JP2012014872A - Dmfc type fuel battery - Google Patents

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Kazuhiko Takeno
和彦 竹野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DMFC type fuel battery that can use biomethanol containing impurities.SOLUTION: The DMFC type fuel battery uses biomethanol as fuel, and has a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte layer arranged between both electrodes. The fuel is supplied from a biomethanol source to the negative electrode through a flow passage connected to the biomethanol source and negative electrode, and an activated carbon layer including activated carbon is provided to at least a part of the flow passage.

Description

本発明は、燃料電池に関し、特に、メタノールを燃料とするDMFC型燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a DMFC type fuel cell using methanol as a fuel.

燃料電池は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するクリーンなエネルギー源として、各種分野への適用が期待されている。特にDMFC型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell)は、作動温度が低く、小型化が比較的容易なため、携帯電子機器等の電源に適している(例えば、特許文献1)。   Fuel cells are expected to be applied to various fields as clean energy sources that convert chemical energy into electrical energy. In particular, a DMFC type fuel cell (Direct Methanol Fuel Cell) is suitable for a power source of a portable electronic device or the like because of its low operating temperature and relatively easy miniaturization (for example, Patent Document 1).

DMFC型燃料電池では、燃料としてメタノール(CHOH)が使用される。通常、このメタノールは、天然ガスなどの化石燃料を原料とした有機化学的合成法により、工業的に生産される。この製造方法では、硫黄化合物などの不純物が極めて少ない、高純度のメタノールが生成される。 In the DMFC type fuel cell, methanol (CH 3 OH) is used as a fuel. Usually, this methanol is industrially produced by an organic chemical synthesis method using a fossil fuel such as natural gas as a raw material. In this production method, high-purity methanol with extremely few impurities such as sulfur compounds is produced.

しかしながら、化石燃料を原料としたメタノールの生産方法は、将来の化石燃料の枯渇の問題や、地球環境保護等の観点から好ましいものではない。   However, a method for producing methanol using fossil fuel as a raw material is not preferable from the viewpoint of the future depletion of fossil fuel, protection of the global environment, and the like.

そこで、化石燃料からメタノールを生産する代わりに、植物などの再生可能な原料からメタノールを生産する技術について、検討が行われている。このようなメタノールは、特に「バイオメタノール」とも称される。   Therefore, instead of producing methanol from fossil fuels, a technique for producing methanol from renewable raw materials such as plants has been studied. Such methanol is also particularly referred to as “biomethanol”.

「バイオメタノール」は、例えば、穀物や材木資源(非食料資源)を発酵させたり、これらを高温分解処理することにより、CO、Hなどを含む合成ガス(CO、Hなどが主成分)を生成し、さらに、この合成ガスを触媒の存在下で反応させることにより生成される。 "Bio-methanol", for example, or fermented grains and timber resources (non-food resources), by these high-temperature decomposed, CO, syngas (CO, such as H 2 is the active ingredient) including such as H 2 And is further produced by reacting this synthesis gas in the presence of a catalyst.

このような方法では、太陽エネルギーの光合成で成長した植物資源を使用して、バイオメタノールを得るため、このバイオメタノールを半永久的に製造することが可能である。すなわち、この方法では、バイオメタノールを再生可能なエネルギー源として使用することができる。   In such a method, since biomethanol is obtained using plant resources grown by photosynthesis of solar energy, it is possible to produce this biomethanol semipermanently. That is, in this method, biomethanol can be used as a renewable energy source.

特開2005−235552号公報JP 2005-235552 A

しかしながら、バイオメタノールは、様々な化学物質が混在した植物資源から生成されるため、得られたバイオメタノール中には、不純物(例えば、硫黄化合物など硫黄成分)が多く含まれてしまう。また、バイオメタノールの製造過程でメタノール純度を高める処置を行ったとしても、硫黄成分などの不純物を完全に除去することは難しいという問題がある。   However, since biomethanol is produced from plant resources in which various chemical substances are mixed, the obtained biomethanol contains a large amount of impurities (for example, sulfur components such as sulfur compounds). In addition, even if treatment for increasing methanol purity is performed in the biomethanol production process, it is difficult to completely remove impurities such as sulfur components.

また、バイオメタノール中に硫黄成分が存在すると、DMFC型燃料電池内に使用される白金(Pt)などの触媒の活性が低下(被毒)し、燃料電池の発電効率が低下する。このため、現状では、バイオメタノールは、主として、高純度に精製された状態で、エンジンなどの内燃機関向けの燃料として使用されているに過ぎない。   In addition, when a sulfur component is present in biomethanol, the activity of a catalyst such as platinum (Pt) used in the DMFC type fuel cell is reduced (poisoned), and the power generation efficiency of the fuel cell is reduced. For this reason, at present, biomethanol is mainly used as a fuel for an internal combustion engine such as an engine in a purified state.

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、その目的は、硫黄成分のような不純物を含むバイオメタノール燃料を利用することが可能な、DMFC型燃料電池を提供することである。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a DMFC-type fuel cell capable of using a biomethanol fuel containing impurities such as a sulfur component.

本発明では、
負極と、正極と、両極の間に配置された電解質層とを有するDMFC型燃料電池であって、
当該DMFC型燃料電池は、バイオメタノールを燃料として使用し、
前記燃料は、バイオメタノール源から、該バイオメタノール源および前記負極に接続された流通路を介して、前記負極にまで供給され、
前記流通路の少なくとも一部には、活性炭を有する活性炭層が設けられていることを特徴とするDMFC型燃料電池が提供される。
In the present invention,
A DMFC type fuel cell having a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte layer disposed between the two electrodes,
The DMFC type fuel cell uses biomethanol as fuel,
The fuel is supplied from a biomethanol source to the negative electrode through a flow passage connected to the biomethanol source and the negative electrode,
A DMFC type fuel cell is provided in which an activated carbon layer having activated carbon is provided in at least a part of the flow passage.

ここで、本発明によるDMFC型燃料電池において、前記活性炭層は、前記負極の前記電解質層とは反対の側に、前記負極と隣接して設置されていても良い。   Here, in the DMFC type fuel cell according to the present invention, the activated carbon layer may be disposed adjacent to the negative electrode on a side of the negative electrode opposite to the electrolyte layer.

また、本発明によるDMFC型燃料電池は、さらに、前記バイオメタノール源としての燃料タンクを有し、
前記燃料タンク内には、第2の活性炭が設置されていても良い。
The DMFC fuel cell according to the present invention further includes a fuel tank as the biomethanol source.
A second activated carbon may be installed in the fuel tank.

また、本発明によるDMFC型燃料電池では、燃料として、バイオメタノールと、化石燃料から製造されたメタノールとの混合物が使用されても良い。   In the DMFC fuel cell according to the present invention, a mixture of biomethanol and methanol produced from fossil fuel may be used as fuel.

また、本発明によるDMFC型燃料電池は、さらに、前記活性炭層の活性炭をクリーニングするための手段を有しても良い。   The DMFC fuel cell according to the present invention may further include means for cleaning the activated carbon of the activated carbon layer.

