JP2008097986A - Direct methanol type fuel battery system and portable electronic equipment - Google Patents

Direct methanol type fuel battery system and portable electronic equipment Download PDF

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JP2008097986A JP2006278169A JP2006278169A JP2008097986A JP 2008097986 A JP2008097986 A JP 2008097986A JP 2006278169 A JP2006278169 A JP 2006278169A JP 2006278169 A JP2006278169 A JP 2006278169A JP 2008097986 A JP2008097986 A JP 2008097986A
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満 野末
Minoru Yagi
稔 八木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a direct methanol type fuel battery system of supplying methanol as gas, with the use of solid methanol extremely safe in a fuel cartridge state, and solving such problems as liquid leak, crossover, and degradation of outputs in the case of use of liquid fuel as a system. <P>SOLUTION: The direct methanol type fuel battery system is provided with a fuel container part 3 containing solid methanol solidifying methanol, a fuel battery cell 5, and a carrier gas circulation means 1. The fuel container part 3 is provided with a carrier gas supply channel 2 communicated with the carrier gas circulation means 1, and a fuel gas circulation channel 4 communicated with a fuel electrode side of the fuel battery cell 5. The fuel battery cell 5 is provided with a circulation flow channel 9 communicated with the fuel electrode side as well as the carrier gas circulation means 1, so that, when carrier gas is supplied from the carrier gas circulation means 1 to the fuel container part 5 through the carrier gas supply channel 2, fuel gas containing methanol flows back from the circulation flow channel 9 to the carrier gas circulation means 1, after the fuel gas containing methanol is supplied to the fuel electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体状メタノールを燃料とする直接メタノール形燃料電池システムに関し、特に小型携帯用電子機器に好適な直接メタノール形燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a direct methanol fuel cell system using solid methanol as a fuel, and more particularly to a direct methanol fuel cell system suitable for small portable electronic devices.

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、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。このうち、メタノールを燃料とする固体高分子電解質型燃料電池は、「直接(ダイレクト)メタノール形燃料電池(DMFC)」と呼ばれ、下記の反応式により発電が行われる。   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 electricity through an electrochemical reaction by supplying oxygen to methanol and cathode. Among these, a solid polymer electrolyte fuel cell using methanol as a fuel is called a “direct methanol fuel cell (DMFC)”, and power is generated by the following reaction formula.

アノード:CHOH + HO → 6H + CO + 6e …[1]
カソード:3/2O + 6H + 6e → 3HO …[2]
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。
Anode: CH 3 OH + H 2 O → 6H + + CO 2 + 6e ... [1]
Cathode: 3/2 O 2 + 6H + + 6e → 3H 2 O [2]
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.

このような直接メタノール形燃料電池において、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、この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が生成される。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]のように水を生じる。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 direct methanol fuel cell, the methanol supplied to the anode passes through the pores in the electrode and reaches the catalyst. The methanol is decomposed by this catalyst, and the electrons in the reaction of the above reaction formula [1]. And hydrogen ions are produced. 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 as shown in the above reaction formula [2]. Produce. 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直接メタノール形燃料電池は、作動温度が低く、大掛りな補機が必要ないこと等から携帯用電子機器用の小型電源として有用であり、近年、携帯用コンピューターや携帯電話等の次世代電源として開発が活発化してきている。   The direct methanol fuel cell using methanol as a fuel is useful as a small power source for portable electronic devices because it has a low operating temperature and does not require a large auxiliary machine. Development has been activated as a next-generation power source.

その一方で、燃料に使用するメタノールは液体であるために漏れやすく、またメタノール自体の可燃性及び毒性が懸念されており、安全に使用するための対策が課題となっている。また、液体のメタノールを燃料電池セルの燃料極に供給した場合、前述したとおり燃料極では二酸化炭素ガスが発生するが、液体のメタノールからの二酸化炭素ガスの抜けが悪いため、燃料極での反応阻害要因となり、出力の低下を招きやすいという問題点がある。また、液体と燃料極との接触状態を維持するためには、燃料電池セルの向きが制限されるという問題点もある。   On the other hand, since methanol used for fuel is liquid, it easily leaks, and there are concerns about the flammability and toxicity of methanol itself, and measures for safe use have become issues. In addition, when liquid methanol is supplied to the fuel electrode of the fuel cell, carbon dioxide gas is generated at the fuel electrode as described above, but the reaction at the fuel electrode is poor because of the poor release of carbon dioxide gas from liquid methanol. There is a problem that it becomes an obstructive factor and easily reduces output. Further, in order to maintain the contact state between the liquid and the fuel electrode, there is a problem that the direction of the fuel cell is limited.

さらに、液体燃料を使用することによる短所として、液体燃料中に溶解した不純物が燃料電池セルに供給されることによる燃料電池の性能劣化、液体燃料成分であるメタノールが燃料電池セルの電解質膜を浸透して空気極に達してしまうクロスオーバー現象等が挙げられる。   Furthermore, the disadvantages of using liquid fuel are the degradation of fuel cell performance due to the impurities dissolved in the liquid fuel being supplied to the fuel cell, and methanol, which is a liquid fuel component, permeates the electrolyte membrane of the fuel cell. And a crossover phenomenon that reaches the air electrode.

そこで、このようなメタノールの安全性等の課題に対し、分子状化合物を形成することによりメタノールを固形化し、漏れにくくするとともに可燃性を大きく低減した「固体状メタノール燃料」について本出願人は種々提案した(特許文献1〜3参照)。この固体状メタノールは水と接触することで固体中のメタノールを水側に放出する。こうして生成したメタノール水溶液を直接メタノール形燃料電池の燃料として使用することができるものである。
特開2006−040629号公報 特開2005−325254号公報 国際公開2005/062410号パンフレット
Therefore, in order to solve such problems such as the safety of methanol, the present applicant has variously reported about "solid methanol fuel" which solidifies methanol by forming a molecular compound, makes it difficult to leak and greatly reduces flammability. Proposed (see Patent Documents 1 to 3). When this solid methanol comes into contact with water, the methanol in the solid is released to the water side. The aqueous methanol solution thus produced can be used directly as a fuel for a methanol fuel cell.
JP 2006-040629 A JP 2005-325254 A International Publication No. 2005/0624210 Pamphlet

