JP2009021113A - 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いえる。 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 can be said that the system is extremely advantageous 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や、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などが知られている。 A 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 a 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.
これらのうちで内部気化型等のパッシブ方式は、DMFCの小型化の点で特に有利である。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(Membrane Electrode Assembly:MEA)を、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)。 Among these, a passive system such as an internal vaporization type is particularly advantageous in terms of downsizing the DMFC. In the passive type DMFC, for example, a structure in which a membrane electrode assembly (MEA) having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode is arranged on a fuel storage portion formed of a box-like container has been proposed (for example, , See Patent Document 1).
そして、前記膜電極接合体(MEA)から成る単セル(単電池)一つでは、実用的に十分な電力を得ることができないため、複数の単セルをセパレータを介して連結しスタック構造としたものが提案されている。また、複数の単セルを1枚の電解質膜の平面内に所定の間隔をおいて配置し、電気的に接続した構造の燃料電池も知られている(例えば、特許文献2、特許文献3参照)。
And since a single cell (single cell) made of the membrane electrode assembly (MEA) cannot obtain practically sufficient power, a plurality of single cells are connected via a separator to form a stack structure. Things have been proposed. There are also known fuel cells having a structure in which a plurality of single cells are arranged in a plane of one electrolyte membrane at a predetermined interval and are electrically connected (see, for example,
しかし、前者のスタック構造の燃料電池では、装置全体が巨大化して大重量になってしまうという問題があった。また、後者の燃料電池においても、できるだけ大型化することなく発電に係る部分の表面積を増大し、出力を向上させることが要求されている。そのため、単セルをジグザク状に形成することが検討されている(例えば、特許文献4、特許文献5参照)。 However, the former fuel cell with the stack structure has a problem that the entire device becomes large and heavy. Also in the latter fuel cell, it is required to increase the surface area of the portion related to power generation and improve the output without increasing the size as much as possible. Therefore, it has been studied to form a single cell in a zigzag shape (see, for example, Patent Document 4 and Patent Document 5).
さらに、燃料収容部から直接または流路を介して導入された高濃度のメタノール燃料等を気化させて燃料極に供給する場合、MEAの燃料極側ではガス化した燃料を閉じ込めつつ、発電反応に基づいて生じる炭酸ガスや水蒸気等のガス成分を系外に放出する必要がある。このような点に関して、従来のパッシブ型等のDMFCでは、燃料極側の容器側面にガス抜き孔を設け、ガス成分を系外に放出することが検討されている(例えば、特許文献6参照)。 Further, when high-concentration methanol fuel or the like introduced directly from the fuel storage part or through the flow path is vaporized and supplied to the fuel electrode, the gasified fuel is confined on the fuel electrode side of the MEA and the power generation reaction is performed. It is necessary to release gas components such as carbon dioxide gas and water vapor generated based on the outside of the system. With respect to such a point, in a conventional passive type DMFC, it has been studied to provide a gas vent hole on the side surface of the container on the fuel electrode side to release a gas component out of the system (for example, see Patent Document 6). .
しかしながら、DMFCの容器側面にガス抜き孔を設けた場合、発生したガス成分が周辺部から抜けていくことになるため、MEAの中央付近で生成したガス成分を十分に除去することができず、安定した発電特性を得ることができないという問題があった。また、MEAの周辺部は中央付近に比べて温度が低くなるため、水蒸気の凝結によるガス抜き孔の閉塞が生じやすく、これにより経時的に安定した出力特性が得られないという問題もあった。
本発明の目的は、装置全体の体積をできるだけ増大させずに発電部の表面積を増大させることによって、コンパクトで発電の出力が向上された燃料電池を提供することにある。また、発電反応に伴ってMEAの燃料極側で発生するガス成分の除去性を高めることによって、発電反応の効率や経時的な安定性を向上させることができる燃料電池を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a compact and improved fuel cell output by increasing the surface area of the power generation unit without increasing the volume of the entire apparatus as much as possible. Another object of the present invention is to provide a fuel cell capable of improving the efficiency of the power generation reaction and the stability over time by enhancing the removability of the gas component generated on the fuel electrode side of the MEA with the power generation reaction.
