃料極１１に担持された触媒の白金を被毒することを抑制することができる。燃料極１１の触媒の被毒を抑制することができるので、上記実施例１と同様に、燃料電池１−２の出力を向上することができる。また、燃料であるメタノール水溶液に混入される酸化物である空気は、空気極１２に供給される酸化ガスである空気であるので、１つのポンプ、すなわち酸化物ポンプ３１により、燃料であるメタノール水溶液に酸化物である空気を混入することができ、空気極１２に酸化ガスである空気を供給することができる。これにより、実施例１と比較して、燃料であるメタノール水溶液に酸化物である空気を混入するための新たなポンプを必要としないので、燃料電池を簡単な構成とすることができる。また、燃料であるメタノール水溶液に混入されなかった酸化物である空気は、空気極１２に供給されるので、空気極１２に担持された触媒による電気化学反応に利用することができる。

なお、上記実施例２においては、燃料電池１−２の外部の空気の全部が酸化物混入タンク３５を通過して、空気極１２に供給されているが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１酸化ガス供給配管３４を分岐し、分岐された一方より酸化物混入タンク３５内に酸化物である空気を供給し、分岐された他方より空気極１２に酸化ガスである空気を供給しても良い。

次に、実施例３にかかる燃料電池１−３について説明する。図５は、実施例３にかかる燃料電池の概略構成例を示す図である。図５に示す実施例３にかかる燃料電池１−３が、図１に示す実施例１にかかる燃料電池１−１と異なる点は、酸化物供給手段が酸化物として、過酸化水素を燃料に供給する点である。なお、図５に示す実施例３にかかる燃料電池１−３の基本的構成は、図１に示す実施例１にかかる燃料電池１−１の基本的構成と同様であるため、その説明は省略する。

酸化物供給手段７０は、酸化物、この実施例３では過酸化水素を燃料であるメタノール水溶液に混入するものであり、酸化物タンク７１と、酸化物ポンプ７２と、酸化物供給配管７３と、により構成されている。酸化物タンク７１は、酸化物である過酸化水素の水溶液、すなわち過酸化水素水を貯留するものである。酸化物ポンプ７２は、酸化物供給配管７３の途中に設けられており、後述する制御装置５０から出力される酸化物ポンプ駆動信号により駆動制御が行われるものである。酸化物供給配管７３は、一方の端部が酸化物タンク７１に連通しており、他方の端部が燃料タンク２１に連通している。従って、酸化物供給手段７０は、制御装置５０により酸化物ポンプ７２が駆動されることで、酸化物供給配管７３を介して、酸化物タンク７１内のメタノール水溶液を燃料タンク２１に圧送し、燃料タンク２１に供給する。

次に、実施例３にかかる燃料電池１−３の動作について説明する。なお、図５に示す実施例３にかかる燃料電池１−３の基本的動作は、図１に示す実施例１にかかる燃料電池１−１の基本的動作と同様であるため、簡略して説明する。まず、制御装置５０により、燃料ポンプ２２、酸化ガスポンプ３１および酸化物ポンプ７２を駆動させる。燃料ポンプ２２が駆動することで、燃料タンク２１内のメタノール水溶液は、燃料供給配管２３を介して、燃料極１１に供給される。また、酸化物ポンプ７２が駆動することで、過酸化水素水は、酸化物供給配管７３を介して燃料タンク２１内に供給され、この燃料タンク２１内のメタノール水溶液に過酸化水素が混入される。

次に、過酸化水素が混入された燃料タンク２１内のメタノール水溶液は、燃料供給配管２３を介して、燃料極１１に供給され、この燃料極１１に担持された触媒により、上記式（４）の電気化学反応を起こし、水素イオンと電子とが生成され、負荷部６０に電力が供給される。

また、酸化ガスポンプ３１が駆動することで、燃料電池１−３の外部の空気は、酸化ガス供給配管３２を介して、空気極１２に供給され、この空気極１２に担持された触媒により、上記式（５）の電気化学反応を起こし、水が生成される。

