JP4873880B2 - FUEL CELL, MANUFACTURING METHOD THEREOF, POWER SUPPLY AND ELECTRONIC DEVICE - Google Patents

FUEL CELL, MANUFACTURING METHOD THEREOF, POWER SUPPLY AND ELECTRONIC DEVICE Download PDF

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Description

本発明は、燃料電池、燃料電池の製造方法、電源及び電子機器に関する。   The present invention relates to a fuel cell, a fuel cell manufacturing method, a power source, and an electronic device.

温暖化ガスに代表される環境問題の観点から、クリーンエネルギー源としての燃料電池が急ピッチで開発されている。特に、固体電解質型燃料電池は、低温で作動することや小型で高出力密度であることから、研究開発が活発に進められている。しかしながら、燃料電池の劣化の要因として、電解質の分解による発電特性の低下が挙げられる。その要因の一つとして、燃料電池内で発生する過酸化水素による電解質の劣化が知られている。燃料電池に供給される燃料や酸化剤は様々であるが、その配管や機構部は、大部分が安価なSUSで構成されるのが一般的である。SUSは、一般には安定であるが、微量の金属イオンを燃料や酸化剤中に放出(溶解)する可能性がある。このとき、金属イオンは、燃料電池の酸化還元雰囲気下で、電解質の劣化を引き起こす要因になりうる。特に、鉄イオンは、過酸化水素との混同で強酸化剤として作用することが知られており、燃料電池内に導入され、触媒層や電解質膜に到達すると、燃料電池の耐久性を低下させる。   From the viewpoint of environmental problems represented by greenhouse gases, fuel cells as clean energy sources are being developed at a rapid pace. In particular, solid oxide fuel cells are actively researched and developed because they operate at low temperatures and are small and have high power density. However, a cause of deterioration of the fuel cell is a decrease in power generation characteristics due to decomposition of the electrolyte. As one of the factors, deterioration of the electrolyte by hydrogen peroxide generated in the fuel cell is known. There are various types of fuel and oxidizer supplied to the fuel cell, but the piping and the mechanism are generally composed of inexpensive SUS. SUS is generally stable, but may release (dissolve) a small amount of metal ions in fuel or oxidant. At this time, the metal ions can be a factor causing deterioration of the electrolyte in the oxidation-reduction atmosphere of the fuel cell. In particular, iron ions are known to act as strong oxidants when confused with hydrogen peroxide, and when introduced into the fuel cell and reach the catalyst layer or electrolyte membrane, the durability of the fuel cell is reduced. .

金属類や本来必要としない不純物が燃料電池に導入されないようにするためには、燃料、酸化剤等の供給路中に、化学フィルター、物理フィルター等のフィルターを設けることが一般的である。しかしながら、燃料電池の大きさやコストが増大するという問題がある。   In order to prevent metals and impurities that are not originally required from being introduced into the fuel cell, it is common to provide a filter such as a chemical filter or a physical filter in the supply path of fuel, oxidant, or the like. However, there is a problem that the size and cost of the fuel cell increase.

そこで、特許文献1には、炭化水素部を有する重合体及びリン酸基含有不飽和単量体を重合してなるリン酸基含有重合体を含む組成物からなる高耐久性固体高分子電解質膜が開示されている。   Therefore, Patent Document 1 discloses a highly durable solid polymer electrolyte membrane comprising a composition containing a polymer having a hydrocarbon portion and a phosphate group-containing polymer obtained by polymerizing a phosphate group-containing unsaturated monomer. Is disclosed.

特許文献2には、側鎖末端にリン酸基を含有する(メタ)アクリル酸エステル類を単独又は他のビニル単量体と重合したリン酸基含有重合体を含む高分子固体電解質が開示されている。   Patent Document 2 discloses a polymer solid electrolyte containing a phosphate group-containing polymer obtained by polymerizing a (meth) acrylic acid ester containing a phosphate group at a side chain end alone or with another vinyl monomer. ing.

特許文献3には、プロトン酸基を有する重合体と成膜性を有する非伝導体高分子を混合してなるポリマーブレンドプロトン伝導体が開示されている。   Patent Document 3 discloses a polymer blend proton conductor obtained by mixing a polymer having a proton acid group and a non-conductive polymer having film-forming properties.

特許文献4には、イオン解離性基を有する高分子が電界配向されてなる固体高分子イオン伝導体が開示されている。   Patent Document 4 discloses a solid polymer ion conductor obtained by electric field orientation of a polymer having an ion dissociable group.

しかしながら、このような材料を用いて得られる燃料電池は、耐久性が不十分であるという問題を有する。
特開2004−79252号公報 特開2001−114834号公報 特開2002−294087号公報 特開2003−234015号公報
However, a fuel cell obtained using such a material has a problem of insufficient durability.
JP 2004-79252 A Japanese Patent Laid-Open No. 2001-114834 JP 2002-294087 A JP 2003-234015 A

本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、耐久性に優れる燃料電池、耐久性に優れる燃料電池の製造方法、該燃料電池を有する電源及び該電源を有する電子機器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and provides a fuel cell having excellent durability, a method for manufacturing a fuel cell having excellent durability, a power source having the fuel cell, and an electronic device having the power source. And

請求項1に記載の発明は、電解質膜上に触媒層及び拡散層が順次積層されている積層構造を有する燃料電池において、前記電解質膜、前記触媒層及び前記拡散層の少なくとも一つは、リン酸基を有する重合体及び非イオン性共重合体を含有し、前記非イオン性共重合体は、化学式
−CF CH −、
で示される構成単位、化学式
−CF CFCl−
で示される構成単位及び一般式
−CH CH(CH OCOOR )−
(式中、R は、化学式
−CH CH
で示される構成単位及び/又は化学式
−CF CH
で示される構成単位を有する側鎖である。)
で示される構成単位を有するグラフト共重合体であることを特徴とする。
Invention according to claim 1, in the fuel cell to have a laminated structure in which a catalyst layer and a diffusion layer are sequentially stacked on the electrolyte membrane, the electrolyte membrane, at least one of the catalyst layer and the diffusion layer, Containing a polymer having a phosphoric acid group and a nonionic copolymer , wherein the nonionic copolymer has the chemical formula
-CF 2 CH 2 -,
Structural unit, chemical formula
-CF 2 CFCl-
Structural unit and general formula
-CH 2 CH (CH 2 OCOOR 5 ) -
Wherein R 5 is a chemical formula
—CH 2 CH 2
Structural unit and / or chemical formula
—CF 2 CH 2
It is a side chain which has a structural unit shown by these. )
It is a graft copolymer which has a structural unit shown by these.