本発明の態様に係る燃料電池は、電解質膜と該電解質膜を挟んで対向して設けられた燃料極および空気極をそれぞれ有する膜電極接合体から成り、共通して設けられた前記電解質膜の主面に沿って互いに分離して配設された複数の単セルを有する起電部と、前記単セルを構成する膜電極接合体の前記燃料極に燃料を供給する燃料供給機構とを備え、前記電解質膜は前記単セルの配設部の間で山折りと谷折りの屈曲が交互に繰り返された断面波形形状あるいはジグザク形状を有し、かつ前記電解質膜の屈曲部に、前記膜電極接合体の燃料極側に生じたガス成分を前記空気極側に逃がすガス抜き孔が設けられていることを特徴としている。 A fuel cell according to an aspect of the present invention includes an electrolyte membrane and a membrane electrode assembly each having a fuel electrode and an air electrode provided to face each other with the electrolyte membrane interposed therebetween. An electromotive part having a plurality of single cells arranged separately from each other along the main surface, and a fuel supply mechanism for supplying fuel to the fuel electrode of the membrane electrode assembly constituting the single cell, The electrolyte membrane has a cross-sectional corrugated shape or zigzag shape in which a mountain fold and a valley fold are alternately repeated between the arrangement portions of the single cells, and the membrane electrode joint is formed on the bent portion of the electrolyte membrane. It is characterized in that a gas vent hole for releasing the gas component generated on the fuel electrode side of the body to the air electrode side is provided.
本発明の態様に係る燃料電池は、断面波形またはジグザク形の電解質膜の主面に沿って、複数の単セルが互いに所定の間隔をおいて分離して配置された構造を有しているので、複数の単セルが平面状の電解質膜の面内に配置された燃料電池に比べて、限られたスペース(容積)に多くの単セルを配置して発電部の表面積を増大させることができる。したがって、燃料電池全体を大型化することなく、発電出力を向上することができる。 Since the fuel cell according to the aspect of the present invention has a structure in which a plurality of single cells are separated from each other at a predetermined interval along the main surface of a corrugated or zigzag electrolyte membrane. Compared to a fuel cell in which a plurality of single cells are arranged in the plane of a planar electrolyte membrane, a larger number of single cells can be arranged in a limited space (volume) to increase the surface area of the power generation unit. . Therefore, the power generation output can be improved without increasing the size of the entire fuel cell.
また、発電反応に基づいて膜電極接合体の燃料極側に発生する炭酸ガスや水蒸気等のガス成分を、電解質膜の屈曲部に設けたガス抜き孔から効率よく空気極側へ放出することができるので、発電反応の効率や経時的な安定性等を向上させ、高出力の連続的な発電を維持することができる。 In addition, gas components such as carbon dioxide and water vapor generated on the fuel electrode side of the membrane electrode assembly based on the power generation reaction can be efficiently released to the air electrode side from the vent holes provided in the bent portion of the electrolyte membrane. Therefore, it is possible to improve the efficiency of power generation reaction, stability over time, etc., and maintain high power continuous power generation.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の燃料電池の一実施形態の構成を示す断面図である。また、図2は、図1に示す燃料電池の起電部の構成を示す分解斜視図である。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an embodiment of a fuel cell of the present invention. FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the electromotive unit of the fuel cell shown in FIG.
図1に示す燃料電池1は、複数の単セル2、2…を備えた起電部3と、起電部3に燃料を供給する燃料供給部4と、液体燃料Fを収容する燃料収容室5とから主として構成されている。
A fuel cell 1 shown in FIG. 1 includes an
各単セル2、2…は、アノード触媒層とアノードガス拡散層とを有するアノード(燃料極)6と、カソード触媒層とカソードガス拡散層とを有するカソード(空気極/酸化剤極)7、およびアノード6の触媒層(アノード触媒層)とカソード7の触媒層(カソード触媒層)とで挟持されたプロトン(水素イオン)伝導性の電解質膜8とから構成される膜電極接合体(MEA)を有している。
Each
ここで、アノード触媒層やカソード触媒層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。アノード触媒層には、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。カソード触媒層には、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。これらの触媒は、炭素材料等の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。 Here, examples of the catalyst contained in the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer include a simple substance of a platinum group element such as Pt, Ru, Rh, Ir, Os, and Pd, and an alloy containing the platinum group element. For the anode catalyst layer, it is preferable to use Pt—Ru, Pt—Mo or the like having strong resistance to methanol, carbon monoxide, or the like. It is preferable to use Pt, Pt—Ni or the like for the cathode catalyst layer. However, the catalyst is not limited to these, and various substances having catalytic activity can be used. These catalysts may be either a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material or an unsupported catalyst.
