JP2008210679A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は液体燃料を用いた燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell using liquid fuel.
近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムとなる。 In recent years, attempts have been made to use a fuel cell as a power source for portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones so that they can be used for a long time without being charged. A fuel cell is characterized in that it can generate electric power simply by supplying fuel and air, and can generate electric power continuously for a long time if fuel is replenished. For this reason, if the fuel cell can be reduced in size, it becomes a very advantageous system as a power source for portable electronic devices.
直接メタノール型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell:DMFC)は、小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯用電子機器の電源として有望視されている。DMFCにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。 The direct methanol fuel cell (DMFC) is promising as a power source for portable electronic devices because it can be miniaturized and the fuel can be easily handled. As the liquid fuel supply method in the DMFC, there are known an active method such as a gas supply type and a liquid supply type, and a passive method such as an internal vaporization type in which the liquid fuel in the fuel container is vaporized inside the cell and supplied to the fuel electrode. It has been.
これらのうち、内部気化型等のパッシブ方式はDMFCの小型化に対して特に有利である。パッシブ型DMFCにおいては、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体(燃料電池セル)を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。燃料収容部から気化した燃料を直接燃料電池セルに供給する場合、燃料電池の出力の制御性を高めることが重要となるが、現状のパッシブ型DMFCでは必ずしも十分な出力制御性は得られていない。
Among these, a passive system such as an internal vaporization type is particularly advantageous for downsizing of the DMFC. In the passive DMFC, for example, a structure is proposed in which a membrane electrode assembly (fuel cell) having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode is disposed on a fuel containing portion made of a resin box-like container ( For example, see
一方、DMFCの燃料電池セルと燃料収容部とを流路を介して接続することが検討されている(例えば、特許文献2−4参照。)。燃料収容部から供給された液体燃料を燃料電池セルに流路を介して供給することによって、流路の形状や径等に基づいて液体燃料の供給量を調整することができる。特許文献3には、燃料収容部から流路にポンプで液体燃料を供給する燃料電池が記載され、特許文献4には、電気浸透流ポンプを用いて液体燃料等を供給する燃料電池が記載されている。
On the other hand, it has been studied to connect a fuel cell of DMFC and a fuel storage part via a flow path (see, for example, Patent Documents 2-4). By supplying the liquid fuel supplied from the fuel storage unit to the fuel cell via the flow path, the supply amount of the liquid fuel can be adjusted based on the shape and diameter of the flow path.
上記した従来の燃料電池において、供給された液体燃料を保液シートに含浸させ、燃料調整膜に設けられた開口部および燃料拡散膜を介して燃料電池セルの燃料極側に気化燃料を供給する燃料電池が開示されている(例えば、特許文献5参照。)。
上記した従来の燃料電池では、燃料調整膜に設けられた開口部を介して燃料電池セルの燃料極側に気化燃料が供給されるが、この開口部は、燃料の濃度を均一にして燃料極側に導くものである。そのため、燃料調整膜には、燃料の濃度が均一となるように開口部が配置されているため、開口部が燃料電池セルの燃料極に対応する位置に必ずしも設けられているものではなかった。すなわち、燃料電池セルの燃料極に対応しない位置に開口部が設けられることがあり、この開口部を通過した気化燃料は、燃料電池セルに供給されることなく排出されてしまうという問題があった。 In the conventional fuel cell described above, vaporized fuel is supplied to the fuel electrode side of the fuel cell through the opening provided in the fuel adjustment film. This opening has a uniform fuel concentration and the fuel electrode. To the side. For this reason, the fuel adjustment film is provided with an opening so that the fuel concentration is uniform, and therefore the opening is not necessarily provided at a position corresponding to the fuel electrode of the fuel cell. That is, an opening may be provided at a position not corresponding to the fuel electrode of the fuel cell, and the vaporized fuel that has passed through the opening is discharged without being supplied to the fuel cell. .
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料が燃料電池セルを介さずに排出されることを防止し、燃料を燃料電池セルに均一に供給することによって、出力を向上させることができる燃料電池を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and prevents the fuel from being discharged without passing through the fuel cell, and by supplying the fuel to the fuel cell uniformly, the output It is an object of the present invention to provide a fuel cell capable of improving the efficiency.