請求項1に記載の発明によれば、耐久性に優れる燃料電池を提供することができる。また、リン酸基を有する重合体の会合を抑制することができる。 According to the invention described in claim 1, it is possible to provide a fuel cell having excellent durability. Moreover, association of the polymer having a phosphate group can be suppressed.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池において、前記リン酸基を有する重合体は、一般式 The invention according to claim 2 is the fuel cell according to claim 1, wherein the polymer having a phosphate group is represented by the general formula:

Figure 0004873880
(式中、R は、水素原子又はメチル基であり、R は、水素原子、メチル基又はクロロメチル基であり、nは、1以上6以下である。)
で示される化合物由来の構成単位を有することを特徴とする。
Figure 0004873880
(In the formula, R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 2 is a hydrogen atom, a methyl group or a chloromethyl group, and n is 1 or more and 6 or less.)
It has the structural unit derived from the compound shown by characterized by the above-mentioned.

請求項2に記載の発明によれば、耐酸化性を向上させることができる。 According to the invention described in claim 2, it is possible to improve the oxidation resistance.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の燃料電池において、前記リン酸基を有する重合体は、一般式 The invention according to claim 3 is the fuel cell according to claim 2, wherein the polymer having a phosphate group is represented by the general formula:

Figure 0004873880
(式中、R は、水素原子又はメチル基である。)
で示される化合物由来の構成単位及び/又は一般式
Figure 0004873880
(In the formula, R 3 is a hydrogen atom or a methyl group.)
A structural unit and / or a general formula derived from the compound represented by

Figure 0004873880
(式中、R は、水素原子又はメチル基である。)
で示される化合物由来の構成単位を有することを特徴とする。
Figure 0004873880
(In the formula, R 4 is a hydrogen atom or a methyl group.)
It has the structural unit derived from the compound shown by characterized by the above-mentioned.

請求項3に記載の発明によれば、イオン伝導度を向上させることができる。 According to the invention described in claim 3, it is possible to improve the ion-conductivity.

請求項に記載の発明は、請求項1乃至のいずれか一項に記載の燃料電池において、アルコールを含有する燃料を用いて発電することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell according to any one of the first to third aspects, the power generation is performed using a fuel containing alcohol.

請求項に記載の発明によれば、エネルギー密度の高い燃料を用いた燃料電池を得ることができる。 According to the invention described in claim 4, it is possible to obtain a fuel cell using a high energy density fuel.

請求項に記載の発明は、請求項に記載の燃料電池において、前記アルコールは、エタノールであることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the fuel cell according to claim 4 , wherein the alcohol is ethanol.

請求項に記載の発明によれば、環境保全性が高い燃料を用いた燃料電池を得ることができる。 According to the invention described in claim 5, it is possible to environmental integrity to obtain a fuel cell using a high fuel.

請求項に記載の発明は、燃料電池の製造方法において、多孔質体及び非イオン性共重合体を含有する液体中でリン酸基を有するモノマーを重合することにより拡散層を形成する工程を有することを特徴とする。 Invention according to claim 6, in the manufacturing method of the fuel cell, forming a diffusion layer by polymerizing a monomer having a phosphoric acid group in a liquid containing multi porous material and a non-ionic copolymer It is characterized by having.

請求項に記載の発明によれば、耐久性に優れる燃料電池の製造方法を提供することができる。 According to the invention described in claim 6, it is possible to provide a manufacturing method of a fuel cell having excellent durability.

請求項に記載の発明は、燃料電池の製造方法において、触媒が担持されている触媒担持体及び非イオン性共重合体を含有する液体中でリン酸基を有するモノマーを重合することにより触媒層を形成する工程を有することを特徴とする。 The invention of claim 7 is a method of manufacturing a fuel cell, by polymerizing a monomer having a phosphoric acid group in the liquid in which catalytic contains a catalyst carrier and a non-ionic copolymer being carried It has the process of forming a catalyst layer, It is characterized by the above-mentioned.

請求項に記載の発明によれば、耐久性に優れる燃料電池の製造方法を提供することができる。 According to the invention described in claim 7, it is possible to provide a manufacturing method of a fuel cell having excellent durability.

請求項に記載の発明は、電源において、請求項1乃至のいずれか一項に記載の燃料電池を有することを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, the power source includes the fuel cell according to any one of the first to fifth aspects.

請求項に記載の発明によれば、耐久性に優れる電源を提供することができる。 According to the invention described in claim 8, it is possible to provide a power supply which is excellent in durability.

請求項に記載の発明は、電子機器において、請求項に記載の電源を有することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, an electronic apparatus includes the power source according to the eighth aspect.

請求項に記載の発明によれば、耐久性に優れる電源を有する電子機器を提供することができる。 According to invention of Claim 9 , the electronic device which has a power supply excellent in durability can be provided.

本発明によれば、耐久性に優れる燃料電池、耐久性に優れる燃料電池の製造方法、該燃料電池を有する電源及び該電源を有する電子機器を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the fuel cell excellent in durability, the fuel cell excellent in durability, the power supply which has this fuel cell, and the electronic device which has this power supply can be provided.

本発明の燃料電池は、電解質膜上に触媒層及び拡散層が順次積層されている積層構造を少なくとも有し、電解質膜、触媒層及び拡散層の少なくとも一つは、リン酸基を有する化合物を含有する。これにより、電解質の分解を抑制し、燃料電池の寿命を向上させることができる。このとき、触媒層及び拡散層を積層することにより、電極を形成することができ、アノード及びカソードの触媒層には、それぞれの電極反応の触媒が含まれる。これにより、電解質膜がアノード及びカソードで挟持された電解質膜・電極接合体を形成することができる。   The fuel cell of the present invention has at least a laminated structure in which a catalyst layer and a diffusion layer are sequentially laminated on an electrolyte membrane, and at least one of the electrolyte membrane, the catalyst layer, and the diffusion layer contains a compound having a phosphate group. contains. Thereby, decomposition | disassembly of electrolyte can be suppressed and the lifetime of a fuel cell can be improved. At this time, an electrode can be formed by laminating the catalyst layer and the diffusion layer, and the catalyst layers of the anode and the cathode contain catalysts for the respective electrode reactions. Thus, an electrolyte membrane / electrode assembly in which the electrolyte membrane is sandwiched between the anode and the cathode can be formed.

本発明で用いられるリン酸基を有する化合物が電解質の分解を抑制するのは、リン酸基が鉄イオン等の不純物イオンを補足する効果を有するためであると考えられる。リン酸基を有する化合物は、リン酸基のイオン解離部(−O)の対イオンの内、少なくとも一つは、プロトンであることが好ましい。なお、対イオンが二つともプロトンでない場合は、不純物イオンを補足する効果が小さくなる。このため、対イオンが二つともプロトンであることがさらに好ましい。 It is considered that the compound having a phosphate group used in the present invention suppresses the decomposition of the electrolyte because the phosphate group has an effect of capturing impurity ions such as iron ions. In the compound having a phosphate group, at least one of the counter ions of the ion dissociation part (—O ) of the phosphate group is preferably a proton. When both counter ions are not protons, the effect of capturing impurity ions is reduced. For this reason, it is more preferable that both counter ions are protons.