しかしながら、特許文献1〜3で提案されている使用方法は、固体状メタノールと水とを接触させることでメタノールを抽出してメタノール水溶液を生成し、それを燃料電池セルに供給するというものである。したがって、燃料電池システムとしては、液体燃料と同様にメタノール水溶液の漏れやクロスオーバー等の課題が存在していた。また、この水供給方式では、水タンク、ポンプ等の水供給手段が必要となるが、携帯用電子機器等に適用するにはこれらを必要としないシンプルな装置構造であるのが好ましい。そこで、メタノールを気体として供給する方式の直接メタノール形燃料電池が望まれていた。   However, the method of use proposed in Patent Documents 1 to 3 is to extract methanol by bringing solid methanol into contact with water to produce an aqueous methanol solution, which is supplied to the fuel cell. . Therefore, the fuel cell system has problems such as leakage of methanol aqueous solution and crossover as in liquid fuel. In addition, this water supply system requires water supply means such as a water tank and a pump, but it is preferable that the apparatus has a simple device structure that does not require them in order to be applied to a portable electronic device or the like. Therefore, a direct methanol fuel cell that supplies methanol as a gas has been desired.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料カートリッジの状態では非常に安全である固体状メタノールを利用し、システムとしても液体燃料を使用する場合の液漏れ、クロスオーバー、出力低下等の問題を解決したメタノールを気体として供給する方式の直接メタノール形燃料電池システムを提供することを目的とする。また、本発明は、上記直接メタノール形燃料電池システムを用いた携帯用電子機器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 uses liquid methanol that is very safe in the state of the fuel cartridge, and also uses liquid fuel as a system, such as liquid leakage, crossover, output reduction, etc. An object of the present invention is to provide a direct methanol fuel cell system in which methanol is solved as a gas and is supplied as a gas. Another object of the present invention is to provide a portable electronic device using the direct methanol fuel cell system.

上記課題を解決するために、本発明は、メタノールを固体化した固体状メタノールを収容する燃料収容部と、燃料電池セルと、キャリアガス循環手段とを備え、前記燃料収容部には、前記キャリアガス循環手段に連通したキャリアガス供給路と、前記燃料電池セルの燃料極側に連通した燃料ガス流通路とが設けられており、前記燃料電池セルには、前記燃料極側に連通して前記キャリアガス循環手段に連通した循環流路が設けられており、前記キャリアガス循環手段からキャリアガス供給路を経て燃料収容部にキャリアガスを供給すると、前記固体状メタノールから気化したメタノールを含む燃料ガスが、前記燃料電池セルの燃料極に供給された後、前記循環流路から前記キャリアガス循環手段に還流することを特徴とする燃料電池システムを提供する(請求項1)。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention includes a fuel storage unit that stores solid methanol obtained by solidifying methanol, a fuel cell, and carrier gas circulation means, and the fuel storage unit includes the carrier. A carrier gas supply path communicating with the gas circulation means and a fuel gas flow passage communicating with the fuel electrode side of the fuel cell are provided, and the fuel cell communicates with the fuel electrode side with the fuel cell side. A fuel gas containing methanol vaporized from the solid methanol is provided when a carrier gas is provided from the carrier gas circulating means to the fuel storage portion through the carrier gas supply path. Is supplied to the fuel electrode of the fuel cell and then recirculates from the circulation channel to the carrier gas circulation means. Providing (claim 1).

上記発明(請求項1)によれば、ポンプ等のキャリアガス循環手段によりキャリアガスを燃料収容部に供給すると、固体状メタノールでは、メタノールはその材料内部で包接現象等の分子間力でゆるやかに拘束されているため、一気に気化することはなく、徐々に気化して、これを含む燃料ガスが、燃料電池セルの燃料極に供給され、この気化したメタノールが燃料極の触媒上で分解されることにより、発電が行われる。なお、燃料電池セルにおいて、発電を行うには燃料極にメタノールと等モル量の水の供給が必要であるが、発電開始時には元々電解質膜が保持していた水分を利用することで反応が進行し、反応が進むに連れて空気極で生成する水が電解質膜を逆浸透し、燃料極に供給されるため、水を供給しなくても発電は起こる。   According to the above invention (Invention 1), when the carrier gas is supplied to the fuel storage portion by the carrier gas circulation means such as a pump, in the case of solid methanol, the methanol is loosened by the intermolecular force such as the inclusion phenomenon inside the material. The fuel gas containing the gas is gradually vaporized and supplied to the fuel electrode of the fuel cell, and the vaporized methanol is decomposed on the fuel electrode catalyst. Power is generated. In order to generate power in a fuel cell, it is necessary to supply an equimolar amount of water to the fuel electrode, but the reaction proceeds by using the water originally retained in the electrolyte membrane at the start of power generation. However, as the reaction proceeds, water generated at the air electrode reversely osmosis through the electrolyte membrane and is supplied to the fuel electrode, so that power generation occurs without supplying water.

そして、このキャリアガスの供給を継続することにより、燃料極へメタノールが補充されることで発電が継続される一方、余剰のメタノールは循環流路からキャリアガス循環手段に還流して再利用される。このように過剰なメタノールが燃料極に供給されることがないので、クロスオーバーや液漏れ等の問題が解消された直接メタノール形燃料電池システムとすることができる。しかも、キャリアガスを循環して利用するので、ガスボンベ等を別途設ける必要がなく、固体状メタノールに含まれるメタノールの有効利用も図れる。   Then, by continuing the supply of the carrier gas, the fuel electrode is replenished with methanol and power generation is continued. On the other hand, excess methanol is recirculated from the circulation flow path to the carrier gas circulation means and reused. . Thus, since excess methanol is not supplied to a fuel electrode, it can be set as the direct methanol fuel cell system by which problems, such as crossover and a liquid leak, were solved. In addition, since the carrier gas is circulated and used, it is not necessary to separately provide a gas cylinder or the like, and the methanol contained in the solid methanol can be effectively used.

上記発明(請求項1)においては、前記燃料収容部が、着脱可能なカートリッジであることが好ましい(請求項2)。かかる発明(請求2)によれば、固体状メタノールに含有されているメタノール量が減少し、燃料ガス中のメタノール濃度が低下して、燃料電池の出力が低下したら、カートリッジを交換することで、再度良好な状態で使用することができる。   In the said invention (invention 1), it is preferable that the said fuel accommodating part is a detachable cartridge (invention 2). According to this invention (invention 2), when the amount of methanol contained in solid methanol decreases, the methanol concentration in the fuel gas decreases, and the output of the fuel cell decreases, the cartridge is replaced, It can be used again in good condition.

上記発明(請求項1,2)においては、前記燃料電池セルの燃料極に供給されるキャリアガスが、実質的に酸素を含まないことが好ましい(請求項3)。かかる発明(請求項3)によれば、メタノールの酸化によるホルムアルデヒド、ギ酸、ギ酸メチル等の有害物質の生成を防止することができるとともに、メタノールの酸化による熱の発生やメタノールの消費を防止することができる。   In the said invention (invention 1,2), it is preferable that the carrier gas supplied to the fuel electrode of the said fuel cell substantially does not contain oxygen (invention 3). According to this invention (invention 3), it is possible to prevent the generation of harmful substances such as formaldehyde, formic acid and methyl formate due to the oxidation of methanol, and also prevent the generation of heat and the consumption of methanol due to the oxidation of methanol. Can do.

