JP3360349B2 - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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JP3360349B2
JP3360349B2 JP10860193A JP10860193A JP3360349B2 JP 3360349 B2 JP3360349 B2 JP 3360349B2 JP 10860193 A JP10860193 A JP 10860193A JP 10860193 A JP10860193 A JP 10860193A JP 3360349 B2 JP3360349 B2 JP 3360349B2
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fuel
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池に関し、特に
燃料を改質して発電を行なう燃料電池であって、大気汚
染の少ない燃料電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell for generating electricity by reforming a fuel, and to a fuel cell with less air pollution.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術として、還元剤として水素を用
い、酸化剤として酸素を用い、外部へ電流を取出す燃料
電池が知られている。
2. Description of the Related Art As a prior art, there is known a fuel cell in which hydrogen is used as a reducing agent, oxygen is used as an oxidizing agent, and a current is taken out to the outside.

【0003】図6は、従来の燃料電池(単セル)を概略
的に示す構成図である。図6を参照して、この燃料電池
600は、負極608と、電解質層601と、正極60
9を含む。負極608と正極609とは、電解質層60
1を中央に介して、互いに相対向するように設けられ
る。負極608は、電解質層601にその表面が接する
ように設けられ、また、正極609は、電解質層601
にその表面が接するように設けられる。負極608と正
極609とは、それぞれ、炭素等の多孔性の部材で形成
される。また、負極608と正極609とは、それぞ
れ、白金等の触媒を含む。また、電解質層601として
は、たとえば、陽イオン交換膜が用いられる。
FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing a conventional fuel cell (single cell). Referring to FIG. 6, this fuel cell 600 includes a negative electrode 608, an electrolyte layer 601 and a positive electrode 60.
9 inclusive. The negative electrode 608 and the positive electrode 609 are
1 are provided at the center so as to face each other. The negative electrode 608 is provided so that the surface thereof is in contact with the electrolyte layer 601, and the positive electrode 609 is provided with the electrolyte layer 601.
Is provided so that the surface thereof contacts. Each of the negative electrode 608 and the positive electrode 609 is formed of a porous member such as carbon. The negative electrode 608 and the positive electrode 609 each include a catalyst such as platinum. As the electrolyte layer 601, for example, a cation exchange membrane is used.

【0004】負極608には、負極活物質が外部より連
続的に供給され、正極609には、正極活物質が外部よ
り連続的に供給されるようになっている。
An anode active material is continuously supplied to the anode 608 from the outside, and a cathode active material is continuously supplied to the cathode 609 from the outside.

【0005】負極活物質としては、燃料(還元剤)が用
いられ、正極活物質としては、酸化剤が用いられる。ま
た、燃料電池600内で生成された反応生成物は、遅滞
なくセル外に除去されるように構成されている。
A fuel (reducing agent) is used as the negative electrode active material, and an oxidizing agent is used as the positive electrode active material. Further, the reaction product generated in the fuel cell 600 is configured to be removed from the cell without delay.

【0006】燃料(還元剤)としては、たとえば水素が
用いられ、酸化剤としては、たとえば酸素が用いられ
る。
As the fuel (reducing agent), for example, hydrogen is used, and as the oxidizing agent, for example, oxygen is used.

【0007】次に、燃料電池600の動作(発電原理)
について、電解質層601として、陽イオン交換膜を用
いた、水素−酸素系燃料電池を例にとり、以下に説明す
る。
Next, the operation of the fuel cell 600 (the principle of power generation)
Will be described below using a hydrogen-oxygen based fuel cell using a cation exchange membrane as the electrolyte layer 601 as an example.

【0008】まず、負極608と正極609との間に外
部負荷605を有する、外部負荷回路604を接続す
る。すると、負極608では、下記に示す反応が生じ、
水素イオン(H+ )が生成され、また、電子が外部負荷
回路604へ放出される。
First, an external load circuit 604 having an external load 605 is connected between the negative electrode 608 and the positive electrode 609. Then, the following reaction occurs in the negative electrode 608,
Hydrogen ions (H + ) are generated, and electrons are released to the external load circuit 604.

【0009】[0009]

【化1】H2 →2H+ +2e- 一方、正極609では、酸素が外部負荷回路604を通
ってきた電子、および、陽イオン交換膜を通ってきたH
+ と反応して、下記に示す反応により水が生成される。
## STR1 ## H 2 → 2H + + 2e - On the other hand, the positive electrode 609, electrons of oxygen has passed through an external load circuit 604, and has passed through the cation exchange membrane H
+ Produces water by the following reaction.

【0010】[0010]

【化2】2H+ +2e- +1/2O2 →H2 O このときに、負極608と正極609との間に、約1V
の起電力が得られる。
2H + + 2e + / O 2 → H 2 O At this time, about 1 V is applied between the negative electrode 608 and the positive electrode 609.
Is obtained.

【0011】ところで、実用レベルの燃料電池では、そ
の発生電圧を高めるため、上記した燃料電池(単セル)
を直列に数十ないし数百積層している。
Meanwhile, in a fuel cell of a practical level, the above-mentioned fuel cell (single cell) is used in order to increase the generated voltage.
Are stacked in series for several tens to several hundreds.

【0012】また、燃料となる水素は、上記した電極反
応を円滑に進めるうえでは、純水素であることが好まし
い。
[0012] Further, it is preferable that hydrogen serving as a fuel be pure hydrogen in order to facilitate the above-mentioned electrode reaction.

【0013】しかしながら、水素は一般的に価格が高
く、また、水素を貯蔵するには、高圧タンクや水素吸蔵
合金を用いる必要がある。このため、外部に水素を貯蔵
して、貯蔵された水素を燃料(還元剤)として用いる燃
料電池は、燃料電池の製造コストやランニングコストが
高くなるという問題があった。
However, hydrogen is generally expensive, and it is necessary to use a high-pressure tank or a hydrogen storage alloy to store hydrogen. Therefore, a fuel cell that stores hydrogen externally and uses the stored hydrogen as a fuel (reducing agent) has a problem in that the manufacturing cost and running cost of the fuel cell increase.

【0014】かかる問題を解決する技術としては、特開
平4−129173号公報に記載されたような発明が存
在する。特開平4−129173号公報に記載される燃
料電池は、天然ガス等と水から水素を取出すための改質
器と、改質器により取出された水素を用いて発電を行な
う発電部とを備える。
As a technique for solving such a problem, there is an invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-129173. The fuel cell described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-129173 is provided with a reformer for extracting hydrogen from natural gas and the like and water, and a power generation unit for generating power using the hydrogen extracted by the reformer. .

【0015】図7は、特開平4−129173号公報に
記載される燃料改質器の要部を概略的に示す断面図であ
る。図7を参照して、この改質器700は、改質反応管
701と、改質反応管701の内部に配設された水素分
離管702を含む。改質反応管701と水素分離管70
2により形成される空隙部703の一部には、Ni等の
改質触媒704が詰められる。また、水素分離管702
は、多孔質性の金属管にパラジウム薄膜が形成されてな
る。空隙部703には、たとえば、メタン(CH4 )と
水(H2 O)が供給される。改質反応管701内では、
下記に示す反応が生じる。
FIG. 7 is a sectional view schematically showing a main part of a fuel reformer described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-129173. Referring to FIG. 7, this reformer 700 includes a reforming reaction tube 701 and a hydrogen separation tube 702 disposed inside reforming reaction tube 701. Reforming reaction tube 701 and hydrogen separation tube 70
2 is filled with a reforming catalyst 704 such as Ni. In addition, the hydrogen separation tube 702
Is formed by forming a palladium thin film on a porous metal tube. For example, methane (CH 4 ) and water (H 2 O) are supplied to the gap 703. In the reforming reaction tube 701,
The following reactions occur.