また、本発明によるDMFC型燃料電池において、前記流通路は、前記活性炭層の活性炭をクリーニングするための流体の導入口と、該流体の排出口とを有しても良い。   In the DMFC fuel cell according to the present invention, the flow path may include a fluid inlet for cleaning the activated carbon of the activated carbon layer and a fluid outlet.

また、本発明によるDMFC型燃料電池において、前記活性炭層の活性炭をクリーニングするための流体は、温水および/または温風であっても良い。   In the DMFC fuel cell according to the present invention, the fluid for cleaning the activated carbon of the activated carbon layer may be hot water and / or hot air.

本発明では、硫黄成分のような不純物を含むバイオメタノール燃料を利用することが可能な、DMFC型燃料電池を提供することができる。   In the present invention, it is possible to provide a DMFC type fuel cell that can use a biomethanol fuel containing impurities such as a sulfur component.

従来のDMFC型燃料電池の構成を概略的に示した図である。It is the figure which showed schematically the structure of the conventional DMFC type fuel cell. 本発明によるDMFC型燃料電池の一構成例を概略的に示した図である。It is the figure which showed roughly the example of 1 structure of the DMFC type fuel cell by this invention. 負極近傍での反応の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of reaction in the negative electrode vicinity. 正極での反応の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of reaction in a positive electrode. 図2に示したDMFC型燃料電池の効果を説明するデータである。It is data explaining the effect of the DMFC type fuel cell shown in FIG. 本発明によるDMFC型燃料電池の別の一構成例を概略的に示した図である。It is the figure which showed schematically another structural example of the DMFC type fuel cell by this invention. 本発明によるDMFC型燃料電池のさらに別の一構成例を概略的に示した図である。It is the figure which showed schematically another example of 1 structure of the DMFC type fuel cell by this invention. 図7に示したDMFC型燃料電池300における発電性能の経時変化の一例を示した図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of a change over time in power generation performance in the DMFC type fuel cell 300 shown in FIG. 7. DMFC型燃料電池に使用される活性炭層のクリーニング方法の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the cleaning method of the activated carbon layer used for a DMFC type fuel cell. 図9に示した活性炭層のクリーニング方法の効果を示す図である。It is a figure which shows the effect of the cleaning method of the activated carbon layer shown in FIG. DMFC型燃料電池に使用される活性炭層の別のクリーニング方法の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of another cleaning method of the activated carbon layer used for a DMFC type fuel cell. 図11に示した活性炭層のクリーニング方法の効果を示す図である。It is a figure which shows the effect of the cleaning method of the activated carbon layer shown in FIG.

以下、図面を参照して、本発明の構成を説明する。   The configuration of the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず、本発明の特徴をより良く理解するため、図1を参照して、従来のDMFC型燃料電池の動作について簡単に説明する。   First, in order to better understand the features of the present invention, the operation of a conventional DMFC type fuel cell will be briefly described with reference to FIG.

図1に示すように、従来のDMFC型燃料電池10は、燃料タンク11および燃料電池本体30を有する。燃料タンク11には、メタノールが充填される。燃料電池本体30は、負極触媒層60Aを有する負極(燃料極)60と、正極触媒層80Aを有する正極(空気極)80と、両電極60、80の間に配置された電解質膜70と、を有する。さらに、負極60の電解質膜70とは反対の側には、メタノール層40が設置される。また、正極80の電解質膜70とは反対の側には、空気層90が設置される。   As shown in FIG. 1, a conventional DMFC type fuel cell 10 includes a fuel tank 11 and a fuel cell main body 30. The fuel tank 11 is filled with methanol. The fuel cell main body 30 includes a negative electrode (fuel electrode) 60 having a negative electrode catalyst layer 60A, a positive electrode (air electrode) 80 having a positive electrode catalyst layer 80A, an electrolyte membrane 70 disposed between both electrodes 60, 80, Have Further, the methanol layer 40 is provided on the side of the negative electrode 60 opposite to the electrolyte membrane 70. An air layer 90 is provided on the side of the positive electrode 80 opposite to the electrolyte membrane 70.

メタノール層40は、燃料電池本体30の外側に設けられた燃料タンク11から、燃料取入口20aを介して、燃料であるメタノールを負極60に分配する役割を有する。一方、空気層90は、燃料電池本体30の外側に設けられた空気(酸素)源(図示されていない)から、空気取入口20bを介して、空気を正極80に分配する役割を有する。   The methanol layer 40 has a role of distributing methanol, which is fuel, to the negative electrode 60 from the fuel tank 11 provided outside the fuel cell main body 30 through the fuel intake port 20a. On the other hand, the air layer 90 has a role of distributing air to the positive electrode 80 from an air (oxygen) source (not shown) provided outside the fuel cell main body 30 through the air intake port 20b.

このようなDMFC型燃料電池10の構成において、まず、燃料タンク11から、燃料取入口20aを介して、メタノールが燃料電池本体30に供給される。燃料電池本体30に供給されたメタノールは、メタノール層40を介して、負極60に導入される。メタノールは、負極60において、負極触媒層60A中の触媒粒子の作用により酸化され、水素イオン(H)、二酸化炭素(CO)、および電子(e)に分解される。 In such a configuration of the DMFC type fuel cell 10, first, methanol is supplied from the fuel tank 11 to the fuel cell main body 30 through the fuel intake port 20 a. Methanol supplied to the fuel cell main body 30 is introduced into the negative electrode 60 through the methanol layer 40. Methanol is oxidized in the negative electrode 60 by the action of the catalyst particles in the negative electrode catalyst layer 60A, and is decomposed into hydrogen ions (H + ), carbon dioxide (CO 2 ), and electrons (e ).

負極60で生じた水素イオンは、電解質膜70を通過して、正極80の方に移動する。電子は、負極60に接続された外部負荷25を介して、正極80の方に移動する。   Hydrogen ions generated at the negative electrode 60 pass through the electrolyte membrane 70 and move toward the positive electrode 80. The electrons move toward the positive electrode 80 via the external load 25 connected to the negative electrode 60.

一方、酸素は、外部空気源から、空気取入口20bを介して燃料電池本体30に供給される。燃料電池本体30に供給された酸素は、空気層90を介して、正極80に導入される。酸素が正極80の正極触媒層80Aに接触すると、正極触媒層80A中の触媒粒子の作用により、酸素は、前述の水素イオンおよび電子によって還元され、水が生成する。   On the other hand, oxygen is supplied from the external air source to the fuel cell main body 30 through the air intake port 20b. Oxygen supplied to the fuel cell main body 30 is introduced into the positive electrode 80 through the air layer 90. When oxygen comes into contact with the positive electrode catalyst layer 80A of the positive electrode 80, oxygen is reduced by the above-described hydrogen ions and electrons by the action of the catalyst particles in the positive electrode catalyst layer 80A, and water is generated.

以上の過程において、電子が外部負荷25を経由する際に、DMFC型燃料電池10は、外部に対して仕事を行うことができる(電気エネルギーが開放される)。   In the above process, when electrons pass through the external load 25, the DMFC type fuel cell 10 can perform work to the outside (electrical energy is released).