上記発明(請求項1〜3)においては、前記固体状メタノールが、メタノール水溶液を固体化したものであることが好ましい(請求項4)。また、上記発明(請求項1〜3)においては、前記燃料収容部が、前記固体状メタノールとともに水含有固体材料を含有することが好ましい(請求項5)。さらに、上記発明(請求項1〜3)においては、前記燃料収容部と前記燃料電池セルとの間に水含有固体材料を含有する補水容器を備えることが好ましい(請求項6)。   In the said invention (Invention 1-3), it is preferable that the said solid methanol is what solidified methanol aqueous solution (Invention 4). Moreover, in the said invention (Invention 1-3), it is preferable that the said fuel accommodating part contains a water-containing solid material with the said solid methanol (Invention 5). Furthermore, in the said invention (Invention 1-3), it is preferable to provide the water replenishment container containing a water-containing solid material between the said fuel accommodating part and the said fuel battery cell (Invention 6).

前述したように発電開始時には元々電解質膜が保持していた水分を利用することで反応が進行し、反応が進むに連れて空気極で生成する水が電解質膜を逆浸透し、燃料極に供給されるため、水を供給しなくても発電は起こるが、水の消費量が多い場合、すなわち燃料電池の出力を大きくした場合には、かかる状態で運転を継続すると、空気極から電解質膜を逆浸透し燃料極に供給される水分や空気中の湿度だけでは水分が不足し、経時的に出力が減少する場合がある。これは燃料極の水が不足すると、反応に必要な水分の供給ができないだけでなく、電解質膜の電気伝導性が低下することが原因と考えられる。   As described above, the reaction proceeds by using the water originally retained in the electrolyte membrane at the start of power generation, and as the reaction proceeds, the water generated at the air electrode reversely permeates the electrolyte membrane and supplies it to the fuel electrode. Therefore, power generation occurs even if water is not supplied, but when water consumption is high, that is, when the output of the fuel cell is increased, if the operation is continued in such a state, the electrolyte membrane is removed from the air electrode. Moisture is insufficient with only the moisture that is reverse osmosis and supplied to the fuel electrode or the humidity in the air, and the output may decrease over time. This is considered to be caused by the fact that when the water in the fuel electrode is insufficient, not only the water necessary for the reaction cannot be supplied, but also the electrical conductivity of the electrolyte membrane decreases.

そこで、上記発明(請求項4〜6)においては、メタノールとともに水も固体状としているので、システムに内に液体としての水を存在させなくても、メタノール及び水が気化することで、電解質の湿潤および反応に必要な水分を供給でき、安定した発電が行えるようになる。   Therefore, in the above inventions (inventions 4 to 6), water and methanol are also solid, so that methanol and water vaporize without the presence of water as a liquid in the system, so that the electrolyte Moisture required for wetting and reaction can be supplied, and stable power generation can be performed.

上記発明(請求項1〜6)においては、前記燃料ガス流通路が、前記燃料極において分岐状に形成されているのが好ましい(請求項7)。   In the said invention (invention 1-6), it is preferable that the said fuel gas flow path is formed in the branched form in the said fuel electrode (invention 7).

通常、液体燃料供給式の直接メタノール形燃料電池では、燃料極での燃料流路となるセパレータは、蛇行した一本の流路であるが、これを気化したメタノールガスに適用した場合には、セパレータの上流から下流に向けて燃料ガス中のメタノールガスの濃度が低下するので、ネルンストロスにより起電力が低下する。   Normally, in a direct methanol fuel cell of liquid fuel supply type, the separator that becomes the fuel flow path at the fuel electrode is a single meandering flow path, but when this is applied to vaporized methanol gas, Since the concentration of methanol gas in the fuel gas decreases from upstream to downstream of the separator, the electromotive force decreases due to Nernstross.

そこで、上記発明(請求項7)によれば、燃料ガス流通路を燃料極において、分岐状に形成することにより、燃料ガス中のメタノールガスの濃度差を少なくすることで、起電力の低下を抑制することが可能となっている。   Therefore, according to the above invention (invention 7), the fuel gas flow passage is formed in a branched shape at the fuel electrode, thereby reducing the difference in concentration of methanol gas in the fuel gas, thereby reducing the electromotive force. It is possible to suppress.

また、本発明は、上記発明(請求項1〜7)の直接メタノール形燃料電池システムを備えることを特徴とする携帯用電子機器を提供する(請求項8)。かかる発明(請求項8)によれば、クロスオーバーや液漏れ等の問題が改善され、効率よく発電が可能で、コンパクトな直接メタノール形燃料電池システムを用いることにより、安定して作動でき、コンパクトな携帯用電子機器とすることができる。   Moreover, this invention provides the portable electronic device characterized by including the direct methanol fuel cell system of the said invention (Invention 1-7) (Invention 8). According to this invention (Claim 8), problems such as crossover and liquid leakage are improved, efficient power generation is possible, and stable operation is possible by using a compact direct methanol fuel cell system. Portable electronic devices.

本発明によれば、クロスオーバーや液漏れ等の問題が改善され、出力低下等の問題を解決して効率よく発電が可能な直接メタノール形燃料電池システムを提供することができる。しかも、水供給手段、キャリアガスボンベ等の装置を設ける必要がないので、直接メタノール形燃料電池システムのコンパクト化も図れるという効果も奏する。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, problems, such as crossover and a liquid leak, are improved, problems, such as a power fall, can be solved, and the direct methanol type fuel cell system which can generate electric power efficiently can be provided. In addition, since it is not necessary to provide a water supply means, a carrier gas cylinder, or the like, the direct methanol fuel cell system can also be made compact.

以下、本発明の一実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムについて、図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムを示すフロー図であり、図2は、本実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムにおける固体状メタノール燃料カートリッジを示す断面図である。
Hereinafter, a direct methanol fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a flowchart showing a direct methanol fuel cell system according to this embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a solid methanol fuel cartridge in the direct methanol fuel cell system according to this embodiment.

図1及び図2に示すように、本実施形態の直接メタノール形燃料電池システムは、普通の空気(エア)をキャリアガスとして取り入れたキャリアガス循環手段たるポンプ1と、固体状メタノールの燃料収容部たる固体状メタノール燃料カートリッジ3と、燃料電池セル5とを備え、ポンプ1の排気側と固体状メタノール燃料カートリッジ3とは、キャリアガス供給路2により連通しているとともに、固体状メタノール燃料カートリッジ3と燃料電池セル5とは、燃料ガス流通路4により連通している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the direct methanol fuel cell system according to the present embodiment includes a pump 1 serving as a carrier gas circulation means that takes in normal air (air) as a carrier gas, and a solid methanol fuel storage unit. The solid methanol fuel cartridge 3 and the fuel cell 5 are provided. The exhaust side of the pump 1 and the solid methanol fuel cartridge 3 communicate with each other through the carrier gas supply path 2, and the solid methanol fuel cartridge 3. And the fuel cell 5 communicate with each other through a fuel gas flow passage 4.

