JP2007280667A - Liquid fuel direct supply fuel cell system - Google Patents
Liquid fuel direct supply fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007280667A JP2007280667A JP2006102843A JP2006102843A JP2007280667A JP 2007280667 A JP2007280667 A JP 2007280667A JP 2006102843 A JP2006102843 A JP 2006102843A JP 2006102843 A JP2006102843 A JP 2006102843A JP 2007280667 A JP2007280667 A JP 2007280667A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrochemical reaction
- gas
- liquid fuel
- fuel cell
- liquid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Description
本発明は液体燃料直接供給型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発電ユニットに供給して発電ができる、分散形電源、移動体用電源、小型携帯用電源に適した液体燃料直接供給型燃料電池の構造に関するものである。 The present invention relates to a liquid fuel direct supply type fuel cell system. More specifically, the present invention relates to a distributed power source, a mobile power source, and a small portable power source capable of generating power by directly supplying liquid fuel and oxidant gas to a power generation unit. The present invention relates to a structure of a liquid fuel direct supply type fuel cell suitable for an electric power source.
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。特に、プロトン導電性固体高分子膜を電解質に用いた直接メタノール型燃料電池のような液体燃料直接供給型燃料電池は、燃料をガス化または改質せずに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ため、構造がシンプルで、小型化、軽量化が容易であり、分散形電源、移動体用電源、小型携帯用電源として注目されている。 In recent years, measures against environmental problems and resource problems have been highlighted, and fuel cells have been actively developed as part of such measures. Particularly, a liquid fuel direct supply type fuel cell such as a direct methanol type fuel cell using a proton conductive solid polymer membrane as an electrolyte can generate electric power by directly supplying the fuel without gasification or reforming. Therefore, the structure is simple, and it is easy to reduce the size and weight, and is attracting attention as a distributed power source, a mobile power source, and a small portable power source.
この直接メタノール型燃料電池は、プロトン導電性高分子固体高分子膜の電解質の両側に正極および負極を接合したセルをグラファイト製のセパレータで挟持されて、または該セルがグラファイト製のセパレータを介して多数積層されて発電ユニットを構成している。前記正極は多孔性のカーボンペーパーの表面に白金触媒を担持した炭素粉末が塗布されてなり、前記負極は同様のカーボンペーパーの表面に白金−ルテニウム触媒を担持した炭素粉末が塗布されてなる。 In this direct methanol fuel cell, a cell in which a positive electrode and a negative electrode are joined to both sides of an electrolyte of a proton conductive polymer solid polymer membrane is sandwiched by a graphite separator, or the cell is interposed via a graphite separator. A large number of power generation units are stacked. The positive electrode is formed by applying a carbon powder carrying a platinum catalyst on the surface of a porous carbon paper, and the negative electrode is formed by applying a carbon powder carrying a platinum-ruthenium catalyst on the surface of the same carbon paper.
上記した直接メタノール型燃料電池は、負極に還元剤としてのメタノール水溶液を供給し、正極に酸化剤としての空気中の酸素を供給し、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、その発電効率やエネルギー密度の点で、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。すなわち、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、負極側からは前述した二酸化炭素がメタノール水溶液とともに排出され、正極側からは前述した水が空気とともに排出される。 The direct methanol fuel cell described above is to supply an aqueous methanol solution as a reducing agent to the negative electrode, supply oxygen in the air as an oxidant to the positive electrode, and generate power by an electrochemical reaction via an electrolyte. In terms of its power generation efficiency and energy density, it has attracted attention as a power source that can replace secondary batteries such as nickel-hydrogen batteries and lithium ion batteries. That is, when a methanol aqueous solution having a concentration of about 3% is supplied to the negative electrode and air is supplied to the positive electrode, carbon dioxide is generated by the electrochemical reaction of the negative electrode, and water is generated by the electrochemical reaction of the positive electrode. The aforementioned carbon dioxide is discharged together with the methanol aqueous solution, and the aforementioned water is discharged together with air from the positive electrode side.
このような直接メタノール型燃料電池は、二酸化炭素とともに排出されたメタノール水溶液と、空気とともに排出された水とを気液混合槽に回収し、気体成分である二酸化炭素と空気を除去した後、液体成分であるメタノール水溶液と水とを、負極に供給するためのメタノール水溶液を貯蔵する燃料タンクに戻し、その濃度を3%程度に調製して、再度、負極に供給するようなシステム、すなわち、液体燃料直接供給型燃料電池システムに構成される。 Such a direct methanol fuel cell recovers a methanol aqueous solution discharged together with carbon dioxide and water discharged together with air in a gas-liquid mixing tank, removes carbon dioxide and air as gas components, A system in which an aqueous methanol solution and water as components are returned to a fuel tank for storing an aqueous methanol solution to be supplied to the negative electrode, its concentration is adjusted to about 3%, and then supplied to the negative electrode again, that is, a liquid It is configured as a fuel direct supply type fuel cell system.
