JP3502508B2 - Direct methanol fuel cell - Google Patents
Direct methanol fuel cellInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
膜を挟んでアノード側電極とカソード側電極が対設され
た燃料電池構造体を備え、燃料としてメタノール水溶液
が直接供給される直接メタノール型燃料電池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention comprises a fuel cell structure in which an anode electrode and a cathode electrode are opposed to each other with a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between them, and a direct methanol type fuel is supplied directly with an aqueous methanol solution. Regarding fuel cells.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば、固体高分子電解質膜を挟んでア
ノード側電極とカソード側電極とを対設した燃料電池構
造体をセパレータによって挟持して複数積層することに
より構成された燃料電池が開発され、種々の用途に実用
化されつつある。2. Description of the Related Art For example, a fuel cell has been developed in which a fuel cell structure having an anode-side electrode and a cathode-side electrode opposed to each other with a solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween is sandwiched by separators and a plurality of layers are stacked. , Is being put to practical use for various purposes.
【０００３】この種の燃料電池として、メタノール水溶
液を液体のまま直接アノード側電極に供給するととも
に、酸化剤ガス（空気）をカソード側電極に供給するこ
とにより、前記メタノール水溶液が水と反応して水素イ
オンが得られ、この水素イオンが固体高分子電解質膜内
を移動することによって外部に電気エネルギが得られる
ように構成された直接メタノール型燃料電池が知られて
いる。In this type of fuel cell, an aqueous methanol solution is supplied as a liquid directly to the anode side electrode and an oxidizing gas (air) is supplied to the cathode side electrode so that the aqueous methanol solution reacts with water. A direct methanol fuel cell is known in which hydrogen ions are obtained and the hydrogen ions move inside the solid polymer electrolyte membrane to obtain electric energy outside.
【０００４】ところで、上記の直接メタノール型燃料電
池では、固体高分子電解質膜として陽イオン交換膜が使
用される場合、アノード側電極側に供給されたメタノー
ルがこの固体高分子電解質膜を透過してカソード側電極
側に移動することが確認されている。このため、燃料電
池を再起動する際に、固体高分子電解質膜中に存在して
いるメタノールにより水素イオンの移動が阻害されると
いう不具合が発生している。By the way, in the above direct methanol fuel cell, when a cation exchange membrane is used as the solid polymer electrolyte membrane, the methanol supplied to the anode side electrode side permeates the solid polymer electrolyte membrane. It has been confirmed that it moves to the cathode side electrode side. Therefore, when the fuel cell is restarted, there is a problem that the migration of hydrogen ions is hindered by the methanol existing in the solid polymer electrolyte membrane.
【０００５】そこで、例えば、特開昭６３−７６２６５
号公報に開示されているように、正極と負極との間に電
解質層として、陽イオン交換膜をその両側にポリスチレ
ンスルホン酸グラフト重合膜が存在するようにして２枚
以上重ねて配置することにより、メタノールの透過を阻
止しようとするメタノール燃料電池が知られている。Then, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-76265.
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2004-242242, by arranging two or more cation exchange membranes as an electrolyte layer between a positive electrode and a negative electrode so that polystyrene sulfonate graft polymerized membranes are present on both sides of the cation exchange membranes. , Methanol fuel cells that attempt to prevent the permeation of methanol are known.
【０００６】ところが、上記の従来技術では、電解質膜
が多層構造となるため、この電解質膜が厚膜化するとと
もに、前記電解質膜の製造作業が相当に複雑化するとい
う問題がある。However, in the above-mentioned conventional technique, since the electrolyte membrane has a multi-layer structure, there is a problem that the electrolyte membrane becomes thicker and the manufacturing work of the electrolyte membrane becomes considerably complicated.
【０００７】また、特開平７−９０１１１号公報には、
高分子固体電解質中に触媒金属を含有させた高分子固体
電解質組成物を用いて成膜し、高分子固体電解質型電気
化学セルのイオン交換膜として用いることにより、前記
高分子固体電解質中でメタノールと反応して水を生成す
る技術が開示されている。Further, Japanese Patent Laid-Open No. 7-90111 discloses that
Methanol in the polymer solid electrolyte is formed by using a polymer solid electrolyte composition containing a catalyst metal in the polymer solid electrolyte to form a film, and using the film as an ion exchange membrane of a polymer solid electrolyte type electrochemical cell. A technique of reacting with water to generate water is disclosed.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、アノード側
電極側から透過するメタノールを効率的に燃焼させるた
めには、触媒金属に対して十分な酸素（酸化剤ガス）を
供給する必要がある。しかしながら、上記の従来技術で
は、高分子固体電解質全体に触媒金属が含有しているた
め、この触媒金属に酸素を円滑に供給することができな
い。これにより、メタノールの燃焼効率が低くなり、前
記メタノールが高分子固体電解質中に残存してしまうと
いう問題が指摘されている。By the way, in order to efficiently burn methanol that permeates from the anode side electrode side, it is necessary to supply sufficient oxygen (oxidant gas) to the catalyst metal. However, in the above-mentioned conventional technique, since the catalyst metal is contained in the entire polymer solid electrolyte, oxygen cannot be smoothly supplied to the catalyst metal. It has been pointed out that this causes the combustion efficiency of methanol to decrease and the methanol to remain in the polymer solid electrolyte.