このような直接メタノール形燃料電池システムにおいて、固体状メタノール燃料カートリッジ3は、図2に示すように箱型のケーシング3A内に屈曲状の流路を形成するように仕切り壁3Bを設け、内部に固体状メタノールSを充填してなる。そして、仕切り壁3Bにより仕切られた一側(図示上側)がキャリアガス供給路2に接続しているとともに、他側(図示下側)が燃料ガス流通路4に接続することで、キャリアガスが固体状メタノールSに充分に接触しながら通過する。   In such a direct methanol fuel cell system, the solid methanol fuel cartridge 3 is provided with a partition wall 3B so as to form a bent channel in the box-shaped casing 3A as shown in FIG. Filled with solid methanol S. Then, one side (the upper side in the figure) partitioned by the partition wall 3B is connected to the carrier gas supply path 2, and the other side (the lower side in the figure) is connected to the fuel gas flow path 4, so that the carrier gas is The solid methanol S passes while making sufficient contact.

また、燃料電池セル5は、燃料極6と固体高分子電解質膜7と空気極8とからなり、燃料極6は、燃料ガス流通路4と、ポンプ1の吸気側に接続した循環流路9とが連通したカバー5A内に密封されており、空気極8は大気解放となっている。なお、この循環流路9には、図示しない圧力調整弁が備えられている。   The fuel cell 5 includes a fuel electrode 6, a solid polymer electrolyte membrane 7, and an air electrode 8, and the fuel electrode 6 is connected to the fuel gas flow path 4 and the circulation flow path 9 connected to the intake side of the pump 1. Are sealed in a cover 5A communicating with each other, and the air electrode 8 is open to the atmosphere. The circulation channel 9 is provided with a pressure regulating valve (not shown).

さらに、図3に示すようにこのカバー5A内には、蛇行状のセパレータ11が内蔵されていて、当該セパレータ11の一端は燃料ガス流通路4に接続されており、他端が循環流路9に接続されていて、このセパレータ11に沿って燃料ガスが通過する。   Further, as shown in FIG. 3, a meandering separator 11 is incorporated in the cover 5A, one end of the separator 11 is connected to the fuel gas flow passage 4, and the other end is connected to the circulation passage 9. The fuel gas passes along the separator 11.

上述したような直接メタノール形燃料電池システムにおいて、キャリアガスとして本実施形態においては通常の空気(エア)を用いているが、これに限らず窒素ガス(N)や不活性ガス等を供給してもよい。なお、キャリアガスとしてエアを用いると、酸素が含まれているので、メタノールの酸化により水の他、ホルムアルデヒド、ギ酸、ギ酸メチル等の有害物質が生じる。しかしながら、本実施形態においては、キャリアガスは循環利用されるので酸素はすぐに消費され、初期においてのみこの酸化反応は生じない。したがって、有害物質は実質的にほとんど問題ないだけでなく、初期状態で発生した水分が燃料極に供給されることになる。 In the direct methanol fuel cell system as described above, normal air (air) is used as a carrier gas in the present embodiment. However, the present invention is not limited to this, and nitrogen gas (N 2 ), an inert gas, or the like is supplied. May be. Note that when air is used as a carrier gas, oxygen is contained, so that oxidation of methanol generates harmful substances such as formaldehyde, formic acid, and methyl formate in addition to water. However, in this embodiment, since the carrier gas is recycled, oxygen is consumed immediately, and this oxidation reaction does not occur only in the initial stage. Therefore, the harmful substance has substantially no problem, and moisture generated in the initial state is supplied to the fuel electrode.

また、固体状メタノールSとしては、メタノールの包接化合物を始めとするメタノールの分子化合物、メタノールをポリマーとともに固体化又はジベンジリデン−D−ソルビトール等によりゲル化したもの、メタケイ酸アルミン酸マグネシウム等の無機材に吸着等によりメタノールを保持することで固体状としたもの、及びこれらにコーティングを施すことによりメタノールの気化温度を調節したもの等、メタノールを包含し、かつ固体の状態を示す物質であればどのようなものでも使用することができる。   Further, as the solid methanol S, a methanol molecular compound including a clathrate compound of methanol, methanol solidified with a polymer or gelled with dibenzylidene-D-sorbitol, magnesium aluminate metasilicate, etc. Substances that contain methanol and show a solid state, such as those made solid by holding methanol by adsorption or the like on inorganic materials, and those in which the vaporization temperature of methanol is adjusted by coating them. Anything can be used.

分子化合物とは、単独で安定に存在することのできる化合物の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等に代表される、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、包接化合物等が含まれる。   A 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, such as a hydrogen bond or van der Waals force. Hydrates, solvates, addition compounds, inclusion compounds and the like.

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メタノールとの接触反応により形成することができ、メタノール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メタノールを貯蔵することができる。特に、ホスト化合物とメタノールとの反応によりメタノールを包接した包接化合物が好ましい。   Such a molecular compound can be formed by a contact reaction between a compound that forms the molecular compound and methanol, can convert methanol into a solid compound, and can store methanol in a relatively lightweight and stable manner. Can do. In particular, an inclusion compound in which methanol is included by a reaction between a host compound and methanol is preferable.

固体状メタノールとしては、シート状、ブロック状(塊状)、粒状等の種々の形態のものを用いることができる。これらの中では、粒子状のものが好ましい。固体状メタノールとして粒子状のものを用い、粒径を小さくすることで、メタノールの気化速度を大きくでき、かつ発生したメタノール蒸気の移動が容易となる。   As solid methanol, the thing of various forms, such as a sheet form, block shape (block shape), and a granular form, can be used. Among these, the particulate form is preferable. By using particulate methanol as the solid methanol and reducing the particle size, the vaporization rate of methanol can be increased and the generated methanol vapor can be easily moved.

固体状メタノールの粒径としては、取扱性、充填性、ガス移動性等を考慮すると1μm〜10mm、特に100μm〜5mmの範囲が望ましい。   The particle size of the solid methanol is preferably in the range of 1 μm to 10 mm, particularly 100 μm to 5 mm in view of handling properties, filling properties, gas mobility and the like.

このような固体状メタノールは、基材1質量部に対し、メタノール1〜3質量部が取り込まれたものであることが好ましい。   Such solid methanol is preferably obtained by incorporating 1 to 3 parts by mass of methanol with respect to 1 part by mass of the base material.

