JP2016103410A - Fuel cell - Google Patents

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坂本 友和
Tomokazu Sakamoto
友和 坂本
卓也 小俣
Takuya Omata
卓也 小俣
唯 桑原
Yui Kuwabara
唯 桑原
和彦 間所
Kazuhiko Madokoro
和彦 間所
田中 裕久
Hirohisa Tanaka
裕久 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell restricted in output density decrease.SOLUTION: A fuel cell 1 comprises: a film-electrode assembly 16 including an anion exchange film 4, a fuel-side electrode 2 provided on one side of the anion exchange film in the thickness direction thereof, and an oxygen-side electrode 3 provided on the other side of the anion exchange film in the thickness direction thereof; a fuel diffusion layer 5 provided on one side of the fuel-side electrode 2 in the thickness direction thereof; and a fuel supply member 7 provided on one side of the fuel diffusion layer 5 in the thickness direction thereof and configured to supply liquid fuel. The fuel diffusion layer 5 is felt.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

従来、燃料電池として、アルカリ形(AFC)、固体高分子形(PEFC)、リン酸形(PAFC)、溶融炭酸塩形(MCFC)、固体電解質形(SOFC)など、各種燃料電池が知られている。これらの燃料電池は、例えば、自動車用途など、各種用途での使用が検討されている。   Conventionally, various fuel cells such as alkaline type (AFC), solid polymer type (PEFC), phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate type (MCFC), solid electrolyte type (SOFC) are known as fuel cells. Yes. These fuel cells are being studied for use in various applications such as automobile applications.

例えば、固体高分子形燃料電池は、通常、複数の燃料電池セルが積層されるスタック構造として形成されている。燃料電池セルは、燃料が供給される燃料側電極(アノード触媒層)と、酸素が供給される酸素側電極(カソード触媒層)と、これらの電極に挟まれる固体高分子電解質層とを有する膜−電極接合体(MEA)を備えており、さらにガス拡散層などがMEAを挟んで対向配置されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell is usually formed as a stack structure in which a plurality of fuel cells are stacked. A fuel cell includes a fuel-side electrode (anode catalyst layer) to which fuel is supplied, an oxygen-side electrode (cathode catalyst layer) to which oxygen is supplied, and a solid polymer electrolyte layer sandwiched between these electrodes -An electrode assembly (MEA) is provided, and a gas diffusion layer and the like are arranged opposite to each other with the MEA interposed therebetween.

例えば、アニオン成分が移動可能な固体電解質膜と、その両面に形成される触媒層(アノード触媒層またはカソード触媒層)とを有し、触媒層を被覆するように電解質膜の両面に拡散層が積層されている燃料電池が知られている(特許文献1参照。)。そして、特許文献1では、燃料として、ヒドラジンなどの液体燃料が用いられている。   For example, it has a solid electrolyte membrane in which the anion component can move and a catalyst layer (anode catalyst layer or cathode catalyst layer) formed on both sides thereof, and diffusion layers are formed on both sides of the electrolyte membrane so as to cover the catalyst layer. A stacked fuel cell is known (see Patent Document 1). And in patent document 1, liquid fuels, such as a hydrazine, are used as a fuel.

特開2010−238445号公報JP 2010-238445 A

しかるに、特許文献1の燃料電池では、燃料側電極に供給される液体燃料が、電気化学反応を起こさないまま燃料側電極および固体高分子膜を通過して、酸素側電極に漏出する現象(クロスリーク)が生じる。燃料電池を長時間使用すると、クロスリークの影響が徐々に大きくなっていき、その結果、出力密度などの発電効率が低下する不具合がある。   However, in the fuel cell of Patent Document 1, the liquid fuel supplied to the fuel side electrode passes through the fuel side electrode and the solid polymer film without causing an electrochemical reaction, and leaks to the oxygen side electrode (cross). Leak). When the fuel cell is used for a long time, the influence of the cross leak gradually increases, and as a result, there is a problem that the power generation efficiency such as the output density is lowered.

そこで、本発明の目的は、出力密度の低下が抑制された燃料電池を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell in which a decrease in output density is suppressed.

本発明の燃料電池は、アニオン交換膜、前記アニオン交換膜の厚み方向一方側に設けられる燃料側電極、および、前記アニオン交換膜の厚み方向他方側に設けられる酸素側電極を備える膜−電極接合体と、前記燃料側電極の厚み方向一方側に設けられる拡散層と、前記拡散層の厚み方向一方側に設けられ、液体燃料を供給する燃料供給部材とを備え、前記拡散層は、フェルトであることを特徴としている。   The fuel cell of the present invention comprises a membrane-electrode junction comprising an anion exchange membrane, a fuel side electrode provided on one side in the thickness direction of the anion exchange membrane, and an oxygen side electrode provided on the other side in the thickness direction of the anion exchange membrane. Body, a diffusion layer provided on one side in the thickness direction of the fuel side electrode, and a fuel supply member provided on one side in the thickness direction of the diffusion layer and supplying liquid fuel, and the diffusion layer is made of felt. It is characterized by being.

本発明の燃料電池では、拡散層がフェルトであるため、出力密度の低下が抑制されている。そのため、長時間、安定した出力密度を維持することができる。   In the fuel cell of the present invention, since the diffusion layer is felt, a decrease in output density is suppressed. Therefore, a stable output density can be maintained for a long time.

図1は、本発明の燃料電池の一実施形態を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a fuel cell of the present invention. 図2は、実施例において、ヒドラジン透過量およびKOH透過量を測定する実験装置の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an experimental apparatus for measuring the hydrazine permeation amount and the KOH permeation amount in Examples.

図1において、燃料電池1は、固体高分子形燃料電池であって、複数の燃料電池セルSを備えており、これらの燃料電池セルSが積層されたスタック構造(セル積層体15)として形成されている。   In FIG. 1, a fuel cell 1 is a polymer electrolyte fuel cell, and includes a plurality of fuel cells S and is formed as a stack structure (cell stack 15) in which these fuel cells S are stacked. Has been.

なお、図1においては、図解しやすいように1つの燃料電池セルSを取り出して拡大図に示している。   In FIG. 1, one fuel cell S is taken out and shown in an enlarged view for easy illustration.

燃料電池セルSは、膜−電極接合体16(以下、「MEA」と略記する。)と、膜−電極接合体16の厚み方向一方側および厚み方向他方側に設けられる拡散層とを備えている。   The fuel cell S includes a membrane-electrode assembly 16 (hereinafter abbreviated as “MEA”) and a diffusion layer provided on one side in the thickness direction and the other side in the thickness direction of the membrane-electrode assembly 16. Yes.