本発明の一態様によれば、燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の燃料極側に配置され、前記燃料極に対向する位置に設けられた複数の開口部を有する燃料分配層と、前記燃料分配層の燃料極側とは異なる側に配置され、前記燃料分配層に液体燃料を供給する燃料供給機構と、前記液体燃料を収容し、前記燃料供給機構と流路を介して接続された燃料収容部とを具備することを特徴とする燃料電池が提供される。 According to one aspect of the present invention, a membrane electrode assembly having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode, and a fuel electrode side of the membrane electrode assembly A fuel distribution layer having a plurality of openings provided at positions opposed to the fuel electrode, and disposed on a side different from the fuel electrode side of the fuel distribution layer, and supplying liquid fuel to the fuel distribution layer There is provided a fuel cell, comprising: a fuel supply mechanism configured to store the liquid fuel; and a fuel storage unit connected to the fuel supply mechanism via a flow path.
本発明に係る燃料電池によれば、燃料が燃料電池セルを介さずに排出されることを防止し、燃料を燃料電池セルに均一に供給することによって、出力を向上させることができる。 According to the fuel cell of the present invention, it is possible to improve the output by preventing the fuel from being discharged without passing through the fuel cell and uniformly supplying the fuel to the fuel cell.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る一実施形態の燃料電池の構成を示す断面図である。図2は、一実施形態の燃料電池においてポンプ80を備えた場合の燃料電池の構成を示す断面図である。図3は、燃料供給機構40の構成を示す斜視図である。図4は、燃料分配層30の構成を示す平面図である。図5は、本発明に係る一実施形態の燃料電池において、燃料拡散層70を備える燃料電池の構成を示す断面図である。図6は、第1の実施形態の燃料電池において、他の構成の燃料供給機構を備える燃料電池の構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the fuel cell when the
図1に示すように、燃料電池1は、起電部を構成する燃料電池セル2と、この燃料電池セル2に対向させて設けられた複数の開口部31を有する燃料分配層30と、この燃料分配層30の燃料電池セル2側とは異なる側に配置され、燃料分配層30に液体燃料Fを供給する燃料供給機構40と、液体燃料Fを収容する燃料収容部50と、燃料供給機構40と燃料収容部50とを接続する流路60とを主に備える。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池セル2は、アノード触媒層11とアノードガス拡散層12とを有するアノード(燃料極)13と、カソード触媒層14とカソードガス拡散層15とを有するカソード(空気極)16と、アノード触媒層11とカソード触媒層14とで挟持されたプロトン(水素イオン)伝導性を有する電解質膜17とから構成される膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)を有している。
The
アノード触媒層11やカソード触媒層14に含有される触媒としては、例えばPt、Ru、Rh、Ir、Os、Pd等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層11として、例えば、メタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するPt−RuやPt−Mo等を用いることが好ましい。カソード触媒層14として、例えば、PtやPt−Ni等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
Examples of the catalyst contained in the
電解質膜17を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂(ナフィオン(商品名、デュポン社製)やフレミオン(商品名、旭硝子社製)等)、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜17は、これらに限られるものではない。
Examples of the proton conductive material constituting the
アノード触媒層11に積層されるアノードガス拡散層12は、アノード触媒層11に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層11の集電体も兼ねている。カソード触媒層14に積層されるカソードガス拡散層15は、カソード触媒層14に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層14の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層12およびカソードガス拡散層15は多孔質基材で構成されている。
The anode
アノードガス拡散層12やカソードガス拡散層15には、必要に応じて導電層が積層される。これら導電層としては、例えばAuのような導電性金属材料からなる薄膜、メッシュ、多孔質膜等が用いられる。これらのなかでも、導電層は、燃料電池セル2に対応して開口された複数の開口部を有する薄膜で構成されることが好ましく、この開口部を介して、燃料電池セル2に対向して設けられている燃料分配層30の開口部31からの燃料を燃料電池セル2に導く。また、電解質膜17と燃料分配層30およびカバープレート18との間には、それぞれゴム製のOリング19が介在されており、これらによって燃料電池セル2からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