リン酸基を有する化合物は、温度、湿度、燃料種、燃料濃度等の燃料電池の運転諸条件において、分解したり、溶解したりしにくい安定なものであればよく、ポリ(アシッドホスホオキシ(アルキル)メタクリレート)、ポリ(アシッドホスホオキシ(アルキル)アクリレート)、ポリ(アシッドホスホオキシ(オキシアルキル)メタクリレート)及びポリ(アシッドホスホオキシ(オキシアルキル)アクリレート)並びにこれらの誘導体を用いることができる。具体的には、ポリ(アシッドホスホオキシエチルメタクリレート)、ポリ(アシッドホスホオキシ(クロロプロピル)メタクリレート)、ポリ(アシッドホスホオキシプロピルメタクリレート)、ポリ(アシッドホスホオキシエチルアクリレート)、ポリ(アシッドホスホオキシ(ポリオキシエチレングリコール)メタクリレート)、ポリ(アシッドホスホオキシ(ポリオキシプロピレングリコール)メタクリレート)等が挙げられる。   The compound having a phosphoric acid group may be a stable compound that is difficult to decompose or dissolve under various operating conditions of the fuel cell such as temperature, humidity, fuel type, and fuel concentration. (Alkyl) methacrylate), poly (acid phosphooxy (alkyl) acrylate), poly (acid phosphooxy (oxyalkyl) methacrylate) and poly (acid phosphooxy (oxyalkyl) acrylate) and their derivatives can be used. Specifically, poly (acid phosphooxyethyl methacrylate), poly (acid phosphooxy (chloropropyl) methacrylate), poly (acid phosphooxypropyl methacrylate), poly (acid phosphooxyethyl acrylate), poly (acid phosphooxyethyl acrylate) Polyoxyethylene glycol) methacrylate), poly (acid phosphooxy (polyoxypropylene glycol) methacrylate) and the like.

本発明において、リン酸基を有する化合物は、一般式   In the present invention, the compound having a phosphate group has the general formula

Figure 0004873880
で示される化合物を重合することにより得られる重合体であることが好ましい。ここで、Rは、水素原子又はメチル基であり、Rは、水素原子、メチル基又はクロロメチル基であり、nは、1以上6以下である。
Figure 0004873880
It is preferable that it is a polymer obtained by superposing | polymerizing the compound shown by these. Here, R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 2 is a hydrogen atom, a methyl group or a chloromethyl group, and n is 1 or more and 6 or less.

また、リン酸基を有する化合物は、一般式   In addition, the compound having a phosphate group has a general formula

Figure 0004873880
で示される化合物及び一般式
Figure 0004873880
And a compound represented by the general formula

Figure 0004873880
で示される化合物の少なくとも一方を重合することにより得られる重合体であることが好ましい。ここで、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又はメチル基であり、Xは、水素、メチル基又はクロロメチル基であり、nは、1以上6以下である。
Figure 0004873880
It is preferable that it is a polymer obtained by superposing | polymerizing at least one of the compounds shown by these. Here, R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom or a methyl group, X is hydrogen, a methyl group or a chloromethyl group, and n is 1 or more and 6 or less.

なお、リン酸基を有する化合物は、前述の化合物と他のモノマーを共重合することにより得られる共重合体であってもよい。   In addition, the compound which has a phosphoric acid group may be a copolymer obtained by copolymerizing the above-mentioned compound and another monomer.

リン酸基は、会合しやすい官能基であるが、会合は、水素結合により起こる。会合したリン酸基は、不純物イオンを補足する効果が小さくなるため、好ましくない。また、会合により、リン酸基のイオン伝導性も低下する。このため、リン酸基の会合を抑制することにより、イオン伝導性が向上すると共に、不純物イオンの補足能力が向上する。   The phosphate group is a functional group that easily associates, but the association occurs by hydrogen bonding. The associated phosphate group is not preferable because the effect of capturing impurity ions is reduced. Moreover, the ion conductivity of a phosphate group also falls by association. For this reason, by suppressing the association of phosphate groups, the ion conductivity is improved and the ability to capture impurity ions is improved.

本発明において、リン酸基を有する化合物は、非イオン性共重合体と混合して用いることが好ましい。これにより、リン酸基の会合を抑制することができる。   In the present invention, the compound having a phosphate group is preferably used by mixing with a nonionic copolymer. Thereby, association of phosphate groups can be suppressed.

非イオン性共重合体としては、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体等が挙げられ、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体を用いることが好ましい。   Nonionic copolymers include vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoro. Examples thereof include an ethylene copolymer, and it is preferable to use a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer.

非イオン性共重合体は、二種以上の非イオン性モノマーを共重合することによって得られる共重合体であるが、三種以上の非イオン性モノマーを共重合することによって得られる共重合体を用いることが好ましい。非イオン性共重合体を構成する構成単位は、媒質に対して異なる相溶性を有する。このため、非イオン性共重合体を構成する構成単位の種類が多い程、非イオン性共重合体とリン酸基を有する化合物の相溶性、非イオン性共重合体を含有する液体におけるリン酸基を有する化合物の分散安定性を向上させることができる。   A nonionic copolymer is a copolymer obtained by copolymerizing two or more kinds of nonionic monomers, but a copolymer obtained by copolymerizing three or more kinds of nonionic monomers is used as a copolymer. It is preferable to use it. The structural units constituting the nonionic copolymer have different compatibility with the medium. For this reason, the more types of structural units constituting the nonionic copolymer, the more compatible the nonionic copolymer and the compound having a phosphate group, the phosphoric acid in the liquid containing the nonionic copolymer. The dispersion stability of the compound having a group can be improved.

本発明において、非イオン性共重合体は、グラフト共重合体であることが好ましい。これにより、非イオン性共重合体を含有する液体におけるリン酸基を有する化合物の分散安定性をさらに向上させることができる。   In the present invention, the nonionic copolymer is preferably a graft copolymer. Thereby, the dispersion stability of the compound which has a phosphoric acid group in the liquid containing a nonionic copolymer can further be improved.

このようなグラフト共重合体としては、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、クロロフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン等のモノマーをグラフト重合することにより得られるグラフト共重合体等が挙げられる。   Examples of such a graft copolymer include a graft copolymer obtained by graft polymerization of monomers such as vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, chlorofluoroethylene, and hexafluoropropylene.

本発明において、グラフト共重合体は、化学構造式
−CFCH−、
−CFCFCl−及び
−CHCH(CHOCOOR)−
で示される構成単位を有することが好ましい。ここで、Rは、化学構造式
−CHCH−及び
−CFCH
で示される構成単位の少なくとも一方を有する側鎖である。このとき、フッ化ビニリデン由来の構成単位は、50〜95%であることが好ましく、90〜95%が特に好ましい。また、主鎖の長さと側鎖の長さが同等程度であることが好ましい。
In the present invention, the graft copolymer has the chemical structural formula —CF 2 CH 2 —,
—CF 2 CFCl— and —CH 2 CH (CH 2 OCOOR 5 ) —
It is preferable that it has a structural unit shown by these. Here, R 5 represents a chemical structural formula —CH 2 CH 2 — and —CF 2 CH 2 —.
It is a side chain which has at least one of the structural units shown by. At this time, the constitutional unit derived from vinylidene fluoride is preferably 50 to 95%, particularly preferably 90 to 95%. Moreover, it is preferable that the length of the main chain and the length of the side chain are approximately the same.