このような固体状メタノールとしては、純度100%のメタノールを固体状としたものでなくてもよく、メタノールに水を添加して所望の濃度のメタノール水溶液としてこれを固体状としたものを用いてもよい。   Such solid methanol does not have to be 100% pure methanol, but water added to methanol to obtain a methanol aqueous solution with a desired concentration. Also good.

また、本実施形態においては、燃料カートリッジ3内に固体状メタノールSとともに水含有固体材料を含有させてもよい。水含有固体材料としては、水が液体として漏れ出さない程度に拘束できるものであればよく、メタケイ酸アルミン酸マグネシウム等の無機多孔質体や有機多孔質体、繊維状素材、吸水性高分子素材等を適用できる。具体的にはシリカ系やチタニア系の無機多孔質体、活性炭、多孔質ガラス素材、ガラス繊維、一般的な布や紙等の繊維材料、セルロースファイバ、ポリアミド系吸水性樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、水含有固体材料にコーティングを施すことにより水の気化温度を調節したもの等を用いてもよい。   In this embodiment, the fuel cartridge 3 may contain a water-containing solid material together with the solid methanol S. The water-containing solid material may be any material that can be constrained to such an extent that water does not leak out as a liquid, such as inorganic porous materials such as magnesium aluminate metasilicate, organic porous materials, fibrous materials, and water-absorbing polymer materials. Etc. can be applied. Specifically, silica-based and titania-based inorganic porous materials, activated carbon, porous glass material, glass fiber, fiber materials such as general cloth and paper, cellulose fiber, polyamide-based water absorbent resin, etc. It is not limited to these. Moreover, you may use what adjusted the vaporization temperature of water by coating a water-containing solid material.

このような水含有固体材料は、基材1質量部に対し、水1〜3質量部が取り込まれたものであることが好ましい。   Such a water-containing solid material is preferably obtained by incorporating 1 to 3 parts by mass of water with respect to 1 part by mass of the base material.

このような構成を有する直接メタノール形燃料電池システムについて、その動作を説明する。
図1において、循環流路に空気を導入して、ポンプ1によりエアを循環させると、このエアはキャリアガス供給路2を通って固体状メタノール燃料カートリッジ3に流入する。
The operation of the direct methanol fuel cell system having such a configuration will be described.
In FIG. 1, when air is introduced into the circulation flow path and air is circulated by the pump 1, the air flows into the solid methanol fuel cartridge 3 through the carrier gas supply path 2.

燃料カートリッジ3内の固体状メタノールSは、その材料内部で包接現象を始めとする分子間力でゆるやかにメタノールが拘束されているため、一気に気化することはないが、徐々に気化する。そして、固体状メタノールSの表面から徐々に気化したメタノール分子は、エアと混合されて、燃料ガスとして燃料ガス流通路4から、燃料電池セル5の燃料極6に供給され、図3に示すようにセパレータ11を通って燃料極6で反応する。   The solid methanol S in the fuel cartridge 3 does not vaporize at a stroke because the methanol is gently restrained by the intermolecular force including the inclusion phenomenon inside the material, but gradually vaporizes. The methanol molecules gradually vaporized from the surface of the solid methanol S are mixed with air and supplied as fuel gas from the fuel gas flow passage 4 to the fuel electrode 6 of the fuel cell 5, as shown in FIG. It reacts at the fuel electrode 6 through the separator 11.

この結果、下記の反応式により発電が行われる。
アノード:CHOH + HO → 6H + CO + 6e …[1]
カソード:3/2O + 6H + 6e → 3HO …[2]
As a result, power generation is performed according to the following reaction formula.
Anode: CH 3 OH + H 2 O → 6H + + CO 2 + 6e ... [1]
Cathode: 3/2 O 2 + 6H + + 6e → 3H 2 O [2]

このとき、燃料極6近傍のメタノール濃度は、液体のメタノール(水溶液)を直接供給する方式に比べるとかなり希薄となるが、液体供給方式でも燃料極6のメタノールが全て反応するわけではなく、触媒活性の限界によって一部だけしか分解されない。また、メタノールが過剰であればあるほど、空気極8側にクロスオーバーするメタノール量も増える。   At this time, the methanol concentration in the vicinity of the fuel electrode 6 is considerably dilute compared with the method of directly supplying liquid methanol (aqueous solution), but not all of the methanol in the fuel electrode 6 reacts even in the liquid supply method. Only partly decomposed due to the limit of activity. Moreover, the more methanol is, the more methanol is crossed over to the air electrode 8 side.

したがって、燃料極6におけるメタノールの濃度が高濃度であることは必ずしもメリットにならず、固体状メタノールからキャリアガスを介して気化しただけの濃度のメタノールでも、液体供給方式とほぼ同等の出力が得られる。   Therefore, a high concentration of methanol in the fuel electrode 6 is not necessarily a merit, and even with methanol having a concentration just vaporized from solid methanol through the carrier gas, an output almost equivalent to that of the liquid supply method can be obtained. It is done.

そして、メタノールが燃料極6で分解されて減少する一方で、ポンプ1によるキャリアガスの供給を連続することで、固体状メタノールからのメタノールガスも供給されるので、上記発電反応が継続することになる。   And while methanol is decomposed | disassembled and reduced by the fuel electrode 6, since the methanol gas from solid methanol is also supplied by continuing supply of the carrier gas by the pump 1, the said electric power generation reaction will continue. Become.

このとき、上記反応式[1]においては、メタノールと等モルの水が必要であるが、前述したように空気をキャリアガスとすることにより、初期のメタノールの酸化反応により水が生じるので、このメタノールの酸化による水分と、元々固体高分子電解質膜7が保持していた水分とにより、反応が開始される。そして、反応が進むに連れて反応式[2]で示すように空気極8で生成する水が固体高分子電解質膜7を逆浸透し、燃料極6に供給されることで、発電反応が継続する。ただし、確実に初期発電を行うためには、あらかじめ燃料極6に水を含ませておいてもよい。   At this time, in the reaction formula [1], equimolar water with methanol is required. However, as described above, water is generated by the initial oxidation reaction of methanol by using air as a carrier gas. The reaction is started by the moisture due to the oxidation of methanol and the moisture originally held by the solid polymer electrolyte membrane 7. Then, as the reaction proceeds, as shown in the reaction formula [2], water generated at the air electrode 8 reversely permeates the solid polymer electrolyte membrane 7 and is supplied to the fuel electrode 6, thereby continuing the power generation reaction. To do. However, in order to reliably perform initial power generation, water may be included in the fuel electrode 6 in advance.