電解質膜8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8はこれらに限られるものではない。
Examples of the proton conductive material constituting the
アノード触媒層に積層されるアノードガス拡散層は、アノード触媒層に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層の集電機能を有するものである。カソード触媒層に積層されるカソードガス拡散層は、カソード触媒層に酸化剤である空気を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層の集電機能を有するものである。アノードガス拡散層やカソードガス拡散層は、例えばカーボンペーパーのような導電性を有する多孔質基材で構成されている。 The anode gas diffusion layer laminated on the anode catalyst layer serves to uniformly supply fuel to the anode catalyst layer and at the same time has a current collecting function of the anode catalyst layer. The cathode gas diffusion layer laminated on the cathode catalyst layer serves to uniformly supply air as an oxidant to the cathode catalyst layer and at the same time has a current collecting function of the cathode catalyst layer. The anode gas diffusion layer and the cathode gas diffusion layer are made of a porous base material having conductivity such as carbon paper.
そして、アノードガス拡散層の外側にはアノード集電体9が積層され、カソードガス拡散層の外側にはカソード集電体10が積層されている。これらの集電体9、10は、燃料や酸化剤(空気)等を流通させる貫通孔を有しており、例えばAuのような導電性金属材料からなるメッシュや多孔質膜等が用いられる。なお、アノード集電体9およびカソード集電体10は、図1では図示が省略されている。
An anode
複数の単セル2、2…は電解質膜8を共通としている。単セル2、2…共通の電解質膜8は、山折りと谷折りの屈曲が交互に繰り返された断面波形あるいはジグザク形の形状を有しており、この共通する電解質膜8の主面に沿って複数の単セルが互いに所定の間隔をおいて分離して配置されている。すなわち、共通の電解質膜8は、単セル2、2…の配設部の間(分離部)で山折りと谷折りの屈曲が交互に繰り返された断面波形あるいはジグザク形の形状を有しており、その屈曲部の間の傾斜部に複数の単セル2、2…がそれぞれ配設されている。
The plurality of
屈曲部(山折り部および谷折り部)の角度すなわち屈曲角度(θ)は、30〜150度の範囲で各屈曲部で同一とすることが好ましい。スペース的によりコンパクトでありながら燃料の均一な供給性および拡散性が高く、出力向上が得られるという点で、より好ましい屈曲角度は60度である。屈曲角度が30度未満では、各単セル2、2…においてアノード6全体に均一に燃料を供給することが難しい。
The angle of the bent portion (mountain fold portion and valley fold portion), that is, the bend angle (θ) is preferably the same in each bend portion in the range of 30 to 150 degrees. A more preferable bending angle is 60 degrees in that it is more compact in terms of space but has high uniform supply and diffusibility of fuel, and can improve output. If the bending angle is less than 30 degrees, it is difficult to supply fuel uniformly to the entire anode 6 in each
また、各単セル2、2…の間に位置する電解質膜8の屈曲部には、ガス抜き孔8aが電解質膜8を貫通して設けられている。ガス抜き孔8aは、発電反応に伴ってアノード6側に発生するガス成分をカソード7側に逃がすためのものである。ガス抜き孔8aは、電解質膜8の屈曲部のうちで、山折り部または谷折り部あるいはその両方に配設することができるが、山折り部に配設することが好ましい。ガス抜き孔8aを山折り部に配設した構造では、ガス抜き孔8aを通ってカソード7側に放出されたガス成分がカソード7に悪影響を与えることが少ないという利点がある。
Further, a
ガス抜き孔8aの孔径は50μm以上2mm以下とすることが好ましく、1mm以下とすることがより好ましい。ガス抜き孔8aの孔径が50μm以下であると、水蒸気の凝集による閉塞等が生じ、十分なガス抜き効果を達成することが困難となる。一方、ガス抜き孔8aの孔径が2mm以上の場合には、この孔を通ってカソード7側に直接透過する燃料の量が多くなり、局部的な加熱状態が生じやすくなるため、出力の安定性等が低下するおそれがある。また、ガス抜き孔8aの数は各屈曲部当り1〜4個とし、均等な間隔で配設することが好ましい。
The diameter of the
また、このような電解質膜8の主面に配設された複数の単セル2、2…において、隣接する単セル2は前記したアノード集電体9およびカソード集電体10により直列に接続されている。単セル2、2…を直列に接続するための接続用集電板11の一例を図3に示す。この接続用集電板11においては、複数の単セルに対応する複数のアノード集電体9、9…と複数のカソード集電体10、10…が、中央折り返し部を挟んで向き合って配列されており、中央折り返し部に、対応するアノード集電体9とカソード集電体10とを電気接続する配線部12、12…が形成されている。この接続用集電板11は、中央部から折り返され、アノード集電体9、9…とカソード集電体10、10…とで各単セル2、2…のMEAを挟み込むようにして、当接・配置される。
In the plurality of
さらに、このような複数の単セル2、2…を有する起電部3は、電解質膜8と同様に断面波形あるいはジグザク形の屈曲形状を有し、燃料あるいは空気を流通させる貫通孔を有するアノード側支持体13およびカソード側支持体14により、両側から挟みこまれて保持されている。起電部3とアノード側支持体13およびカソード側支持体14の間は、Oリング等のシール部材15によりシールされており、これにより起電部3(MEA)からの燃料漏れや酸化剤漏れが防止されている。なお、カソード側支持体14は省略することができる。
Further, the