【０００９】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、固体高分子電解質膜中のメタノールを確実に除去
することができ、発電効率の向上が可能な直接メタノー
ル型燃料電池を提供することを目的とする。The present invention solves this kind of problem and provides a direct methanol fuel cell capable of reliably removing methanol in a solid polymer electrolyte membrane and improving power generation efficiency. The purpose is to
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、固体高分子電解質膜が、イオン交換膜
中にメタノールを酸化させるための酸化触媒層を埋設し
ており、この電解質膜を透過または前記電解質膜中に残
在する前記メタノールが前記酸化触媒層で触媒燃焼して
水と二酸化炭素が生成される。In order to solve the above problems, the present invention provides a solid polymer electrolyte membrane in which an oxidation catalyst layer for oxidizing methanol is embedded in an ion exchange membrane. The methanol that permeates the electrolyte membrane or remains in the electrolyte membrane is catalytically burned in the oxidation catalyst layer to generate water and carbon dioxide.
【００１１】ここで、カソード側電極側のイオン交換膜
が、イオン導電成分をアルコール溶液に分散した液体か
らキャスティングにより形成された多孔質膜で構成さ
れ、あるいは、多孔質材にイオン導電成分を含浸させた
多孔質イオン導電体で構成される。このため、カソード
側電極側に多孔質イオン導電膜が配置されることにな
り、電解質膜中の酸化触媒層に酸化剤ガスを円滑かつ十
分に供給することができ、アノード側電極側から透過す
るメタノールや固体高分子電解質膜中に残存するメタノ
ールの燃焼効率が有効に向上する。Here, the ion exchange membrane on the cathode side electrode side is composed of a porous membrane formed by casting from a liquid in which an ionic conductive component is dispersed in an alcohol solution, or a porous material is impregnated with the ionic conductive component. It is composed of a porous ionic conductor. Therefore, the porous ionic conductive film is arranged on the cathode side electrode side, the oxidant gas can be smoothly and sufficiently supplied to the oxidation catalyst layer in the electrolyte membrane, and permeates from the anode side electrode side. The combustion efficiency of methanol and methanol remaining in the solid polymer electrolyte membrane is effectively improved.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る直接メタノール型燃料電池を構成する燃料電池構
造体１０の概略縦断面説明図である。燃料電池構造体１
０は、固体高分子電解質膜１２と、この電解質膜１２を
挟んで対設されたカソード側電極１４およびアノード側
電極１６を備える。1 is a schematic vertical cross-sectional explanatory view of a fuel cell structure 10 constituting a direct methanol fuel cell according to a first embodiment of the present invention. Fuel cell structure 1
Reference numeral 0 includes a solid polymer electrolyte membrane 12, and a cathode-side electrode 14 and an anode-side electrode 16 that are opposed to each other with the electrolyte membrane 12 interposed therebetween.
【００１３】電解質膜１２は、カソード側電極１４側の
陽イオン交換膜１８とアノード側電極１６側の陽イオン
交換膜２０とを備える。この陽イオン交換膜１８は、イ
オン導電成分をアルコール溶液に分散した液体からキャ
スティングにより形成された多孔質膜で構成される。The electrolyte membrane 12 comprises a cation exchange membrane 18 on the cathode side electrode 14 side and a cation exchange membrane 20 on the anode side electrode 16 side. The cation exchange membrane 18 is a porous membrane formed by casting a liquid in which an ionic conductive component is dispersed in an alcohol solution.
【００１４】陽イオン交換膜１８、２０の間には、メタ
ノールを酸化させるための酸化触媒層２２が埋設され
る。酸化触媒層２２は、陽イオン交換膜１８、２０の溶
液分散成分と白金担持カーボンとを有するペーストを前
記陽イオン交換膜１８、２０の少なくとも一方の内側面
に塗布しさらに乾燥することにより構成されている。An oxidation catalyst layer 22 for oxidizing methanol is buried between the cation exchange membranes 18 and 20. The oxidation catalyst layer 22 is formed by applying a paste containing a solution-dispersed component of the cation exchange membranes 18 and 20 and platinum-supporting carbon to at least one inner surface of the cation exchange membranes 18 and 20 and further drying. ing.