このような非イオン性共重合体は、リン酸基を有する化合物に対する相溶性又は分散性が良好であるため、非イオン性共重合体及びリン酸基を有する化合物を含有する液体から形成される樹脂材料は、非イオン性共重合体とリン酸基を有する化合物がより均一な分布を有し、樹脂材料の全体に亘って、より均一な機械的強度及びイオン伝導度を有し、不純物イオンを補足する効果も均一で大きいものとなる。   Such a nonionic copolymer is formed from a liquid containing a nonionic copolymer and a compound having a phosphate group, since the compatibility or dispersibility with respect to the compound having a phosphate group is good. The resin material has a more uniform distribution of the nonionic copolymer and the compound having a phosphate group, and has a more uniform mechanical strength and ionic conductivity throughout the resin material. The effect of supplementing is uniform and large.

本発明において、非イオン性共重合体とリン酸基を有する化合物を混合する際には、非イオン性共重合体を溶媒に溶解した状態又は溶融した状態で、リン酸基を有する化合物を添加し、攪拌混合することが好ましい。これにより、イオン伝導性を有する液体を調製することができる。   In the present invention, when a nonionic copolymer and a compound having a phosphate group are mixed, the compound having a phosphate group is added in a state where the nonionic copolymer is dissolved or melted in a solvent. And stirring and mixing is preferable. Thereby, the liquid which has ion conductivity can be prepared.

攪拌混合する際には、各種の攪拌、分散、混合方法を用いて微細化及び混合することができる。混合方法としては、回転刃により固形分の微細化及び混合を行うホモジナイザー、回転する3本のロールが有するギャップにより粒子の微細化及び混合を行う三本ロールミル、ビーズを混合し攪拌することにより粒子の微細化及び混合を行うサンドミル、超音波振動により粒子を微細化及び混合する超音波分散等の分散方法を用いることができる。   When stirring and mixing, it can be refined and mixed using various stirring, dispersion, and mixing methods. As a mixing method, a homogenizer for refining and mixing solids with a rotating blade, a three-roll mill for refining and mixing particles with a gap of three rotating rolls, particles by mixing and stirring beads A dispersion method such as a sand mill for refining and mixing the particles and an ultrasonic dispersion method for refining and mixing the particles by ultrasonic vibration can be used.

イオン伝導性を有する液体中に拡散層を形成する多孔質体又は触媒層を形成する触媒担持体を添加した後、混合し、回収、乾燥することにより、リン酸基を有する化合物が複合化された拡散層又は触媒層を得ることができる。   After adding a porous body that forms a diffusion layer or a catalyst carrier that forms a catalyst layer in a liquid having ion conductivity, a compound having a phosphate group is compounded by mixing, collecting, and drying. A diffusion layer or a catalyst layer can be obtained.

また、イオン伝導性を有する液体を塗布することにより、電解質膜を形成することができる。   Moreover, an electrolyte membrane can be formed by applying a liquid having ion conductivity.

本発明において、イオン伝導性を有する液体は、以下の方法で調製することが好ましい。   In the present invention, the liquid having ion conductivity is preferably prepared by the following method.

まず、非イオン性共重合体を含有する液体(溶液又は溶融物)に、少なくとも、リン酸基を有するモノマーを含有するモノマーを添加し、攪拌、混合する。次に、得られた混合物を攪拌しながら、熱、光等の外部エネルギーを与える。なお、非イオン性共重合体を含有する液体及びモノマーの混合物には、重合開始剤を添加してもよい。次に、重合開始剤又は自己重合性によって、モノマーを重合させて、イオン伝導性を有する液体を得ることができる。   First, at least a monomer containing a monomer having a phosphate group is added to a liquid (solution or melt) containing a nonionic copolymer, and the mixture is stirred and mixed. Next, external energy such as heat and light is applied while stirring the obtained mixture. In addition, you may add a polymerization initiator to the mixture of the liquid and monomer containing a nonionic copolymer. Next, the monomer is polymerized by a polymerization initiator or self-polymerization property to obtain a liquid having ion conductivity.

このようなイオン伝導性を有する液体の製造方法においては、非イオン性共重合体及びリン酸基を有する化合物を直接混合せずに、非イオン性共重合体を含有する液体に、モノマーを添加するため、非イオン性共重合体及びモノマーを、より短時間で混合することができる。非イオン性共重合体及びリン酸基を有する化合物を直接混合する場合には、両方の樹脂の分子鎖による立体障害が大きく、分子鎖の絡み合いが起こりにくいため、両方の樹脂を混合するための時間が長くなる。これに対して、上記の方法では、分子鎖による立体障害が小さいモノマーを用いるため、非イオン性共重合体との混合は、より短時間で達成される。   In such a method for producing a liquid having ion conductivity, a monomer is added to a liquid containing a nonionic copolymer without directly mixing the nonionic copolymer and the compound having a phosphate group. Therefore, the nonionic copolymer and the monomer can be mixed in a shorter time. When directly mixing a nonionic copolymer and a compound having a phosphate group, the steric hindrance due to the molecular chains of both resins is large and the molecular chains are not easily entangled. The time will be longer. On the other hand, in the above method, since a monomer having a small steric hindrance due to the molecular chain is used, mixing with the nonionic copolymer can be achieved in a shorter time.

また、非イオン性共重合体の近傍でモノマーが重合するため、リン酸基を有する化合物及び非イオン性共重合体の相溶性又は分散性が良好なイオン伝導性を有する液体を得ることができる。   In addition, since the monomer is polymerized in the vicinity of the nonionic copolymer, a liquid having ion conductivity in which the compound having a phosphate group and the nonionic copolymer have good compatibility or dispersibility can be obtained. .