このようにアノード側支持体13により保持された起電部3のアノード側は、液体燃料Fを収容する燃料収容室5の上に燃料供給部4を介して配置されている。すなわち、燃料収容室5の開口部を覆うように気液分離層16が配設され、この気液分離層16上にアノード側支持体13により保持された起電部3が配設されており、燃料収容室5から気液分離層16を透過してきた液体燃料Fの気化成分が、起電部3を構成する各単セル2、2…のアノード6に均一な濃度で供給される。気液分離層16は、液体燃料Fの気化成分と液体燃料Fとを分離し、気化成分をアノード6側に透過させるものであり、シリコーンゴム、フッ素樹脂などの材料で構成される。なお、気液分離層16は、起電部3のアノード集電体9とアノード側支持体13との間に介挿することもできる。この構造では、燃料収容室5の開口部上に設ける気液分離層16を省くことも可能である。
Thus, the anode side of the
燃料収容室5内に貯留される液体燃料Fは、濃度が50モル%を超えるメタノール水溶液、または純メタノールである。純メタノールの純度は、95重量%以上100重量%以下にすることが好ましい。液体燃料Fの気化成分とは、液体燃料として液体のメタノールを使用した場合には、気化したメタノールを意味し、液体燃料としてメタノール水溶液を使用した場合には、メタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合気を意味する。
The liquid fuel F stored in the
起電部3のカソード側に配設されたカソード側支持体14の上には、必要に応じて保湿層が配置され、その上に、酸化剤である空気を取り入れるための開口17aを有するカバープレート17が積層されている。保湿層は、カソード触媒層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共に、カソード触媒層への空気の均一拡散を促進するものであり、例えば多孔質構造の部材で構成される。カバープレート17は、例えばSUS304のような金属で形成される。
A cover having a moisture retaining layer disposed on the
このように、燃料収容室5の上に、気液分離層16を介して起電部3、カバープレート17等を順に配置し全体を保持することによって、実施形態のパッシブ型DMFC1が構成されている。
Thus, the passive DMFC 1 of the embodiment is configured by arranging the
このように構成される実施形態の燃料電池1において、燃料収容室5から気液分離層16を介して各単セル2のアノード6に供給された燃料は、MEA内でアノードガス拡散層を拡散してアノード触媒層に供給される。液体燃料Fとしてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層で下記の(1)式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。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、カソード触媒層で生成した水や電解質膜8中の水をメタノールと反応させて(1)式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
CH3OH+H2O → CO2+6H++6e- ………(1)
In the fuel cell 1 of the embodiment configured as described above, the fuel supplied from the
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − (1)
この反応で生成した電子(e-)はアノード集電体9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、カソード集電体10を経由してカソード7に導かれる。(1)式の内部改質反応で生成したプロトン(H+)は電解質膜8を経てカソード7に導かれる。カソード7には酸化剤として空気が供給される。カソード7に到達した電子(e-)とプロトン(H+)は、カソード触媒層で空気中の酸素と下記の(2)式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
6e-+6H++(3/2)O2 → 3H2O ………(2)
Electrons (e − ) generated by this reaction are guided to the outside via the anode
6e − + 6H + + (3/2) O 2 → 3H 2 O (2)
上述した燃料電池1の発電反応において、複数の単セル2、2…を有する燃料電池1の発電電力を増大させるためには、発電反応が行われる起電部3(MEA)の電極(アノード6およびカソード7)の総表面積を増大させることが重要になる。実施形態においては、断面波形あるいはジグザク形の電解質膜8の主面に沿って、複数の単セル2、2…が互いに分離して配置された構造を有しているので、複数の単セルを電解質膜の平面内に配置した燃料電池に比べて、限られたスペースにより多くの単セルが配置されており、電極の総表面積が増大されている。したがって、発電の出力が向上される。
In the power generation reaction of the fuel cell 1 described above, in order to increase the power generated by the fuel cell 1 having the plurality of
例えば、6枚の矩形の単セルを有する燃料電池の出力(投影平面積当りの出力密度)で比較すると、平面状の電解質膜の面内に単セルを配置した燃料電池における前記出力密度を1とした場合、屈曲角度150度で断面波形の電解質膜の主面内に単セルを配置した実施形態の燃料電池では、出力密度が1.036倍となる。また、実施形態で電解質膜の屈曲角度を30度とした燃料電池では、出力密度が3.86倍となり、極めて高い出力が得られる。 For example, when comparing the output of a fuel cell having six rectangular single cells (power density per projected plane area), the output density of a fuel cell in which a single cell is arranged in the plane of a planar electrolyte membrane is 1 In this case, in the fuel cell of the embodiment in which the single cell is arranged in the main surface of the electrolyte membrane having a cross-sectional waveform at a bending angle of 150 degrees, the output density is 1.036 times. In the fuel cell in which the bending angle of the electrolyte membrane is 30 degrees in the embodiment, the output density is 3.86 times, and an extremely high output can be obtained.