MEA16は、アニオン交換膜4と、アニオン交換膜4を挟んで対向配置され、燃料(後述)が供給される燃料側電極2、および、酸素が供給される酸素側電極3とを備えている。   The MEA 16 includes an anion exchange membrane 4, a fuel side electrode 2 that is opposed to the anion exchange membrane 4 and is supplied with fuel (described later), and an oxygen side electrode 3 that is supplied with oxygen.

アニオン交換膜4としては、アニオン成分(例えば、水酸化物イオン(OH)など)が移動可能な媒体であれば、特に限定されず、例えば、4級アンモニウム基、ピリジニウム基などのアニオン交換基を有する固体高分子膜(アニオン交換樹脂)が挙げられる。 The anion exchange membrane 4 is not particularly limited as long as it is a medium in which an anion component (for example, hydroxide ion (OH )) can move, and for example, an anion exchange group such as a quaternary ammonium group or a pyridinium group. And a solid polymer membrane (anion exchange resin).

アニオン交換膜を形成する固体高分子としては、例えば、ポリスチレンおよびその変性体などの炭化水素系の固体高分子などが挙げられる。また、アニオン交換膜を形成する固体高分子は、その分子構造において、架橋構造を有していてもよい。   Examples of the solid polymer that forms the anion exchange membrane include hydrocarbon solid polymers such as polystyrene and modified products thereof. The solid polymer forming the anion exchange membrane may have a cross-linked structure in its molecular structure.

このようなアニオン交換膜は、特に制限されないが、例えば、特開2013−47309号公報に記載の方法などによって得ることができる。   Such an anion exchange membrane is not particularly limited, and can be obtained by, for example, the method described in JP2013-47309A.

また、アニオン交換膜は、市販品として入手可能であり、例えば、セレミオン(旭硝子社製)、ネオセプタ(アストム社製)などが挙げられる。   Moreover, an anion exchange membrane is available as a commercial item, for example, Selemion (made by Asahi Glass Co., Ltd.), Neoceptor (made by Astom Corp.), etc. are mentioned.

また、アニオン交換膜4の膜厚は、例えば、10〜100μmである。   Moreover, the film thickness of the anion exchange membrane 4 is 10-100 micrometers, for example.

燃料側電極(アノード電極)2は、例えば、触媒およびイオン交換樹脂を含有する電極材料により形成されている。   The fuel side electrode (anode electrode) 2 is formed of, for example, an electrode material containing a catalyst and an ion exchange resin.

触媒としては、特に制限されず、例えば、白金族元素(ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt))、鉄族元素(鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni))などの周期表(IUPAC Periodic Table of the Elements(version date 22 June 2007)に従う。以下同じ。)第8〜10(VIII)族元素や、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)などの周期表第11(IB)族元素、さらには亜鉛(Zn)などの金属単体や、それらの合金などが挙げられる。好ましくは、鉄族元素が挙げられる。これらは、単独使用または2種以上併用することができる。   The catalyst is not particularly limited, and examples thereof include platinum group elements (ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt)), iron group elements ( According to a periodic table such as iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)) (IUPAC Periodic Table of the Elements (version date 22 June 2007), the same applies hereinafter) Group 8 to 10 (VIII) elements, For example, periodic table 11th group (IB) elements, such as copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au), and simple metals such as zinc (Zn), and alloys thereof may be used. Preferably, an iron group element is mentioned. These can be used alone or in combination of two or more.

また、触媒は、触媒担体に触媒が担持された担持触媒であってもよい。触媒担体としては、例えば、カーボンなどの多孔質物質が挙げられる。触媒の触媒担体に対する担持量は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。   The catalyst may be a supported catalyst in which a catalyst is supported on a catalyst carrier. Examples of the catalyst carrier include porous substances such as carbon. The amount of the catalyst supported on the catalyst carrier is not particularly limited, and is appropriately set according to the purpose and application.

イオン交換樹脂としては、好ましくは、アニオン交換樹脂が挙げられる。具体的には、炭化水素系アイオノマー、フッ素系アイオノマー、ウレタン系アイオノマーなどのアイオノマーが挙げられる。   The ion exchange resin is preferably an anion exchange resin. Specific examples include ionomers such as hydrocarbon ionomers, fluorine ionomers, and urethane ionomers.

イオン交換樹脂の含有割合は、触媒100質量部に対して、例えば、100質量部以上、好ましくは、300質量部以上であり、また、例えば、5000質量部以下、好ましくは、1000質量部以下である。   The content ratio of the ion exchange resin is, for example, 100 parts by mass or more, preferably 300 parts by mass or more, and, for example, 5000 parts by mass or less, preferably 1000 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the catalyst. is there.

燃料側電極2は、次のように形成されている。すなわち、例えば、触媒およびイオン交換樹脂を、有機溶媒に分散させた燃料側電極インクを調製する。その燃料側電極インクを、アニオン交換膜4の一方面に、公知の方法(例えば、スプレー法、ダイコーター法など)により塗布し、乾燥させる。これにより、燃料側電極2は、薄膜状の電極膜としてアニオン交換膜4の一方面に形成される。   The fuel side electrode 2 is formed as follows. That is, for example, a fuel-side electrode ink in which a catalyst and an ion exchange resin are dispersed in an organic solvent is prepared. The fuel side electrode ink is applied to one side of the anion exchange membrane 4 by a known method (for example, spray method, die coater method, etc.) and dried. Thereby, the fuel side electrode 2 is formed on one surface of the anion exchange membrane 4 as a thin film electrode membrane.

有機溶媒として、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの低級アルコール、テトラヒドロフランなどの環状エーテル、これらの混合溶媒などが挙げられる。   Examples of the organic solvent include lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol and isopropanol, cyclic ethers such as tetrahydrofuran, and mixed solvents thereof.

燃料側電極2の厚みは、例えば、10μm以上、好ましくは、20μm以上であり、また、例えば、500μm以下、好ましくは、200μm以下である。   The thickness of the fuel side electrode 2 is, for example, 10 μm or more, preferably 20 μm or more, and for example, 500 μm or less, preferably 200 μm or less.

触媒の含有量は、例えば、0.01〜5mg/cmである。 The catalyst content is, for example, 0.01 to 5 mg / cm 2 .

酸素側電極(カソード電極)3は、例えば、錯体金属触媒およびイオン交換樹脂を含有する電極材料により形成されている。   The oxygen side electrode (cathode electrode) 3 is formed of, for example, an electrode material containing a complex metal catalyst and an ion exchange resin.