さらに、非イオン性共重合体及びリン酸基を有する化合物を直接混合する場合には、非イオン性共重合体及びリン酸基を有する化合物の相溶性及び分散性が、イオン伝導性を有する液体の全体に亘って又は局所的に不均一になりやすく、イオン伝導性を有する液体から形成される電解質膜の機械的強度又はイオン伝導性が、電解質膜の全体に亘って又は局所的に不均一になることがある。具体的には、電解質膜におけるリン酸基を有する化合物の割合が相対的に高い領域では、イオン伝導性や不純物イオンの補足能力は十分であるが、機械的強度が不十分となる傾向にあり、電解質膜における非イオン性共重合体の割合が相対的に高い領域では、機械的強度が十分であるが、イオン伝導性や不純物イオンの補足能力が不十分となる傾向にある。このような場合には、電解質膜における相対的に低い機械的強度を備えた領域の破壊が進行し、機能を維持できなくなることがある。これに対して、上記の方法によって得られるイオン伝導性を有する液体においては、非イオン性共重合体及びリン酸基を有する化合物の相溶性又は分散性が良好である。このため、イオン伝導性を有する液体から形成される電解質膜は、非イオン性共重合体及びリン酸基を有する化合物がより均一な分布を有し、電解質膜の全体に亘って、より均一な機械的強度、イオン伝導度、不純物イオンの補足能力を有することができる。   Furthermore, when the nonionic copolymer and the compound having a phosphoric acid group are directly mixed, the compatibility and dispersibility of the nonionic copolymer and the compound having a phosphoric acid group are ionic conductive liquids. The mechanical strength or ionic conductivity of the electrolyte membrane formed from a liquid having ionic conductivity is uneven throughout the electrolyte membrane or locally. May be. Specifically, in the region where the proportion of the compound having a phosphate group in the electrolyte membrane is relatively high, the ion conductivity and the ability to capture impurity ions are sufficient, but the mechanical strength tends to be insufficient. In the region where the proportion of the nonionic copolymer in the electrolyte membrane is relatively high, the mechanical strength is sufficient, but the ion conductivity and the ability to capture impurity ions tend to be insufficient. In such a case, destruction of a region having a relatively low mechanical strength in the electrolyte membrane proceeds, and the function may not be maintained. On the other hand, in the liquid having ion conductivity obtained by the above method, the compatibility or dispersibility of the nonionic copolymer and the compound having a phosphate group is good. For this reason, in the electrolyte membrane formed from the liquid having ion conductivity, the nonionic copolymer and the compound having a phosphate group have a more uniform distribution, and the electrolyte membrane is more uniform throughout the electrolyte membrane. It can have mechanical strength, ionic conductivity, and the ability to capture impurity ions.

本発明において、触媒層及び拡散層は、以下のようにして形成することが好ましい。非イオン性共重合体の溶液又は溶融物に対して、リン酸基を有するモノマーを含有するモノマー及び触媒が担持されている触媒担持体又は拡散層を形成する多孔質体を添加し、攪拌混合する。この混合物を攪拌しながら、熱、光等の外部エネルギーを与え、モノマーを重合することにより、リン酸基を有する化合物が複合化された触媒層又は拡散層を得ることができる。   In the present invention, the catalyst layer and the diffusion layer are preferably formed as follows. To a solution or melt of a nonionic copolymer, a monomer containing a monomer having a phosphoric acid group and a catalyst carrier on which a catalyst is supported or a porous material forming a diffusion layer are added and stirred. To do. While stirring this mixture, external energy such as heat and light is applied to polymerize the monomer, whereby a catalyst layer or a diffusion layer in which a compound having a phosphate group is combined can be obtained.

触媒担持体又は多孔質体及び非イオン性共重合体の近傍でモノマーが重合するため、リン酸基を有する化合物が複合化された触媒層又は拡散層は、良好な分散状態を保つことができる。このため、このようにして触媒層又は拡散層の諸特性は、より均質で良好とすることができる。   Since the monomer is polymerized in the vicinity of the catalyst carrier or the porous body and the nonionic copolymer, the catalyst layer or the diffusion layer in which the compound having a phosphate group is complexed can maintain a good dispersion state. . For this reason, in this way, various characteristics of the catalyst layer or the diffusion layer can be made more uniform and good.

本発明で用いられる触媒担持体や多孔質体は、電子伝導性を有する材料であることが好ましい。具体的には、天然黒鉛や黒鉛系炭素体を用いることができる。また、石炭、ピッチ、合成高分子又は天然高分子を800〜1300℃の還元雰囲気下で焼成することにより得られる導電性炭素体、ピッチ、合成高分子又は天然高分子を2000℃以上の還元雰囲気下で焼成することにより得られる導電性炭素体等の合成炭素体も用いることができる。さらに、これらは、単独又は二種以上混合して用いてもよい。これらの触媒担持体や多孔質体に触媒を複合することにより、触媒反応を行うことができ、触媒反応で発生した電子やイオンを伝播することができる。   The catalyst carrier or porous body used in the present invention is preferably a material having electron conductivity. Specifically, natural graphite or graphite-based carbon can be used. Also, a conductive carbon body, pitch, synthetic polymer or natural polymer obtained by firing coal, pitch, synthetic polymer or natural polymer in a reducing atmosphere at 800 to 1300 ° C. is reduced to 2000 ° C. or higher. A synthetic carbon body such as a conductive carbon body obtained by firing under the above can also be used. Furthermore, you may use these individually or in mixture of 2 or more types. By compounding the catalyst with these catalyst carrier and porous body, a catalytic reaction can be performed, and electrons and ions generated by the catalytic reaction can be propagated.

触媒の複合方法としては、従来公知の方法を用いることができる。後述するが、メタノールの酸化には、白金及びルテニウム又はイリジウムからなる触媒を用いることが好ましく、エタノールの酸化には、ルテニウム、イリジウム、タングステン及びスズからなる群より選択される二種以上の金属及び白金からなる触媒を用いることが好ましい。これらの触媒が好適な理由は、メタノール、エタノールの複雑な反応素過程の進行促進にそれらの媒体が寄与しているためである。   A conventionally known method can be used as the catalyst combining method. As will be described later, it is preferable to use a catalyst comprising platinum and ruthenium or iridium for the oxidation of methanol, and for the oxidation of ethanol, two or more metals selected from the group consisting of ruthenium, iridium, tungsten and tin and It is preferable to use a catalyst made of platinum. The reason why these catalysts are preferable is that these media contribute to the promotion of the progress of the complex reactant processes of methanol and ethanol.

本発明の燃料電池を適用することができるデバイスの一例として、プロトン伝導型固体高分子電解質を使用した燃料電池を例にとり、その発電概念を説明する。図1に示すように、基本的構成要素として、中心に電解質膜11(図の場合はプロトン伝導体)が存在し、その両側にアノード12及びカソード13が配置された構成を有している。プロトン伝導型の電解質が使用される場合はアノード12側にプロトン源となる水素、アルコール等の燃料が供給され、アノード12内の触媒作用により、燃料からプロトンが発生する。この時、同時に発生する電子は、外部回路に流れ出る。発生したプロトンは、電解質膜11中を伝搬してカソード13に達する。カソード13では、カソード13に供給される空気、酸素等の酸化剤と、アノード12で発生したプロトンと電子が反応し、水が生成する。以上が発電の概念で、燃料として、水素を用いる場合の反応式は、以下のようになる。   As an example of a device to which the fuel cell of the present invention can be applied, a fuel cell using a proton conducting solid polymer electrolyte will be taken as an example and the concept of power generation will be described. As shown in FIG. 1, as a basic component, an electrolyte membrane 11 (proton conductor in the figure) is present at the center, and an anode 12 and a cathode 13 are arranged on both sides thereof. When a proton-conducting electrolyte is used, fuel such as hydrogen or alcohol serving as a proton source is supplied to the anode 12 side, and protons are generated from the fuel by the catalytic action in the anode 12. At this time, the simultaneously generated electrons flow out to the external circuit. The generated protons propagate through the electrolyte membrane 11 and reach the cathode 13. At the cathode 13, an oxidant such as air or oxygen supplied to the cathode 13 reacts with protons and electrons generated at the anode 12 to generate water. The above is the concept of power generation, and the reaction formula when hydrogen is used as the fuel is as follows.