さらにまた、複数の単セル2、2…を有するMEAに対して燃料を均一に供給し、燃料電池1の発電電力を増大させるためには、発電反応により生成される炭酸ガスや水蒸気等のガス成分を速やかに除去し、供給された燃料を均一に反応部に到達させることも肝要である。炭酸ガスや水蒸気等のガス成分はMEAのアノード6側で発生するため、発電反応により生じるガス成分はアノード6側の内部圧力の増加要因となる。さらに、ガス成分自体は供給された燃料が反応部に到達することを阻害する要因となる。
Further, in order to supply fuel uniformly to the MEA having a plurality of
実施形態の燃料電池1においては、各単セル2、2…の間の電解質膜8の屈曲部にガス抜き孔8aが電解質膜8を貫通して設けられているので、アノード6側に発生したガス成分がこのガス抜き孔8aを通ってカソード7側に逃がされ、さらには系外に放出される。こうして、MEAの面内から均一にガス成分を除去することができ、それにより供給された燃料を各単セル2、2…に対して安定して均一にかつ十分に供給することができるため、起電部3全体で効率的にかつ継続的に発電反応を生起させることが可能となる。
In the fuel cell 1 of the embodiment, the
具体例として、DMFCの容器のアノード側面にガス抜き孔を設けて大気に内圧を放出する従来構造の燃料電池と、各単セル2、2…の間の電解質膜8の屈曲部にガス抜き孔8aを設け、カソード7側にガス成分を放出するように構成した実施形態の燃料電池のそれぞれにおいて、室温での定電圧連続出力を行わせたところ、実施形態の燃料電池は従来からの燃料電池に比べて出力低下率が10%程度アップした。なお、アノード側面にもガス抜き孔を設けない構造では、4時間で0.3MPaまでアノード側の圧力が上昇し、メタノール燃料を送出できなくなり連続出力が困難となった。
As a specific example, a conventional structure fuel cell that discharges internal pressure to the atmosphere by providing a gas vent hole on the anode side surface of the DMFC container, and a gas vent hole in the bent portion of the
なお、上記した実施の形態では、液体燃料Fとして、メタノール水溶液または純メタノールを使用した直接メタノール型の燃料電池について説明したが、液体燃料Fは、これらに限られるものではない。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、もしくはその他の液体燃料であってもよい。 In the embodiment described above, a direct methanol fuel cell using an aqueous methanol solution or pure methanol as the liquid fuel F has been described. However, the liquid fuel F is not limited to these. For example, ethanol fuel such as ethanol aqueous solution or pure ethanol, propanol fuel such as propanol aqueous solution or pure propanol, glycol fuel such as glycol aqueous solution or pure glycol, dimethyl ether, formic acid, or other liquid fuel may be used.
また、上記実施形態ではパッシブ型DMFCを例に説明を行ったが、パッシブ型に限らず、アクティブ型の燃料電池、さらには燃料供給など一部にポンプ等を用いたセミパッシブ型の燃料電池に対しても本発明を適用することができ、パッシブ型の燃料電池を用いた場合と同様の作用効果を得ることができる。 In the above embodiment, the passive DMFC has been described as an example. However, the present invention is not limited to the passive type, but is also an active type fuel cell, and further to a semi-passive type fuel cell using a pump or the like for a part of fuel supply. In contrast, the present invention can be applied, and the same effect as that obtained when a passive fuel cell is used can be obtained.