錯体金属触媒は、遷移金属(触媒金属)に錯体形成有機化合物が配位することによって形成されている。   The complex metal catalyst is formed by coordination of a complex-forming organic compound with a transition metal (catalyst metal).

遷移金属(触媒金属)としては、例えば、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、ランタン(La)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、金(Au)などが挙げられる。好ましくは、鉄が挙げられる。これらは、単独使用または2種以上併用することができる。   Examples of the transition metal (catalyst metal) include scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni). , Copper (Cu), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag) , Lanthanum (La), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au), and the like. Preferably, iron is used. These can be used alone or in combination of two or more.

錯体形成有機化合物としては、例えば、フェナントロリン、アミノアンチピリン、ピロール、ポルフィリン、テトラメトキシフェニルポルフィリン、ジベンゾテトラアザアヌレン、フタロシアニン、コリン、クロリン、サルコミンなどの錯体形成有機化合物またはこれらの重合体が挙げられる。好ましくは、アミノアンチピリンが挙げられる。これらは、単独使用または2種以上併用することができる。   Examples of the complex-forming organic compounds include complex-forming organic compounds such as phenanthroline, aminoantipyrine, pyrrole, porphyrin, tetramethoxyphenylporphyrin, dibenzotetraazaannulene, phthalocyanine, choline, chlorin, and salcomine, or polymers thereof. Preferably, aminoantipyrine is used. These can be used alone or in combination of two or more.

また、錯体金属触媒を用いず、上記遷移金属を用いることもできる。   Moreover, the said transition metal can also be used without using a complex metal catalyst.

イオン交換樹脂は、燃料側電極2と同様のイオン交換樹脂が挙げられる。   Examples of the ion exchange resin include the same ion exchange resin as that of the fuel side electrode 2.

イオン交換樹脂の含有割合は、錯体金属触媒100質量部に対して、例えば、10質量部以上、好ましくは、30質量部以上であり、また、例えば、1000質量部以下、好ましくは、200質量部以下である。   The content ratio of the ion exchange resin is, for example, 10 parts by mass or more, preferably 30 parts by mass or more, and for example, 1000 parts by mass or less, preferably 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the complex metal catalyst. It is as follows.

酸素側電極3は、撥水性を付与するための樹脂成分(例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素系樹脂)などの公知の高分子添加剤を含有していてもよい。高分子添加剤の含有割合は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。   The oxygen side electrode 3 may contain a known polymer additive such as a resin component for imparting water repellency (for example, a fluorine resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE)). The content ratio of the polymer additive is not particularly limited, and is appropriately set according to the purpose and application.

酸素側電極3は、次のように形成されている。すなわち、例えば、錯体金属触媒およびイオン交換樹脂、さらに必要に応じて添加剤を、有機溶媒に分散させた酸素側電極インクを調製する。その酸素側電極インクを、アニオン交換膜4の他方面に、公知の方法(例えば、スプレー法、ダイコーター法など)により塗布し、乾燥させる。これにより、酸素側電極3は、薄膜状の電極膜としてアニオン交換膜4の他方面に形成される。   The oxygen side electrode 3 is formed as follows. That is, for example, an oxygen-side electrode ink in which a complex metal catalyst, an ion exchange resin, and, if necessary, an additive are dispersed in an organic solvent is prepared. The oxygen side electrode ink is applied to the other surface of the anion exchange membrane 4 by a known method (for example, a spray method, a die coater method, etc.) and dried. Thereby, the oxygen side electrode 3 is formed in the other surface of the anion exchange membrane 4 as a thin film-like electrode film.

酸素側電極3の厚みは、例えば、10μm以上、好ましくは、20μm以上であり、また、好ましくは、300μm以下、好ましくは、150μm以下である。   The thickness of the oxygen side electrode 3 is, for example, 10 μm or more, preferably 20 μm or more, and preferably 300 μm or less, preferably 150 μm or less.

錯体金属触媒の含有量(担持量)は、例えば、0.01〜5mg/cmである。 The content (supported amount) of the complex metal catalyst is, for example, 0.01 to 5 mg / cm 2 .

これによって、アニオン交換膜4と、アニオン交換膜4を挟む燃料側電極2および酸素側電極3とは、MEAとして一体的に形成されている。   Thereby, the anion exchange membrane 4 and the fuel side electrode 2 and the oxygen side electrode 3 sandwiching the anion exchange membrane 4 are integrally formed as MEA.

電池セルSは、MEA16の厚み方向一方側および厚み方向他方側のそれぞれに拡散層を備えている。すなわち、燃料側電極2の厚み方向一方側の表面(一方面)に燃料拡散層5が設けられ、酸素側電極3の厚み方向他方側の表面(他方面)にガス拡散層6が設けられている。   The battery cell S includes a diffusion layer on each of the MEA 16 on one side in the thickness direction and on the other side in the thickness direction. That is, the fuel diffusion layer 5 is provided on one surface (one surface) in the thickness direction of the fuel side electrode 2, and the gas diffusion layer 6 is provided on the other surface (other surface) in the thickness direction of the oxygen side electrode 3. Yes.

燃料拡散層5は、アニオン交換膜4の一方面に、燃料側電極2を被覆するように配置されている。具体的には、燃料拡散層5は、厚み方向に投影したときに、燃料側電極2と同一形状となるように形成されており、燃料拡散層5の上端面および下端面のそれぞれは、燃料側電極2の上端面および下端面のそれぞれと面一になるように配置されている。   The fuel diffusion layer 5 is disposed on one surface of the anion exchange membrane 4 so as to cover the fuel side electrode 2. Specifically, the fuel diffusion layer 5 is formed to have the same shape as the fuel-side electrode 2 when projected in the thickness direction, and the upper end surface and the lower end surface of the fuel diffusion layer 5 The side electrode 2 is disposed so as to be flush with each of the upper end surface and the lower end surface.

燃料拡散層5は、燃料(特に液体燃料)を通過および拡散させるための細孔を有しており、フェルトからなる。   The fuel diffusion layer 5 has pores for passing and diffusing fuel (particularly liquid fuel) and is made of felt.

フェルトは、多数の繊維(例えば、カーボンファイバー)に熱、圧力、振動などを加えることにより、繊維を不規則に絡ませてシート状にしたものであり、繊維が規則正しく網目構造に配置されたカーボンクロスなどの織物;繊維を結着材と混合し、紙すきなどの方法でシート状に製造したカーボンペーパーなどの紙;などとは区別される。   A felt is a sheet made by irregularly tangling fibers by applying heat, pressure, vibration, etc. to a large number of fibers (for example, carbon fibers), and a carbon cloth in which the fibers are regularly arranged in a network structure. It is distinguished from a woven fabric such as carbon paper such as carbon paper produced by mixing a fiber with a binder and manufacturing a sheet by a method such as paper cutting.