【００１５】カソード側電極１４とアノード側電極１６
とは、所定の触媒が塗布された多孔質カーボンペーパー
であり、前記カソード側電極１４および前記アノード側
電極１６で電解質膜１２を挟持し、あるいはホットプレ
ス等により接合して燃料電池構造体１０が構成される。The cathode side electrode 14 and the anode side electrode 16
Is a porous carbon paper coated with a predetermined catalyst, and the fuel cell structure 10 is formed by sandwiching the electrolyte membrane 12 between the cathode side electrode 14 and the anode side electrode 16 or joining them by hot pressing or the like. Composed.
【００１６】カソード側電極１４側には、上方に空気
（酸化剤ガス）を導入するための酸化剤ガス導入用孔部
２４ａが設けられる一方、下方に未反応空気を排出する
ための酸化剤ガス排出用孔部２４ｂが設けられ、前記酸
化剤ガス導入用孔部２４ａと前記酸化剤ガス排出用孔部
２４ｂが酸化剤ガス通路２６を介して連通する。On the cathode side electrode 14 side, an oxidant gas introducing hole 24a for introducing air (oxidant gas) is provided above, while an oxidant gas for discharging unreacted air is provided below. A discharge hole 24b is provided, and the oxidant gas introduction hole 24a and the oxidant gas discharge hole 24b communicate with each other through an oxidant gas passage 26.
【００１７】アノード側電極１６側には、下方にメタノ
ールと水の混合液を導入する燃料導入用孔部２８ａが設
けられる一方、上方に未反応メタノール水溶液および生
成された二酸化炭素ガスを排出する燃料排出用孔部２８
ｂが設けられる。燃料導入用孔部２８ａと燃料排出用孔
部２８ｂは、燃料通路３０を介して連通する。On the anode side electrode 16 side, a fuel introducing hole 28a for introducing a mixed liquid of methanol and water is provided below, while an unreacted methanol aqueous solution and a fuel for discharging generated carbon dioxide gas are provided above. Discharge hole 28
b is provided. The fuel introduction hole 28a and the fuel discharge hole 28b communicate with each other via the fuel passage 30.
【００１８】次に、このように構成される第１の実施形
態に係る燃料電池構造体１０を製造する工程について、
図２を参照しながら説明する。Next, with respect to the process of manufacturing the fuel cell structure 10 according to the first embodiment having the above-mentioned structure,
This will be described with reference to FIG.
【００１９】先ず、アノード側電極１６側の陽イオン交
換膜２０の片面（内側面）４０に、陽イオン交換膜１
８、２０の溶液分散成分と白金担持カーボンとを有する
ペースト４２が塗布される（図２中、（ａ）参照）。First, one surface (inner surface) 40 of the cation exchange membrane 20 on the side of the anode 16 is attached to the cation exchange membrane 1.
A paste 42 containing the solution-dispersed components 8 and 20 and platinum-carrying carbon is applied (see (a) in FIG. 2).
【００２０】次いで、ペースト４２が乾燥して酸化触媒
層２２が得られた後、図２中、（ｂ）に示すように、陽
イオン交換膜２０が前記酸化触媒層２２を上方に向けて
水平姿勢に保持された状態で、イオン導電成分をアルコ
ール溶液に分散した液体４４によりキャスティングされ
る。そして、乾燥処理が施されることにより、陽イオン
交換膜２０には、酸化触媒層２２を挟んで多孔質膜であ
る陽イオン交換膜１８が設けられ、電解質膜１２が得ら
れる（図２中、（ｃ）参照）。Next, after the paste 42 is dried to obtain the oxidation catalyst layer 22, as shown in FIG. 2B, the cation exchange membrane 20 is horizontally oriented with the oxidation catalyst layer 22 facing upward. While being held in the posture, it is cast by the liquid 44 in which an ionic conductive component is dispersed in an alcohol solution. Then, by performing the drying treatment, the cation exchange membrane 20 is provided with the cation exchange membrane 18, which is a porous membrane, with the oxidation catalyst layer 22 interposed therebetween, and the electrolyte membrane 12 is obtained (in FIG. 2). , (C)).