なお、キャリアガスである空気中の湿気が少なく、カソードの反応で生じる水分だけでは、水分が不足するおそれがある場合には、前述した水含有固体材料を併用するのが好ましい。これにより水含有固体材料から気化した水分が、メタノールとキャリアガスとともに燃料極6に供給されることになる。ただし、確実に初期発電を行うためには、あらかじめ燃料極6に水を含ませておいてもよい。   In addition, when there is little moisture in the air which is carrier gas and there exists a possibility that a water | moisture content may run short only with the water | moisture content produced by reaction of a cathode, it is preferable to use the water-containing solid material mentioned above together. As a result, the water vaporized from the water-containing solid material is supplied to the fuel electrode 6 together with methanol and the carrier gas. However, in order to reliably perform initial power generation, water may be included in the fuel electrode 6 in advance.

そして、メタノールと水との反応により、メタノールと等モルの二酸化炭素ガスが生じるが、この二酸化炭素ガスは、循環流路9からポンプ1に還流されて循環する。また、燃料極6で反応せずに残存したメタノール(ガス)も、循環流路9からポンプ1に還流されて循環する。これにより、固体状メタノールSに含有されるメタノールが外部環境に拡散することがないので、メタノールの有効利用が図れ、燃料カートリッジ3の寿命を長くすることができるという効果も奏する。さらに、キャリアガスボンベ等を別途用意する必要もない。   The reaction between methanol and water produces carbon dioxide gas that is equimolar with methanol, and this carbon dioxide gas is circulated from the circulation channel 9 to the pump 1. Further, methanol (gas) remaining without reacting at the fuel electrode 6 is also circulated from the circulation flow path 9 to the pump 1. Thereby, since the methanol contained in the solid methanol S does not diffuse into the external environment, the methanol can be effectively used and the life of the fuel cartridge 3 can be extended. Furthermore, it is not necessary to prepare a carrier gas cylinder or the like separately.

なお、アノード反応により生じた二酸化炭素ガス等により経路内が所定の圧力を超えた場合には、循環流路9に設けた圧力調整弁(図示せず)から適量のキャリアガスを逃がしてやればよい。   In addition, when the inside of the path exceeds a predetermined pressure due to carbon dioxide gas or the like generated by the anode reaction, an appropriate amount of carrier gas can be released from a pressure regulating valve (not shown) provided in the circulation channel 9. Good.

そして、固体状メタノールSは、発電に伴い内部に含まれるメタノールが燃料電池に供給されることでメタノール含有量が少なくなるので、所定時間発電させるか、所定のレベルの出力電圧を下回るようになったら、燃料カートリッジ3ごと交換することで発電を継続することができる。   Then, the solid methanol S is supplied with the methanol contained in the fuel cell along with the power generation, so that the methanol content is reduced. Then, the power generation can be continued by replacing the fuel cartridge 3 together.

以上、本発明について実施形態に基づき説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形実施が可能である。   As mentioned above, although this invention has been demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible.

例えば、上記実施形態においては、燃料極6のセパレータ11を図3に示すように蛇行状としたが、このようなセパレータ11では、上流(燃料ガス流通路4)側から下流(循環流路9)側に向けて、燃料極6での反応に伴い燃料ガス中のメタノールガスの濃度が低下するので、ネルンストロスにより起電力が低下する。そこで、分岐状すなわち図4に示すように並列にセパレータ11Aを形成したり、図5に示すようにグリッド状にセパレータ11Bを形成したりすることにより、セパレータ11の上流から下流に向けての燃料ガス中のメタノールガスの濃度差を低減できるので起電力の低下を抑制するようにするのが好ましい。なお、セパレータ11は、これに限らず放射状に形成する等種々の分岐状とすることができる。   For example, in the above embodiment, the separator 11 of the fuel electrode 6 has a meandering shape as shown in FIG. 3, but in such a separator 11, the upstream (fuel gas flow path 4) side to the downstream (circulation flow path 9). Since the concentration of methanol gas in the fuel gas decreases with the reaction at the fuel electrode 6, the electromotive force decreases due to Nernstross. Therefore, the fuel from the upstream side of the separator 11 to the downstream side is formed by forming the separators 11A in parallel as shown in FIG. 4 or by forming the separators 11B in a grid shape as shown in FIG. Since the difference in concentration of methanol gas in the gas can be reduced, it is preferable to suppress the decrease in electromotive force. In addition, the separator 11 can be made into various branched shapes, such as not only this but forming radially.

さらに、固体状メタノールと、水含有固体材料とを併用する場合、上記実施形態のように燃料カートリッジ3に固体状メタノールと水含有固体材料とを混合する必要はなく、固体状メタノールの燃料カートリッジ3とは別に水含有固体材料のカートリッジ(補水容器)を燃料カートリッジ3と、燃料電池セル5との間、すなわち燃料ガス流路4に設けてもよい。   Further, when solid methanol and a water-containing solid material are used in combination, there is no need to mix the solid methanol and the water-containing solid material into the fuel cartridge 3 as in the above embodiment, and the solid methanol fuel cartridge 3 Apart from this, a cartridge (water replenishing container) of water-containing solid material may be provided between the fuel cartridge 3 and the fuel cell 5, that is, in the fuel gas flow path 4.

上述したような本実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムは、システム内部に液体を有さず、コンパクト化が図れ、固体状メタノールが所定量のメタノールを有する限り、出力低下等がないので、小型化要求される携帯用電子機器の電源として特に好適である。   The direct methanol fuel cell system according to the present embodiment as described above does not have a liquid inside the system, can be made compact, and as long as the solid methanol has a predetermined amount of methanol, there is no decrease in output, etc. It is particularly suitable as a power source for portable electronic devices that are required to be downsized.

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]
[燃料電池セル]
試験用の燃料電池セルとして以下の仕様のものを使用した。
MEA:ケミックス社製DMFC用MEA
・電解質膜;Nafion117(デュポン社製,膜厚50μm)
・アノード(燃料極)触媒;Pt−Ru/C
・カソード(空気極)触媒;Pt/C
・有効膜面積:40×40mm
集電材料:SUSメッシュ(Auメッキ)
燃料極:密閉構造
空気極:解放構造
[Example 1]
[Fuel battery cell]
The following fuel cell was used for the test.
MEA: MEA for DMFC manufactured by Chemix
・ Electrolyte membrane: Nafion117 (DuPont, film thickness 50μm)
・ Anode (fuel electrode) catalyst; Pt-Ru / C
・ Cathode (air electrode) catalyst; Pt / C
-Effective membrane area: 40 x 40 mm
Current collecting material: SUS mesh (Au plating)
Fuel electrode: sealed structure Air electrode: open structure

[被膜形成固体状メタノールの作製]
メタケイ酸アルミン酸マグネシウムの粉末(100g)にヒドロキシプロピルセルロース(2g)とメタノール(300g)を配合後、造粒装置にて直径約3mmの球形粒子に造粒して、固体状メタノール粒子を得た。
[Preparation of film-forming solid methanol]
After blending hydroxypropyl cellulose (2 g) and methanol (300 g) with magnesium aluminate metasilicate powder (100 g), the mixture was granulated into spherical particles having a diameter of about 3 mm using a granulator to obtain solid methanol particles. .