フェルトを構成する繊維は、好ましくは、カーボンファイバーが挙げられる。   The fiber constituting the felt is preferably a carbon fiber.

燃料拡散層5は、好ましくは、カーボンフェルトからなる。   The fuel diffusion layer 5 is preferably made of carbon felt.

このようなカーボンフェルトとしては、例えば、フロイデンベルグ社の「H1410」、「H2415」などが挙げられる。   Examples of such carbon felt include “H1410” and “H2415” manufactured by Freudenberg.

燃料拡散層5の厚みは、例えば、100μm以上、好ましくは、150μm以上であり、また、例えば、500μm以下、好ましくは、300μm以下である。   The thickness of the fuel diffusion layer 5 is, for example, 100 μm or more, preferably 150 μm or more, and for example, 500 μm or less, preferably 300 μm or less.

燃料拡散層5のヒドラジン類の透過量は、例えば、2000g/m・h以下、好ましくは、1500g/m・h以下であり、また、例えば、500g/m・h以上、好ましくは、1000g/m・h以上である。 The amount of hydrazine permeated through the fuel diffusion layer 5 is, for example, 2000 g / m 2 · h or less, preferably 1500 g / m 2 · h or less, for example, 500 g / m 2 · h or more, preferably 1000 g / m 2 · h or more.

燃料拡散層5のアルカリ金属(特に、KOH)の透過量は、例えば、1500g/m・h以下、好ましくは、500g/m・h以下であり、また、例えば、100g/m・h以上、好ましくは、200g/m・h以上である。 The permeation amount of alkali metal (particularly KOH) of the fuel diffusion layer 5 is, for example, 1500 g / m 2 · h or less, preferably 500 g / m 2 · h or less, and for example, 100 g / m 2 · h. As mentioned above, Preferably, it is 200 g / m < 2 > * h or more.

燃料拡散層5のヒドラジン類およびアルカリ金属の透過量が上記範囲である場合、クロスリークの発生にかかわらず、出力密度の低下を抑制することができる。   When the permeation amount of hydrazines and alkali metals in the fuel diffusion layer 5 is in the above range, it is possible to suppress a decrease in output density regardless of the occurrence of cross leak.

ヒドラジン類およびアルカリ金属の透過量は、後述する実施例に記載の方法で測定することができる。   The permeation amount of hydrazines and alkali metals can be measured by the method described in Examples described later.

ガス拡散層6は、ガス(酸素)を通過および拡散させるための細孔を有しており、燃料拡散層5と略同一形状に形成されている。ガス拡散層6は、アニオン交換膜4の他方面に、酸素側電極3を被覆するように配置されている。具体的には、ガス拡散層6は、厚み方向に投影したときに、酸素側電極3と同一形状となるように形成されており、ガス拡散層6の上端面および下端面のそれぞれは、酸素側電極3の上端面および下端面のそれぞれと面一になるように配置されている。   The gas diffusion layer 6 has pores for passing and diffusing gas (oxygen), and is formed in substantially the same shape as the fuel diffusion layer 5. The gas diffusion layer 6 is disposed on the other surface of the anion exchange membrane 4 so as to cover the oxygen side electrode 3. Specifically, the gas diffusion layer 6 is formed so as to have the same shape as the oxygen-side electrode 3 when projected in the thickness direction, and each of the upper end surface and the lower end surface of the gas diffusion layer 6 has oxygen The side electrode 3 is arranged so as to be flush with each of the upper end surface and the lower end surface.

ガス拡散層6としては、カーボンクロス、カーボンフェルトなどが挙げられる。   Examples of the gas diffusion layer 6 include carbon cloth and carbon felt.

ガス拡散層6の厚みは、例えば、100μm以上、好ましくは、150μm以上であり、また、例えば、500μm以下、好ましくは、300μm以下である。   The thickness of the gas diffusion layer 6 is, for example, 100 μm or more, preferably 150 μm or more, and for example, 500 μm or less, preferably 300 μm or less.

電池セルSは、燃料供給部材7と酸素供給部材8とをさらに備えている。   The battery cell S further includes a fuel supply member 7 and an oxygen supply member 8.

燃料供給部材7は、燃料拡散層5の一方面に接するように、MEA16の厚み方向一方側に積層されている。燃料供給部材7は、ガス不透過性の導電性部材から形成されている。燃料供給部材7は、燃料流路9を有している。   The fuel supply member 7 is stacked on one side in the thickness direction of the MEA 16 so as to be in contact with one surface of the fuel diffusion layer 5. The fuel supply member 7 is formed of a gas impermeable conductive member. The fuel supply member 7 has a fuel flow path 9.

燃料流路9は、燃料側電極2に液体燃料(後述)を供給し、燃料側電極2の全体に液体燃料を接触させるために、燃料供給部材7の他方面に形成されている。燃料流路9は、燃料供給部材7の厚み方向他方面から厚み方向一方へ凹む凹溝であり、幅方向(厚み方向および上下方向に直交する方向)に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。燃料流路9は、燃料拡散層5に向かい合っている。すなわち、燃料流路9と燃料側電極2との間には、燃料拡散層5が介在されている。   The fuel flow path 9 is formed on the other surface of the fuel supply member 7 in order to supply liquid fuel (described later) to the fuel side electrode 2 and bring the liquid fuel into contact with the entire fuel side electrode 2. The fuel flow path 9 is a groove that is recessed from the other surface in the thickness direction of the fuel supply member 7 to one side in the thickness direction, and is folded in the vertical direction while being folded back in the width direction (the direction perpendicular to the thickness direction and the vertical direction). It is formed into a shape. The fuel flow path 9 faces the fuel diffusion layer 5. That is, the fuel diffusion layer 5 is interposed between the fuel flow path 9 and the fuel side electrode 2.

なお、この燃料流路9は、その上流側端部および下流側端部に、燃料供給部材7を貫通する燃料供給口10および燃料排出口11がそれぞれ連続して形成されている。具体的には、上流側端部(図1における紙面下側)に燃料供給口10が形成され、下流側端部(図1における紙面上側)に燃料排出口11が形成されている。   The fuel flow path 9 is formed with a fuel supply port 10 and a fuel discharge port 11 passing through the fuel supply member 7 at the upstream end and the downstream end thereof, respectively. Specifically, a fuel supply port 10 is formed at the upstream end (lower side in FIG. 1), and a fuel discharge port 11 is formed at the downstream end (upper side in FIG. 1).