【００２１】さらに、図２中、（ｄ）に示すように、電
解質膜１２の両面には、カソード側電極１４およびアノ
ード側電極１６が挟持、あるいは接合される。これによ
り、燃料電池構造体１０が製造される。Further, as shown in FIG. 2 (d), the cathode side electrode 14 and the anode side electrode 16 are sandwiched or joined to both surfaces of the electrolyte membrane 12. As a result, the fuel cell structure 10 is manufactured.
【００２２】この燃料電池構造体１０の動作について、
以下に説明する。Regarding the operation of this fuel cell structure 10,
This will be described below.
【００２３】図１に示すように、メタノールと水の混合
液が、直接メタノール型燃料電池内の燃料導入用孔部２
８ａに供給されると、この混合液は、燃料通路３０に沿
って反重力方向（矢印Ａ方向）に流される。これによ
り、アノード側電極１６には、燃料であるメタノールと
水の混合液が供給される。As shown in FIG. 1, a mixed solution of methanol and water is used as a fuel introducing hole 2 in a direct methanol fuel cell.
When supplied to 8a, this mixed liquid is caused to flow in the antigravity direction (direction of arrow A) along the fuel passage 30. As a result, the mixed liquid of methanol and water, which is the fuel, is supplied to the anode 16 on the anode side.
【００２４】一方、酸化剤ガスである空気が、直接メタ
ノール型燃料電池内の酸化剤ガス導入用孔部２４ａに供
給されると、この空気は、酸化剤ガス通路２６に沿って
重力方向に流通する（矢印Ｂ方向）。これにより、燃料
電池構造体１０を構成するカソード側電極１４に空気が
供給される。なお、未反応の空気は、酸化剤ガス排出用
孔部２４ｂを介して直接メタノール型燃料電池の外部に
排出される。On the other hand, when the air, which is the oxidant gas, is directly supplied to the oxidant gas introducing hole 24a in the methanol fuel cell, this air flows in the gravity direction along the oxidant gas passage 26. (Arrow B direction). As a result, air is supplied to the cathode-side electrode 14 that constitutes the fuel cell structure 10. The unreacted air is directly discharged to the outside of the methanol fuel cell through the oxidant gas discharging hole 24b.
【００２５】アノード側電極１６では、（１）式に示す
ように、メタノールと水とが反応して炭酸ガスと水素イ
オンが生成される。At the anode 16 the methanol reacts with water to produce carbon dioxide and hydrogen ions, as shown in equation (1).
【００２６】
ＣＨ3 ＯＨ＋Ｈ2 Ｏ → ＣＯ2 ＋６Ｈ+ ＋６ｅ- …（１）
生成された上記水素イオンは、電解質膜１２をカソード
側電極１４側に拡散移動し、このカソード側電極１４で
は、（２）式に示すように、空気中の酸素との外部回路
を通って、また電子と反応して水が生成される。CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − (1) The generated hydrogen ions diffuse and move in the electrolyte membrane 12 to the cathode side electrode 14 side. As shown in the equation), water is generated through an external circuit with oxygen in the air and reacts with electrons.
【００２７】
６Ｈ+ ＋３／２・Ｏ2 ＋６ｅ- → ３Ｈ2 Ｏ …（２）
アノード側電極１６に供給されたメタノール水溶液の
中、未反応メタノール水溶液は、生成された炭酸ガス
（二酸化炭素ガス）と共に燃料排出用孔部２８ｂを通っ
て直接メタノール型燃料電池の外部に導出される。6H + + 3/2 · O 2 + 6e − → 3H 2 O (2) In the aqueous methanol solution supplied to the anode 16, the unreacted aqueous methanol solution is carbon dioxide gas (carbon dioxide gas) generated. At the same time, it is directly led to the outside of the methanol fuel cell through the fuel discharge hole 28b.
【００２８】ところで、アノード側電極１６に供給され
たメタノールは、電解質膜１２を構成する陽イオン交換
膜２０、１８を透過してカソード側電極１４側に移動さ
れ易い。このため、直接メタノール型燃料電池を再起動
する際に、電解質膜１２中に存在するメタノールによ
り、水素イオンが前記電解質膜１２をカソード側電極１
４側に拡散移動することを阻止されるおそれがある。By the way, the methanol supplied to the anode 16 is likely to pass through the cation exchange membranes 20 and 18 constituting the electrolyte membrane 12 and move to the cathode 14 side. Therefore, when the direct methanol fuel cell is restarted, hydrogen ions cause the electrolyte membrane 12 to move through the electrolyte membrane 12 due to the methanol present in the electrolyte membrane 12.
There is a risk of being prevented from diffusing to the 4 side.