ここで、これまでのDMFC型燃料電池では、燃料として使用されるメタノールは、化石燃料を原料として製造されてきたが、将来の化石燃料の枯渇の問題や、地球環境保護等の観点から、メタノールとして、バイオメタノールを使用することが考えられる。   Here, in DMFC-type fuel cells so far, methanol used as fuel has been produced using fossil fuel as a raw material, but from the viewpoint of future fossil fuel depletion and global environmental protection, etc., methanol It is conceivable to use biomethanol.

しかしながら、バイオメタノールは、様々な化学物質が混在した植物資源から生成されるため、得られたバイオメタノール中には、硫黄化合物などの不純物が多く含まれている。従って、このような不純物の多いバイオメタノールをDMFC型燃料電池の燃料として使用すると、触媒層中に含まれる白金(Pt)などの触媒の活性が低下(被毒)し、燃料電池の発電効率が低下するおそれがある。   However, since biomethanol is produced from plant resources in which various chemical substances are mixed, the obtained biomethanol contains many impurities such as sulfur compounds. Therefore, when such biomethanol with a large amount of impurities is used as fuel for the DMFC type fuel cell, the activity of the catalyst such as platinum (Pt) contained in the catalyst layer is reduced (poisoned), and the power generation efficiency of the fuel cell is reduced. May decrease.

これに対して、本発明では、
負極と、正極と、両極の間に配置された電解質層とを有するDMFC型燃料電池であって、
当該DMFC型燃料電池は、バイオメタノールを燃料として使用し、
前記燃料は、バイオメタノール源から、該バイオメタノール源および前記負極に接続された流通路を介して、前記負極にまで供給され、
前記流通路の少なくとも一部には、活性炭を有する活性炭層が設けられていることを特徴とするDMFC型燃料電池が提供される。
In contrast, in the present invention,
A DMFC type fuel cell having a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte layer disposed between the two electrodes,
The DMFC type fuel cell uses biomethanol as fuel,
The fuel is supplied from a biomethanol source to the negative electrode through a flow passage connected to the biomethanol source and the negative electrode,
A DMFC type fuel cell is provided in which an activated carbon layer having activated carbon is provided in at least a part of the flow passage.

このようなDMFC型燃料電池では、バイオメタノール中に硫黄成分のような不純物が含まれていたとしても、そのような不純物は、負極に到達する前に、活性炭層に吸着して除去される。このため、負極には、不純物の量が有意に抑制されたバイオメタノールを供給することができる。   In such a DMFC type fuel cell, even if impurities such as a sulfur component are contained in biomethanol, such impurities are adsorbed and removed by the activated carbon layer before reaching the negative electrode. For this reason, biomethanol in which the amount of impurities is significantly suppressed can be supplied to the negative electrode.

従って、本発明のDMFC型燃料電池では、硫黄成分のような不純物を含むバイオメタノールを燃料として使用しても、これにより、負極触媒層中の触媒が被毒したり、燃料電池の性能が低下したりすることが有意に抑制される。   Therefore, in the DMFC type fuel cell of the present invention, even when biomethanol containing impurities such as sulfur components is used as a fuel, the catalyst in the negative electrode catalyst layer is poisoned or the performance of the fuel cell is lowered. Is significantly suppressed.

ここで、本発明においては、必要な場合、さらに、バイオメタノールの貯蔵用燃料タンクに、あらかじめ活性炭を設置しておいても良い。これにより、例えば、工場での燃料タンクの製造時から、実際に燃料タンクを使用するまでの期間の間に、燃料タンクに充填されたバイオメタノール中の不純物を、事前に活性炭に吸着しておくことができる。   Here, in the present invention, if necessary, activated carbon may be installed in advance in a biomethanol storage fuel tank. Thus, for example, during the period from when the fuel tank is manufactured at the factory to when the fuel tank is actually used, impurities in the biomethanol filled in the fuel tank are adsorbed to the activated carbon in advance. be able to.

さらに、化石燃料から製造された不純物の少ないメタノールと、不純物を含むバイオメタノールとを混合して、燃料電池に供給しても良い。この場合、燃料電池に供給されるメタノール中に含まれる不純物の濃度を、相対的に低下させることができる。   Furthermore, methanol with less impurities produced from fossil fuel and biomethanol containing impurities may be mixed and supplied to the fuel cell. In this case, the concentration of impurities contained in the methanol supplied to the fuel cell can be relatively lowered.

なお、活性炭層に吸着された不純物の量が増加していくと、活性炭層の不純物除去能力が低下するおそれがある。従って、活性炭層の不純物除去能力を回復させるため、時折、活性炭層のクリーニングを実施することが好ましい。   Note that when the amount of impurities adsorbed on the activated carbon layer increases, the activated carbon layer may have a reduced ability to remove impurities. Therefore, it is preferable to occasionally perform cleaning of the activated carbon layer in order to recover the impurity removal capability of the activated carbon layer.

活性炭層のクリーニング方法は、これに限られるものではないが、例えば、90℃以下の温水や空気を活性炭層に供給して、吸着した硫黄成分を取り除く方法であっても良い。   The cleaning method of the activated carbon layer is not limited to this, but for example, a method of supplying warm water or air of 90 ° C. or less to the activated carbon layer to remove the adsorbed sulfur component may be used.

(本発明によるDMFC型燃料電池の構成)
以下、図面を参照して、本発明によるDMFC型燃料電池について、より詳しく説明する。
(Configuration of DMFC type fuel cell according to the present invention)
Hereinafter, the DMFC fuel cell according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

図2には、本発明によるDMFC型燃料電池の一例を概略的に示す。   FIG. 2 schematically shows an example of a DMFC type fuel cell according to the present invention.

図2に示すように、本発明によるDMFC型燃料電池100は、図1に示した従来のDMFC型燃料電池10とほぼ同様の構成を有する。   As shown in FIG. 2, a DMFC type fuel cell 100 according to the present invention has a configuration substantially similar to that of the conventional DMFC type fuel cell 10 shown in FIG.

すなわち、DMFC型燃料電池100は、燃料電池本体130と、該燃料電池本体130の燃料取入口120aに接続された燃料タンク111とを有する。燃料電池本体130は、負極触媒層160Aを有する負極160と、正極触媒層180Aを有する正極180と、両電極の間に配置された電解質膜170とを有する。   That is, the DMFC type fuel cell 100 includes a fuel cell main body 130 and a fuel tank 111 connected to the fuel intake port 120 a of the fuel cell main body 130. The fuel cell main body 130 includes a negative electrode 160 having a negative electrode catalyst layer 160A, a positive electrode 180 having a positive electrode catalyst layer 180A, and an electrolyte membrane 170 disposed between both electrodes.

負極触媒層160Aは、例えばカーボンのような負極材料に、白金および/またはルテニウムのような触媒が担持されて構成される。正極触媒層180Aは、例えばカーボンのような正極材料に、白金および/またはルテニウムのような触媒が担持されて構成される。電解質膜170は、水素イオン透過性の有機膜であれば、いかなる膜であっても良い。   The negative electrode catalyst layer 160A is configured by supporting a catalyst such as platinum and / or ruthenium on a negative electrode material such as carbon. The positive electrode catalyst layer 180A is configured by supporting a catalyst such as platinum and / or ruthenium on a positive electrode material such as carbon. The electrolyte membrane 170 may be any membrane as long as it is a hydrogen ion permeable organic membrane.