酸素供給部材8は、ガス拡散層6の他方面に接するように、MEA16の厚み方向他方側に積層されている。酸素供給部材8は、ガス不透過性の導電性部材から形成されている。酸素供給部材8は、酸素流路12を有している。   The oxygen supply member 8 is laminated on the other side in the thickness direction of the MEA 16 so as to be in contact with the other surface of the gas diffusion layer 6. The oxygen supply member 8 is formed from a gas impermeable conductive member. The oxygen supply member 8 has an oxygen flow path 12.

酸素流路12は、酸素側電極3に酸素を供給し、酸素側電極3の全体に酸素を接触させるために、酸素供給部材8の一方面に形成されている。酸素流路12は、酸素供給部材8の厚み方向一方面から厚み方向他方へ凹む凹溝であり、幅方向に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。酸素流路12は、ガス拡散層6に向かい合っている。すなわち、酸素流路12と酸素側電極3との間には、ガス拡散層6が介在されている。   The oxygen flow path 12 is formed on one surface of the oxygen supply member 8 in order to supply oxygen to the oxygen side electrode 3 and to bring oxygen into contact with the entire oxygen side electrode 3. The oxygen channel 12 is a concave groove that is recessed from one surface in the thickness direction of the oxygen supply member 8 to the other in the thickness direction, and is formed in a folded shape extending in the vertical direction while being folded back in the width direction. The oxygen flow path 12 faces the gas diffusion layer 6. That is, the gas diffusion layer 6 is interposed between the oxygen channel 12 and the oxygen side electrode 3.

なお、この酸素流路12にも、その上流側端部および下流側端部に、酸素供給部材8を貫通する酸素供給口13および酸素排出口14がそれぞれ連続して形成されている。具体的には、上流側端部(図1における紙面上側)に酸素供給口13が形成され、下流側端部(図1における紙面下側)に酸素排出口14が形成されている。   Note that the oxygen supply port 13 and the oxygen discharge port 14 penetrating the oxygen supply member 8 are also formed continuously at the upstream end portion and the downstream end portion of the oxygen channel 12, respectively. Specifically, an oxygen supply port 13 is formed at the upstream end (upper side in FIG. 1), and an oxygen discharge port 14 is formed at the downstream end (lower side in FIG. 1).

燃料電池セルSの出力密度は、発電の初期時間(発電開始直後)で、例えば、50mW/cm以上、好ましくは、80mW/cm以上であり、また、例えば、300mW/cm以下である。 Power density of the fuel cell S is a power of the initial time (just after the start power), for example, 50 mW / cm 2 or more, preferably at most 80 mW / cm 2 or more, and is, for example, is 300 mW / cm 2 or less .

燃料電池セルSにおいて、発電時間をX軸、出力密度をY軸にプロットしたグラフにおける出力密度の傾きは、例えば、−0.050以上であり、また、例えば、0.000以下である。出力密度の傾きの測定は実施例にて詳述する。   In the fuel cell S, the slope of the output density in the graph in which the power generation time is plotted on the X-axis and the output density on the Y-axis is, for example, −0.050 or more, and for example, 0.000 or less. The measurement of the slope of the output density will be described in detail in the examples.

そして、燃料電池1は、図1に示されるように、燃料電池セルSが複数積層されるスタック構造として形成されている。そのため、燃料供給部材7および酸素供給部材8は、図示されていないが、両面に燃料流路9および酸素流路12が形成されるセパレータとして構成(兼用)される。   As shown in FIG. 1, the fuel cell 1 is formed as a stack structure in which a plurality of fuel cells S are stacked. Therefore, although not shown, the fuel supply member 7 and the oxygen supply member 8 are configured (also used) as separators in which the fuel flow path 9 and the oxygen flow path 12 are formed on both surfaces.

なお、図1には表われていないが、燃料電池1には、導電性材料によって形成される集電板が備えられており、燃料電池1で発生した起電力は、集電板に備えられた端子から外部に取り出される。   Although not shown in FIG. 1, the fuel cell 1 is provided with a current collector plate formed of a conductive material, and the electromotive force generated in the fuel cell 1 is provided in the current collector plate. It is taken out from the terminal.

次に、燃料電池1の発電について説明する。   Next, power generation by the fuel cell 1 will be described.

燃料電池1では、酸素流路12に酸素(空気)が供給されるとともに、燃料流路9に、燃料化合物を含む液体燃料が供給されることによって、発電が行われる。   In the fuel cell 1, oxygen (air) is supplied to the oxygen flow path 12 and liquid fuel containing a fuel compound is supplied to the fuel flow path 9 to generate power.

この燃料電池1において、燃料流路9に供給される液体燃料としては、例えば、燃料化合物としてメタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン類などを含む液体燃料が挙げられ、好ましくは、ヒドラジン類を含む液体燃料などが挙げられる。ヒドラジン類を含む液体燃料として、具体的には、ヒドラジン類の水溶液が挙げられる。ヒドラジン類としては、例えば、無水ヒドラジン(NHNH)、水加ヒドラジン(NHNH・HO)、トリアザン(NHNHNH)、テトラザン(NHNHNHNH)などが挙げられる。 In the fuel cell 1, the liquid fuel supplied to the fuel flow path 9 includes, for example, a liquid fuel containing methanol, dimethyl ether, hydrazines, etc. as the fuel compound, and preferably a liquid fuel containing hydrazines, etc. Can be mentioned. Specific examples of the liquid fuel containing hydrazines include aqueous solutions of hydrazines. The hydrazines, for example, anhydrous hydrazine (NH 2 NH 2), hydrazine hydrate (NH 2 NH 2 · H 2 O), triazane (NH 2 NHNH 2), Tetorazan (NH 2 NHNHNH 2), and the like.

また、液体燃料には、添加剤として、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物などを添加することができる。好ましくは、水酸化カリウムが挙げられる。   Further, for example, alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide can be added to the liquid fuel as additives. Preferably, potassium hydroxide is used.

添加剤の添加量は、例えば、0.1mol/L以上、好ましくは、0.5mol/L以上であり、また、例えば、10mol/L以下、好ましくは、5mol/L以下である。   The addition amount of the additive is, for example, 0.1 mol / L or more, preferably 0.5 mol / L or more, and for example, 10 mol / L or less, preferably 5 mol / L or less.