【００２９】しかしながら、第１の実施形態では、電解
質膜１２を構成する陽イオン交換膜１８、２０間に酸化
触媒層２２が埋設されている。これにより、電解質膜１
２中を拡散透過するメタノールや、直接メタノール型燃
料電池の停止後に前記電解質膜１２中に残留するメタノ
ールが、前記酸化触媒層２２でカソード側電極１４側か
ら拡散供給される酸素を介して触媒燃焼し、下記（３）
式に示すように、水と二酸化炭素が生成される。However, in the first embodiment, the oxidation catalyst layer 22 is embedded between the cation exchange membranes 18 and 20 constituting the electrolyte membrane 12. Thereby, the electrolyte membrane 1
The methanol that diffuses and permeates through 2 and the methanol that remains in the electrolyte membrane 12 after the direct methanol fuel cell is stopped are catalytically burned in the oxidation catalyst layer 22 through oxygen that is diffused and supplied from the cathode side electrode 14 side. Then, the following (3)
As shown in the equation, water and carbon dioxide are produced.
【００３０】
ＣＨ3 ＯＨ＋３／２・Ｏ2 → ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ …（３）
この生成された二酸化炭素は、電解質膜１２の外部に排
出されるとともに、生成された水は、前記電解質膜１２
の含水率を高め、該電解質膜１２のイオン導電率を高く
維持することができる。CH 3 OH + 3/2 · O 2 → CO 2 + 2H 2 O (3) The produced carbon dioxide is discharged to the outside of the electrolyte membrane 12, and the produced water is removed from the electrolyte membrane 12
It is possible to increase the water content and maintain the ionic conductivity of the electrolyte membrane 12 high.
【００３１】ここで、カソード側電極１４側の陽イオン
交換膜１８が、イオン導電成分をアルコール溶液に分散
した液体からキャスティングにより形成された多孔質膜
で構成されている。このため、電解質膜１２中の酸化触
媒層２２に空気中の酸素を円滑かつ十分に供給すること
が可能になり、前記電解質膜１２中のメタノールの燃焼
効率が有効に向上する。Here, the cation exchange membrane 18 on the cathode side electrode 14 side is composed of a porous membrane formed by casting from a liquid in which an ionic conductive component is dispersed in an alcohol solution. Therefore, oxygen in the air can be smoothly and sufficiently supplied to the oxidation catalyst layer 22 in the electrolyte membrane 12, and the combustion efficiency of methanol in the electrolyte membrane 12 is effectively improved.
【００３２】従って、第１の実施形態では、電解質膜１
２中を拡散透過、または前記電解質膜１２中に残留する
メタノールを、酸化触媒層２２を介し確実に触媒燃焼し
て有効に除去することができる。これにより、直接メタ
ノール型燃料電池の再起動時に、水素イオンがカソード
側電極１４側に円滑に拡散移動することが可能になり、
直接メタノール型燃料電池の起電効率が大幅に向上する
という効果が得られる。Therefore, in the first embodiment, the electrolyte membrane 1
The methanol permeating through 2 or remaining in the electrolyte membrane 12 can be reliably catalytically burned through the oxidation catalyst layer 22 and effectively removed. As a result, when the direct methanol fuel cell is restarted, hydrogen ions can smoothly diffuse and move to the cathode electrode 14 side,
The effect that the electromotive efficiency of the direct methanol fuel cell is significantly improved can be obtained.
【００３３】次いで、本発明の第２の実施形態に係る直
接メタノール型燃料電池を構成する燃料電池構造体１０
０について、図３を参照しながら説明する。なお、第１
の実施形態に係る直接メタノール型燃料電池の燃料電池
構造体１０と同様の構成要素には、同一の参照符号を付
してその詳細な説明は省略する。Next, the fuel cell structure 10 constituting the direct methanol fuel cell according to the second embodiment of the present invention.
0 will be described with reference to FIG. The first
The same components as those of the fuel cell structure 10 of the direct methanol fuel cell according to the embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【００３４】この燃料電池構造体１００は、固体高分子
電解質膜１０２を備え、この電解質膜１０２は、カソー
ド側電極１４側の陽イオン交換膜１０４とアノード側電
極１６側の陽イオン交換膜２０とを備える。この陽イオ
ン交換膜１０４は、多孔質材１０６にイオン導電成分を
含浸させた多孔質イオン導電体で構成される。This fuel cell structure 100 is provided with a solid polymer electrolyte membrane 102. The electrolyte membrane 102 includes a cation exchange membrane 104 on the cathode side electrode 14 side and a cation exchange membrane 20 on the anode side electrode 16 side. Equipped with. The cation exchange membrane 104 is composed of a porous ionic conductor obtained by impregnating a porous material 106 with an ionic conductive component.