しかしながら、上記したシステムにおいては、直接メタノール型燃料電池の運転温度が80℃程度であるため、正極側から排出される水の大部分は水蒸気としてシステム外に出てしまい、これとともに上記電気化学反応で生成した副生成物のホルムアルデヒドや蟻酸あるいはこれらが反応することによって生成する蟻酸メチルもシステム外に放出されてしまうという問題があった。このような副生成物のうち、特にホルムアルデヒドはシックハウス症候群の原因となるため、一般家庭用に液体燃料直接供給型燃料電池システムを普及させるうえでの解決すべき課題の一つであり、たとえば、特許文献1に開示されたような提案がなされている。
上記した、気体成分回収手段に副生成物を吸収または分解する吸着剤を設ける方法は、二酸化炭素とともに排出されたメタノール水溶液と、空気とともに排出された水とを気液混合槽に回収し、ここで分離した気体成分を気体成分回収手段に送って副生成物を吸収または分解するようにしているから、構成が複雑になるという問題があった。また、このような副生成物を吸収または分解する吸着剤として例示されている活性炭やゼオライトは、高湿の気体成分と接触することによって、その吸着性能が早期に低下するという問題もあった。 The above-described method of providing an adsorbent that absorbs or decomposes by-products in the gas component recovery means recovers the aqueous methanol solution discharged together with carbon dioxide and the water discharged together with air in a gas-liquid mixing tank, Since the gas component separated in (1) is sent to the gas component recovery means to absorb or decompose the by-product, there is a problem that the configuration becomes complicated. In addition, activated carbon and zeolite exemplified as an adsorbent that absorbs or decomposes such a by-product also has a problem that its adsorption performance deteriorates early when it comes into contact with a high-humidity gas component.
上記課題を解決するため、本発明は、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、前記負極に液体燃料が供給され、前記正極に酸化剤ガスが供給されるようにしたセルまたは該セルを複数個積層したセルスタックからなる発電ユニットと、前記正極の電気化学反応によって生成した水と前記負極の電気化学反応によって生成した二酸化炭素を、前記電気化学反応に寄与しなかった液体燃料と酸化剤ガスとともに回収する気液混合槽とを備え、前記正、負極の電気化学反応によって起電力を得る液体燃料直接供給型燃料電池システムにおいて、前記気液混合槽は、前記電気化学反応によって生成するホルムアルデヒドを吸着する珪藻土フィルターを備えている(請求項1)ことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a negative electrode and a positive electrode that are opposed to each other via an electrolyte composed of a proton conductive solid polymer membrane, and a liquid fuel is supplied to the negative electrode and an oxidant gas is supplied to the positive electrode. A power generation unit comprising a cell or a cell stack in which a plurality of the cells are stacked, water generated by the electrochemical reaction of the positive electrode, and carbon dioxide generated by the electrochemical reaction of the negative electrode, In the liquid fuel direct supply type fuel cell system, wherein the gas-liquid mixing tank includes a liquid fuel that does not contribute to the gas and a gas-liquid mixing tank that is recovered together with the oxidant gas, and obtains an electromotive force by an electrochemical reaction between the positive and negative electrodes Is provided with a diatomaceous earth filter that adsorbs formaldehyde generated by the electrochemical reaction (claim 1).
本発明によれば、気液混合槽中に、高湿の雰囲気下においても、その吸着性能が低下しない珪藻土フィルターを備えたことにより、気体成分を分離せずに気液混合槽中でホルムアルデヒドを除去することができるので、簡素なシステムで、上記したシックハウス症候群の原因物質を除去することができる。 According to the present invention, the gas-liquid mixing tank is provided with a diatomaceous earth filter whose adsorption performance does not decrease even in a high-humidity atmosphere, so that formaldehyde is not separated in the gas-liquid mixing tank without separating gas components. Since it can be removed, the above causative substance of sick house syndrome can be removed with a simple system.
以下、本発明を、その実施の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on the embodiments.