また、燃料は、上述した燃料化合物をそのまま供給してもよいし、例えば、水および/またはアルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの低級アルコール)などの溶液として供給してもよい。この場合、溶液中の燃料化合物の濃度は、燃料化合物の種類によっても異なるが、例えば、1質量%以上、好ましくは、5質量%以上であり、また、例えば、90質量%以下、好ましくは、30質量%以下である。   The fuel compound may be supplied as it is, or may be supplied as a solution of water and / or alcohol (for example, lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol). In this case, the concentration of the fuel compound in the solution varies depending on the type of the fuel compound, but is, for example, 1% by mass or more, preferably 5% by mass or more, and, for example, 90% by mass or less, preferably 30% by mass or less.

そして、燃料電池1における発電を、より具体的に説明すると、酸素供給部材8の酸素流路12に酸素(空気)を供給しつつ、燃料供給部材7の燃料流路9に上記した燃料を供給すれば、酸素側電極3においては、次に述べるように、燃料側電極2で発生し、外部回路を介して移動する電子(e)と、水(HO)と、酸素(O)とが反応して、水酸化物イオン(OH)を生成する。生成した水酸化物イオン(OH)は、アニオン交換膜4を、酸素側電極3から燃料側電極2へ移動する。そして、燃料側電極2においては、アニオン交換膜4を通過した水酸化物イオン(OH)と、燃料とが反応して、電子(e)が生成する。生成した電子(e)は、燃料供給部材7から外部回路を介して酸素供給部材8に移動され、酸素側電極3へ供給される。このような燃料側電極2および酸素側電極3における電気化学的反応によって、起電力が生じ、発電が行われる。 The power generation in the fuel cell 1 will be described more specifically. The above-described fuel is supplied to the fuel flow path 9 of the fuel supply member 7 while supplying oxygen (air) to the oxygen flow path 12 of the oxygen supply member 8. Then, in the oxygen side electrode 3, as described below, electrons (e ), water (H 2 O), oxygen (O 2 ) generated in the fuel side electrode 2 and moved through the external circuit ) React with each other to produce hydroxide ions (OH ). The generated hydroxide ions (OH ) move through the anion exchange membrane 4 from the oxygen side electrode 3 to the fuel side electrode 2. In the fuel-side electrode 2, the hydroxide ions (OH ) that have passed through the anion exchange membrane 4 react with the fuel to generate electrons (e ). The generated electrons (e ) are moved from the fuel supply member 7 to the oxygen supply member 8 via an external circuit and supplied to the oxygen side electrode 3. An electromotive force is generated by such an electrochemical reaction in the fuel side electrode 2 and the oxygen side electrode 3, and power generation is performed.

例えば、燃料としてヒドラジン(NHNH)を用いた場合には、上記反応は、燃料側電極2、酸素側電極3および全体として、次の反応式(1)〜(3)で表すことができる。
(1) NHNH+4OH→4HO+N+4e (燃料側電極)
(2) O+2HO+4e→4OH (酸素側電極)
(3) NHNH+O→2HO+N (全体)
なお、この燃料電池1の運転条件は、特に限定されないが、燃料側電極2に対する液体燃料の流量は、燃料電池セルS1枚あたりの流量として、例えば、0.05L/min/cell以上であり、例えば、0.5L/min/cell以下である。液体燃料の輸送における背圧は、例えば、1kPa以上であり、例えば、15kPa以下である。燃料側電極2に対する圧力は、例えば、1kPa以上であり、例えば、15kPa以下である。
For example, when hydrazine (NH 2 NH 2 ) is used as the fuel, the above reaction can be expressed by the following reaction formulas (1) to (3) as the fuel side electrode 2, the oxygen side electrode 3 and the whole. it can.
(1) NH 2 NH 2 + 4OH → 4H 2 O + N 2 + 4e (fuel side electrode)
(2) O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH (oxygen side electrode)
(3) NH 2 NH 2 + O 2 → 2H 2 O + N 2 (whole)
Although the operating conditions of the fuel cell 1 are not particularly limited, the flow rate of the liquid fuel with respect to the fuel side electrode 2 is, for example, 0.05 L / min / cell or more as the flow rate per one fuel cell S, For example, it is 0.5 L / min / cell or less. The back pressure in the transportation of the liquid fuel is, for example, 1 kPa or more, for example, 15 kPa or less. The pressure with respect to the fuel side electrode 2 is, for example, 1 kPa or more, for example, 15 kPa or less.

酸素側電極3に対する空気の流量は、燃料電池セルS1枚あたりの流量として、例えば、2.0L/min/cell以上であり、例えば、20L/min/cell以下である。空気の輸送における背圧は、例えば、5kPa以上であり、例えば、60kPa以下である。酸素側電極3に対する圧力は、例えば、10kPa以上であり、例えば、60kPa以下である。   The flow rate of air with respect to the oxygen-side electrode 3 is, for example, 2.0 L / min / cell or more, for example, 20 L / min / cell or less, as the flow rate per fuel cell S. The back pressure in air transportation is, for example, 5 kPa or more, for example, 60 kPa or less. The pressure on the oxygen side electrode 3 is, for example, 10 kPa or more, for example, 60 kPa or less.

燃料電池1の運転温度は、特に限定されないが、例えば、燃料電池セルSの温度が30℃以上、好ましくは、60℃以上であり、また、例えば、100℃以下、好ましくは、90℃以下に設定される。   The operating temperature of the fuel cell 1 is not particularly limited. For example, the temperature of the fuel cell S is 30 ° C. or higher, preferably 60 ° C. or higher, and for example, 100 ° C. or lower, preferably 90 ° C. or lower. Is set.

そして、上記した燃料電池1では、燃料側電極2の一方面に設けられる燃料拡散層5がフェルトであるため、水を透過しつつ、液体燃料や添加物の透過を抑制する。したがって、燃料側電極2において発生する水および供給される液体燃料などのうち、水のみをクロスリークすることができる。これにより、酸素側電極3にクロスリークによって水を適度に供給する一方、酸素側電極3の反応に影響を及ぼす液体燃料などを酸素側電極3に移動することを抑制できる。その結果、燃料電池1の出力密度の低下を抑制でき、長時間安定した出力密度を維持することができる。   In the fuel cell 1 described above, since the fuel diffusion layer 5 provided on one surface of the fuel side electrode 2 is felt, the permeation of liquid fuel and additives is suppressed while permeating water. Therefore, only water can be cross-leaked out of the water generated in the fuel side electrode 2 and the supplied liquid fuel. Thereby, while appropriately supplying water to the oxygen side electrode 3 by cross leak, it is possible to suppress the movement of liquid fuel or the like that affects the reaction of the oxygen side electrode 3 to the oxygen side electrode 3. As a result, a decrease in the output density of the fuel cell 1 can be suppressed, and a stable output density can be maintained for a long time.