A conductive layer is laminated on the anode
なお、図示はしていないが、カバープレート18は、酸化剤である空気を取入れるための開口を有している。カバープレート18とカソード16との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層は、カソード触媒層14で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制するとともに、カソード触媒層14への空気の均一拡散を促進するものである。表面層は、空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。
Although not shown, the
燃料収容部50には、燃料電池セル2に対応した液体燃料Fが収容されている。液体燃料Fとしては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料Fは、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料Fは、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部50には、燃料電池セル2に応じた液体燃料が収容される。
The
燃料供給機構40は、配管等で構成される液体燃料Fの流路60を介して燃料収容部50と接続されている。燃料供給機構40には、燃料収容部50から流路60を介して液体燃料Fが導入される。流路60は、燃料供給機構40や燃料収容部50と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料供給機構40と燃料収容部50とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料Fの流路であってもよい。燃料供給機構40は、流路等を介して燃料収容部50と連通されていればよい。
The
燃料収容部50に収容された液体燃料Fは、重力を利用して流路60を介して燃料供給機構40まで落下させて送液することができる。また、流路60に多孔体等を充填して、毛細管現象により燃料収容部50に収容された液体燃料Fを燃料供給機構40まで送液してもよい。さらに、図2に示すように、流路60の一部にポンプ80を介在させて、燃料収容部50に収容された液体燃料Fを燃料供給機構40まで強制的に送液してもよい。このポンプ80は、燃料収容部50から燃料供給機構40に液体燃料Fを単に送液する供給ポンプとして機能するものであり、燃料電池セル2に供給された過剰な液体燃料Fを循環する循環ポンプとしての機能を備えるものではない。このポンプ80を備えた燃料電池は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは構成が異なり、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも構成が異なる、いわゆるセミパッシブ型と呼ばれる方式に該当する。なお、ポンプ80の種類は、特に限定されるものではないが、少量の液体燃料Fを制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリーベーンポンプは、モータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは、電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは、電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは、柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。
The liquid fuel F accommodated in the
また、燃料供給機構40から燃料電池セル2への燃料供給が行われる構成であればポンプ80に代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。
Further, if the fuel is supplied from the
また、燃料供給機構40は、図3に示すように、液体燃料Fが流路60を介して流入する少なくとも1個の燃料注入口41と、液体燃料Fやその気化成分を排出する燃料排出口42とを有する燃料供給板43を備えている。また、図1に示すように、燃料注入口41と燃料排出口42との間は細い流路45によって連通されている。また、燃料排出口42上に直接燃料分配層30を配置してもよいが、図3に示すように、燃料供給板43の燃料分配層30に対応する領域に、供給された液体燃料Fを満遍なく広げるための凹部44を形成することが好ましい。燃料供給板43に燃料分配層30を積層して燃料電池1を構成した場合に、この凹部44は、空隙となり、燃料分配層30に対応させて液体燃料Fを満遍なく広げるという機能の他に、液体燃料Fの流路およびバッファとしても機能する。燃料注入口41から燃料供給板43に導入された液体燃料Fは、流路45を通り燃料排出口42から凹部44に導かれ、燃料分配層30に対応する領域に満遍なく広がる。これによって、液体燃料Fや、液体燃料Fが気化した気化燃料は、燃料分配層30に均一に供給される。
Further, as shown in FIG. 3, the
燃料分配層30は、燃料電池セル2のアノード(燃料極)13側に設けられ、上記した燃料供給機構40と燃料電池セル2との間に挟持される。この燃料分配層30は、液体燃料Fの気化成分や液体燃料Fを透過させない材料で構成され、具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリエチレンナフタレート(PEN)樹脂、ポリイミド系樹脂等で構成される。
The
また、燃料分配層30には、図4に示すように、燃料電池セル2に対向するように設けられた複数の開口部31が形成されている。この開口部31は、燃料電池セル2のアノードガス拡散層12の全域に亘って、燃料を供給できるように、アノードガス拡散層12の形状に対応して設けられることが好ましい。例えば、燃料電池セル2が縦長でそれに伴ってアノードガス拡散層12も縦長の形状となる場合には、この縦長の形状に対応して、アノードガス拡散層12の長手方向に沿って複数の開口部31を設けることが好ましい。図4に示した開口部31の配列構成は、縦長の燃料電池セル2を4個備える場合における配列構成の一例である。この場合には、4列に設けられた開口部31において、各列に沿ってそれぞれ燃料電池セル2が配置される。これによって、燃料電池セル2が配置されない領域に開口部31が存在することがなくなる。換言すると、すべての開口部31は、燃料電池セル2に面し、この開口部31から排出された燃料は、燃料電池セル2のアノードガス拡散層12にすべて供給される。なお、ここでは、1つの燃料電池セル2に対して一列に所定の間隔をおいて複数の開口部31が設けられる一例を示したが、1つの燃料電池セル2に対して、2列以上に所定の間隔をおいて複数の開口部31を設けてもよい。