この固体状メタノール粒子をコーティング装置に導入後、被膜形成材料であるエチルセルロースの0.5%メタノール水溶液を10mL/minの流量で5分間吹き付けつつ乾燥させ、表面に厚さ約30μmのエチルセルロースの被膜を形成し、被膜形成固体状メタノール粒子を作製した。この被膜形成固体状メタノール粒子のメタノール含有率は約65%であった。   After introducing the solid methanol particles into the coating apparatus, a 0.5% methanol aqueous solution of ethyl cellulose, which is a film forming material, is sprayed at a flow rate of 10 mL / min for 5 minutes and dried to form a film of ethyl cellulose having a thickness of about 30 μm on the surface. The film-forming solid methanol particles were formed. The methanol content of the film-forming solid methanol particles was about 65%.

[直接メタノール形燃料電池システム]
この被膜形成固体状メタノール粒子を寸法が40×40×10(mm)の図2に示すカートリッジ3に5g充填し、図1に示すシステムに装着してシステムを作製した。この際、燃料電池セル5の燃料極6として、あらかじめ純水を張って湿潤させておき、試験前に純水を除去し、窒素ガス流で水滴を除去したものを使用した。なお、キャリアガスは80mL/minの流量とし、燃料極6のセパレータ11は、図3に示す形状とした。
[Direct methanol fuel cell system]
2 g of the film-forming solid methanol particles were filled in the cartridge 3 shown in FIG. 2 having a size of 40 × 40 × 10 (mm) and mounted on the system shown in FIG. 1 to prepare a system. At this time, as the fuel electrode 6 of the fuel cell 5, pure water was previously stretched and wetted, pure water was removed before the test, and water droplets were removed with a nitrogen gas flow. The carrier gas had a flow rate of 80 mL / min, and the separator 11 of the fuel electrode 6 had the shape shown in FIG.

[比較例1]
実施例1において、キャリアガスを用いずに、3%メタノール水溶液を燃料電池セル5の燃料極6に供給した以外は同様にして、直接メタノール形燃料電池システム(比較例1)を作製した。
[Comparative Example 1]
A direct methanol fuel cell system (Comparative Example 1) was produced in the same manner as in Example 1 except that a 3% aqueous methanol solution was supplied to the fuel electrode 6 of the fuel cell 5 without using a carrier gas.

[発電試験]
これら実施例1及び比較例1の直接メタノール形燃料電池システムに対し、電子負荷装置により電流を流し、燃料電池セルの特性を測定した。負荷電流密度(mA/cm、負荷電流をMEAの有効膜面積で除した値)を横軸とし、セルの出力密度(mW/cm、負荷電流密度と燃料極−空気極間の電圧値(V)との積)を縦軸としたグラフを図6に示す。
[Power generation test]
With respect to the direct methanol fuel cell systems of Example 1 and Comparative Example 1, a current was passed by an electronic load device, and the characteristics of the fuel cell were measured. The horizontal axis is the load current density (mA / cm 2 , the load current divided by the effective membrane area of the MEA), and the cell output density (mW / cm 2 , the load current density and the voltage value between the fuel electrode and the air electrode) FIG. 6 shows a graph in which the product of (V) is the vertical axis.

図6から明らかなとおり、実施例1の直接メタノール形燃料電池システムでは、測定中のセル電圧は安定しており、最高出力は約7mW/cmであった。さらに、その状態でキャリアガスを循環させながら2時間運転した際にも出力の低下はほとんどなかった。 As is clear from FIG. 6, in the direct methanol fuel cell system of Example 1, the cell voltage during measurement was stable, and the maximum output was about 7 mW / cm 2 . Furthermore, there was almost no decrease in output even when the carrier gas was circulated in that state for 2 hours.

これに対し、メタノール水溶液を供給した比較例1の直接メタノール形燃料電池システムでは、測定中のセル電圧は安定していたが、最高出力は約6.5mW/cmと低く、その状態で1時間運転した際にも出力の低下が認められた。これは、二酸化炭素ガスにより燃料極6での反応性の低下に一因があるものと考えられる。 In contrast, in the direct methanol fuel cell system of Comparative Example 1 to which the aqueous methanol solution was supplied, the cell voltage during the measurement was stable, but the maximum output was as low as about 6.5 mW / cm 2. A decrease in output was also observed when running for hours. This is considered to be due to a decrease in reactivity at the fuel electrode 6 due to carbon dioxide gas.

[実施例2]
実施例1において、メタノール水溶液(濃度70質量%)を用いて被膜形成固体状メタノールを作製し、メタノール含有率40%、水含有率20%とした以外は同様にして、直接メタノール形燃料電池システム(実施例2)を作製した。
[Example 2]
A direct methanol fuel cell system was prepared in the same manner as in Example 1, except that a film-forming solid methanol was prepared using an aqueous methanol solution (concentration: 70% by mass), and the methanol content was 40% and the water content was 20%. (Example 2) was produced.

この実施例2の直接メタノール形燃料電池システムに対し、実施例1と同様の発電試験を行い、燃料電池セルの特性を測定したところ、実施例1よりも経時安定性が良好であった。これはメタノールとともに水分も同時に燃料極6に供給されるためであると考えられる。   The direct methanol fuel cell system of Example 2 was subjected to a power generation test similar to that of Example 1, and the characteristics of the fuel cell were measured. As a result, the stability over time was better than that of Example 1. This is considered to be because moisture is supplied to the fuel electrode 6 together with methanol.

[実施例3]
実施例1において被膜形成固体状メタノール3gと、被膜形成固体状メタノールと同様にして製造した水含有固形材料(水含有ノイシリン、含水率75%)2gとを併用して燃料カートリッジ3に充填した以外は同様にして、直接メタノール形燃料電池システム(実施例3)を作製した。
[Example 3]
In Example 1, except that 3 g of the film-forming solid methanol and 2 g of the water-containing solid material (water-containing neucillin, water content 75%) 2 g produced in the same manner as the film-forming solid methanol were used to fill the fuel cartridge 3. In the same manner, a direct methanol fuel cell system (Example 3) was produced.