アノード反応;H→2H+2e
カソード反応;2H+1/2O+2e→H
全反応;H+1/2O→H
このような燃料電池においては、アノード拡散層/アノード触媒層/電解質膜/カソード触媒層/カソード拡散層の積層構造が実際に発電する部分となる。
Anode reaction; H 2 → 2H + + 2e
Cathode reaction: 2H + + 1 / 2O 2 + 2e → H 2 O
Total reaction; H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O
In such a fuel cell, the laminated structure of the anode diffusion layer / anode catalyst layer / electrolyte membrane / cathode catalyst layer / cathode diffusion layer is the part that actually generates power.

アノード拡散層及びカソード拡散層へは、それぞれ燃料及び酸化剤が供給される。本発明で用いられるリン酸基を有する化合物が複合化された拡散層は、この部分に適用することができる。   Fuel and an oxidant are supplied to the anode diffusion layer and the cathode diffusion layer, respectively. The diffusion layer combined with the compound having a phosphate group used in the present invention can be applied to this portion.

アノード触媒層とカソード触媒層は、電子伝導及びイオン伝導の両方が可能であると共に、触媒反応が可能な材料で構成されている。本発明で用いられるリン酸基を有する化合物が複合化された触媒層は、この部分に適用することができる。   The anode catalyst layer and the cathode catalyst layer are made of a material capable of both electron conduction and ion conduction and capable of catalytic reaction. The catalyst layer combined with the compound having a phosphate group used in the present invention can be applied to this portion.

本発明の燃料電池は、触媒の種類により適性があるが、燃料は、特に限定されない。しかしながら、燃料は、通常、容器等の有限な空間に収められているため、体積エネルギー密度及び重量エネルギー密度に優れたものを用いることが好ましい。特に、体積エネルギー密度に優れた燃料を用いることが好ましい。気体燃料は、体積エネルギー密度に劣るため、好ましくなく、液体燃料や固体燃料を用いることが好ましい。これは、例えば、1分子の水素、メタノール及びエタノールの酸化反応により取り出せる電子数は、それぞれ2個、6個及び12個であることから、各々の分子1molから取り出せるクーロン量は、それぞれ理論値として、96500×2C、96500×6C及び96500×12Cとなる。各々の密度や分子量を考慮し、各々の分子1cm当たりのクーロン量に換算すると、水素、メタノール及びエタノールの体積エネルギー密度は、それぞれ約9C/cm、約14400C/cm及び15200C/cmとなる。常圧の気体としての水素は、体積エネルギー密度が著しく低くなる。以下の反応式に示すように、メタノール及びエタノールの1分子の酸化反応には、水分子がそれぞれ1分子及び3分子必要であるが、これを加味しても液体燃料が優れることは明らかである。 The fuel cell of the present invention is more suitable depending on the type of catalyst, but the fuel is not particularly limited. However, since the fuel is usually stored in a finite space such as a container, it is preferable to use a fuel having an excellent volume energy density and weight energy density. In particular, it is preferable to use a fuel having an excellent volume energy density. Since gaseous fuel is inferior in volume energy density, it is not preferable, and it is preferable to use liquid fuel or solid fuel. This is because, for example, the number of electrons that can be extracted by the oxidation reaction of one molecule of hydrogen, methanol, and ethanol is 2, 6, and 12, respectively, and the amount of coulomb that can be extracted from 1 mol of each molecule is the theoretical value. 96500 × 2C, 96500 × 6C, and 96500 × 12C. Considering density and molecular weight of each, in terms of coulombs per each molecule 1 cm 3, hydrogen, volumetric energy density of methanol and ethanol, respectively about 9C / cm 3, from about 14400C / cm 3 and 15200C / cm 3 It becomes. Hydrogen as a normal pressure gas has a significantly low volumetric energy density. As shown in the following reaction formula, one molecule and three molecules of water are required for the oxidation reaction of one molecule of methanol and ethanol, respectively, but it is clear that liquid fuel is excellent even if this is added. .

CHOH+HO→6H+6e+CO
OH+3HO→12H+12e+2CO
なお、高圧状態の水素又は液体水素を用いることもできるが、容器を堅牢にする必要が生じ、容器込みのエネルギー密度を考慮すると、常温常圧で液体又は固体の燃料が優れている。具体的には、水素吸蔵合金に蓄えた水素、ガソリン、炭化水素、アルコール等の固体燃料又は液体燃料を用いることができるが、本体燃料電池の小型化が可能な点、体積エネルギー密度に優れる点より、アルコールを含有する燃料を使用することが好ましい。アルコールを含有する燃料を使用することにより、駆動時間を向上させた小型の燃料電池を形成することができる。アルコールは、炭素数が4以下のアルコールであることが好ましく、安全性が高く、生合成が可能である点(環境面)からエタノールが特に好ましい。このような形態の燃料電池は、体積エネルギー密度及び重量エネルギー密度に優れることから、比較的小型の電子機器に使用する場合に特に好ましいものである。
CH 3 OH + H 2 O → 6H + + 6e + CO 2
C 2 H 5 OH + 3H 2 O → 12H + + 12e + 2CO 2
Although hydrogen or liquid hydrogen in a high pressure state can be used, it is necessary to make the container robust, and in consideration of the energy density contained in the container, liquid or solid fuel is excellent at normal temperature and pressure. Specifically, hydrogen, gasoline, hydrocarbon, alcohol, or other solid fuel or liquid fuel stored in a hydrogen storage alloy can be used, but the main body fuel cell can be miniaturized, and the volume energy density is excellent. It is more preferable to use a fuel containing alcohol. By using a fuel containing alcohol, a small fuel cell with improved driving time can be formed. The alcohol is preferably an alcohol having 4 or less carbon atoms, and ethanol is particularly preferable from the viewpoint of high safety and biosynthesis (environmental aspect). Since the fuel cell of such a form is excellent in volume energy density and weight energy density, it is especially preferable when used for a relatively small electronic device.