Further, as shown in FIG. 4, the
また、開口部31の開口面積は、それぞれ同一としてもよいし、燃料供給機構40の燃料排出口42が1つの場合には、開口部31が形成される位置によって開口面積を変えてもよい。例えば、燃料排出口42が1つの場合には、燃料排出口42周辺における燃料供給量が多く、それよりも遠方における燃料供給量が少なくなるという燃料供給量の差異、換言すれば、燃料排出口42周辺における開口部31を通過した燃料の燃料濃度が高く、それよりも遠方における開口部31を通過した燃料の燃料濃度が低くなるという燃料濃度の差異が生ずることを回避するため、燃料排出口42を中心として、その中心からの距離を増すごとに開口部31の開口面積を徐々に増加させてもよい。なお、開口部31の形状は、特に限定されるのもではないが、例えば、円形、三角形、矩形、多角形等や、スリット状に形成されてもよい。
Moreover, the opening area of the
ここで、開口部31を形成していないときの平面の面積に対する、すべての開口部31の開口面積を加算した全開口面積の割合、すなわち全開口部31の開口率は、3〜15%とすることが好ましい。ここでこの範囲の開口率とするのが好ましいのは、開口率が3%未満の場合には、発電に必要な燃料が十分に供給することができず、出力が低下するからであり、15%を超える場合には、燃料が過剰になり燃料電池の発熱が大きくなり、出力が低下するからである。なお、ここで開口部31を形成していないときの平面の面積とは、対向する燃料電池セルと同等の面積であり、燃料電池セルが複数配列されている場合には、隣接する燃料電池セルの間の面積も含めた燃料電池配列構成の最大面積と同等の面積をいう。
Here, the ratio of the total opening area obtained by adding the opening areas of all the
次に、上記した燃料電池1における作用について説明する。
Next, the operation of the
燃料収容部50から流路60を介して燃料供給機構40に供給された液体燃料Fは、液体燃料のまま、もしくは液体燃料と液体燃料が気化した気化燃料が混在する状態で、燃料分配層30を介して燃料電池セル2のアノードガス拡散層12に供給される。アノードガス拡散層12に供給された燃料は、アノードガス拡散層12で拡散してアノード触媒層11に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層11で次の式(1)に示すメタノールの内部改質反応が生じる。
CH3OH+H2O → CO2+6H++6e- …式(1)
The liquid fuel F supplied from the
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − Formula (1)
なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、メタノールは、カソード触媒層14で生成した水や電解質膜17中の水と上記した式(1)の内部改質反応によって改質されるか、または水を必要としない他の反応機構により改質される。
When pure methanol is used as the methanol fuel, is methanol reformed by water generated in the
この反応で生成した電子(e-)は、集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード(空気極)16に導かれる。また、式(1)の内部改質反応で生成したプロトン(H+)は、電解質膜17を経てカソード16に導かれる。カソード16には酸化剤として空気が供給される。カソード16に到達した電子(e-)とプロトン(H+)は、カソード触媒層14で空気中の酸素と次の式(2)に示す反応を生じ、この発電反応に伴って水が生成する。
(3/2)O2+6e-+6H+ → 3H2O …式(2)
Electrons (e − ) generated by this reaction are guided to the outside through a current collector, and are operated to a cathode (air electrode) 16 after operating a portable electronic device or the like as so-called electricity. Proton (H + ) generated by the internal reforming reaction of the formula (1) is guided to the
(3/2) O 2 + 6e − + 6H + → 3H 2 O Formula (2)
前述した燃料分配層30により、燃料電池セル2の全体に均一な所定の濃度の燃料を供給することで、上記した内部改質反応が円滑に行なわれ、高出力で安定した出力を燃料電池1において得ることができる。
By supplying the fuel of the uniform predetermined concentration to the
上記した本発明に係る一実施の形態の燃料電池1によれば、燃料供給機構40と燃料電池セル2との間に、燃料電池セル2に対向させて設けられた複数の開口部31を有する燃料分配層30を備えることで、開口部31から排出された燃料は、対向する燃料電池セル2のアノードガス拡散層12に供給される。換言すると、開口部31から排出された燃料は、燃料電池セル2のアノードガス拡散層12にすべて供給される。これによって、燃料が燃料電池セル2を介さずに排出されることを防止することができ、燃料を有効に利用することができる。
According to the
また、燃料分配層30の開口部31は、燃料電池セル2のアノードガス拡散層12の全域に亘って燃料を供給できるように、アノードガス拡散層12の形状に対応して設けられているので、アノード触媒層11の全域を有効に利用することができ、高出力で、出力の安定した燃料電池が得られる。さらに、燃料分配層30に設けられた複数の開口部31から燃料を排出することで、燃料をアノードガス拡散層12の全域に亘って均一な濃度の燃料を供給することができる。これによって、出力の安定した燃料電池が得られる。