図1は、本発明の実施の形態に係る液体燃料直接供給型燃料電池システムの例として示した直接メタノール型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5を介して負極6と正極7とを対設したセル1を発電ユニットとし、前記負極6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(約3%)にして貯蔵する燃料タンク2から供給し、正極7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たことである。前記正極7では、その電気化学反応よって水が生成し、前記負極6では、その電気化学反応によって二酸化炭素が生成し、前記水と反応に寄与しなかった空気、前記二酸化炭素と反応に寄与しなかったメタノール水溶液とが気液混合槽3に導入され、液体成分としての水とメタノール水溶液が、図示していないポンプよって前記燃料タンク2に導入されるように構成される。また、前記気液混合槽3には、珪藻土フィルターが備えられており、水、反応に寄与しなかった空気、二酸化炭素および反応に寄与しなかったメタノール水溶液の混合物中のホルムアルデヒドを吸着させる。そして、ホルムアルデヒドが吸着された後の混合物のうち、気体成分は大気中に放出され、液体成分は燃料タンク2に導入される。 FIG. 1 is a configuration diagram of a direct methanol fuel cell system shown as an example of a liquid fuel direct supply type fuel cell system according to an embodiment of the present invention, which is characterized by a proton conductive solid polymer membrane. A cell 1 in which a negative electrode 6 and a positive electrode 7 are arranged with an electrolyte 5 interposed therebetween is used as a power generation unit. A methanol aqueous solution as a liquid fuel is applied to the negative electrode 6 at a concentration (about 3%) suitable for the electrochemical reaction. This is that the fuel is supplied from the fuel tank 2 to be stored, and air as an oxidant gas is supplied to the positive electrode 7 by a pump (not shown). In the positive electrode 7, water is generated by the electrochemical reaction, and in the negative electrode 6, carbon dioxide is generated by the electrochemical reaction, which contributes to the reaction with air and the carbon dioxide that did not contribute to the reaction with the water. The methanol aqueous solution that has not been introduced is introduced into the gas-liquid mixing tank 3, and water and methanol aqueous solution as liquid components are introduced into the fuel tank 2 by a pump (not shown). The gas-liquid mixing tank 3 is provided with a diatomaceous earth filter, and adsorbs formaldehyde in a mixture of water, air that did not contribute to the reaction, carbon dioxide, and aqueous methanol solution that did not contribute to the reaction. In the mixture after formaldehyde is adsorbed, the gas component is released into the atmosphere and the liquid component is introduced into the fuel tank 2.
上記した実施の形態の珪藻土フィルターは、主成分がアルミニウム及びシリコンからなるもので、板状の形状に加工して気液混合槽3中に備えるのがよいが、粒状、塊状など板状以外の形状に加工してもよい。 The diatomaceous earth filter of the above-described embodiment is mainly composed of aluminum and silicon, and is preferably processed into a plate shape and provided in the gas-liquid mixing tank 3. You may process into a shape.
次に、気液混合槽3中に板状に加工した珪藻土フィルターを配した実施の形態のものと、気液混合槽3中に珪藻土フィルターを配しない従来のものとについて、約3%の濃度のメタノール水溶液を8ml/min.、空気を1l/min.の流速でそれぞれ供給することによって運転し、気液混合槽3から放出される気体成分中にホルムアルデヒドの量を北川式ガス検知管によって検知したところ、実施の形態のものでは検知されなかったのに対し、従来のものでは2ppm検知されることがわかった。 Next, the concentration of about 3% of the embodiment in which the diatomaceous earth filter processed into a plate shape is arranged in the gas-liquid mixing tank 3 and the conventional one in which the diatomaceous earth filter is not arranged in the gas-liquid mixing tank 3 Aqueous methanol solution of 8 ml / min. , Air at 1 l / min. When the amount of formaldehyde in the gas component released from the gas-liquid mixing tank 3 was detected by the Kitagawa type gas detector tube, it was not detected in the embodiment. On the other hand, it was found that 2 ppm was detected in the conventional one.
このことから、気液混合槽3中に珪藻土フィルターを備えた本発明の直接メタノール型燃料電池は、副生成物のホルムアルデヒドのほとんどを除去できることがわかる。 From this, it can be seen that the direct methanol fuel cell of the present invention provided with a diatomaceous earth filter in the gas-liquid mixing tank 3 can remove most of the by-product formaldehyde.
上記した実施の形態では、燃料タンク2内のメタノール水溶液は、気液混合槽3から供給される水とメタノール水溶液によって電気化学反応に適した濃度(約3%)になるようにしているが、別に高濃度(たとえば約60%)のメタノール水溶液を貯蔵する高濃度メタノールタンクを別に設け、この高濃度メタノールタンクから高い濃度のメタノール水溶液を導入して前述した濃度になるように制御してもよい。 In the above-described embodiment, the methanol aqueous solution in the fuel tank 2 has a concentration (about 3%) suitable for the electrochemical reaction by the water supplied from the gas-liquid mixing tank 3 and the methanol aqueous solution. Separately, a high-concentration methanol tank for storing a high-concentration (for example, about 60%) aqueous methanol solution may be separately provided, and a high-concentration methanol aqueous solution may be introduced from the high-concentration methanol tank to control the concentration to the above-described concentration. .