また、本発明の燃料電池は、液化天然ガス(LNG)、メタンガス等の炭化水素系燃料、メタノール等の液体燃料を改質して水素を得て燃料電池の燃料とする、いわゆる改質燃料型の燃料電池にも適用することができる。この場合には、原燃料の改質によって得られる水素ガス燃料中に微量存在する一酸化炭素や、その他の微量な不純物により、燃料電池の機能を損なう問題(触媒被毒)がある。触媒の一酸化炭素被毒の問題は、従来から検討されており、これを低減するための触媒として、白金−ルテニウム合金触媒がある。   Further, the fuel cell of the present invention is a so-called reformed fuel type in which a liquid fuel such as liquefied natural gas (LNG) or methane gas or a liquid fuel such as methanol is reformed to obtain hydrogen to be used as fuel for the fuel cell. The present invention can also be applied to other fuel cells. In this case, there is a problem (catalyst poisoning) that impairs the function of the fuel cell due to carbon monoxide present in the hydrogen gas fuel obtained by reforming the raw fuel and other trace impurities. The problem of carbon monoxide poisoning of the catalyst has been studied conventionally, and there is a platinum-ruthenium alloy catalyst as a catalyst for reducing this problem.

しかしながら、溶液中のメタノール、エタノールのアノード酸化における触媒化学反応の阻害要因は、一酸化炭素被毒では説明できないことも多い。これは、メタノールやエタノールが、水素や一酸化炭素とは異なり、多数の素反応を経て酸化されるためである。本実施形態によれば、メタノールの酸化には、白金及びルテニウム又はイリジウムからなる触媒を用いることが好ましく、エタノールの酸化には、ルテニウム、イリジウム、タングステン及びスズからなる群より選択される二種以上の金属及び白金からなる触媒を用いることが好ましい。これらの触媒が好適な理由は、メタノール、エタノールの複雑な反応素過程の進行促進に寄与しているためである。また、エタノールは、生物由来の原料より生合成が可能な点から炭酸ガス負荷を低減できる燃料として、好ましく使用することができる。   However, the inhibitory factor of the catalytic chemical reaction in the anodic oxidation of methanol and ethanol in a solution cannot often be explained by carbon monoxide poisoning. This is because methanol and ethanol are oxidized through a number of elementary reactions, unlike hydrogen and carbon monoxide. According to this embodiment, it is preferable to use a catalyst comprising platinum and ruthenium or iridium for the oxidation of methanol, and two or more selected from the group consisting of ruthenium, iridium, tungsten and tin for the oxidation of ethanol. It is preferable to use a catalyst comprising the above metals and platinum. The reason why these catalysts are suitable is that they contribute to the promotion of the progress of complex reactant processes of methanol and ethanol. Moreover, ethanol can be preferably used as a fuel capable of reducing the carbon dioxide gas load from the viewpoint that biosynthesis can be performed from a raw material of biological origin.

図2〜5に基づいて、本発明の電子機器及び電源の実施形態を説明する。なお、本実施形態の電子機器の一例として、携帯可能なパーソナルコンピュータ等の情報処理装置について説明する。   Based on FIGS. 2-5, the embodiment of the electronic device of this invention and a power supply is described. An information processing apparatus such as a portable personal computer will be described as an example of the electronic apparatus of the present embodiment.

図2は、パーソナルコンピュータの一例を概略的に示す図であり、図3は、情報処理装置の一例を概略的に示すブロック図であり、図4は、電源の一例を概略的に示す図であり、図5は、そのブロック図である。   FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of a personal computer, FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating an example of an information processing apparatus, and FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an example of a power source. FIG. 5 is a block diagram thereof.

図3に示すように、情報処理装置は、各種演算を行って各部を集中的に制御するCPU(Central Processing Unit)31、BIOS(バイオス)等を記憶しているROM(Read Only Memory)32及びCPU31の作業エリアとなるRAM(Random Access Memory)33がバス34により接続されて構成されている。バス34には、大容量記憶装置であるHDD(Hard Disk Drive)35、LCD(Liquid Crystal Display)等の表示装置36、キーボード、マウス等の入力装置37、CD、DVD等の記憶媒体38からデータを読み取る光ディスク装置等のデータ読取装置39及び電力を供給する電源21等が各種のコントローラ(図示せず)等を介して接続されている。   As shown in FIG. 3, the information processing apparatus includes a CPU (Central Processing Unit) 31 that performs various operations and controls each unit intensively, a ROM (Read Only Memory) 32 that stores a BIOS (Bios), and the like. A RAM (Random Access Memory) 33 serving as a work area of the CPU 31 is connected by a bus 34. The bus 34 includes data from a hard disk drive (HDD) 35, a display device 36 such as an LCD (Liquid Crystal Display), an input device 37 such as a keyboard and a mouse, and a storage medium 38 such as a CD and a DVD. A data reading device 39 such as an optical disk device and a power supply 21 for supplying power are connected via various controllers (not shown).

記憶媒体38には、各種のプログラムが記憶されている。これらのプログラムは、データ読取装置39で読み取られ、HDD35にインストールされる。なお、記憶媒体38としては、CD、DVD等の光ディスク、光磁気ディスク、フレキシブルディスク等の各種方式のメディアを用いることができる。データ読取装置39も記憶媒体38の方式に応じて、光ディスク装置、光磁気ディスク装置、FDD等が用いられる。また、各種のプログラムは、記憶媒体38から読み取るのではなく、ネットワーク(図示せず)からダウンロードしてHDD35にインストールされるものであってもよい。   Various programs are stored in the storage medium 38. These programs are read by the data reading device 39 and installed in the HDD 35. As the storage medium 38, various types of media such as optical disks such as CD and DVD, magneto-optical disks, and flexible disks can be used. As the data reading device 39, an optical disk device, a magneto-optical disk device, an FDD, or the like is used according to the method of the storage medium 38. Various programs may be downloaded from a network (not shown) and installed in the HDD 35 instead of being read from the storage medium 38.

図5に示すように、電源は、燃料電池41、液体燃料を収容する液体燃料カートリッジ42、液体燃料カートリッジ42に接続された混合器43、液体燃料カートリッジ42と混合器43との間に設けられたバルブ44、燃料を燃料電池41に供給するための液体燃料ポンプ45、燃料濃度を検知する濃度センサー46、発電後の液体燃料を気体と液体とに分離する気液分離器47、温度センサー48と冷却素子49を有する熱交換器50、空気を燃料電池41に供給するための空気ポンプ51、温度センサー52と冷却素子53を有する水分凝縮器54、水分凝縮器54からの水分を収容する水タンク55、水タンク55と混合器43との間に設けられたバルブ56、これらの各部を制御するための制御回路57、燃料電池の正負極が接続されたDCDCコンバータ58等から構成されている。なお、液体燃料等が通過する各部は、チューブ等の流路により接続されている。   As shown in FIG. 5, the power source is provided between the fuel cell 41, the liquid fuel cartridge 42 containing the liquid fuel, the mixer 43 connected to the liquid fuel cartridge 42, and between the liquid fuel cartridge 42 and the mixer 43. A valve 44, a liquid fuel pump 45 for supplying fuel to the fuel cell 41, a concentration sensor 46 for detecting fuel concentration, a gas-liquid separator 47 for separating the liquid fuel after power generation into gas and liquid, and a temperature sensor 48. And a heat exchanger 50 having a cooling element 49, an air pump 51 for supplying air to the fuel cell 41, a moisture condenser 54 having a temperature sensor 52 and a cooling element 53, and water containing moisture from the moisture condenser 54 A tank 55, a valve 56 provided between the water tank 55 and the mixer 43, a control circuit 57 for controlling these parts, and a positive and negative electrode of the fuel cell are connected. And it is configured from the DCDC converter 58, and the like. In addition, each part through which liquid fuel etc. pass is connected by flow paths, such as a tube.