【0016】[0016]

【化3】CH4 +H2 O→CO+CO2 +H2 O+H2 生成された水素(H2 )は、水素分離管702内に取出
され、水分(H2 O)、CO、CO2 等は、大気へ放出
されるようになっている。
CH 4 + H 2 O → CO + CO 2 + H 2 O + H 2 The generated hydrogen (H 2 ) is taken out into a hydrogen separation tube 702, and water (H 2 O), CO, CO 2 and the like are removed from the atmosphere. To be released to

【0017】図6および図7を参照して、水素分離管7
02内に取出された水素は、負極608に送られ、発電
に供せられる。
Referring to FIG. 6 and FIG.
Hydrogen taken out in 02 is sent to the negative electrode 608 and used for power generation.

【0018】特開平4−129173号公報に記載され
る燃料電池は、燃料電池の発電部に、CH4 、C
2 6 、C3 8 、CH3 OH等の燃料から燃料改質を
行なって得られた純水素(H2 )を持ち、効率的な発電
を行なうことができるという長所がある。
The fuel cell described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-129173 has a structure in which a power generation section of the fuel cell includes CH 4 , C
It has the advantage of having pure hydrogen (H 2 ) obtained by fuel reforming from fuels such as 2 H 6 , C 3 H 8 , CH 3 OH, etc., and enabling efficient power generation.

【0019】このように、従来より、燃料電池の製造コ
ストやランニングコストを低減することを目的として、
天然ガスやアルコール等から水素を発生させるための装
置として、改質器を設け、改質器により天然ガスやアル
コール等を改質して水素を生成し、生成された水素を用
いて発電を行なう燃料電池が種々提案されてきた。
As described above, conventionally, for the purpose of reducing the manufacturing cost and running cost of a fuel cell,
A reformer is provided as a device for generating hydrogen from natural gas, alcohol, or the like. The reformer reforms natural gas, alcohol, or the like to generate hydrogen, and performs power generation using the generated hydrogen. Various fuel cells have been proposed.

【0020】従来の改質器において行なわれる水素発生
方法には、原料ガスに水蒸気を加えて、原料炭化水素を
水素、一酸化炭素および二酸化炭素に変換させる水蒸気
改質法と、原料炭化水素の一部を燃焼させて、水素、一
酸化炭素および二酸化炭素を得る部分酸化(部分燃焼)
法とがある。
The conventional hydrogen generating method performed in the reformer includes a steam reforming method in which steam is added to a raw material gas to convert the raw material hydrocarbon into hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide; Partial oxidation (partial combustion) to burn part and obtain hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide
There is a law.

【0021】炭化水素を一般にCn m で表わせば、水
蒸気改質法において起こる反応は、下記に示す反応とし
て示すことができる。
If hydrocarbons are generally represented by C n H m , the reactions occurring in the steam reforming process can be shown as the following reactions.

【0022】[0022]

【化4】 Cn m +nH2 O→nCO+(n+m/2)H2 また、同様に、炭化水素を一般にCn m で表わせば、
部分酸化法において起こる反応は、下記に示す反応とし
て示すことができる。
Embedded image C n H m + nH 2 O → nCO + (n + m / 2) H 2 Similarly, if a hydrocarbon is generally represented by C n H m ,
The reaction occurring in the partial oxidation method can be shown as the reaction shown below.

【0023】[0023]

【化5】Cn m +n/2O2 →nCO+m/2H2 これらの反応において、一酸化炭素の一部は、次に示す
反応を起こし、これらの反応は、平衡を保って進行す
る。
Embedded image in C n H m + n / 2O 2 → nCO + m / 2H 2 These reactions, some of the carbon monoxide undergoes the following reactions, these reactions proceed by maintaining the equilibrium.

【0024】[0024]

【化6】CO+H2 O→CO2 +H2 Embedded image CO + H 2 O → CO 2 + H 2

【0025】[0025]

【化7】CO+3H2 →CH4 +H2 O 化4に示される反応は吸熱反応で、他の反応は発熱反応
である。したがって、化4に示される反応では、外部か
ら加熱する必要があり、通常、ニッケル系の触媒を充填
した耐熱金属製の反応管で、温度800℃〜900℃に
おいて反応が行なわれる。一方、このような温度では、
化6および化7の反応はあまり右側に進行せず、たとえ
ば、850℃での反応の場合、二酸化炭素の濃度は、1
3%〜14%であり、メタンの濃度は、3%〜4%であ
る。
## STR7 ## The reaction represented by CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O 4 is an endothermic reaction, and the other reactions are exothermic reactions. Therefore, in the reaction shown in Chemical formula 4, external heating is required, and the reaction is usually performed at a temperature of 800 ° C. to 900 ° C. in a heat-resistant metal reaction tube filled with a nickel-based catalyst. On the other hand, at such a temperature,
The reactions of Chemical Formulas 6 and 7 do not proceed to the right, for example, in the case of the reaction at 850 ° C., the concentration of carbon dioxide is 1
3% to 14%, and the concentration of methane is 3% to 4%.

【0026】また、炭化水素の代わりにアルコールの一
種であるメタノールを用いた場合は、水と次式のような
反応で改質は進行する。
When methanol, which is a kind of alcohol, is used instead of hydrocarbon, the reforming proceeds by reaction with water as shown in the following formula.

【0027】[0027]

【化8】CH3 OH+nH2 O→(1−n)CO+nH
2 O+nCO2 +(2+n)H 2 ただし、O<n<1 化8に示される反応は、0kg/cm2 〜20kg/c
2 の圧力、200℃〜600℃の温度に設定すること
が好ましいとされている。
Embedded image CHThreeOH + nHTwoO → (1-n) CO + nH
TwoO + nCOTwo+ (2 + n) H Two However, the reaction represented by O <n <1 is 0 kg / cmTwo~ 20kg / c
mTwoPressure, set to a temperature between 200 ° C and 600 ° C
Is preferred.

【0028】[0028]

【発明が解決しようとする課題】上述した反応を行なっ
た後、改質器を出るガス中には、かなりの濃度の一酸化
炭素が含まれている。
After performing the above reaction, the gas leaving the reformer contains a considerable concentration of carbon monoxide.

【0029】このため、改質器を出るガス中に含まれる
一酸化炭素が、燃料電池の触媒等を被毒し、正常な電池
反応を妨げる場合がある。
For this reason, carbon monoxide contained in the gas exiting the reformer may poison the fuel cell catalyst and the like, and may interfere with the normal cell reaction.

【0030】そこで、一酸化炭素の残存量を低くするた
め、化6に示す反応を右に押し進めるべく、一酸化炭素
転換器という装置が用いられる。一酸化炭素転換器で
は、発熱反応である化6に示す反応を押し進めるため
に、まず、350℃〜370℃程度に反応温度設定し、
反応速度を高めるため鉄−クロム系などの触媒を用い
て、いわゆる高温転化(Hot Shift)を行な
い、さらに、銅−亜鉛系の触媒を用いて、200℃〜2
30℃程度で低温転化(Cold Shift)を行な
わせる。これにより、一酸化炭素濃度を低減させること
ができる。
Therefore, in order to reduce the residual amount of carbon monoxide, a device called a carbon monoxide converter is used to push the reaction shown in Chemical formula 6 to the right. In the carbon monoxide converter, first, the reaction temperature is set to about 350 ° C. to 370 ° C. in order to promote the reaction shown in Chemical formula 6, which is an exothermic reaction.
In order to increase the reaction rate, so-called high temperature conversion (Hot Shift) is performed using an iron-chromium type catalyst or the like.
A low-temperature conversion (Cold Shift) is performed at about 30 ° C. Thereby, the concentration of carbon monoxide can be reduced.