また、燃料タンク111には、例えば、木片などの植物などから精製されたバイオメタノールが充填される。   The fuel tank 111 is filled with biomethanol purified from plants such as wood chips, for example.

また、本発明において必ずしも必須ではないが、図2の例では、活性炭層150と燃料取入口120aの間に、メタノール層140が設けられている。このメタノール層140は、燃料タンク111から供給された燃料を一時的に保管する空間として機能する。   In the example of FIG. 2, the methanol layer 140 is provided between the activated carbon layer 150 and the fuel intake port 120a, although not necessarily essential in the present invention. The methanol layer 140 functions as a space for temporarily storing the fuel supplied from the fuel tank 111.

ここで、DMFC型燃料電池100は、図1に示した従来のDMFC型燃料電池10とは異なり、負極160の電解質膜170とは反対の側に、活性炭を含む活性炭層150を有するという特徴を有する。   Here, the DMFC type fuel cell 100 is different from the conventional DMFC type fuel cell 10 shown in FIG. 1 in that the anode 160 has an activated carbon layer 150 containing activated carbon on the side opposite to the electrolyte membrane 170. Have.

なお、図2の例では、活性炭層150は、負極160に隣接するようにして設置されている。しかしながら、活性炭層150の配置位置は、これに限られるものではない。すなわち、活性炭層150は、燃料タンク111から負極160の間の、燃料の通路のいかなる位置に設けられても良い。例えば、活性炭層150は、燃料取入口120aに設けられても良い。また、例えば、活性炭層150は、メタノール層140内全体に配置されていても良い。さらに、例えば、活性炭層150は、燃料タンク111から負極160の間の燃料流通路全体に設置されていても良い。ただし、活性炭層150の設置領域が広がれば、その分、燃料の圧力損失が大きくなるおそれがある。そのため、通常の場合、活性炭層150は、燃料流通路の一部に設置されることが好ましい。例えば、活性炭層150は、図2のように、十分な吸着効果が期待できる範囲内で、活性炭層の厚さを薄くした状態で、負極160の表面全体を覆うように設置されることが好ましい。   In the example of FIG. 2, the activated carbon layer 150 is disposed so as to be adjacent to the negative electrode 160. However, the arrangement position of the activated carbon layer 150 is not limited to this. That is, the activated carbon layer 150 may be provided at any position in the fuel passage between the fuel tank 111 and the negative electrode 160. For example, the activated carbon layer 150 may be provided in the fuel intake port 120a. Further, for example, the activated carbon layer 150 may be disposed in the entire methanol layer 140. Further, for example, the activated carbon layer 150 may be installed in the entire fuel flow path between the fuel tank 111 and the negative electrode 160. However, if the installation area of the activated carbon layer 150 is widened, the fuel pressure loss may increase accordingly. Therefore, in the normal case, the activated carbon layer 150 is preferably installed in a part of the fuel flow path. For example, the activated carbon layer 150 is preferably installed so as to cover the entire surface of the negative electrode 160 in a state where the thickness of the activated carbon layer is reduced within a range where a sufficient adsorption effect can be expected as shown in FIG. .

このような特徴的構成を有するDMFC型燃料電池100において、作動時には、燃料タンク111から、燃料取入口120aを介して、燃料電池本体130にバイオメタノールが供給される。バイオメタノールは、最初にメタノール層140に供給される。   In the DMFC type fuel cell 100 having such a characteristic configuration, when operated, biomethanol is supplied from the fuel tank 111 to the fuel cell main body 130 through the fuel intake port 120a. Biomethanol is first supplied to the methanol layer 140.

次に、バイオメタノールは、活性炭層150内を流通する。この際、バイオメタノール中に含まれる硫黄成分のような不純物は、活性炭に吸着される。従って、活性炭層150から放出されるバイオメタノール中には、不純物はほとんど含まれない「クリーン」な状態となっている。   Next, biomethanol flows through the activated carbon layer 150. At this time, impurities such as sulfur components contained in the biomethanol are adsorbed on the activated carbon. Therefore, the biomethanol released from the activated carbon layer 150 is in a “clean” state with almost no impurities.

その後、この不純物が除去されたバイオメタノールは、負極160内に流通される。バイオメタノール中に含まれる硫黄成分のような不純物は、極めて少ない。このため、バイオメタノールが負極160に流入されても、負極触媒層160Aの触媒が被毒する危険性は、有意に抑制される。負極触媒層160Aでは、バイオメタノールは、前述のような酸化反応に使用される。   Thereafter, the biomethanol from which the impurities are removed is circulated in the negative electrode 160. Impurities such as sulfur components contained in biomethanol are extremely small. For this reason, even if biomethanol flows into the negative electrode 160, the risk of poisoning of the catalyst of the negative electrode catalyst layer 160A is significantly suppressed. In the negative electrode catalyst layer 160A, biomethanol is used for the oxidation reaction as described above.

図3には、硫黄成分のような不純物を含むバイオメタノールが活性炭層150内を通り、負極160に供給される際の模式図を示す。   FIG. 3 shows a schematic diagram when biomethanol containing impurities such as a sulfur component passes through the activated carbon layer 150 and is supplied to the negative electrode 160.

図3に示すように、不純物を含むバイオメタノールが活性炭層150を通る際、不純物は、活性炭層150の活性炭152に吸着される。従って、活性炭層150から放出されるバイオメタノールは、不純物がほとんど含まれない「クリーン」な状態、すなわち「高純度の」メタノールとなっている。従って、負極160には、メタノールが導入される。このメタノールは、負極160において、負極触媒層160A中の触媒粒子(白金および/またはルテニウム等)362の働きにより、カーボン粒子363上で酸化され、水素イオン、COおよび電子が生成される。 As shown in FIG. 3, when biomethanol containing impurities passes through the activated carbon layer 150, the impurities are adsorbed on the activated carbon 152 of the activated carbon layer 150. Therefore, the biomethanol released from the activated carbon layer 150 is in a “clean” state containing almost no impurities, that is, “high purity” methanol. Therefore, methanol is introduced into the negative electrode 160. This methanol is oxidized on the carbon particles 363 in the negative electrode 160 by the action of catalyst particles (such as platinum and / or ruthenium) 362 in the negative electrode catalyst layer 160A, and hydrogen ions, CO 2 and electrons are generated.

一方、正極180には、燃料電池本体の空気取入口120bを介して空気(または酸素)が導入される。   On the other hand, air (or oxygen) is introduced into the positive electrode 180 through the air intake 120b of the fuel cell body.

図4には、酸素が空気層190を介して、正極180に供給される際の模式図を示す。   FIG. 4 is a schematic diagram when oxygen is supplied to the positive electrode 180 through the air layer 190.