【００３５】そこで、燃料電池構造体１００を製造する
際には、先ず、図３中、（ａ）に示すように、アノード
側電極１６側の陽イオン交換膜２０の片面４０に、ペー
スト４２が塗布される一方、例えば、カーボンペーパー
である多孔質材１０６が用意される（図３中、（ｂ）参
照）。この多孔質材１０６は、イオン導電成分分散液１
０８内に浸漬されて前記イオン導電成分分散液１０８を
含浸させた後、乾燥処理が施されて多孔質イオン導電体
である陽イオン交換膜１０４が得られる（図３中、
（ｃ）および（ｄ）参照）。Therefore, when manufacturing the fuel cell structure 100, first, as shown in FIG. 3A, the paste 42 is applied to one surface 40 of the cation exchange membrane 20 on the anode 16 side. While being applied, a porous material 106, which is, for example, carbon paper, is prepared (see (b) in FIG. 3). The porous material 106 is the ionic conductive component dispersion liquid 1
After being immersed in 08 to be impregnated with the ionic conductive component dispersion liquid 108, a drying treatment is performed to obtain a cation exchange membrane 104 which is a porous ionic conductor (in FIG. 3,
(See (c) and (d)).
【００３６】次いで、図３中、（ｅ）に示すように、陽
イオン交換膜１０４が酸化触媒層２２を挟んで陽イオン
交換膜２０と接触、接着または接合されて電解質膜１０
２が得られた後、この電解質膜１０２の両面には、カソ
ード側電極１４およびアノード側電極１６が挟持、ある
いは接合される。これにより、燃料電池構造体１００が
製造される（図３中、（ｆ）参照）。Then, as shown in FIG. 3E, the cation exchange membrane 104 is contacted with, adhered to, or bonded to the cation exchange membrane 20 with the oxidation catalyst layer 22 interposed therebetween, and the electrolyte membrane 10 is then attached.
After 2 is obtained, the cathode side electrode 14 and the anode side electrode 16 are sandwiched or joined to both surfaces of the electrolyte membrane 102. As a result, the fuel cell structure 100 is manufactured (see (f) in FIG. 3).
【００３７】このように構成される燃料電池構造体１０
０では、多孔質イオン導電体である陽イオン交換膜１０
４がカソード側電極１４に設けられるため、電解質膜１
０２中を拡散透過、または前記電解質膜１０２中に残留
するメタノールを、酸化触媒層２２を介し確実に触媒燃
焼して有効に除去することができる。従って、第２の実
施形態では、前述した第１の実施形態と同様の効果を得
ることが可能になる。The fuel cell structure 10 thus constructed
0, the cation exchange membrane 10 which is a porous ionic conductor
4 is provided on the cathode side electrode 14, the electrolyte membrane 1
The methanol that is diffused and permeated through the electrolyte membrane 02 or that remains in the electrolyte membrane 102 can be reliably removed by catalytic combustion through the oxidation catalyst layer 22. Therefore, in the second embodiment, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment described above.
【００３８】次に、本発明の第３の実施形態に係る直接
メタノール型燃料電池を構成する燃料電池構造体２００
について、図４を参照しながら説明する。なお、第１の
実施形態に係る直接メタノール型燃料電池の燃料電池構
造体１０と同様の構成要素には、同一の参照符号を付し
てその詳細な説明は省略する。Next, a fuel cell structure 200 constituting a direct methanol fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
Will be described with reference to FIG. The same components as those of the fuel cell structure 10 of the direct methanol fuel cell according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【００３９】この燃料電池構造体２００は、固体高分子
電解質膜２０２を備え、この電解質膜２０２は、カソー
ド側電極１４側の陽イオン交換膜２０４とアノード側電
極１６側の陽イオン交換膜２０とを備える。この陽イオ
ン交換膜２０４は、イオン導電成分をアルコール溶液に
分散した液体からキャスティングにより形成された多孔
質膜で構成される。This fuel cell structure 200 comprises a solid polymer electrolyte membrane 202, and this electrolyte membrane 202 comprises a cation exchange membrane 204 on the cathode side electrode 14 side and a cation exchange membrane 20 on the anode side electrode 16 side. Equipped with. The cation exchange membrane 204 is a porous membrane formed by casting a liquid in which an ionic conductive component is dispersed in an alcohol solution.