【0031】一方、燃料がアルコールの場合は、この改
質反応の後、改質ガスのCOをさらに低減するため、C
Oシフト触媒が用いられる。COシフト触媒としては、
鉄−クロム系の触媒、銅−亜鉛系の触媒等が用いられ
る。COシフト処理では、COが、H2 Oとの反応によ
り、COの濃度が、1%程度の濃度にまで低減される。
また、さらに、CO濃度を引き下げるためには、第2の
CO低減装置によって、改質ガスをさらに空気と反応さ
せることにより、100ppmまでCO濃度を低減させ
ることが可能である。しかし、このような方法では、装
置自体が複雑になり、高温を要するなどという問題があ
る。特に、このような燃料電池を電気自動車等に用いる
場合は、システムが大きくなるという問題がある。
On the other hand, when the fuel is alcohol, after this reforming reaction, CO in the reformed gas is further reduced.
An O shift catalyst is used. As a CO shift catalyst,
An iron-chromium catalyst, a copper-zinc catalyst, or the like is used. In the CO shift process, the concentration of CO is reduced to about 1% by the reaction of CO with H 2 O.
Further, in order to further reduce the CO concentration, it is possible to reduce the CO concentration to 100 ppm by further reacting the reformed gas with air by the second CO reduction device. However, such a method has a problem that the apparatus itself is complicated and requires a high temperature. In particular, when such a fuel cell is used in an electric vehicle or the like, there is a problem that the system becomes large.

【0032】本発明は、以上のような問題を解決するた
めになされたものであって、上記のような複雑なフロー
システムを用いることなく、燃料から、一酸化炭素(C
O)をほとんど発生することなく水素ガスを発生し、生
成された水素ガスを用いて発電を行なうことができる、
コンパクトな燃料電池を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it has been made possible to convert carbon monoxide (C) from fuel without using a complicated flow system as described above.
O) can be generated with almost no generation of hydrogen gas, and power can be generated using the generated hydrogen gas.
An object is to provide a compact fuel cell.

【0033】[0033]

【0034】[0034]

【0035】[0035]

【課題を解決するための手段】本発明に従う燃料電池
は、触媒を含む材料からなる第の電極と、第の電極
の表面に接するように設けられ、陽イオン交換能を有す
る第の電解質層と、第の電解質層の表面に接するよ
うに設けられ、触媒を含む材料からなる第の電極と、
の電極に燃料を供給するための燃料供給手段と、触
媒を含む材料からなる第の電極と、第の電極の表面
に接するように設けられ、陽イオン交換能を有する第
の電解質層と、第の電解質層の表面に接するように設
けられ、触媒を含む材料からなる第の電極と、第
電極において生成された還元剤を第の電極へ供給する
手段と、第の電極と第の電極との間に設けられる、
電流を通電する手段と、第の電極へ酸化剤を供給する
ための酸化剤供給手段とを備え、第および第の電極
から電流を取出す。
Fuel cell according to [SUMMARY for the present invention includes a first electrode made of a material containing a catalyst, provided in contact with the surface of the first electrode, the first with a cation exchange capacity An electrolyte layer, a second electrode provided to be in contact with the surface of the first electrolyte layer and made of a material containing a catalyst;
A fuel supply means for supplying fuel to the first electrode, a third electrode made of a material containing a catalyst, provided in contact with the surface of the third electrode, the second having a cation exchange capacity 2
And a fourth electrode provided so as to be in contact with the surface of the second electrolyte layer and made of a material containing a catalyst, and means for supplying a reducing agent generated at the second electrode to the third electrode And provided between the second electrode and the third electrode;
Means for supplying a current and oxidant supply means for supplying an oxidant to the fourth electrode are provided, and the current is extracted from the first and fourth electrodes.

【0036】本発明に従う燃料電池は、好ましくは、第
の電極において生成された還元剤を第の電極へ供給
する手段、および、第の電極と第の電極との間に設
けられる、電流を通電する手段が、同一の導電性の多孔
質部材で形成される。
The fuel cell according to the present invention is preferably
A reducing agent generated in the second electrode means for supplying to the third electrode, and is provided between the second electrode and the third electrode, means for conducting current, same conductive porous It is formed of a quality member.

【0037】尚 、多孔質部材は、一方側の表面と他方
側の表面を連通する連通気孔を含む。
Note that the porous member includes a communicating hole that communicates the surface on one side with the surface on the other side.

【0038】また、本発明に従う燃料電池は、好ましく
は、燃料は、少なくともメタノールおよび水を含み、か
つ還元剤は水素を含む。
Further, in the fuel cell according to the present invention, preferably, the fuel contains at least methanol and water, and the reducing agent contains hydrogen.

【0039】尚、本明細書で用いる用語「電極」は、燃
料用電極、対向電極、燃料用電極とセパレータとの組合
せにより構成される電極、対向電極とセパレータとの組
合せにより構成される電極を含む。
The term "electrode" used in the present specification means a fuel electrode, a counter electrode, an electrode composed of a combination of a fuel electrode and a separator, and an electrode composed of a combination of a counter electrode and a separator. Including.

【0040】[0040]

【作用】本発明の作用機構を図を用いて以下に説明す
る。
The operation mechanism of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0041】図2は、本発明に従う燃料電池において用
いられる、燃料を電気化学的に分解して、還元剤を生成
するための還元剤生成手段の一例を模式的に示す構成図
である。図2を参照して、この還元剤生成装置200
は、第1の電極208と、陽イオン交換能を有する電解
質層201と、第2の電極209を含む。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a reducing agent generating means for generating a reducing agent by electrochemically decomposing a fuel used in the fuel cell according to the present invention. Referring to FIG. 2, this reducing agent generation device 200
Includes a first electrode 208, an electrolyte layer 201 having a cation exchange ability, and a second electrode 209.

【0042】陽イオン交換能を有する電解質層201と
しては、たとえば、固体高分子電解質からなる陽イオン
交換膜等が用いられる。
As the electrolyte layer 201 having a cation exchange ability, for example, a cation exchange membrane made of a solid polymer electrolyte is used.

【0043】第1の電極208は、たとえば、白金触媒
を担持させた多孔質性の燃料用電極202と、導電性の
セパレータ206を含む。
The first electrode 208 includes, for example, a porous fuel electrode 202 carrying a platinum catalyst, and a conductive separator 206.

【0044】また、第2の電極209は、たとえば、白
金触媒を担持させた多孔質性の対向電極203と、導電
性のセパレータ207を含む。
The second electrode 209 includes, for example, a porous counter electrode 203 carrying a platinum catalyst, and a conductive separator 207.

【0045】燃料用電極202の一方側の表面202a
は、電解質層201の一方側の表面201aに接するよ
うに設けられる。
One surface 202a of the fuel electrode 202
Is provided so as to be in contact with one surface 201 a of the electrolyte layer 201.

【0046】対向電極203の一方側の表面203a
は、電解質層201の他方側の表面201bに接するよ
うに設けられる。
One surface 203a of the counter electrode 203
Is provided to be in contact with the other surface 201b of the electrolyte layer 201.

【0047】電解質層201を中央に介して、燃料用電
極202と対向電極203とが相対するように組合わさ
れた接合体は、セパレータ206と、セパレータ207
とにより挾持される。
The joined body in which the fuel electrode 202 and the counter electrode 203 are combined so as to face each other with the electrolyte layer 201 at the center is composed of a separator 206 and a separator 207.
It is pinched by.

【0048】セパレータ206の燃料用電極202に接
する側の面206aには、燃料を供給し、反応生成物を
排出するための手段として、複数の燃料供給用兼CO2
排出用溝206hが形成される。
On a surface 206a of the separator 206 on the side in contact with the fuel electrode 202, a plurality of fuel supply and CO 2 are provided as means for supplying fuel and discharging reaction products.
A discharge groove 206h is formed.

【0049】セパレータ207の対向電極203に接す
る側の面207aには、複数の水素(H2 )排出用溝2
07hが形成される。
A plurality of hydrogen (H 2 ) discharge grooves 2 are formed on the surface 207a of the separator 207 on the side in contact with the counter electrode 203.
07h is formed.