Further, the
なお、燃料電池1の構成は、上記した実施の形態にのみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
The configuration of the
例えば、図5に示すように、燃料供給機構40の燃料供給板43と燃料分配層30との間に燃料拡散層70を設けてもよい。この燃料拡散層70は、液体燃料Fを含浸可能な親水性を有する材料で構成される。燃料拡散層70を構成する具体的な材料として、例えば、発泡ポリエチレンやポリウレタンなどの多孔体、不織布、ポリエステル等の織布などが挙げられる。また、燃料拡散層70を構成する具体的な材料として、気体のメタノールが透過可能な材料が挙げられる。燃料拡散層70を構成する具体的な材料としては、例えばシリコーンゴムが挙げられる。燃料排出口42から供給された液体燃料Fは、この燃料拡散層70に含浸され、燃料拡散層70内に均一に拡散する。そして、燃料分配層30に設けられた複数の開口部31から液体燃料Fが気化した気化燃料が燃料電池セル2のアノードガス拡散層12に供給される。なお、この場合には、燃料供給板43に凹部44を備えなくても、燃料拡散層70によって燃料の均一な分散を図ることが可能となる。
For example, as shown in FIG. 5, a
このように、燃料拡散層70を備えることで、燃料の分散を均一にすることができ、燃料分配層30を介して、燃料電池セル2のアノードガス拡散層12の全域に亘って、より均一な濃度の燃料を供給することができる。
As described above, by providing the
また、図6に示すように、燃料注入口21と流路45を介して連通する複数個の燃料排出口42を燃料供給板43に設けてもよい。これによって、凹部44に液体燃料Fがより均一に広がり易くなる。また、この場合においても、燃料供給機構40の燃料供給板43と燃料電池セル2との間に上記した燃料拡散層70と同様の構成を設けてもよい。なお、燃料拡散層を設ける場合には、燃料供給板43に凹部44を備えなくても、燃料拡散層によって燃料の均一な分散を図ることが可能となる。
Further, as shown in FIG. 6, the
次に、本発明に係る燃料電池が優れた出力特性を有することを実施例1〜実施例5、比較例1〜比較例2に基づいて説明する。 Next, it will be described based on Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 2 that the fuel cell according to the present invention has excellent output characteristics.
(実施例1)
図7は、実施例1の燃料電池に用いられた燃料分配層100の構成を示す平面図である。なお、図7には、燃料分配層100の開口部101に対応して配置される燃料電池セルの配置位置が点線で示されている。
(Example 1)
FIG. 7 is a plan view showing the configuration of the
実施例1では、図7に示すように、直径が2mmである15個の開口部101をそれぞれ所定の間隔をおいて一列に設けた開口列を4列備えた燃料分配層100を有する燃料電池を作製した。燃料分配層100における全開口部101の開口率は、6%であった。また、図1に示す燃料電池1と同様に、燃料供給機構の燃料供給板と燃料電池セルとの間に燃料分配層100を設けた。燃料電池セル2の形状は、50mm×120mmとし、液体燃料として、純メタノールを使用した。さらに、燃料電池の燃料収容部と燃料供給機構と連通させる通路の一部に電気浸透流ポンプを介在させて、燃料収容部に収容された液体燃料を燃料供給機構まで強制的に送液した。
In the first embodiment, as shown in FIG. 7, a fuel cell having a
上記した燃料電池を用いて、温度25℃、相対湿度50%の環境の下、一定電圧で1000時間連続して発電をさせたときの、出力特性の変化を測定した。そして、10時間経過後の出力値を算出し、後述する比較例1における燃料電池の同時間経過後の出力値を100としたときの、相対出力値を求めた。また、1000時間後における出力維持率を算出した。この出力維持率は、発電開始直後の出力に対する1000時間後における出力の割合、すなわち、1000時間後における出力を発電開始直後の出力で除した値を百分率で示した値である。測定の結果、相対出力値は121、出力維持率は89.5%であった。 Using the fuel cell described above, changes in output characteristics were measured when power generation was continuously performed at a constant voltage for 1000 hours under an environment of a temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 50%. Then, the output value after the lapse of 10 hours was calculated, and the relative output value when the output value after the lapse of the same time of the fuel cell in Comparative Example 1 described later was set to 100 was obtained. Further, the output maintenance rate after 1000 hours was calculated. The output maintenance ratio is a ratio of the output after 1000 hours to the output immediately after the start of power generation, that is, a value obtained by dividing the output after 1000 hours by the output immediately after the start of power generation in percentage. As a result of the measurement, the relative output value was 121, and the output maintenance rate was 89.5%.