そして、このような燃料電池1の用途としては、例えば、自動車、船舶、航空機などにおける駆動用モータの電源、携帯電話機などの通信端末における電源などが挙げられる。   Examples of the use of the fuel cell 1 include a power source for a driving motor in an automobile, a ship, and an aircraft, and a power source in a communication terminal such as a mobile phone.

次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。また、以下の記載において用いられる配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値)または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値)に代替することができる。   Next, although this invention is demonstrated based on an Example and a comparative example, this invention is not limited by the following Example. In addition, specific numerical values such as a blending ratio (content ratio), physical property values, and parameters used in the following description are described in the above-mentioned “Mode for Carrying Out the Invention”, and a blending ratio corresponding to them ( Substituting the upper limit value (numerical value defined as “less than” or “less than”) or the lower limit value (number defined as “greater than” or “exceeded”) such as content ratio), physical property values, parameters, etc. be able to.

実施例1
(燃料側電極インクの調製)
ニッケル担持カーボン触媒0.15gと、イオン交換樹脂溶液(炭化水素系アイオノマー(商品名:A3、AS4)、溶媒:1−プロパノール:THF=1:1(質量比)、2質量%濃度、トクヤマ社製)3.75gとを混合し、得られた混合物を、溶媒(1−プロパノール:THF=1:1(質量比))2.0gに分散させて、燃料側電極インクを調製した。
Example 1
(Preparation of fuel side electrode ink)
0.15 g of nickel-supported carbon catalyst and ion exchange resin solution (hydrocarbon ionomer (trade name: A3, AS4), solvent: 1-propanol: THF = 1: 1 (mass ratio), 2 mass% concentration, Tokuyama Corporation (Manufactured) 3.75 g was mixed, and the resulting mixture was dispersed in 2.0 g of a solvent (1-propanol: THF = 1: 1 (mass ratio)) to prepare a fuel-side electrode ink.

(酸素側電極インクの調製)
錯体金属触媒(アミノアンチピリンの鉄錯体触媒、CABOT社製)0.05gと、イオン交換樹脂溶液(炭化水素系アイオノマー(商品名:A3、AS4)、溶媒:1−プロパノール:THF=1:1(質量比)、2質量%濃度、トクヤマ社製)1.25gと、ポリテトラフルオロエチレン水溶性分散液(商品名:D210C、60質量%濃度、ダイキン工業社製)3.8μLとを混合し、得られた混合物を、溶媒(1−プロパノール:THF=1:1(質量比))2.0gに分散させて、酸素側電極インクを調製した。
(Preparation of oxygen-side electrode ink)
0.05 g of complex metal catalyst (iron complex catalyst of aminoantipyrine, manufactured by CABOT), ion exchange resin solution (hydrocarbon ionomer (trade name: A3, AS4), solvent: 1-propanol: THF = 1: 1 ( (Mass ratio) 2 mass% concentration, manufactured by Tokuyama Corporation) 1.25 g and polytetrafluoroethylene water-soluble dispersion (trade name: D210C, 60 mass% concentration, manufactured by Daikin Industries) 3.8 μL, The obtained mixture was dispersed in 2.0 g of a solvent (1-propanol: THF = 1: 1 (mass ratio)) to prepare an oxygen-side electrode ink.

(MEAの作製)
アニオン交換形電解質膜(商品名:A201CE、トクヤマ社製)の一方側表面にニッケル担持カーボン触媒の量が3.2mg/cmとなり、かつ、乾燥後の表面の面積が4cm(2cm×2cm)、厚さが150μmとなるように、上記燃料側電極インクを塗布して常温で乾燥させた。また、他方側表面に錯体金属触媒の量が1.0mg/cmとなり、かつ、乾燥後の表面の面積が4cm(2cm×2cm)、厚さが60μmとなるように、上記酸素側電極インクを塗布して常温で乾燥させた。これにより膜電極接合体(MEA)を製造した。
(Production of MEA)
The amount of the nickel-supported carbon catalyst is 3.2 mg / cm 2 on one surface of the anion exchange electrolyte membrane (trade name: A201CE, manufactured by Tokuyama Corporation), and the surface area after drying is 4 cm 2 (2 cm × 2 cm). The fuel side electrode ink was applied and dried at room temperature so that the thickness was 150 μm. Further, the oxygen side electrode is formed so that the amount of the complex metal catalyst is 1.0 mg / cm 2 on the other side surface, the surface area after drying is 4 cm 2 (2 cm × 2 cm), and the thickness is 60 μm. Ink was applied and dried at room temperature. This manufactured the membrane electrode assembly (MEA).

その後、溶媒を常温の大気中で蒸発させ、3.2MPaの圧力で油圧プレス機により、電解質膜の厚み方向両側から、MEA(電解質膜、燃料側電極および酸素側電極)を2分加圧した後、1MのKOHに12時間以上浸漬させた。   Thereafter, the solvent was evaporated in the air at normal temperature, and MEA (electrolyte membrane, fuel side electrode and oxygen side electrode) was pressurized for 2 minutes from both sides in the thickness direction of the electrolyte membrane with a hydraulic press at a pressure of 3.2 MPa. Then, it was immersed in 1M KOH for 12 hours or more.

(電池セルの作製)
MEAの一方面に、燃料拡散層としてカーボンフェルト(フロイデンベルグ社製、「H2415」、厚み185μm、2cm×2cm)を、燃料側電極が被覆されるように、積層した。
(Production of battery cells)
On one surface of the MEA, carbon felt (“H2415” manufactured by Freudenberg, thickness 185 μm, 2 cm × 2 cm) was laminated as a fuel diffusion layer so as to cover the fuel side electrode.

また、MEAの他方面に、ガス拡散層としてカーボンクロス(GTI社製、厚さ245μm、2cm×2cm)を、酸素側電極が被覆されるように、積層した。   Further, a carbon cloth (GTI, thickness: 245 μm, 2 cm × 2 cm) as a gas diffusion layer was laminated on the other surface of the MEA so as to cover the oxygen side electrode.

次いで、MEAの燃料拡散層側に燃料供給部材を、ガス拡散層側に酸素供給部材を積層して、電池セルを作製した(図1参照)。   Subsequently, a fuel supply member was laminated on the fuel diffusion layer side of the MEA, and an oxygen supply member was laminated on the gas diffusion layer side to produce a battery cell (see FIG. 1).