図4に示すように、燃料電池本体内部に供給された酸素は、空気層190を介して、正極180に分配導入される。正極180では、酸素は、正極触媒層180Aに含まれる触媒粒子(白金および/またはルテニウム等)462の働きにより、カーボン粒子463上で還元される。すなわち、酸素は、負極160から電解質膜170を介して拡散してきた水素イオン、および外部負荷を介して正極180に到達した電子と反応し、水が生成される。   As shown in FIG. 4, oxygen supplied into the fuel cell main body is distributed and introduced to the positive electrode 180 through the air layer 190. In the positive electrode 180, oxygen is reduced on the carbon particles 463 by the action of catalyst particles (such as platinum and / or ruthenium) 462 included in the positive electrode catalyst layer 180 </ b> A. That is, oxygen reacts with hydrogen ions that have diffused from the negative electrode 160 through the electrolyte membrane 170 and electrons that have reached the positive electrode 180 via an external load, thereby generating water.

以上のように、本発明による燃料電池100では、負極160に含まれる負極触媒層160A中の触媒の被毒の危険性を回避した状態で、適正に、燃料電池100による発電を行うことが可能となる。   As described above, in the fuel cell 100 according to the present invention, it is possible to appropriately generate power by the fuel cell 100 while avoiding the risk of poisoning of the catalyst in the negative electrode catalyst layer 160A included in the negative electrode 160. It becomes.

図5には、図2に示したDMFC型燃料電池の効果を説明するデータを示す。   FIG. 5 shows data explaining the effect of the DMFC type fuel cell shown in FIG.

図5(a)は、図2に示したDMFC型燃料電池の発電初期における、電流密度(燃料電池100の電解質膜170の単位面積当たりの電流値)と電圧(外部負荷125の負極端子125Aと正極端子125C間の電圧)の関係、および電流密度と電力密度(燃料電池100の電解質膜170の単位面積当たりの発電量)の関係を示したグラフである。   FIG. 5A shows current density (current value per unit area of the electrolyte membrane 170 of the fuel cell 100) and voltage (negative electrode terminal 125A of the external load 125) in the initial power generation of the DMFC type fuel cell shown in FIG. 3 is a graph showing the relationship between the voltage between the positive terminals 125C) and the relationship between the current density and the power density (the amount of power generated per unit area of the electrolyte membrane 170 of the fuel cell 100).

燃料には、バイオメタノールの100%溶液を純水で60%に希釈した、バイオメタノール水溶液を使用した。   As a fuel, a biomethanol aqueous solution in which a 100% biomethanol solution was diluted to 60% with pure water was used.

本データの例では、電流密度が約200mA/cmの時に、発電密度が最大となり、最大発電密度ピーク(約28mW/cm)が得られている。 In the example of this data, when the current density is about 200 mA / cm 2 , the power generation density becomes maximum, and the maximum power generation density peak (about 28 mW / cm 2 ) is obtained.

図5(b)は、同DMFC型燃料電池を連続して運転(発電)したときの、発電時の最大発電密度ピークの経時変化を示したグラフである。図には、比較のため、活性炭層を有さないDMFC型燃料電池における結果を同時に示している。   FIG. 5B is a graph showing a change with time of the maximum power generation density peak during power generation when the DMFC fuel cell is continuously operated (power generation). In the figure, for comparison, the results in a DMFC type fuel cell not having an activated carbon layer are also shown.

このグラフから、活性炭層を備える本発明によるDMFC型燃料電池では、活性炭層を有さない場合に比べて、最大発電密度ピークの低下が抑制されていることがわかる。   From this graph, it can be seen that in the DMFC fuel cell according to the present invention having the activated carbon layer, the decrease in the maximum power generation density peak is suppressed as compared with the case without the activated carbon layer.

このように、本発明では、不純物を含むバイオメタノール燃料を燃料として使用した場合であっても、燃料電池の発電特性の低下を有意に抑制することができる。   Thus, in this invention, even if it is a case where the biomethanol fuel containing an impurity is used as a fuel, the fall of the electric power generation characteristic of a fuel cell can be suppressed significantly.

(第2の構成)
次に、図6を参照して、本発明によるDMFC型燃料電池の別の構成について説明する。
(Second configuration)
Next, another configuration of the DMFC type fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIG.

図6には、本発明によるDMFC型燃料電池の別の構成を示す。   FIG. 6 shows another configuration of the DMFC type fuel cell according to the present invention.

図6に示すように、このDMFC型燃料電池200は、基本的に、図2に示したDMFC型燃料電池100とほぼ同様の構成を有する。従って、図6において、DMFC型燃料電池100と同様の部材には、図2と同様の参照符号が付されている。   As shown in FIG. 6, this DMFC type fuel cell 200 has basically the same configuration as the DMFC type fuel cell 100 shown in FIG. Therefore, in FIG. 6, the same reference numerals as in FIG. 2 are attached to the same members as those of the DMFC-type fuel cell 100.

しかしながら、このDMFC型燃料電池200は、さらに、燃料タンク111内に、活性炭212を有するという特徴を有する。   However, the DMFC type fuel cell 200 further has a feature of having activated carbon 212 in the fuel tank 111.

この場合、製造工場などで燃料タンク111にバイオメタノールを充填させた状態で、バイオメタノール中の不純物を活性炭212に吸着させ、バイオメタノール中の不純物濃度を低減させることができる。   In this case, the impurities in the biomethanol can be adsorbed on the activated carbon 212 in a state where the fuel tank 111 is filled with the biomethanol at a manufacturing factory or the like, thereby reducing the impurity concentration in the biomethanol.

このようなDMFC型燃料電池200では、燃料電池本体130にバイオメタノールを供給する際に、既に不純物の濃度が減少したバイオメタノールを導入することができる。   In such a DMFC-type fuel cell 200, when supplying biomethanol to the fuel cell main body 130, biomethanol having already reduced the concentration of impurities can be introduced.

(第3の構成)
次に、図7を参照して、本発明によるDMFC型燃料電池の別の構成について説明する。
(Third configuration)
Next, another configuration of the DMFC type fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIG.

図7には、本発明によるDMFC型燃料電池の別の構成を示す。   FIG. 7 shows another configuration of the DMFC type fuel cell according to the present invention.

図7に示すように、このDMFC型燃料電池300は、基本的に、図6に示したDMFC型燃料電池200とほぼ同様の構成を有する。従って、図7において、DMFC型燃料電池200と同様の部材には、図6と同様の参照符号が付されている。   As shown in FIG. 7, this DMFC type fuel cell 300 has basically the same configuration as the DMFC type fuel cell 200 shown in FIG. Therefore, in FIG. 7, the same reference numerals as in FIG. 6 are attached to the same members as those of the DMFC-type fuel cell 200.

しかしながら、このDMFC型燃料電池300は、燃料タンク111中に、バイオメタノール単体ではなく、バイオメタノールと、天然ガスなどの化石燃料から生成されたメタノールとの両方を含む混合メタノールが充填されているという特徴を有する。   However, in this DMFC type fuel cell 300, the fuel tank 111 is not filled with biomethanol alone but mixed methanol containing both biomethanol and methanol produced from fossil fuel such as natural gas. Has characteristics.