(実施例2)
実施例2で使用された燃料電池は、実施例1で使用された燃料電池において、燃料供給機構の燃料供給板と燃料分配層との間に燃料拡散層を設けた以外は、上記した実施例1で使用された燃料電池の構成と同じである。燃料拡散層として、厚さが0.3mmの発泡ポリエチレン材(気孔率30%)を用いた。
(Example 2)
The fuel cell used in Example 2 is the same as that in Example 1 except that a fuel diffusion layer is provided between the fuel supply plate of the fuel supply mechanism and the fuel distribution layer in the fuel cell used in Example 1. 1 is the same as that of the fuel cell used in 1. As the fuel diffusion layer, a foamed polyethylene material (
また、相対出力値および出力維持率の測定方法および測定条件は、実施例1における測定方法および測定条件と同じである。測定の結果、相対出力値は129、出力維持率は93.7%であった。 Further, the measurement method and measurement conditions for the relative output value and the output retention rate are the same as the measurement method and measurement conditions in Example 1. As a result of the measurement, the relative output value was 129, and the output maintenance ratio was 93.7%.
(実施例3)
実施例3で使用された燃料電池は、実施例2で使用された燃料分配層100の開口部101の形状を1.8mm×1.8mmの矩形の開口部とした以外は、上記した実施例2で使用された燃料電池の構成と同じである。燃料分配層における全開口部の開口率は、6%であった。
(Example 3)
The fuel cell used in Example 3 is the same as the above example except that the shape of the
また、相対出力値および出力維持率の測定方法および測定条件は、実施例1における測定方法および測定条件と同じである。測定の結果、相対出力値は131、出力維持率は93.1%であった。 Further, the measurement method and measurement conditions for the relative output value and the output retention rate are the same as the measurement method and measurement conditions in Example 1. As a result of the measurement, the relative output value was 131, and the output maintenance rate was 93.1%.
(実施例4)
実施例4で使用された燃料電池は、実施例2で使用された燃料分配層100の代わりに、直径が3mmである7個の開口部をそれぞれ所定の間隔をおいて一列に設けた開口列を4列備えた燃料分配層を用いた以外は、上記した実施例2で使用された燃料電池の構成と同じである。燃料分配層における全開口部の開口率は、6%であった。
Example 4
In the fuel cell used in Example 4, instead of the
また、相対出力値および出力維持率の測定方法および測定条件は、実施例1における測定方法および測定条件と同じである。測定の結果、相対出力値は125、出力維持率は90.4%であった。 Further, the measurement method and measurement conditions for the relative output value and the output retention rate are the same as the measurement method and measurement conditions in Example 1. As a result of the measurement, the relative output value was 125, and the output maintenance rate was 90.4%.
(実施例5)
実施例5で使用された燃料電池は、実施例2で使用された燃料電池において、燃料供給機構を、図6に示す燃料供給機構40と同様の構成、すなわち燃料供給板43に燃料注入口21と流路45を介して連通する複数個の燃料排出口42を設けた構成とした以外は、上記した実施例2で使用された燃料電池の構成と同じである。
(Example 5)
The fuel cell used in the fifth embodiment is the same as the
また、相対出力値および出力維持率の測定方法および測定条件は、実施例1における測定方法および測定条件と同じである。測定の結果、相対出力値は133、出力維持率は94.1%であった。 Further, the measurement method and measurement conditions for the relative output value and the output retention rate are the same as the measurement method and measurement conditions in Example 1. As a result of the measurement, the relative output value was 133, and the output maintenance rate was 94.1%.