この実施例3の直接メタノール形燃料電池システムに対し、実施例1と同様の発電試験を行い、燃料電池セルの特性を測定したところ、実施例1よりも経時安定性が良好であった。これはメタノールとともに水分も同時に燃料極6に供給されるためであると考えられる。   The direct methanol fuel cell system of Example 3 was subjected to a power generation test similar to that of Example 1, and the characteristics of the fuel cell were measured. As a result, the stability over time was better than that of Example 1. This is considered to be because moisture is supplied to the fuel electrode 6 together with methanol.

[実施例4]
実施例1において、燃料電池セル5の燃料極6のセパレータ11として、図4に示すものを用いた以外は同様にして、直接メタノール形燃料電池システム(実施例4)を作製した。
[Example 4]
A direct methanol fuel cell system (Example 4) was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator 11 of the fuel electrode 6 of the fuel cell 5 shown in FIG. 4 was used.

この実施例4の直接メタノール形燃料電池システムに対し、実施例1と同様の発電試験を行い、燃料電池セルの特性を測定したところ、実施例1よりも長時間出力の低下がなかった。これはネルンストロスが改善されたためであると考えられる。   The direct methanol fuel cell system of Example 4 was subjected to a power generation test similar to that of Example 1, and the characteristics of the fuel cell were measured. As a result, the output did not decrease for a longer time than Example 1. This is thought to be due to the improvement of Nernstross.

[実施例5]
実施例1において、燃料電池セル5の燃料極6のセパレータ11として、図5に示すものを用いた以外は同様にして、直接メタノール形燃料電池システム(実施例5)を作製した。
[Example 5]
A direct methanol fuel cell system (Example 5) was produced in the same manner as in Example 1 except that the separator 11 of the fuel electrode 6 of the fuel cell 5 shown in FIG. 5 was used.

この実施例4の直接メタノール形燃料電池システムに対し、実施例1と同様の発電試験を行い、燃料電池セルの特性を測定したところ、実施例1よりも長時間出力の低下がなかった。これはネルンストロスが改善されたためであると考えられる。   The direct methanol fuel cell system of Example 4 was subjected to a power generation test similar to that of Example 1, and the characteristics of the fuel cell were measured. As a result, the output did not decrease for a longer time than Example 1. This is thought to be due to the improvement of Nernstross.

本発明の一実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムを示すフロー図である。It is a flow figure showing a direct methanol type fuel cell system concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムにおける燃料カートリッジを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fuel cartridge in the direct methanol fuel cell system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムにおける燃料極及びセパレータの第一例を概略的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing a first example of a fuel electrode and a separator in a direct methanol fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムにおける燃料極及びセパレータの第二例を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the 2nd example of the fuel electrode and separator in the direct methanol fuel cell system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る直接メタノール形燃料電池システムにおける燃料極及びセパレータの第三例を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the 3rd example of the fuel electrode and separator in the direct methanol fuel cell system which concerns on one Embodiment of this invention. 実施例1、比較例1の直接メタノール形燃料電池システムにおける負荷電流密度と、セルの出力密度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the load current density in the direct methanol fuel cell system of Example 1 and the comparative example 1, and the output density of a cell.

符号の説明Explanation of symbols

1…ポンプ(キャリアガス循環手段)
2…キャリアガス供給路
3…固体状メタノール燃料カートリッジ(燃料収容部)
4…燃料ガス流通路
5…燃料電池セル
6…燃料極
7…固体高分子電解質膜
8…空気極
9…循環流路
S…固体状メタノール
1 ... Pump (carrier gas circulation means)
2 ... Carrier gas supply path 3 ... Solid methanol fuel cartridge (fuel storage part)
4 ... Fuel gas flow passage 5 ... Fuel cell 6 ... Fuel electrode 7 ... Solid polymer electrolyte membrane 8 ... Air electrode 9 ... Circulation channel S ... Solid methanol

Claims (8)

メタノールを固体化した固体状メタノールを収容する燃料収容部と、
燃料電池セルと、
キャリアガス循環手段と
を備え、
前記燃料収容部には、前記キャリアガス循環手段に連通したキャリアガス供給路と、前記燃料電池セルの燃料極側に連通した燃料ガス流通路とが設けられており、
前記燃料電池セルには、前記燃料極側に連通して前記キャリアガス循環手段に連通した循環流路が設けられており、
前記キャリアガス循環手段からキャリアガス供給路を経て燃料収容部にキャリアガスを供給すると、前記固体状メタノールから気化したメタノールを含む燃料ガスが、前記燃料電池セルの燃料極に供給された後、前記循環流路から前記キャリアガス循環手段に還流することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel storage section for storing solid methanol obtained by solidifying methanol;
A fuel cell;
A carrier gas circulation means,
The fuel accommodating portion is provided with a carrier gas supply path communicating with the carrier gas circulation means and a fuel gas flow path communicating with the fuel electrode side of the fuel cell,
The fuel battery cell is provided with a circulation flow path that communicates with the fuel electrode side and communicates with the carrier gas circulation means.
When the carrier gas is supplied from the carrier gas circulation means to the fuel storage unit through the carrier gas supply path, the fuel gas containing methanol vaporized from the solid methanol is supplied to the fuel electrode of the fuel cell, A fuel cell system, wherein the fuel cell system recirculates from the circulation channel to the carrier gas circulation means.
前記燃料収容部が、着脱可能なカートリッジであることを特徴とする請求項1に記載の直接メタノール形燃料電池システム。   2. The direct methanol fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel storage unit is a detachable cartridge. 前記燃料電池セルの燃料極に供給されるキャリアガスが、実質的に酸素を含まないことを特徴とする請求項1又は2に記載の直接メタノール形燃料電池システム。   The direct methanol fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the carrier gas supplied to the fuel electrode of the fuel cell does not substantially contain oxygen. 前記固体状メタノールが、メタノール水溶液を固体化したものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の直接メタノール形燃料電池システム。   The direct methanol fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid methanol is a solidified methanol aqueous solution. 前記燃料収容部が、前記固体状メタノールとともに水含有固体材料を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の直接メタノール形燃料電池システム。   The direct methanol fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel storage unit contains a water-containing solid material together with the solid methanol. 前記燃料収容部と前記燃料電池セルとの間に水含有固体材料を含有する補水容器を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の直接メタノール形燃料電池システム。   The direct methanol fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a water replenishment container containing a water-containing solid material between the fuel storage unit and the fuel battery cell. 前記燃料ガス流通路が、前記燃料極において分岐状に形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の直接メタノール形燃料電池システム。   The direct methanol fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein the fuel gas flow passage is formed in a branched shape in the fuel electrode. 請求項1〜7のいずれかに記載の直接メタノール形燃料電池システムを備えることを特徴とする携帯用電子機器。   A portable electronic device comprising the direct methanol fuel cell system according to claim 1.
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