一般に、化石燃料から生成されたメタノール(以下、単に「化石燃料メタノール」と称する)は、硫黄成分などの不純物の含有量が少なくなっている。この場合、木片チップなどの植物から生成されたバイオメタノール中に、相当量の硫黄成分などの不純物が含まれていても、相対的にメタノール燃料中の不純物濃度を低下させることができる。従って、DMFC型燃料電池300のような構成においても、前述のような本発明の効果を得ること、すなわち、負極触媒層の触媒粒子の被毒の危険性を低減させ、燃料電池の特性の劣化を抑制することができる。   In general, methanol produced from fossil fuel (hereinafter simply referred to as “fossil fuel methanol”) has a low content of impurities such as sulfur components. In this case, even if biomethanol produced from plants such as wood chip contains impurities such as a considerable amount of sulfur component, the impurity concentration in the methanol fuel can be relatively lowered. Accordingly, even in the configuration of the DMFC type fuel cell 300, the effects of the present invention as described above can be obtained, that is, the risk of poisoning of the catalyst particles of the negative electrode catalyst layer is reduced, and the characteristics of the fuel cell are deteriorated. Can be suppressed.

図8には、そのようなDMFC型燃料電池300における発電性能(最大発電密度ピーク)の経時変化の一例を示す。燃料タンク111中に含まれるメタノールとして、(a)バイオメタノール1%+化石燃料メタノール99%、および(b)バイオメタノール50%+化石燃料メタノール50%を使用した。さらに、図8には、比較のため、(c)化石燃料メタノールを含まないバイオメタノール100%の燃料を使用した場合(すなわち、図6に示したDMFC型燃料電池200)の発電性能の経時変化を同時に示した。   FIG. 8 shows an example of a change with time in power generation performance (maximum power generation density peak) in such a DMFC-type fuel cell 300. As methanol contained in the fuel tank 111, (a) 1% biomethanol + 99% fossil fuel methanol and (b) 50% biomethanol + 50% fossil fuel methanol were used. For comparison, FIG. 8 shows, for comparison, (c) change in power generation performance with time when 100% biomethanol fuel not containing fossil fuel methanol is used (that is, DMFC type fuel cell 200 shown in FIG. 6). At the same time.

なお、これらの燃料は、バイオメタノールと化石燃料メタノールとの混合物(あるいは(c)の場合、バイオメタノール単体)を純水で希釈し、濃度60%のメタノール水溶液として使用した。   As these fuels, a mixture of biomethanol and fossil fuel methanol (or biomethanol alone in the case of (c)) was diluted with pure water and used as an aqueous methanol solution having a concentration of 60%.

図8から、(c)、(b)、および(a)の順、すなわち燃料中の化石燃料メタノールの濃度が高くなるに従って、最大発電密度ピークの低下率が減少することがわかる。   FIG. 8 shows that the decreasing rate of the maximum power generation density peak decreases as the order of (c), (b), and (a) increases, that is, as the concentration of fossil fuel methanol in the fuel increases.

このように、燃料として、バイオメタノールと化石燃料メタノールの混合メタノールを使用することにより、燃料電池の特性の劣化を抑制することができることが確認された。   Thus, it was confirmed that deterioration of the characteristics of the fuel cell can be suppressed by using a mixed methanol of biomethanol and fossil fuel methanol as the fuel.

ここで、燃料中の化石燃料メタノールの割合を高めることは、バイオメタノールの利用率を低下させることにつながる。これは、再生可能燃料であるバイオメタノールの使用を推進するという観点からは、逸脱しているようにも思われる。   Here, increasing the ratio of fossil fuel methanol in the fuel leads to a decrease in the utilization rate of biomethanol. This also seems to deviate from the perspective of promoting the use of biomethanol, a renewable fuel.

しかしながら、前述のようなバイオメタノールと化石燃料メタノールの混合燃料を使用する場合でも、従来のような、100%の化石燃料メタノールを燃料として使用する場合に比べると、地球環境保護等の観点からは、再生エネルギーの転換が推進されていると言える。   However, even when using a mixed fuel of biomethanol and fossil fuel methanol as described above, compared to the conventional case of using 100% fossil fuel methanol as a fuel, from the viewpoint of global environmental protection and the like. It can be said that the conversion of renewable energy is being promoted.

また、できる限り燃料中の化石燃料メタノールの割合を抑制し、バイオメタノールの利用量を高めるため、燃料電池の性能劣化挙動を把握し、これに基づいて発電量を設定しても良い。   Further, in order to suppress the proportion of fossil fuel methanol in the fuel as much as possible and increase the amount of biomethanol used, the performance degradation behavior of the fuel cell may be grasped, and the power generation amount may be set based on this.

例えば、バイオメタノールと化石燃料メタノールの混合比が50:50のときの性能劣化曲線(例えば図8の曲線(b))等から、所定の時間(例えば1000時間)経過後における燃料電池の電力密度値を予測する。   For example, the power density of the fuel cell after elapse of a predetermined time (for example, 1000 hours) from the performance deterioration curve (for example, the curve (b) of FIG. 8) when the mixing ratio of biomethanol and fossil fuel methanol is 50:50 Predict the value.

ここで、所定時間後の予測電力密度値が目標値を下回ると予想された場合、燃料電池の発電面積(電解質膜の面積)を予め大きくとっておく。電力密度値は、発電面積(電解質膜の面積)に比例するため、この対応により、所定時間後の燃料電池の電力密度値を、目標値を上回るようにすることができる。   Here, when the predicted power density value after a predetermined time is predicted to be lower than the target value, the power generation area (area of the electrolyte membrane) of the fuel cell is set large in advance. Since the power density value is proportional to the power generation area (area of the electrolyte membrane), this correspondence enables the power density value of the fuel cell after a predetermined time to exceed the target value.

一方、所定時間後の燃料電池の予測電力密度値が、既に目標値を上回ると予想された場合、バイオメタノールの混合割合をより高めて、同様の検討を行っても良い。このような対応により、燃料中のバイオメタノールの利用量をできる限り高めることができる。   On the other hand, when it is predicted that the predicted power density value of the fuel cell after the predetermined time has already exceeded the target value, the same examination may be performed by further increasing the mixing ratio of biomethanol. Such measures can increase the amount of biomethanol used in the fuel as much as possible.

なお、図7の例では、燃料タンク111内には、活性炭212が設置されているが、これは、必ずしも必要ではなく、燃料タンク111内には、活性炭212が設置されていなくても良いことは当業者には明らかであろう。   In the example of FIG. 7, the activated carbon 212 is installed in the fuel tank 111, but this is not always necessary, and the activated carbon 212 may not be installed in the fuel tank 111. Will be apparent to those skilled in the art.

(活性炭層のクリーニングについて)
以上の説明のように、本発明によるDMFC型燃料電池は、活性炭層150を有するという特徴を有する。
(About cleaning the activated carbon layer)
As described above, the DMFC type fuel cell according to the present invention has the feature of having the activated carbon layer 150.

ここで、使用時間が長期化し、活性炭層150に吸着した硫黄成分の量が増加すると、活性炭層150の不純物除去能力が低下するおそれがある。従って、活性炭層150の不純物除去能力を回復させるため、時折、活性炭層150のクリーニングを実施することが好ましい。   Here, if the usage time is prolonged and the amount of the sulfur component adsorbed on the activated carbon layer 150 is increased, the impurity removing ability of the activated carbon layer 150 may be reduced. Therefore, in order to recover the impurity removal capability of the activated carbon layer 150, it is preferable to occasionally clean the activated carbon layer 150.