【0050】燃料用電極202には、燃料が外部より供
給されるようになっている。燃料用電極202と、対向
電極203には、それぞれ、セパレータ206およびセ
パレータ207を介して、外部回路204が電気的に接
続される。
The fuel electrode 202 is supplied with fuel from outside. An external circuit 204 is electrically connected to the fuel electrode 202 and the counter electrode 203 via a separator 206 and a separator 207, respectively.

【0051】外部回路204には、第1の電極208を
正極とし、第2の電極209を負極とするように、電圧
を印加するための手段として直流電源205が設けられ
ている。燃料用電極202は正極とされ、対向電極20
3は負極とされる。
The external circuit 204 is provided with a DC power supply 205 as a means for applying a voltage so that the first electrode 208 has a positive polarity and the second electrode 209 has a negative polarity. The fuel electrode 202 is a positive electrode, and the counter electrode 20
3 is a negative electrode.

【0052】上述した還元剤生成装置200において、
燃料用電極202に燃料であるメタノールとともに水ま
たは水蒸気を供給し、外部回路204を通じて、燃料用
電極202から電子を引き抜くように電圧を印加する。
その結果、燃料用電極202では、次の反応が進行す
る。
In the above-described reducing agent generator 200,
Water or water vapor is supplied to the fuel electrode 202 together with methanol as a fuel, and a voltage is applied through an external circuit 204 so as to extract electrons from the fuel electrode 202.
As a result, the following reaction proceeds at the fuel electrode 202.

【0053】[0053]

【化9】 CH3 OH+2H2 O→CO2 +6e- +6H+ 燃料用電極202で発生した水素イオンは、陽イオン交
換膜を通過し、対向電極203で次のように変換され
る。
Embedded image The hydrogen ions generated at the fuel electrode 202 pass through the cation exchange membrane, and are converted as follows at the counter electrode 203. CH 3 OH + 2H 2 O → CO 2 + 6e + 6H +

【0054】[0054]

【化10】6H+ +6e- →3H2 このようなプロセスにより、対向電極203側で、水素
を選択的に生成させることができる。また、化9に示す
反応式から明らかなように、この反応では、COが殆ど
生成されないため、一酸化炭素濃度を極めて低い水準に
保つことができる。
6H + + 6e → 3H 2 By such a process, hydrogen can be selectively generated on the counter electrode 203 side. Further, as is apparent from the reaction formula shown in Chemical formula 9, since almost no CO is generated in this reaction, the concentration of carbon monoxide can be kept at an extremely low level.

【0055】次に、還元剤生成手段により生成された還
元剤を用いて発電を行なう発電手段の作用機構を図を用
いて以下に説明する。
Next, the action mechanism of the power generating means for generating power using the reducing agent generated by the reducing agent generating means will be described with reference to the drawings.

【0056】図3は、本発明に従う燃料電池において用
いられる、還元剤生成手段により生成された還元剤を用
いて発電を行なう発電手段の一例を模式的に示す構成図
である。図3を参照して、この発電装置300は、第3
の電極308と、陽イオン交換能を有する電解質層30
1と、第4の電極309を含む。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a power generating means used in the fuel cell according to the present invention, which generates power using the reducing agent generated by the reducing agent generating means. With reference to FIG.
Electrode 308 and electrolyte layer 30 having cation exchange ability
1 and a fourth electrode 309.

【0057】陽イオン交換能を有する電解質層301と
しては、たとえば、固体高分子電解質からなる陽イオン
交換膜等が用いられる。
As the electrolyte layer 301 having a cation exchange ability, for example, a cation exchange membrane made of a solid polymer electrolyte is used.

【0058】第3の電極308は、たとえば、白金触媒
を担持させた多孔質生成の燃料用電極302と、導電性
のセパレータ306を含む。
The third electrode 308 includes, for example, a porous fuel electrode 302 supporting a platinum catalyst, and a conductive separator 306.

【0059】また、第4の電極309は、たとえば、白
金触媒を担持させた多孔質性の対向電極303と、導電
性のセパレータ307を含む。
The fourth electrode 309 includes, for example, a porous counter electrode 303 carrying a platinum catalyst, and a conductive separator 307.

【0060】燃料用電極302の一方側の表面302a
は、電解質層301の一方側の表面301aに接するよ
うに設けられる。
One side surface 302a of fuel electrode 302
Is provided so as to be in contact with one surface 301a of the electrolyte layer 301.

【0061】対向電極303の一方側の表面303a
は、電解質層301の他方側の表面301bに接するよ
うに設けられる。
One surface 303a of counter electrode 303
Is provided so as to be in contact with the surface 301 b on the other side of the electrolyte layer 301.

【0062】電解質層301を中央に介して、燃料用電
極302と対向電極303が相対するように組合わされ
た接合体は、セパレータ306とセパレータ307とに
より挾持される。
The assembly in which the fuel electrode 302 and the counter electrode 303 are combined so as to face each other with the electrolyte layer 301 at the center is sandwiched between the separator 306 and the separator 307.

【0063】セパレータ306の燃料用電極302に接
する側の面306aには、燃料(H 2 )を供給するため
の手段として、複数の306hが形成される。
The separator 306 contacts the fuel electrode 302.
The fuel (H) TwoTo supply)
As a means, a plurality of 306h are formed.

【0064】セパレータ307の対向電極303に接す
る側の面307aには、酸化剤を供給し、反応生成物を
排出するための手段として、複数の酸素供給用兼H2
排出用溝307hが形成される。
The surface 307a of the separator 307 on the side in contact with the counter electrode 303 is provided with a plurality of oxygen supply and H 2 O
A discharge groove 307h is formed.

【0065】燃料用電極302には、上述した還元剤生
成装置200により発生した水素が供給されるようにな
っている。また、対向電極303には、酸素(O2 )が
外部より供給されるようになっている。
The fuel electrode 302 is supplied with hydrogen generated by the above-described reducing agent generator 200. Further, oxygen (O 2 ) is supplied to the counter electrode 303 from the outside.

【0066】燃料用電極302と、対向電極303に、
それぞれ、セパレータ306およびセパレータ307を
介して、外部負荷305を有する外部負荷回路304を
接続する。すると、燃料用電極302では、燃料用電極
302から電子を引き抜くように電流が流れ、燃料用電
流302では、次の反応が進行する。
The fuel electrode 302 and the counter electrode 303
An external load circuit 304 having an external load 305 is connected via a separator 306 and a separator 307, respectively. Then, in the fuel electrode 302, a current flows so as to extract electrons from the fuel electrode 302, and the following reaction proceeds in the fuel current 302.

【0067】[0067]

【化11】H2 →2H+ +2e- 一方、対向電極303では、次の反応が進行する。H 2 → 2H + + 2e On the other hand, at the counter electrode 303, the following reaction proceeds.

【0068】[0068]

【化12】2H+ +2e- +1/2H2 O→H2 O このときに、燃料電極302が負極、対向電極303が
正極となり、外部に電流を取出すことができる。
2H + + 2e + と な り H 2 O → H 2 O At this time, the fuel electrode 302 functions as a negative electrode, and the counter electrode 303 functions as a positive electrode.

【0069】[0069]

【実施例】以下、実施例を用いて、本発明について説明
するが、本発明は、以下の実施例によっては何ら限定さ
れることはない。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited by the following examples.

【0070】実施例1 図1は、参考のために、燃料電池の一実施例を模式的に
示す構成図である。
Embodiment 1 FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an embodiment of a fuel cell for reference .

【0071】図1を参照して、この燃料電池100は、
還元剤生成装置200と、発電装置300を含む。
Referring to FIG. 1, this fuel cell 100 includes:
It includes a reducing agent generation device 200 and a power generation device 300.

【0072】還元剤生成装置200は、図2に示す還元
剤生成装置200と同様であるので、その説明を省略す
る。
The reducing agent generating device 200 is the same as the reducing agent generating device 200 shown in FIG.