【００４０】そこで、燃料電池構造体２００を製造する
際には、先ず、図４中、（ａ）に示すように、アノード
側電極１６側の陽イオン交換膜２０の片面４０に、ペー
スト４２が塗布される一方、予めイオン導電成分をアル
コール溶液に分散した液体からキャスティングにより形
成された多孔質膜である陽イオン交換膜２０４が用意さ
れる（図４中、（ｂ）参照）。Therefore, when manufacturing the fuel cell structure 200, first, as shown in FIG. 4A, the paste 42 is applied to one surface 40 of the cation exchange membrane 20 on the anode 16 side. While being coated, a cation exchange membrane 204, which is a porous membrane formed by casting from a liquid in which an ionic conductive component is previously dispersed in an alcohol solution, is prepared (see (b) in FIG. 4).
【００４１】次いで、図４中、（ｃ）に示すように、陽
イオン交換膜２０４が酸化触媒層２２を挟んで陽イオン
交換膜２０と接触、接着または接合されて電解質膜２０
２が得られた後、この電解質膜２０２の両面には、カソ
ード側電極１４およびアノード側電極１６が挟持、ある
いは接合される。これにより、燃料電池構造体２００が
製造される（図４中、（ｄ）参照）。Then, as shown in FIG. 4C, the cation exchange membrane 204 is brought into contact with, adhered to, or bonded to the cation exchange membrane 20 with the oxidation catalyst layer 22 in between, and the electrolyte membrane 20.
After No. 2 is obtained, the cathode side electrode 14 and the anode side electrode 16 are sandwiched or joined to both surfaces of the electrolyte membrane 202. As a result, the fuel cell structure 200 is manufactured (see (d) in FIG. 4).
【００４２】このように構成される燃料電池構造体２０
０では、陽イオン交換膜２０４が多孔質膜で構成される
ため、第１の実施形態に係る燃料電池構造体１０を構成
する陽イオン交換膜１８と同一の機能を有する。従っ
て、第３の実施形態では、前述した第１の実施形態と同
様の効果を得ることが可能になる。The fuel cell structure 20 having the above structure
In 0, since the cation exchange membrane 204 is made of a porous membrane, it has the same function as the cation exchange membrane 18 constituting the fuel cell structure 10 according to the first embodiment. Therefore, in the third embodiment, it is possible to obtain the same effect as that of the above-described first embodiment.
【００４３】なお、第３の実施形態では、陽イオン交換
膜２０の片面４０にのみペースト４２が塗布されている
が、前記陽イオン交換膜２０と陽イオン交換膜２０４の
両方または少なくとも一方に前記ペースト４２を塗布す
ればよい。In the third embodiment, the paste 42 is applied only to one surface 40 of the cation exchange membrane 20, but the paste 42 is applied to both or at least one of the cation exchange membrane 20 and the cation exchange membrane 204. The paste 42 may be applied.
【００４４】[0044]
【発明の効果】本発明に係る直接メタノール型燃料電池
では、固体高分子電解質膜が、イオン交換膜中に酸化触
媒層を埋設するとともに、カソード側電極側に多孔質イ
オン導電膜が配置されるため、前記電解質膜中の酸化触
媒層に酸化剤ガスを円滑かつ十分に供給することができ
る。これにより、アノード側電極側から透過するメタノ
ールや電解質膜中に残存するメタノールの燃焼効率が高
くなり、直接メタノール型燃料電池の起電効率が有効に
向上する。In the direct methanol fuel cell according to the present invention, the solid polymer electrolyte membrane has the oxidation catalyst layer embedded in the ion exchange membrane, and the porous ion conductive film is disposed on the cathode side electrode side. Therefore, the oxidizing gas can be smoothly and sufficiently supplied to the oxidation catalyst layer in the electrolyte membrane. As a result, the combustion efficiency of methanol that permeates from the anode side electrode side and the methanol that remains in the electrolyte membrane is increased, and the electromotive efficiency of the direct methanol fuel cell is effectively improved.
【図１】本発明の第１の実施形態に係る直接メタノール
型燃料電池を構成する燃料電池構造体の概略縦断面説明
図である。FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional explanatory view of a fuel cell structure constituting a direct methanol fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
【図２】前記燃料電池構造体を製造する工程の説明図で
ある。FIG. 2 is an explanatory view of a process of manufacturing the fuel cell structure.