セミパッシブ型の燃料電池において、燃料収容部から膜電極接合体に供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、燃料電池は、燃料の供給にポンプを使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。そのため、このようなタイプの燃料電池は、上述したようにセミパッシブ方式と呼称される。なお、このセミパッシブ型の燃料電池では、燃料収容部から膜電極接合体への燃料供給が行われる構成であれば、ポンプ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。この場合には、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。 In the semi-passive type fuel cell, the fuel supplied from the fuel storage part to the membrane electrode assembly is used for the power generation reaction, and is not circulated thereafter and returned to the fuel storage part. The semi-passive type fuel cell is different from the conventional active method because it does not circulate the fuel, and does not impair the downsizing of the device. In addition, the fuel cell uses a pump for supplying fuel, and is different from a pure passive system such as a conventional internal vaporization type. Therefore, this type of fuel cell is referred to as a semi-passive method as described above. In this semi-passive type fuel cell, a fuel cutoff valve may be arranged in place of the pump as long as fuel is supplied from the fuel storage portion to the membrane electrode assembly. In this case, the fuel cutoff valve is provided to control the supply of liquid fuel through the flow path.
すなわち、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、MEAに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、全てが液体燃料、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合せたり、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。 That is, the present invention can be applied to various fuel cells using liquid fuel. In addition, the specific configuration of the fuel cell, the supply state of the fuel, and the like are not particularly limited, and all of the fuel supplied to the MEA is liquid fuel vapor, all is liquid fuel, or part is liquid state. The present invention can be applied to various forms such as a vapor of supplied liquid fuel. 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 constituent elements shown in the above embodiments, or deleting some constituent elements from all the constituent elements shown in the embodiments. 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…単セル、3…起電部、4…燃料供給部、5…燃料収容室、6…アノード、7…カソード、8…電解質膜、8a…ガス抜き孔、9…アノード集電体、10…カソード集電体、11…接続用集電板、13…アノード側支持体、14…カソード側支持体、16…気液分離層、17…カバープレート。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 2 ... Single cell, 3 ... Electromotive part, 4 ... Fuel supply part, 5 ... Fuel storage chamber, 6 ... Anode, 7 ... Cathode, 8 ... Electrolyte membrane, 8a ... Gas vent hole, 9 ... Anode Current collector, 10 ... cathode current collector, 11 ... current collector for connection, 13 ... anode side support, 14 ... cathode side support, 16 ... gas-liquid separation layer, 17 ... cover plate.
Claims (4)
前記電解質膜は前記単セルの配設部の間で山折りと谷折りの屈曲が交互に繰り返された断面波形形状あるいはジグザク形状を有し、
かつ前記電解質膜の屈曲部に、前記膜電極接合体の燃料極側に生じたガス成分を前記空気極側に逃がすガス抜き孔が設けられていることを特徴とする燃料電池。 It consists of a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and a fuel electrode and an air electrode provided opposite to each other with the electrolyte membrane interposed therebetween, and is arranged separately from each other along the main surface of the electrolyte membrane provided in common. An electromotive unit having a plurality of unit cells provided, and a fuel supply mechanism for supplying fuel to the fuel electrode of the membrane electrode assembly constituting the unit cell,
The electrolyte membrane has a cross-sectional corrugated shape or a zigzag shape in which bending of a mountain fold and a valley fold is alternately repeated between the arrangement portions of the single cells,
The fuel cell is characterized in that a bent part of the electrolyte membrane is provided with a gas vent hole for escaping a gas component generated on the fuel electrode side of the membrane electrode assembly to the air electrode side.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2007183100A JP2009021113A (en) | 2007-07-12 | 2007-07-12 | Fuel cell |
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ID=40360590
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011129431A (en) * | 2009-12-18 | 2011-06-30 | Fujikura Ltd | Fuel supply device for direct methanol fuel cell |
US20130115483A1 (en) * | 2011-10-25 | 2013-05-09 | Point Source Power, Inc. | Shield for high-temperature electrochemical device |
CN109390603A (en) * | 2018-11-15 | 2019-02-26 | 华南理工大学 | A kind of ripple flow-field plate |
-
2007
- 2007-07-12 JP JP2007183100A patent/JP2009021113A/en not_active Withdrawn
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