【0073】また、発電装置300は、図3に示す発電
装置300と同様であるので、その説明を省略する。
The power generation device 300 is the same as the power generation device 300 shown in FIG.

【0074】図1、図2および図3を参照して、対向電
極203で生成された還元剤は、還元剤供給用管路25
0により、燃料用電極302に供給される。
Referring to FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3, the reducing agent generated at counter electrode 203 is supplied through reducing agent supply line 25.
By 0, it is supplied to the fuel electrode 302.

【0075】本実施例においては、還元剤生成装置20
0を構成する燃料用電極202と、対向電極203は、
次のようにして形成した。
In this embodiment, the reducing agent generator 20
0 and the counter electrode 203
It was formed as follows.

【0076】まず、電解質層201として、固体高分子
電解質膜からなる陽イオン交換膜(商品名NAFION
117R (デュポン社製))を準備した。
First, as the electrolyte layer 201, a cation exchange membrane (trade name: NAFION) made of a solid polymer electrolyte membrane
117 R (manufactured by DuPont) was prepared.

【0077】次に、金属塩として、3%塩化白金酸液、
還元剤として1%NaBH4 溶液を用い、陽イオン交換
膜に還元剤を浸透させた後、陽イオン交換膜の表面を塩
化白金酸溶液に接触させて、白金層を析出させた。この
方法により、陽イオン交換膜の表面に、多孔質性の白金
触媒層を形成し、1対の電極とした。
Next, as a metal salt, a 3% chloroplatinic acid solution,
After using a 1% NaBH 4 solution as a reducing agent and allowing the reducing agent to permeate the cation exchange membrane, the surface of the cation exchange membrane was brought into contact with a chloroplatinic acid solution to deposit a platinum layer. By this method, a porous platinum catalyst layer was formed on the surface of the cation exchange membrane to form a pair of electrodes.

【0078】また、本実施例においては、発電装置30
0を構成する燃料用電極302と、対向電極303は、
次のようにして形成した。
Further, in the present embodiment, the power generator 30
0, and the counter electrode 303
It was formed as follows.

【0079】燃料用電極302および対向電極303の
基材として、導電性カーボン:PTFE(ポリテトラフ
ルオロエチレン)=3:7からなる多孔質性の基材を準
備した。次に、この基材に触媒として、白金を5mg/
cm2 の質量で担持した。電解質層301として、固体
高分子電解質膜からなる陽イオン交換膜(商品名NAF
ION117R (デュポン社製))を用いた。
As a base material of the fuel electrode 302 and the counter electrode 303, a porous base material of conductive carbon: PTFE (polytetrafluoroethylene) = 3: 7 was prepared. Next, as a catalyst, 5 mg /
Loaded with a mass of cm 2 . As the electrolyte layer 301, a cation exchange membrane (trade name: NAF) made of a solid polymer electrolyte membrane
ION117 using R (manufactured by DuPont)).

【0080】次に、この燃料電池100の還元剤生成装
置200を構成する燃料用電極202側に、モル比がメ
タノール:水=1:2のメタノール−水混合液を供給
し、還元剤生成装置200を構成するセルの温度を30
℃に設定した。そして、燃料用電極202側をプラスと
し、燃料用電極202と対向電極203との間に、0.
2Vの電圧を加えたところ、1.0mA/cm2 の電流
が流れ、燃料用電極202からCO2 が、対向電極20
3から水素ガスが発生した。発生した水素中には、一酸
化炭素は検出されなかった。
Next, a methanol-water mixed solution having a molar ratio of methanol: water = 1: 2 is supplied to the fuel electrode 202 constituting the reducing agent generator 200 of the fuel cell 100, and the reducing agent generator The temperature of the cells constituting 200 is 30
Set to ° C. Then, the fuel electrode 202 side is defined as a positive electrode, and 0.
When a voltage of 2 V was applied, a current of 1.0 mA / cm 2 flowed, and CO 2 was discharged from the fuel electrode 202 to the counter electrode 20.
3 generated hydrogen gas. No carbon monoxide was detected in the generated hydrogen.

【0081】次に、還元剤生成装置200から生成され
た水素を還元剤供給用管路250を用いて、発電装置3
00を構成する燃料用電極302に供給した。
Next, the hydrogen generated from the reducing agent generator 200 is supplied to the power generator 3 using the reducing agent supply pipe 250.
00 was supplied to the fuel electrode 302.

【0082】還元剤生成装置200により生成された水
素を燃料用電極302に供給し、対向電極303に酸素
を供給したところ、発電装置200では、1.0mA/
cm 2 、0.9Vの出力電圧を得た。
Water generated by reducing agent generator 200
Element to the fuel electrode 302 and oxygen to the counter electrode 303.
When the power was supplied, the power generation device 200 provided 1.0 mA /
cm Two, 0.9V.

【0083】この結果、1mA/cm2 の電流値にて、
還元剤生成装置200で必要とした電圧0.2Vを発電
装置300において出力された出力電圧0.9Vから差
し引くと、燃料電池100全体では、1mA/cm2
0.7Vの出力電圧を得ることができた。
As a result, at a current value of 1 mA / cm 2 ,
When the voltage of 0.2 V required by the reducing agent generation device 200 is subtracted from the output voltage of 0.9 V output from the power generation device 300, 1 mA / cm 2 ,
An output voltage of 0.7 V was obtained.

【0084】尚、本実施例では、還元剤生成装置200
に、外部電源205を設けた例を示したが、このような
外部電源205として、発電装置300を用いても良
い。
In this embodiment, the reducing agent generator 200
Although the example in which the external power supply 205 is provided is shown, the power generation device 300 may be used as such an external power supply 205.

【0085】実施例2 図4は、本発明に従う燃料電池の一実施例を模式的に示
す構成図である。
Embodiment 2 FIG. 4 is a configuration diagram schematically showing one embodiment of a fuel cell according to the present invention.

【0086】図4を参照して、この燃料電池400は、
セパレータ421、多孔性の集電層406、燃料用電極
(メタノール極)402、陽イオン交換膜層401、対
向電極(水素発生極)403、多孔性の集電層420、
燃料用電極(水素極)412、陽イオン交換膜層41
1、対向電極(酸素極)413、多孔性の集電層417
およびセパレータ422が、この順に、互いに接するよ
うに順次積層されてなる。
Referring to FIG. 4, this fuel cell 400 includes:
Separator 421, porous current collecting layer 406, fuel electrode (methanol electrode) 402, cation exchange membrane layer 401, counter electrode (hydrogen generating electrode) 403, porous current collecting layer 420,
Fuel electrode (hydrogen electrode) 412, cation exchange membrane layer 41
1. Counter electrode (oxygen electrode) 413, Porous current collecting layer 417
And the separator 422 are sequentially stacked in this order so as to be in contact with each other.

【0087】セパレータ421およびセパレータ422
には、外部負荷回路に接続するための端子423、42
4がそれぞれ設けられる。
The separator 421 and the separator 422
Have terminals 423 and 42 for connection to an external load circuit.
4 are provided.

【0088】多孔性の集電層406の燃料用電極402
に接する側の面406aには、燃料を供給し、反応生成
物を排出するための手段として、複数の燃料供給用兼C
2排出用溝406hが形成される。
The fuel electrode 402 of the porous current collecting layer 406
The surface 406a on the side in contact with is provided with a plurality of fuel supply and C as means for supplying fuel and discharging reaction products.
An O 2 discharge groove 406h is formed.

【0089】多孔性の集電層420の対向電極403に
接する側の面420aには、複数の水素排出用溝420
haが形成される。
The surface 420a of the porous current collecting layer 420 on the side in contact with the counter electrode 403 is provided with a plurality of hydrogen discharging grooves 420.
ha is formed.