そこで、以下、活性炭層150のクリーニング方法の一例について説明する。   Therefore, an example of a method for cleaning the activated carbon layer 150 will be described below.

図9には、本発明によるDMFC型燃料電池に使用される活性炭層のクリーニング方法を示す。なお、図9では、活性炭層150を有するDMFC型燃料電池として、図2に示したタイプの燃料電池100を例にしているが、DMFC型燃料電池は、他のタイプのもの、例えばDMFC型燃料電池200、300であっても良い。   FIG. 9 shows a cleaning method of the activated carbon layer used in the DMFC type fuel cell according to the present invention. 9 exemplifies the fuel cell 100 of the type shown in FIG. 2 as a DMFC type fuel cell having the activated carbon layer 150. However, the DMFC type fuel cell may be of another type, for example, a DMFC type fuel cell. The batteries 200 and 300 may be used.

活性炭層150をクリーニングするには、まず、燃料電池本体130の燃料の流通路を利用して、燃料電池本体130に温水を流入する。温水は、例えば、燃料電池本体130の燃料取入口120aを介して導入しても良い。温水の温度は、特に限られないが、90℃以下であることが好ましい。電解質膜170の損傷を確実に防止するためである。   In order to clean the activated carbon layer 150, first, warm water is introduced into the fuel cell main body 130 using the fuel flow path of the fuel cell main body 130. The hot water may be introduced, for example, through the fuel inlet 120a of the fuel cell main body 130. The temperature of the hot water is not particularly limited, but is preferably 90 ° C. or lower. This is for reliably preventing damage to the electrolyte membrane 170.

温水が活性炭層150に到達すると、不純物が吸着した状態にある活性炭152が温水で浸され、活性炭152の温度が上昇する。通常、活性炭152は、温度が上がると、吸着不純物を放出し易くなる。従って、これにより、活性炭152に付着した不純物は、温水中に脱離するようになる。   When the hot water reaches the activated carbon layer 150, the activated carbon 152 in which impurities are adsorbed is immersed in the hot water, and the temperature of the activated carbon 152 rises. In general, the activated carbon 152 easily releases adsorbed impurities as the temperature rises. Accordingly, the impurities adhering to the activated carbon 152 are desorbed in the warm water.

その後、脱離不純物を含む温水は、燃料電池本体130の適当な箇所に設けられた排出口920aを介して、外部に排出される。これにより、活性炭152から不純物を除去し、活性炭152をクリーニングすることができる。   Thereafter, the hot water containing desorbed impurities is discharged to the outside through the discharge port 920a provided at an appropriate location of the fuel cell main body 130. Thereby, impurities can be removed from the activated carbon 152 and the activated carbon 152 can be cleaned.

活性炭152を温水で洗浄した後、再度燃料電池の発電を行う前には、燃料の流通路に残留する温水を、十分に除去しておくことが好ましい。これにより、燃料を再導入する際に、メタノール濃度が低下しないようにすることができる。温水の除去は、例えば、空気(温風など)の導入により行っても良い。   After the activated carbon 152 is washed with warm water, it is preferable to sufficiently remove the warm water remaining in the fuel flow passage before power generation of the fuel cell again. Thereby, it is possible to prevent the methanol concentration from decreasing when the fuel is reintroduced. The removal of warm water may be performed by introducing air (hot air or the like), for example.

図10には、活性炭のクリーニング効果の一例を示す。   FIG. 10 shows an example of the cleaning effect of activated carbon.

図10は、DMFC型燃料電池を1000時間、連続運転した後、運転を停止し、活性炭を温水でクリーニングし、その後再度燃料電池を運転したときの、発電特性(最大発電密度ピーク)の経時変化を連続的に示したグラフである。   Fig. 10 shows the change over time in power generation characteristics (maximum power generation density peak) when a DMFC type fuel cell is continuously operated for 1000 hours, then the operation is stopped, the activated carbon is cleaned with warm water, and then the fuel cell is operated again. It is the graph which showed continuously.

DMFC型燃料電池としては、図2に示すタイプのものを使用した。また、燃料には、100%バイオメタノールを使用した。活性炭のクリーニングは、燃料電池本体の燃料取入口から、80℃の温水(純水の温水)を10分間、導入し続け、活性炭を洗浄することにより実施した。   As the DMFC type fuel cell, the type shown in FIG. 2 was used. Moreover, 100% biomethanol was used as the fuel. The cleaning of the activated carbon was performed by continuously introducing 80 ° C. warm water (pure water) from the fuel inlet of the fuel cell main body for 10 minutes, and washing the activated carbon.

図10から、活性炭のクリーニング後(「リフレッシュ」と記載された時間点直後)に、燃料電池の発電性能が向上していることがわかる。このように、使用後の活性炭のクリーニングによって、活性炭の不純物除去効果が回復し、燃料電池の発電性能が再度向上することが確認された。   FIG. 10 shows that the power generation performance of the fuel cell is improved after cleaning the activated carbon (immediately after the time point described as “refresh”). Thus, it was confirmed that cleaning of activated carbon after use restored the impurity removal effect of activated carbon and improved the power generation performance of the fuel cell again.

なお、上記例では、活性炭のクリーニングに温水を使用したが、燃料電池を構成する部材に損傷を及ぼすおそれがなければ、この目的に、温水以外の液体または気体を使用しても良い。   In the above example, warm water is used for cleaning the activated carbon, but a liquid or gas other than warm water may be used for this purpose as long as there is no risk of damaging the members constituting the fuel cell.

図11には、活性炭のクリーニングに気体を使用する例を示す。   FIG. 11 shows an example in which a gas is used for cleaning the activated carbon.

この場合、図9の場合とは異なり、活性炭152のクリーニングに温風が使用される。すなわち、この例では、燃料取入口120aを介して、燃料電池本体130に温風が導入される。温風の温度は、前述の理由から、90℃以下であることが好ましい。   In this case, unlike the case of FIG. 9, hot air is used for cleaning the activated carbon 152. That is, in this example, warm air is introduced into the fuel cell main body 130 through the fuel intake port 120a. The temperature of the hot air is preferably 90 ° C. or lower for the above-described reason.

この方法では、活性炭152が温風によって加熱され、活性炭152に吸着した成分が、温風中に脱離する。従って、このような方法でも、活性炭152をクリーニングすることができる。   In this method, the activated carbon 152 is heated with warm air, and the components adsorbed on the activated carbon 152 are desorbed into the warm air. Therefore, the activated carbon 152 can be cleaned also by such a method.

図12には、温風による活性炭のクリーニング効果の一例を示す。   FIG. 12 shows an example of the cleaning effect of activated carbon by hot air.