上記した実施の形態では、発電ユニットが単一のセル1からなるもので説明したが、このセル1を複数個積層したセルスタックとし、これを発電ユニットとしたものであってもよい。 In the above-described embodiment, the power generation unit is composed of a single cell 1. However, a cell stack in which a plurality of cells 1 are stacked may be used, and this may be a power generation unit.
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直接メタノール型燃料電池に代表される液体燃料直接供給型燃料電池を、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、簡素なシステム構成で、副生成物中のホルムアルデヒドを除去することができるから、特に、家庭用などへの直接メタノール型燃料電池システムの普及に寄与することができる。 As described above, according to the present invention, a liquid fuel direct supply type fuel cell typified by a direct methanol type fuel cell capable of generating power without reforming and gasifying a methanol aqueous solution, a portable power source, When applied to small consumer applications such as computer power supplies, formaldehyde in by-products can be removed with a simple system configuration, which contributes to the spread of direct methanol fuel cell systems especially for home use. be able to.
1 セル
2 燃料タンク
3 気液混合槽
4 珪藻土フィルター
5 電解質
6 負極
7 正極
8 熱交換器
1 Cell 2 Fuel Tank 3 Gas-Liquid Mixing Tank 4 Diatomaceous Earth Filter 5 Electrolyte 6 Negative Electrode 7 Positive Electrode 8 Heat Exchanger
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006102843A JP2007280667A (en) | 2006-04-04 | 2006-04-04 | Liquid fuel direct supply fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006102843A JP2007280667A (en) | 2006-04-04 | 2006-04-04 | Liquid fuel direct supply fuel cell system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007280667A true JP2007280667A (en) | 2007-10-25 |
Family
ID=38681912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006102843A Pending JP2007280667A (en) | 2006-04-04 | 2006-04-04 | Liquid fuel direct supply fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007280667A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010073699A1 (en) * | 2008-12-26 | 2010-07-01 | 株式会社日立製作所 | Polymer electrolyte fuel cell |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001279903A (en) * | 2000-03-31 | 2001-10-10 | National House Industrial Co Ltd | Picture-mounting building material |
JP2002317399A (en) * | 2001-04-24 | 2002-10-31 | Toray Ind Inc | Wall paper |
JP2004079210A (en) * | 2002-08-09 | 2004-03-11 | Yuasa Corp | Liquid-fuel direct feeding fuel cell system |
-
2006
- 2006-04-04 JP JP2006102843A patent/JP2007280667A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001279903A (en) * | 2000-03-31 | 2001-10-10 | National House Industrial Co Ltd | Picture-mounting building material |
JP2002317399A (en) * | 2001-04-24 | 2002-10-31 | Toray Ind Inc | Wall paper |
JP2004079210A (en) * | 2002-08-09 | 2004-03-11 | Yuasa Corp | Liquid-fuel direct feeding fuel cell system |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010073699A1 (en) * | 2008-12-26 | 2010-07-01 | 株式会社日立製作所 | Polymer electrolyte fuel cell |
JPWO2010073699A1 (en) * | 2008-12-26 | 2012-06-14 | 株式会社日立製作所 | Polymer electrolyte fuel cell |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4412939B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2003223920A (en) | Liquid-fuel direct supply fuel cell system | |
JP2007329002A (en) | Fuel cell system | |
JP3985151B2 (en) | Liquid fuel direct supply fuel cell system | |
WO2005088752A1 (en) | Fuel cell system | |
JP2009224264A (en) | Fuel cell system | |
JP2007280667A (en) | Liquid fuel direct supply fuel cell system | |
JP2005129261A (en) | Direct liquid supply type fuel cell | |
JP2003208910A (en) | Liquid-fuel direct supply type fuel cell system | |
JP2009087726A (en) | Fuel cell system | |
JP5245194B2 (en) | Liquid fuel direct supply fuel cell system | |
JP2009231195A (en) | Fuel cell and electronic device | |
WO2013080415A1 (en) | Fuel cell system | |
JP5245048B2 (en) | Power generation device and power generation method | |
JP2015179563A (en) | Direct oxidation type fuel battery system | |
JP2004342534A (en) | Liquid fuel type fuel cell | |
JP2003223919A (en) | Direct methanol fuel cell system | |
JP4030518B2 (en) | Direct methanol fuel cell system | |
JP4635428B2 (en) | Direct liquid supply fuel cell | |
JP2007180051A (en) | Fuel cell | |
JP2003168452A (en) | Liquid fuel direct supply type fuel cell | |
JP2008210661A (en) | Direct type fuel cell system | |
JP2007123055A (en) | Liquid fuel direct supply type fuel cell system | |
WO2015118583A1 (en) | Fuel cell system and fuel circulation system for fuel cell system | |
JP2004146387A (en) | Fuel cell and its using method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090401 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20100507 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120319 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120403 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20121030 |