【0090】多孔性の集電層420の燃料用電極412
に接する側の面420bには、複数の水素供給用溝42
0hbが形成される。
The fuel electrode 412 of the porous current collecting layer 420
A plurality of hydrogen supply grooves 42 are provided on the surface 420b
0hb is formed.

【0091】多孔性の集電層417の対向電極413に
接する側の面417aには、酸化剤を供給し、反応生成
物を排出するための手段として、複数の酸素供給用兼H
2 O排出用溝417hが形成される。
As a means for supplying an oxidizing agent and discharging a reaction product, a plurality of oxygen-supplying and hydrogen-supplying means 417 is provided on a surface 417a of the porous current collecting layer 417 in contact with the counter electrode 413.
The 2O discharging groove 417h is formed.

【0092】また、燃料用電極402には、燃料を供給
するための燃料供給手段(図示せず)が設けられる。
The fuel electrode 402 is provided with fuel supply means (not shown) for supplying fuel.

【0093】また、対向電極413には、酸化剤を供給
するための酸化剤供給手段(図示せず)が設けられる。
[0093] The counter electrode 413 is provided with an oxidant supply means (not shown) for supplying an oxidant.

【0094】多孔性の集電層420は、多孔性集電層4
20の一方側の面420aと、他方側の面420bを連
通する連通気孔を有する多孔質性の部材で構成されてい
る。
[0094] The porous current collecting layer 420 is
20 is made of a porous member having a communicating hole that communicates the surface 420a on one side and the surface 420b on the other side.

【0095】また、対向電極413には、対向電極41
3で生成された反応生成物(H2 O)および対向電極4
13へ供給された余剰の酸化剤を燃料電池400から排
出するための手段(図示せず)が設けられる。
Further, the counter electrode 413 includes the counter electrode 41.
Reaction product (H 2 O) generated in 3 and counter electrode 4
Means (not shown) for discharging the excess oxidant supplied to the fuel cell 13 from the fuel cell 400 is provided.

【0096】次に、燃料として、メタノールと水を用い
た場合を例にとり、燃料電池400の動作について以下
に説明する。
Next, the operation of the fuel cell 400 will be described below, taking as an example the case where methanol and water are used as the fuel.

【0097】まず、燃料用電極402に、メタノールと
水を導入し、燃料用電極402を正極とし、対向電極4
03を負極とするように、電圧を印加する。
First, methanol and water were introduced into the fuel electrode 402, and the fuel electrode 402 was used as a positive electrode.
A voltage is applied so that 03 is a negative electrode.

【0098】すると、燃料用電極402では、次式の反
応が進行する。
Then, at the fuel electrode 402, the following reaction proceeds.

【0099】[0099]

【化13】 CH3 OH+2H2 O→CO2 +6H+ +6e- この反応で生じたH+ は、陽イオン交換膜401を通っ
て、対向電極403にて、次式のようにH2 を発生す
る。
Embedded image CH 3 OH + 2H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e - In H + is produced the reaction, through the cation exchange membrane 401, in the counter electrode 403, generates and H 2 as follows .

【0100】[0100]

【化14】6H+ +6e- →3H2 発生した水素は、集電層420の連通気孔を通って、燃
料用電極(水素極)412に到達する。
Embedded image 6H + + 6e - → 3H 2 generated hydrogen passes through the communicating pores of the current collector layer 420, and reaches the fuel electrode (hydrogen electrode) 412.

【0101】次に、対向電極(酸素極)413へ酸素を
供給する。また、燃料用電極402と対向電極403に
印加していた電源を取除く。次に、端子423と端子4
24に外部負荷回路(図示せず)を接続する。
Next, oxygen is supplied to the counter electrode (oxygen electrode) 413. Further, the power source applied to the fuel electrode 402 and the counter electrode 403 is removed. Next, the terminal 423 and the terminal 4
24, an external load circuit (not shown) is connected.

【0102】すると、燃料用電極(水素極)412で
は、電子を引き抜かれて次式のような反応を起こす。
Then, at the fuel electrode (hydrogen electrode) 412, electrons are extracted and the following reaction occurs.

【0103】[0103]

【化15】3H2 →6H+ +6e- この反応で生じたH+ は、陽イオン交換膜411を通っ
て、対向電極(酸素極)413にて次式のような反応を
起こす。
Embedded image 3H 2 → 6H + + 6e H + generated by this reaction passes through the cation exchange membrane 411 and causes the following reaction at the counter electrode (oxygen electrode) 413.

【0104】[0104]

【化16】6H+ +6e- +2/3O2 →3H2 O 以下、連続的に燃料用電極402にメタノールと水を供
給し、対向電極(酸素極)417に連続的に酸素を供給
することにより、外部に連続的に電流を取出すことがで
きる。
Embedded image 6H + + 6e - + 2 / 3O 2 → 3H 2 O or less continuously the methanol and water supplied to the fuel electrode 402, by continuously supplying oxygen to the counter electrode (oxygen electrode) 417 The current can be continuously taken out to the outside.

【0105】以下、具体的なデータに基づいて、さらに
詳しく説明する。集電層406、集電層420、集電層
417として、多孔質カーボン板を用いた。
The following is a more detailed description based on specific data. As the current collecting layers 406, 420, and 417, a porous carbon plate was used.

【0106】本実施例においては、燃料用電極402と
対向電極(水素発生極)403は、次のようにして形成
した。
In this embodiment, the fuel electrode 402 and the counter electrode (hydrogen generating electrode) 403 were formed as follows.

【0107】まず、陽イオン交換膜層401として、固
体高分子電解質膜からなる陽イオン交換膜(商品名NA
FION117R (デュポン社製))を準備した。次
に、金属塩として、3%塩化白金酸液、還元剤として1
%NaBH4 溶液を用いて、陽イオン交換膜に還元剤を
浸透させた後、陽イオン交換膜の表面を塩化白金酸溶液
に接触させて、白金層を析出させた。この方法により、
陽イオン交換膜の両面に、多孔質の白金触媒層を形成
し、1対の電極とした。
First, as the cation exchange membrane layer 401, a cation exchange membrane made of a solid polymer electrolyte membrane (trade name NA)
FION117 was prepared R (manufactured by DuPont)). Next, 3% chloroplatinic acid solution as a metal salt and 1% as a reducing agent
After permeating a reducing agent into the cation exchange membrane using a% NaBH 4 solution, the surface of the cation exchange membrane was brought into contact with a chloroplatinic acid solution to precipitate a platinum layer. In this way,
A porous platinum catalyst layer was formed on both surfaces of the cation exchange membrane to form a pair of electrodes.

【0108】また、本実施例においては、燃料用電極
(水素極)412と、対向電極(酸素極)413は次の
ようにして形成した。
In this example, the fuel electrode (hydrogen electrode) 412 and the counter electrode (oxygen electrode) 413 were formed as follows.

【0109】燃料用電極412および対向電極413の
基材として、導電性カーボン:PTFE(ポリテトラフ
ルオロエチレン)=3:7からなる多孔質性の基材を準
備した。次に、この基材に触媒として、白金を5mg/
cm2 の質量で担持した。
As a base material for the fuel electrode 412 and the counter electrode 413, a porous base material made of conductive carbon: PTFE (polytetrafluoroethylene) = 3: 7 was prepared. Next, as a catalyst, 5 mg /
Loaded with a mass of cm 2 .

【0110】陽イオン交換膜層411として、固体高分
子電解質膜からなる陽イオン交換膜(商品名NAFIO
N117R (デュポン社製))を用いた。
As the cation exchange membrane layer 411, a cation exchange membrane made of a solid polymer electrolyte membrane (trade name: NAFIO)
N117 using the R (manufactured by DuPont)).