【図３】本発明の第２の実施形態に係る直接メタノール
型燃料電池を構成する燃料電池構造体を製造する工程の
説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a process of manufacturing a fuel cell structure that constitutes a direct methanol fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第３の実施形態に係る直接メタノール
型燃料電池を構成する燃料電池構造体を製造する工程の
説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a process of manufacturing a fuel cell structure that constitutes a direct methanol fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
１０、１００、２００…燃料電池構造体
１２、１０２、２０２…電解質膜 １４…カソード
側電極
１６…アノード側電極
１８、２０、１０４、２０４…陽イオン交換膜
２２…酸化触媒層 ４２…ペースト
４４…液体 １０６…多孔質
材
１０８…イオン導電成分分散液10, 100, 200 ... Fuel cell structure 12, 102, 202 ... Electrolyte membrane 14 ... Cathode side electrode 16 ... Anode side electrodes 18, 20, 104, 204 ... Cation exchange membrane 22 ... Oxidation catalyst layer 42 ... Paste 44 ... Liquid 106 ... Porous material 108 ... Ionic conductive component dispersion liquid
Claims (3)
極とカソード側電極が対設された燃料電池構造体を備
え、前記アノード側電極側にメタノールを直接供給する
一方、前記カソード側電極側に酸化剤ガスを供給して起
電力を得る直接メタノール型燃料電池であって、 前記電解質膜は、アノード側電極側から透過する前記メ
タノールを酸化させるための酸化触媒層をイオン交換膜
の内部に埋設するとともに、 前記カソード側電極側のイオン交換膜が、イオン導電成
分をアルコール溶液に分散した液体からキャスティング
により形成された多孔質膜で構成されることを特徴とす
る直接メタノール型燃料電池。1. A fuel cell structure comprising an anode-side electrode and a cathode-side electrode opposed to each other with a solid polymer electrolyte membrane sandwiched therebetween, wherein methanol is directly supplied to the anode-side electrode side while the cathode-side electrode side is provided. A direct methanol fuel cell in which an oxidant gas is supplied to obtain an electromotive force, wherein the electrolyte membrane has an oxidation catalyst layer for oxidizing the methanol that permeates from the anode side electrode side, and an ion exchange membrane.
Direct methanol fuel, characterized in that the ion exchange membrane on the cathode side electrode side is embedded by a porous membrane formed by casting from a liquid in which an ionic conductive component is dispersed in an alcohol solution. battery.
極とカソード側電極が対設された燃料電池構造体を備
え、前記アノード側電極側にメタノールを直接供給する
一方、前記カソード側電極側に酸化剤ガスを供給して起
電力を得る直接メタノール型燃料電池であって、 前記電解質膜は、イオン交換膜中に前記メタノールを酸
化させるための酸化触媒層を埋設するとともに、 前記カソード側電極側のイオン交換膜が、多孔質材にイ
オン導電成分を含浸させた多孔質イオン導電体で構成さ
れることを特徴とする直接メタノール型燃料電池。2. A fuel cell structure comprising an anode-side electrode and a cathode-side electrode placed opposite to each other with a solid polymer electrolyte membrane sandwiched therebetween, wherein methanol is directly supplied to the anode-side electrode side while the cathode-side electrode side is provided. A direct methanol fuel cell for supplying an oxidant gas to an electromotive force to obtain an electromotive force, wherein the electrolyte membrane includes an oxidation catalyst layer for oxidizing the methanol in an ion exchange membrane, and the cathode side electrode. The direct methanol fuel cell, wherein the ion exchange membrane on the side is composed of a porous ionic conductor obtained by impregnating a porous material with an ionic conductive component.
極とカソード側電極が対設された燃料電池構造体を備
え、前記アノード側電極側にメタノールを直接供給する
一方、前記カソード側電極側に酸化剤ガスを供給して起
電力を得る直接メタノール型燃料電池であって、 前記電解質膜は、前記アノード側電極側に臨む第１イオ
ン交換膜と、前記カソード側電極側に臨む第２イオン交
換膜とを有し、 前記第１イオン交換膜と前記第２イオン交換膜との間
に、前記メタノールを酸化させるための酸化触媒層を埋
設するとともに、 前記第２イオン交換膜が、イオン導電成分をアルコール
溶液に分散した液体からキャスティングにより形成され
た多孔質膜で構成されることを特徴とする直接メタノー
ル型燃料電池。 3. Anode side electrode with a solid polymer electrolyte membrane sandwiched therebetween.
Equipped with a fuel cell structure in which the electrode and the cathode electrode are oppositely installed
, Methanol is directly supplied to the anode side electrode side
On the other hand, by supplying an oxidant gas to the cathode side electrode side,
A direct methanol fuel cell for obtaining electric power, wherein the electrolyte membrane is a first ion facing the anode side electrode side.
Ion exchange membrane and the second ion exchange facing the cathode side electrode side.
An exchange membrane, and between the first ion exchange membrane and the second ion exchange membrane
Embedded in the oxidation catalyst layer for oxidizing the methanol.
When the second ion exchange membrane is installed , the ion conductive component is alcoholized.
Formed by casting from a liquid dispersed in a solution
Direct methano characterized by being composed of a porous membrane
Fuel cell.
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