(比較例1)
図8は、比較例1の燃料電池に用いられた燃料分配層200の構成を示す平面図である。なお、図8には、燃料分配層200に対して配置される燃料電池セルの配置位置が点線で示されている。比較例1で使用された燃料電池は、実施例1で使用された燃料分配層100の代わりに図8に示す燃料分配層200を用いた以外は、上記した実施例1で使用された燃料電池の構成と同じである。
(Comparative Example 1)
FIG. 8 is a plan view showing the configuration of the
比較例1では、図8に示すように、直径が2mmである10個の開口部201をそれぞれ所定の間隔をおいて一列に設けた開口列を4列備え、さらにこれらの開口列の間に、直径が2mmである7個の開口部202をそれぞれ所定の間隔をおいて一列に設けた開口列が備える燃料分配層200を作製した。なお、開口部202によって構成される開口列は、燃料電池セルに対向した位置には設けられていない。燃料分配層200における全開口部(全開口部201および全開口部202)の開口率は、6%であった。
In Comparative Example 1, as shown in FIG. 8, four opening rows each having 10
また、相対出力値および出力維持率の測定方法および測定条件は、実施例1における測定方法および測定条件と同じである。測定の結果、相対出力値は100、出力維持率は80.2%であった。 Further, the measurement method and measurement conditions for the relative output value and the output retention rate are the same as the measurement method and measurement conditions in Example 1. As a result of the measurement, the relative output value was 100, and the output maintenance ratio was 80.2%.
(比較例2)
比較例2で使用された燃料電池は、比較例1で使用された燃料電池において、燃料供給機構の燃料供給板と燃料分配層との間に燃料拡散層を設けた以外は、上記した比較例1で使用された燃料電池の構成と同じである。燃料拡散層として、厚さが0.3mmの発泡ポリエチレン材(気孔率30%)を用いた。
(Comparative Example 2)
The fuel cell used in Comparative Example 2 is the same as that of the fuel cell used in Comparative Example 1, except that a fuel diffusion layer is provided between the fuel supply plate of the fuel supply mechanism and the fuel distribution layer. 1 is the same as that of the fuel cell used in 1. As the fuel diffusion layer, a foamed polyethylene material (
また、相対出力値および出力維持率の測定方法および測定条件は、実施例1における測定方法および測定条件と同じである。測定の結果、相対出力値は105、出力維持率は82.3%であった。 Further, the measurement method and measurement conditions for the relative output value and the output retention rate are the same as the measurement method and measurement conditions in Example 1. As a result of the measurement, the relative output value was 105, and the output maintenance ratio was 82.3%.
(実施例1〜実施例5、比較例1〜比較例2のまとめ)
表1に、実施例1〜実施例5、比較例1〜比較例2における相対出力値および出力維持率の測定結果を示す。
(Summary of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 2)
Table 1 shows the measurement results of the relative output value and the output retention rate in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 2.
上記した実施例1〜実施例5、比較例1〜比較例2における相対出力値および出力維持率の測定結果から、実施例1〜実施例5における相対出力値、出力維持率ともに、比較例1〜比較例2における相対出力値、出力維持率よりも高い値が得られた。この結果から、複数の開口部が燃料電池セルに対向するように設けられた燃料分配層を用いた場合には(実施例1〜実施例5)、燃料が燃料電池セルを介さずに排出されることを防止することができ、燃料を有効に利用できたため、相対出力値および出力維持率とともに、比較例1および比較例2の場合よりも高い値が得られたものと考えられる。 From the measurement results of the relative output values and output retention rates in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 described above, both the relative output values and the output retention rates in Examples 1 to 5 are both Comparative Example 1. A value higher than the relative output value and the output retention rate in Comparative Example 2 was obtained. From this result, when a fuel distribution layer provided with a plurality of openings facing the fuel cells is used (Examples 1 to 5), the fuel is discharged without passing through the fuel cells. Therefore, it is considered that a higher value than the case of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was obtained together with the relative output value and the output retention rate.
また、実施例1と実施例2における結果から、燃料供給機構の燃料供給板と燃料分配層との間に燃料拡散層を設けた場合の方が、燃料拡散層を設けない場合よりも、相対出力値および出力維持率ともに高い値が得られることがわかった。 Further, from the results in Example 1 and Example 2, the case where the fuel diffusion layer is provided between the fuel supply plate and the fuel distribution layer of the fuel supply mechanism is relatively less than the case where the fuel diffusion layer is not provided. It was found that high values were obtained for both the output value and the output maintenance rate.
なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、燃料電池セルに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、すべてが液体燃料、または一部が液体状態で供給される液体燃料の蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除する等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention can be applied to various fuel cells using liquid fuel. Further, the specific configuration of the fuel cell, the supply state of the fuel, etc. are not particularly limited. All of the fuel supplied to the fuel cell is liquid fuel vapor, all is liquid fuel, or part is liquid. The present invention can be applied to various forms such as liquid fuel vapor supplied in a state. In the implementation stage, the constituent elements can be modified and embodied without departing from the technical idea of the present invention. Furthermore, various modifications are possible, such as appropriately combining a plurality of components shown in the above embodiment, or deleting some components from all the components shown in the embodiment. Embodiments of the present invention can be expanded or modified within the scope of the technical idea of the present invention, and these expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
1…燃料電池、2…燃料電池セル、11…アノード触媒層、12…アノードガス拡散層、13…アノード(燃料極)、14…カソード触媒層、15…カソードガス拡散層、16…カソード(空気極)、17…電解質膜、19…Oリング、30…燃料分配層、40…燃料供給機構、41…燃料注入口、42…燃料排出口、43…燃料供給板、45、60…流路、50…燃料収容部、F…液体燃料。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記膜電極接合体の燃料極側に配置され、前記燃料極に対向する位置に設けられた複数の開口部を有する燃料分配層と、
前記燃料分配層の燃料極側とは異なる側に配置され、前記燃料分配層に液体燃料を供給する燃料供給機構と、
前記液体燃料を収容し、前記燃料供給機構と流路を介して接続された燃料収容部と
を具備することを特徴とする燃料電池。 A membrane electrode assembly having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode;
A fuel distribution layer disposed on the fuel electrode side of the membrane electrode assembly and having a plurality of openings provided at positions facing the fuel electrode;
A fuel supply mechanism that is disposed on a side different from the fuel electrode side of the fuel distribution layer and supplies liquid fuel to the fuel distribution layer;
A fuel cell comprising: a fuel storage unit configured to store the liquid fuel and connected to the fuel supply mechanism via a flow path.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009164127A (en) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Samsung Sdi Co Ltd | Fuel diffuser plate, fuel supply device, and fuel cell |
WO2009104373A1 (en) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | 株式会社 東芝 | Fuel cell and electronic device |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5834286U (en) * | 1981-08-28 | 1983-03-05 | 株式会社日立製作所 | Liquid fuel direct power generation fuel cell |
JP2003068325A (en) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Sharp Corp | Fuel cell |
JP2003317791A (en) * | 2002-04-24 | 2003-11-07 | Hitachi Maxell Ltd | Liquid fuel cell |
JP2004531021A (en) * | 2000-12-15 | 2004-10-07 | モトローラ・インコーポレイテッド | Direct methanol fuel cell system with regulated flow field |
JP2006054082A (en) * | 2004-08-10 | 2006-02-23 | Fujitsu Ltd | Fuel cell |
WO2006057283A1 (en) * | 2004-11-25 | 2006-06-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fuel cell |
JP2006318712A (en) * | 2005-05-11 | 2006-11-24 | Toshiba Corp | Fuel cell |
WO2007034731A1 (en) * | 2005-09-20 | 2007-03-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fuel cell |
-
2007
- 2007-02-27 JP JP2007046946A patent/JP2008210679A/en active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5834286U (en) * | 1981-08-28 | 1983-03-05 | 株式会社日立製作所 | Liquid fuel direct power generation fuel cell |
JP2004531021A (en) * | 2000-12-15 | 2004-10-07 | モトローラ・インコーポレイテッド | Direct methanol fuel cell system with regulated flow field |
JP2003068325A (en) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Sharp Corp | Fuel cell |
JP2003317791A (en) * | 2002-04-24 | 2003-11-07 | Hitachi Maxell Ltd | Liquid fuel cell |
JP2006054082A (en) * | 2004-08-10 | 2006-02-23 | Fujitsu Ltd | Fuel cell |
WO2006057283A1 (en) * | 2004-11-25 | 2006-06-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fuel cell |
JP2006318712A (en) * | 2005-05-11 | 2006-11-24 | Toshiba Corp | Fuel cell |
WO2007034731A1 (en) * | 2005-09-20 | 2007-03-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fuel cell |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009164127A (en) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Samsung Sdi Co Ltd | Fuel diffuser plate, fuel supply device, and fuel cell |
WO2009104373A1 (en) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | 株式会社 東芝 | Fuel cell and electronic device |
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