【0111】次に、燃料用電極402側に、モル比がメ
タノール:水=1:1のメタノール−水混合液を供給
し、セルの温度を30℃に設定した。そして、燃料用電
極402側をプラスとし、燃料用電極402と対向電極
403との間に0.2Vの電圧を加えたところ、1.0
mA/cm2 の電流が流れ、燃料用電極402からCO
2 が、対向電極403から水素ガスが発生した。発生し
た水素中には一酸化炭素は検出されなかった。この操作
を一定時間続けた後、対向電極(酸素極)413に酸素
を供給した。次に、燃料用電極402と対向電極403
との間に印加していた電圧を取除いた。
Next, the molar ratio is measured on the fuel electrode 402 side.
Supply methanol-water mixture of 1: 1 methanol / water
Then, the temperature of the cell was set to 30 ° C. And the fuel
Positive electrode 402 side, fuel electrode 402 and counter electrode
When a voltage of 0.2 V was applied between the voltage and
mA / cmTwoCurrent flows from the fuel electrode 402
TwoHowever, hydrogen gas was generated from the counter electrode 403. Occurred
No carbon monoxide was detected in the hydrogen. This operation
After a certain period of time, oxygen is applied to the counter electrode (oxygen electrode) 413.
Was supplied. Next, the fuel electrode 402 and the counter electrode 403
The voltage applied between and was removed.

【0112】次に、端子423と端子424を外部負荷
回路(図示せず)に接続した。以下、連続的に燃料用電
極402にメタノールと水を供給し、対向電極(酸素
極)413に酸素を連続的に供給することにより、燃料
電池400全体で、1.0mA/cm2 の電流密度、
0.7Vの出力電圧を連続的に取出すことができた。
Next, the terminals 423 and 424 were connected to an external load circuit (not shown). Hereinafter, by continuously supplying methanol and water to the fuel electrode 402 and continuously supplying oxygen to the counter electrode (oxygen electrode) 413, the current density of the entire fuel cell 400 is 1.0 mA / cm 2 . ,
An output voltage of 0.7 V could be continuously taken out.

【0113】なお、本実施例では、集電層406および
集電層417として、多孔質性の基材を用いたが、集電
層406および集電層417は、緻密な材料で形成され
ていてもよい。
In this embodiment, a porous base material is used as the current collecting layer 406 and the current collecting layer 417. However, the current collecting layer 406 and the current collecting layer 417 are formed of a dense material. You may.

【0114】また、集電層406と集電層417に緻密
な材料を用いた場合は、セパレータ421と、セパレー
タ422は、特に必要な部材ではないことを付記してお
く。
When a dense material is used for the current collecting layer 406 and the current collecting layer 417, the separator 421 and the separator 422 are not particularly necessary members.

【0115】また、集電層420に設けられた、水素排
出用溝420ha,水素供給用溝420hbは、各々、
必要により形成されておればよく、本発明の必須の構成
要素ではないことを付記しておく。
The hydrogen discharging groove 420ha and the hydrogen supplying groove 420hb provided in the current collecting layer 420 are respectively
It should be noted that it may be formed as needed and is not an essential component of the present invention.

【0116】尚、本実施例では、燃料用電極402に、
メタノールと水を導入し、燃料用電極402を正極と
し、対向電極403を負極とするように電圧を印加し、
しかる後に、対向電極403において生成され、燃料用
電極412に到達した水素と、対向電極413へ供給さ
れた酸素とを用いて燃料電池400を起動させた例を示
したが、燃料電池400の起動方法は、上記した起動方
法に限定されることはない。燃料用電極412に外部よ
り水素を供給し、対向電極413へ酸素を供給し、しか
る後に、燃料用電極402に、メタノールと水を導入す
ることによっても燃料電池400を起動させても良い。
In this embodiment, the fuel electrode 402 is
Methanol and water are introduced, and a voltage is applied such that the fuel electrode 402 is a positive electrode and the counter electrode 403 is a negative electrode.
Thereafter, the example in which the fuel cell 400 is started using hydrogen generated at the counter electrode 403 and reaching the fuel electrode 412 and oxygen supplied to the counter electrode 413 has been described. The method is not limited to the activation method described above. The fuel cell 400 may also be started by supplying hydrogen to the fuel electrode 412 from the outside and supplying oxygen to the counter electrode 413, and then introducing methanol and water to the fuel electrode 402.

【0117】実施例3 実施例2に示す燃料電池400を単セルユニットとし、
この単セルユニットを直列に4セル積層させ、実施例2
と同様の操作を行なった。
Embodiment 3 The fuel cell 400 shown in Embodiment 2 is a single cell unit,
Example 4 This single cell unit was stacked in series in four cells.
The same operation as described above was performed.

【0118】以上の操作により、実施例3に示す4セル
直列型燃料電池では、電流密度1.0mA/cm2 、出
力電圧2.8Vを、連続的に取出すことができた。
By the above operation, in the 4-cell in-line type fuel cell shown in Example 3, a current density of 1.0 mA / cm 2 and an output voltage of 2.8 V could be continuously taken out.

【0119】なお、以上の実施例に関する開示は、本発
明の単なる具体例にすぎず、本発明の技術的範囲を何ら
制限するものではない。
The disclosure of the above embodiments is merely a specific example of the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.

【0120】本発明において用いる、陽イオン交換能を
有する電解質層としては、陽イオンを選択的に透過させ
るものであれば特に限定されることはない。そのような
陽イオン交換能を有する電解質層は、固体であっても、
また、電解液等の液体であってもよい。陽イオン交換能
を有する電解質層として、陽イオン交換膜を用いる場合
は、たとえば、固体高分子電解質膜、リン酸を含むマト
リックスからなる膜、硫酸を含むマトリックスからなる
膜、固体電解質よりなる膜などを挙げることができる。
また、陽イオン交換基として、スルホン酸、ホスホン
酸、硫酸エステル、リン酸エステルなどを有するイオン
交換膜を用いることができる。
The electrolyte layer having a cation exchange ability used in the present invention is not particularly limited as long as it selectively allows cations to pass therethrough. Such a cation exchange-capable electrolyte layer is a solid,
Further, it may be a liquid such as an electrolytic solution. When a cation exchange membrane is used as the electrolyte layer having cation exchange ability, for example, a solid polymer electrolyte membrane, a membrane composed of a matrix containing phosphoric acid, a membrane composed of a matrix containing sulfuric acid, a membrane composed of a solid electrolyte, and the like Can be mentioned.
Further, as the cation exchange group, an ion exchange membrane having sulfonic acid, phosphonic acid, sulfate ester, phosphate ester, or the like can be used.

【0121】また、本発明において用いる触媒は、特に
以下の場合に限定されるものではないが、白金(P
t)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、ルテニ
ウム(Ru)、金(Au),イリジウム(Ir)また
は、これらの金属と、ニッケル(Ni)、コバルト(C
o)等の合金等を挙げることができる。また、電極は、
白金(Pt)、ロジウム(Rh),パラジウム(P
d)、ルテニウム(Ru)、金(Au),イリジウム
(Ir)およびこれらの元素の少なくともいずれかを含
む合金等の触媒材料自体から形成してもよいし、導電性
のカーボン電極等に触媒材料を担持させたもの等から形
成してもよい。
The catalyst used in the present invention is not particularly limited to the following cases.
t), rhodium (Rh), palladium (Pd), ruthenium (Ru), gold (Au), iridium (Ir), or nickel (Ni), cobalt (C
o) and the like. The electrodes are
Platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium (P
d), a catalyst material itself such as ruthenium (Ru), gold (Au), iridium (Ir) and an alloy containing at least one of these elements, or a catalyst material for a conductive carbon electrode or the like. May be formed.

【0122】本発明に従う電極は、たとえば、陽イオン
交換膜の膜の表面の多孔構造内に、電極材料を析出させ
ることによって形成することができる。その他、本発明
に従う電極は、予め燃結等で作製した多孔質体に触媒を
担持すること等により形成することができる。
The electrode according to the present invention can be formed, for example, by depositing an electrode material in a porous structure on the surface of a cation exchange membrane. In addition, the electrode according to the present invention can be formed, for example, by supporting a catalyst on a porous body that has been prepared in advance by burning or the like.