図12は、DMFC型燃料電池を1000時間、連続運転した後、運転を停止し、活性炭を温風でクリーニングし、その後再度燃料電池を運転したときの、発電特性(最大発電密度ピーク)の経時変化を連続的に示したグラフである。   FIG. 12 shows the time lapse of power generation characteristics (maximum power generation density peak) when the DMFC type fuel cell was continuously operated for 1000 hours, the operation was stopped, the activated carbon was cleaned with warm air, and then the fuel cell was operated again. It is the graph which showed the change continuously.

DMFC型燃料電池としては、図2に示すタイプのものを使用した。また、燃料には、100%バイオメタノールを使用した。活性炭のクリーニングは、燃料電池本体の燃料取入口から、80℃の温風を10分間、導入し続け、活性炭を洗浄することにより実施した。   As the DMFC type fuel cell, the type shown in FIG. 2 was used. Moreover, 100% biomethanol was used as the fuel. The cleaning of the activated carbon was performed by continuously introducing warm air of 80 ° C. for 10 minutes from the fuel intake port of the fuel cell main body and washing the activated carbon.

図12から、この場合も、活性炭のクリーニング後(「リフレッシュ」と記載された時間点直後)に、燃料電池の発電性能が向上していることがわかる。   From FIG. 12, it can be seen that in this case as well, the power generation performance of the fuel cell is improved after cleaning the activated carbon (immediately after the time point described as “refresh”).

なお、図10と図12の比較から、温水によるクリーニングと、温風によるクリーニングとでは、温水によるクリーニングの方がその効果は大きいことが予想される。   From the comparison between FIG. 10 and FIG. 12, it is expected that cleaning with warm water is more effective in cleaning with warm water and cleaning with warm air.

しかしながら、温水によるクリーニングの場合、温水の準備や配管の設置など、周辺の
設備を整える必要が生じる。これに対して、温風によるクリーニングは、簡単なブロー装置(ドライヤー)などを用いて、比較的容易に行うことができる。このため、一般ユーザーが活性炭のクリーニングを行う場合は、温風によるクリーニングが有意であると考えられる。
However, in the case of cleaning with warm water, it is necessary to prepare peripheral equipment such as preparation of warm water and installation of piping. On the other hand, cleaning with warm air can be performed relatively easily using a simple blower (dryer) or the like. For this reason, when a general user cleans activated carbon, cleaning with warm air is considered significant.

なお、温水によるクリーニングと、温風によるクリーニングとを併用しても良いことは、当然である。   Of course, cleaning with warm water and cleaning with warm air may be used in combination.

本発明は、携帯機器などの情報機器や家電機器などに使用される燃料電池、特にメタノールを燃料に用いたDMFC型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell)に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a fuel cell used for information devices such as portable devices and home appliances, particularly a DMFC type fuel cell using methanol as a fuel (Direct Methanol Fuel Cell).

10 従来のDMFC型燃料電池
11 燃料タンク
20a 燃料取入口
20b 空気取入口
25 外部負荷
30 燃料電池本体
40 メタノール層
60 負極(燃料極)
60A 負極触媒層
70 電解質膜
80 正極触媒層
80A 正極触媒層
90 空気層
100 本発明によるDMFC型燃料電池
111 燃料タンク
120a 燃料取入口
120b 空気取入口
130 燃料電池本体
140 メタノール層
150 活性炭層
152 活性炭
160 負極
160A 負極触媒層
170 電解質膜
180 正極
180A 正極触媒層
190 空気層
200 本発明によるDMFC型燃料電池
212 活性炭
300 本発明によるDMFC型燃料電池
362 触媒粒子
363 カーボン粒子
462 触媒粒子
463 カーボン粒子
920a 排出口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Conventional DMFC type fuel cell 11 Fuel tank 20a Fuel inlet 20b Air inlet 25 External load 30 Fuel cell body 40 Methanol layer 60 Negative electrode (fuel electrode)
60A negative electrode catalyst layer 70 electrolyte membrane 80 positive electrode catalyst layer 80A positive electrode catalyst layer 90 air layer 100 DMFC type fuel cell 111 according to the present invention 111 fuel tank 120a fuel intake port 120b air intake port 130 fuel cell main body 140 methanol layer 150 activated carbon layer 152 activated carbon 160 Negative electrode 160A Negative electrode catalyst layer 170 Electrolyte membrane 180 Positive electrode 180A Positive electrode catalyst layer 190 Air layer 200 DMFC fuel cell 212 activated carbon according to the present invention 300 DMFC fuel cell according to the present invention 362 Catalyst particles 363 Carbon particles 462 Catalyst particles 463 Carbon particles 920a Discharge port

Claims (7)

負極と、正極と、両極の間に配置された電解質層とを有するDMFC型燃料電池であって、
当該DMFC型燃料電池は、バイオメタノールを燃料として使用し、
前記燃料は、バイオメタノール源から、該バイオメタノール源および前記負極に接続された流通路を介して、前記負極にまで供給され、
前記流通路の少なくとも一部には、活性炭を有する活性炭層が設けられていることを特徴とするDMFC型燃料電池。
A DMFC type fuel cell having a negative electrode, a positive electrode, and an electrolyte layer disposed between the two electrodes,
The DMFC type fuel cell uses biomethanol as fuel,
The fuel is supplied from a biomethanol source to the negative electrode through a flow passage connected to the biomethanol source and the negative electrode,
A DMFC type fuel cell, wherein an activated carbon layer having activated carbon is provided in at least a part of the flow passage.
前記活性炭層は、前記負極の前記電解質層とは反対の側に、前記負極と隣接して設置されていることを特徴とする請求項1に記載のDMFC型燃料電池。   2. The DMFC fuel cell according to claim 1, wherein the activated carbon layer is disposed adjacent to the negative electrode on a side opposite to the electrolyte layer of the negative electrode. さらに、前記バイオメタノール源としての燃料タンクを有し、
前記燃料タンク内には、第2の活性炭が設置されていることを特徴とする請求項1または2に記載のDMFC型燃料電池。
Furthermore, it has a fuel tank as the biomethanol source,
The DMFC fuel cell according to claim 1 or 2, wherein a second activated carbon is installed in the fuel tank.
燃料として、バイオメタノールと、化石燃料から製造されたメタノールとの混合物が使用されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載のDMFC型燃料電池。   The DMFC type fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein a mixture of biomethanol and methanol produced from fossil fuel is used as the fuel. さらに、前記活性炭層の活性炭をクリーニングするための手段を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載のDMFC型燃料電池。   The DMFC type fuel cell according to any one of claims 1 to 4, further comprising means for cleaning the activated carbon of the activated carbon layer. 前記流通路は、前記活性炭層の活性炭をクリーニングするための流体の導入口と、該流体の排出口とを有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載のDMFC型燃料電池。   5. The DMFC-type fuel according to claim 1, wherein the flow passage includes a fluid introduction port for cleaning the activated carbon of the activated carbon layer and a discharge port for the fluid. battery. 前記活性炭層の活性炭をクリーニングするための流体は、温水および/または温風であることを特徴とする請求項6に記載のDMFC型燃料電池。   The DMFC type fuel cell according to claim 6, wherein the fluid for cleaning the activated carbon of the activated carbon layer is hot water and / or hot air.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016526537A (en) * 2013-06-19 2016-09-05 エフピーイノベイションズ Production method of biomethanol in pulp mill

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