比較例1
燃料拡散層としてカーボンフェルトの代わりに、カーボンクロス(GTI社製、厚さ245μm、2cm×2cm)を用いた以外は、実施例1と同様にして、電池セルを得た。
Comparative Example 1
A battery cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that carbon cloth (GTI, thickness: 245 μm, 2 cm × 2 cm) was used as the fuel diffusion layer instead of carbon felt.

(ヒドラジン透過量およびKOH透過量の測定)
実施例および比較例で用いた燃料拡散層(カーボンフェルトおよびカーボンクロス)について、ヒドラジン透過量およびKOH透過量を測定した。
(Measurement of hydrazine permeation and KOH permeation)
With respect to the fuel diffusion layers (carbon felt and carbon cloth) used in Examples and Comparative Examples, hydrazine permeation amount and KOH permeation amount were measured.

具体的には、図2に示すように、H型ガラスセル20の中央部(断面円形状)に、実施例1の燃料拡散層5または比較例1の燃料拡散層を配置し、一方のセル21に、液体燃料を200g注入し、他方のセル22に純水200gを注入した。なお、液体燃料は、水加ヒドラジン濃度10質量%およびKOH濃度1mol/Lの水溶液とした。   Specifically, as shown in FIG. 2, the fuel diffusion layer 5 of Example 1 or the fuel diffusion layer of Comparative Example 1 is arranged in the center (circular cross section) of the H-type glass cell 20, and one cell is arranged. Into 21, 200 g of liquid fuel was injected, and 200 g of pure water was injected into the other cell 22. The liquid fuel was an aqueous solution having a hydrazine concentration of 10% by mass and a KOH concentration of 1 mol / L.

なお、燃料拡散層5と液体燃料とが接触している接触面(中央部)は、直径25mmの円形状であった。   The contact surface (center portion) where the fuel diffusion layer 5 and the liquid fuel are in contact was a circular shape with a diameter of 25 mm.

次いで、各セルの底部に配置されたスターラ23を200rpmで回転させ、各セル内部の温度を30℃に設定した。   Subsequently, the stirrer 23 arrange | positioned at the bottom part of each cell was rotated at 200 rpm, and the temperature inside each cell was set to 30 degreeC.

1時間ごとに計5時間、純水側のセル22からサンプル液を採取し、サンプル液のヒドラジンおよびカリウム濃度をイオンクロマトグラフィーにて測定した。下記式により、ヒドラジン透過量およびKOH透過量を算出した。   A sample solution was taken from the cell 22 on the pure water side every hour for a total of 5 hours, and the hydrazine and potassium concentrations of the sample solution were measured by ion chromatography. The hydrazine permeation amount and the KOH permeation amount were calculated by the following formula.

(ヒドラジン透過量)=(サンプル液のヒドラジン濃度)/(採取時間)・(接触面の面積)
(KOH透過量)=(サンプル液のカリウム濃度)/(採取時間)・(接触面の面積)
各透過量について、計5時間分の平均を算出した。その結果を表1に示す。
(Hydrazine permeation amount) = (hydrazine concentration of sample solution) / (collection time) / (area of contact surface)
(KOH permeation amount) = (potassium concentration of sample solution) / (collection time) · (area of contact surface)
For each transmission amount, an average for a total of 5 hours was calculated. The results are shown in Table 1.

(出力密度の安定性)
実施例および比較例の燃料セルの燃料側流路に液体燃料(水加ヒドラジン10質量%+1mol/LのKOH)を供給し、一方、酸素供給路に空気(20%酸素/80%窒素)を供給した。また、燃料側電極における背圧および酸素側電極における背圧をそれぞれ10kPaとした。セル温度を60℃に設定した。
(Output density stability)
Liquid fuel (hydrated hydrazine 10% by mass + 1 mol / L KOH) is supplied to the fuel side flow path of the fuel cell of the example and the comparative example, while air (20% oxygen / 80% nitrogen) is supplied to the oxygen supply path. Supplied. The back pressure at the fuel side electrode and the back pressure at the oxygen side electrode were each 10 kPa. The cell temperature was set to 60 ° C.

次いで、(1)定格電流密度を200mA/cmに設定し、6時間発電し、(2)上記電流密度にてセル電圧およびインピーダンスを測定し、(3)OCV(開放電圧)から0.2VまでI−V測定を3往復実施し、(4)定格電流密度を200mA/cmに設定し、セル電圧およびインピーダンスを測定した。この(1)〜(4)の耐久プロトコルを繰り返した。 Next, (1) the rated current density is set to 200 mA / cm 2 , power is generated for 6 hours, (2) the cell voltage and impedance are measured at the current density, and (3) the OCV (open voltage) is 0.2 V. The IV measurement was performed three times until (4) the rated current density was set to 200 mA / cm 2 and the cell voltage and impedance were measured. The durability protocol (1) to (4) was repeated.

このときの発電時間(時間)をX軸として、出力密度(mW/cm)をY軸として、グラフにプロットし、250時間までのグラフ(出力密度)の傾きを算出した。 The power generation time (time) at this time was plotted on the graph with the power density (mW / cm 2 ) as the Y axis and the slope of the graph (power density) up to 250 hours was calculated.

その結果を表1に示す。   The results are shown in Table 1.

Figure 2016103410
Figure 2016103410

1 燃料電池
2 燃料側電極
3 酸素側電極
4 アニオン交換膜
5 燃料拡散層
7 燃料供給部材
16 膜−電極接合体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Fuel side electrode 3 Oxygen side electrode 4 Anion exchange membrane 5 Fuel diffusion layer 7 Fuel supply member 16 Membrane-electrode assembly

Claims (1)

アニオン交換膜、前記アニオン交換膜の厚み方向一方側に設けられる燃料側電極、および、前記アニオン交換膜の厚み方向他方側に設けられる酸素側電極を備える膜−電極接合体と、
前記燃料側電極の厚み方向一方側に設けられる拡散層と、
前記拡散層の厚み方向一方側に設けられ、液体燃料を供給する燃料供給部材と
を備え、
前記拡散層は、フェルトであることを特徴とする、燃料電池。
A membrane-electrode assembly comprising an anion exchange membrane, a fuel side electrode provided on one side in the thickness direction of the anion exchange membrane, and an oxygen side electrode provided on the other side in the thickness direction of the anion exchange membrane;
A diffusion layer provided on one side in the thickness direction of the fuel side electrode;
A fuel supply member that is provided on one side in the thickness direction of the diffusion layer and that supplies liquid fuel;
The fuel cell according to claim 1, wherein the diffusion layer is felt.
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