【0123】本発明において、燃料供給手段は、たとえ
ば、電極の一方に燃料を接触させるため、燃料を収容す
る容器もしくは槽、該容器もしくは槽に燃料を所定の圧
力で送り込むためのポンプ等を備えることができるが、
これらに限定されず、電極に燃料を供給する機構であれ
ば、いかなるものも用いることができる。
In the present invention, the fuel supply means includes, for example, a container or tank for storing the fuel for bringing the fuel into contact with one of the electrodes, a pump for feeding the fuel to the container or the tank at a predetermined pressure, or the like. Can be
The invention is not limited thereto, and any mechanism may be used as long as it supplies fuel to the electrode.

【0124】本発明に従う燃料電池において用いる燃料
としては、少なくともメタノールおよび水を含むものを
挙げることができる。
The fuel used in the fuel cell according to the present invention includes a fuel containing at least methanol and water.

【0125】また、実施例2に示すユニットを直列に多
数積層することにより、高電圧化も可能となる。図5
は、そのような燃料電池400が、多数直列に積層され
た燃料電池を模式的に示す構成図である。
Further, by stacking a large number of the units shown in the second embodiment in series, it is possible to increase the voltage. FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a fuel cell in which many such fuel cells 400 are stacked in series.

【0126】図5を参照して、燃料電池の発電部は、燃
料電池400が多数直列に積層されて構成されている。
Referring to FIG. 5, the power generation section of the fuel cell is configured by stacking a number of fuel cells 400 in series.

【0127】そして、多数直列に積層されてなる燃料電
池400の両端の電池セルユニットの燃料が供給される
側の集電層と、酸化剤が供給される側の集電層には、そ
れぞれ端子が設けられ、外部負荷505を有する外部端
子504が接続される。
Terminals are provided on the current-collecting layer on the fuel supply side and the current-collecting layer on the oxidant-supplying side of the battery cell units at both ends of the fuel cell 400 which is stacked in series. And an external terminal 504 having an external load 505 is connected.

【0128】[0128]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のような複雑な反応系およびフローシステムは必要
でなく、非常にシンプルな装置によって、純度の高い水
素を生成することができる。本発明によれば、CO等の
不純物の生成は抑制される。
As described above, according to the present invention,
No complicated reaction system and flow system as in the prior art is required, and highly pure hydrogen can be produced by a very simple apparatus. According to the present invention, generation of impurities such as CO is suppressed.

【0129】このため、本発明に従う燃料電池は、生成
されるCOが著しく低減されているため、触媒の被毒に
よる化学反応性の低下も防止される。
Therefore, in the fuel cell according to the present invention, since the generated CO is significantly reduced, a decrease in chemical reactivity due to poisoning of the catalyst is also prevented.

【0130】また、本発明に従う燃料電池(単セル)を
複数直列に積層することにより、高電圧化も可能とな
る。
In addition, by stacking a plurality of fuel cells (single cells) according to the present invention in series, it is possible to increase the voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】参考に挙げた燃料電池の一具体例を模式的に示
す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a specific example of a fuel cell referred to as a reference .

【図2】本発明に従う燃料電池の還元剤生成装置の一具
体例を模式的に示す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing a specific example of a reducing agent generating device for a fuel cell according to the present invention.

【図3】本発明に従う燃料電池の発電装置の一実施例を
模式的に示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing one embodiment of a power generation device for a fuel cell according to the present invention.

【図4】本発明に従う燃料電池の一具体例を模式的に示
す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram schematically showing a specific example of a fuel cell according to the present invention.

【図5】本発明に従う燃料電池(単セル)が直列に複数
積層された燃料電池の一具体例を模式的に示す構成図で
ある。
FIG. 5 is a configuration diagram schematically showing a specific example of a fuel cell in which a plurality of fuel cells (single cells) according to the present invention are stacked in series.

【図6】従来の燃料電池を模式的に示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing a conventional fuel cell.

【図7】従来の燃料改質器を模式的に示す構成図であ
る。
FIG. 7 is a configuration diagram schematically showing a conventional fuel reformer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100、400、500 燃料電池 200 還元剤生成装置 201、301、401、411 陽イオン交換能を有
する電解質層 202、302、402、412 燃料用電極 203、303、403、413 対向電極 204、304、504 外部回路 205 電源 206、207、306、307、421、422 セ
パレータ 206h、406h 燃料供給用兼CO2 排出用溝 207h、420ha 水素 排出用溝 208、209、308、309 電極 300 発電装置 305、505 外部負荷 306h、420hb 水素供給用溝 307h、417h 酸素 供給用兼H2 O排出用溝 406、420、417 集電層 423、424 端子
100, 400, 500 Fuel cell 200 Reducing agent generator 201, 301, 401, 411 Electrolyte layer 202, 302, 402, 412 having cation exchange ability Fuel electrode 203, 303, 403, 413 Counter electrode 204, 304 504 External circuit 205 Power supply 206, 207, 306, 307, 421, 422 Separator 206h, 406h Fuel supply / CO 2 discharge groove 207h, 420ha Hydrogen discharge groove 208, 209, 308, 309 Electrode 300 Power generator 305, 505 External load 306h, 420hb Hydrogen supply groove 307h, 417h Oxygen supply / H 2 O discharge groove 406, 420, 417 Current collecting layer 423, 424 terminal

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 触媒を含む材料からなる第の電極と、 前記第の電極の表面に接するように設けられ、陽イオ
ン交換能を有する第の電解質層と、 前記第の電解質層の表面に接するように設けられ、触
媒を含む材料からなる第の電極と、 前記第の電極に燃料を供給するための燃料供給手段
と、 触媒を含む材料からなる第の電極と、 前記第の電極の表面に接するように設けられ、陽イオ
ン交換能を有する第の電解質層と、 前記第の電解質層の表面に接するように設けられ、触
媒を含む材料からなる第の電極と、 前記第の電極において生成された還元剤を前記第
電極へ供給する手段と、 前記第の電極と前記第の電極との間に設けられる、
電流を通電する手段と、 前記第の電極へ酸化剤を供給するための酸化剤供給手
段とを備え、 前記第および第の電極から電流を取出す、燃料電
池。
1. A first electrode made of a material containing a catalyst, a first electrolyte layer provided in contact with a surface of the first electrode and having a cation exchange ability, and a first electrolyte layer A second electrode provided so as to be in contact with the surface of the first electrode and made of a material containing a catalyst, fuel supply means for supplying fuel to the first electrode, a third electrode made of a material containing a catalyst, wherein provided in contact with the surface of the third electrode, a second electrolyte layer having cation-exchange ability, provided in contact with the surface of the second electrolyte layer, a fourth of a material containing a catalyst and electrodes, and means for supplying a reducing agent generated in the second electrode to the third electrode is provided between the second electrode and the third electrode,
A fuel cell, comprising: means for supplying a current; and oxidant supply means for supplying an oxidant to the fourth electrode, wherein the current is extracted from the first and fourth electrodes.
【請求項2】 前記第の電極において生成された還元
剤を前記第の電極へ供給する手段、および、前記第
の電極と前記第の電極との間に設けられる、電流を通
電する手段が、同一の導電性の多孔質部材で形成され
る、請求項1に記載の燃料電池。
Wherein means for supplying a reducing agent generated in the second electrode to the third electrode, and the second
2. The fuel cell according to claim 1 , wherein the means for supplying a current provided between the third electrode and the third electrode is formed of the same conductive porous member.
【請求項3】 前記燃料は、少なくともメタノールおよ
び水を含み、かつ前記還元剤は水素を含む、請求項1ま
たは2に記載の燃料電池。
Wherein the fuel comprises at least methanol and water, and the reducing agent comprises hydrogen, according to claim 1 or
Or the fuel cell according to 2 .
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