このとき、燃料極１１においては、燃料であるメタノール水溶液から一酸化炭素が生成されているが、この燃料極１１には過酸化水素（過酸化水素を構成する酸素）がメタノール水溶液とともに供給されるので、この生成された一酸化炭素が燃料極１１に担持された触媒の白金を被毒することを抑制することができる。以上のように、燃料極１１の触媒の被毒を抑制することができるので、上記実施例１と同様に、燃料電池１−３の出力を向上することができる。

なお、上記実施例１，３においては、酸化物ポンプ４１，７２が燃料電池１−１，１−３の作動、すなわち燃料ポンプ２２および酸化ガスポンプ３１の駆動と同時に駆動するようにされているが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、駆動と停止とを繰り返しても良い。つまり、間欠で駆動しても良い。この場合、酸化物ポンプ４１，７２は、所定間隔ごとに所定時間駆動するようにしても良い。また、燃料であるメタノール水溶液に対する酸化物である空気あるいは過酸化水素の混入量あるいは混入率を検出する図示しない混入センサを備え、酸化物ポンプ４１，７２は、この検出された燃料に対する酸化物の混入量あるいは混入率が所定値以下の際に駆動するようにしても良い。

以上のように、この発明にかかる燃料電池は、電解質膜の水素イオン伝導性を利用した燃料電池に有用であり、特に、出力を向上するのに適している。

実施例１にかかる燃料電池の概略構成例を示す図である。 酸化物供給配管の先端形状を示す図である。 酸化物供給配管の先端形状を示す図である。 電圧と経過時間との関係を示す図である。 電圧と経過時間との関係を示す図である。 実施例２にかかる燃料電池の概略構成例を示す図である。 実施例３にかかる燃料電池の概略構成例を示す図である。

符号の説明

１−１〜１−３ 燃料電池
１０ セル
１１ 燃料極
１２ 空気極
１３ 電解質膜
１４ 燃料極側セパレータ
１４ａ 溝
１４ｂ 燃料供給通路
１４ｃ 燃料排出通路
１５ 空気極側セパレータ
１５ａ 溝
１５ｂ 酸化ガス供給通路
１５ｃ 酸化ガス排出通路
２０ 燃料供給手段
２１ 燃料タンク
２２ 燃料ポンプ
２３ 燃料供給配管
２４ 燃料排出配管
２５ 燃料タンク通気配管
２６ 濃度調整ポンプ
２７ 濃度調整配管
２８ 濃度センサ
３０ 酸化ガス供給手段
３１ 酸化ガスポンプ
３２ 酸化ガス供給配管
３３ 酸化ガス排出配管
３４ 第１酸化ガス供給配管
３５ 酸化物混入タンク
３６ 第２酸化ガス供給配管
４０ 酸化物供給手段
４１ 酸化物混入タンク
４２ 酸化物ポンプ
４３ 酸化物供給配管
４４ 酸化物排出配管
５０ 制御装置
６０ 負荷部
７０ 酸化物供給手段
７１ 酸化物タンク
７２ 酸化物ポンプ
７３ 酸化物供給配管
Ｋ 気泡

Claims (4)

1. 前記燃料が供給される触媒が担持された燃料極と、
   酸化ガスが供給される触媒が担持された空気極と、
   前記燃料極と前記空気極との間に挟持される電解質膜と、
   前記燃料が前記燃料極に供給される前に、当該燃料に酸化物を混入する酸化物混入手段と、
   を備えることを特徴とする燃料電池。
2. 前記酸化物混入手段は、前記酸化物を気泡として前記燃料に混入することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記酸化物は、前記空気極に供給される酸化ガスの少なくとも一部であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
4. 前記酸化物混入手段は、前記燃料に混入されなかった酸化物を前記空気極に供給することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。

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