このような電源では、混合器43を通過した液体燃料は、液体燃料ポンプ45を経て濃度センサー46に導かれる。濃度センサー46により検知された液体燃料の濃度が所定の濃度より低い場合には、制御回路57は、液体燃料カートリッジ42のバルブ44を開ける。液体燃料は、燃料電池41に導かれる。発電後の液体燃料は、気液分離器47により気体成分(炭酸ガス)と液体成分に分けられ、液体成分は、熱交換器50に導かれる。温度センサー48により検知された液体成分の温度が所定の温度より低い場合には、制御回路57は、冷却素子49により液体成分を冷却せず、液体成分の温度が所定の温度より高い場合には、制御回路57は、冷却素子49により液体成分を冷却する。熱交換器50を通過した液体成分は、再び混合器43に戻される。このような流れが燃料ラインとして機能する。   In such a power source, the liquid fuel that has passed through the mixer 43 is guided to the concentration sensor 46 via the liquid fuel pump 45. When the concentration of the liquid fuel detected by the concentration sensor 46 is lower than a predetermined concentration, the control circuit 57 opens the valve 44 of the liquid fuel cartridge 42. The liquid fuel is guided to the fuel cell 41. The liquid fuel after power generation is divided into a gas component (carbon dioxide gas) and a liquid component by the gas-liquid separator 47, and the liquid component is guided to the heat exchanger 50. When the temperature of the liquid component detected by the temperature sensor 48 is lower than the predetermined temperature, the control circuit 57 does not cool the liquid component by the cooling element 49, and when the temperature of the liquid component is higher than the predetermined temperature. The control circuit 57 cools the liquid component by the cooling element 49. The liquid component that has passed through the heat exchanger 50 is returned to the mixer 43 again. Such a flow functions as a fuel line.

空気ポンプ51からの空気は、燃料電池41に導かれる。燃料電池41を通過した気液混合ガスは水分凝縮器54に導かれる。温度センサー52により検知された気液混合ガスの温度が所定の温度より低い場合には、制御回路57は、冷却素子53により気液混合ガスを冷却せず、気液混合ガスの温度が所定の温度より高い場合には、制御回路57は、冷却素子53により気液混合ガスを冷却する。なお、排ガスは、電源の外部に排出される。ここで、排ガスを排出するための排出口(図示せず)は、情報処理装置における電源の装着位置により異なるが、情報処理装置の外部に面した位置に設けることが好ましい。水分凝縮器54により凝縮された水分は、水タンク55を介して混合器43に戻される。このような流れが酸化剤ライン(空気ライン)として機能する
このようにして、燃料(空気も含む)が燃料電池41に供給されることで、燃料電池41は、発電し、所定の電力(起電力)をDCDCコンバータ58に付与する。なお、本実施形態においては、蓄電素子を用いていないが、これに限定されるものではなく、例えば、蓄電素子を電源の内部や外部に設けてもよい。
Air from the air pump 51 is guided to the fuel cell 41. The gas-liquid mixed gas that has passed through the fuel cell 41 is guided to the moisture condenser 54. When the temperature of the gas-liquid mixed gas detected by the temperature sensor 52 is lower than the predetermined temperature, the control circuit 57 does not cool the gas-liquid mixed gas by the cooling element 53 and the temperature of the gas-liquid mixed gas is the predetermined temperature. When the temperature is higher than the temperature, the control circuit 57 cools the gas-liquid mixed gas by the cooling element 53. The exhaust gas is discharged outside the power source. Here, an exhaust port (not shown) for exhausting the exhaust gas is preferably provided at a position facing the outside of the information processing apparatus, although it varies depending on the position of the power supply in the information processing apparatus. The water condensed by the water condenser 54 is returned to the mixer 43 via the water tank 55. Such a flow functions as an oxidant line (air line). In this way, fuel (including air) is supplied to the fuel cell 41, so that the fuel cell 41 generates power and generates predetermined power (startup). Power) is applied to the DCDC converter 58. In the present embodiment, the power storage element is not used, but the present invention is not limited to this. For example, the power storage element may be provided inside or outside the power supply.

なお、図5では、矢印は、燃料等の流れを示す。   In FIG. 5, the arrows indicate the flow of fuel and the like.

非イオン性共重合体として、フッ素樹脂1、フッ素樹脂2及びフッ素樹脂3を用意した。   As a nonionic copolymer, fluororesin 1, fluororesin 2 and fluororesin 3 were prepared.

フッ素樹脂1は、フッ化ビニリデン由来の構成単位を93〜95%、クロロフルオロエチレン由来の構成単位を約3〜4%、アルキルプロピレンカーボネート由来の構成単位を約2〜3%有するグラフト共重合体であり、側鎖は、フッ化ビニリデン由来の構成単位からなる。フッ素樹脂1の組成は、XPSにより得られる各元素の存在比から算出した。なお、XPSは、AXIS ULTRA(島津製作所社製)を用いて測定し、F、O、C及びClの存在比は、それぞれ47.08、1.71、50.49及び0.72であった。   The fluororesin 1 is a graft copolymer having 93 to 95% of structural units derived from vinylidene fluoride, about 3 to 4% of structural units derived from chlorofluoroethylene, and about 2 to 3% of structural units derived from alkylpropylene carbonate. And the side chain is composed of a structural unit derived from vinylidene fluoride. The composition of the fluororesin 1 was calculated from the abundance ratio of each element obtained by XPS. XPS was measured using AXIS ULTRA (manufactured by Shimadzu Corporation), and the abundance ratios of F, O, C and Cl were 47.08, 1.71, 50.49 and 0.72, respectively. .

フッ素樹脂2は、フッ化ビニリデン由来の構成単位を40%、ヘキサフルオロプロピレン由来の構成単位を11%、テトラフルオロエチレン由来の構成単位を49%有する直鎖状共重合体である。フッ素樹脂2の組成は、ブルッカーDRX−500を用いて、HNMR及び19FNMRを測定することにより求めた。フッ素樹脂2に内部標準物質として、8.045重量%の1,1,2,2−テトラブロモエタンを混合して、HNMRを測定し、ピークの積分強度比から、Hの含有率は、28重量%であることが判った。さらに、19FNMRを用いて、CFとCFの積分強度比を求めたところ、CF:CF=3.858:34.234であった。 The fluororesin 2 is a linear copolymer having 40% structural units derived from vinylidene fluoride, 11% structural units derived from hexafluoropropylene, and 49% structural units derived from tetrafluoroethylene. The composition of the fluororesin 2 was determined by measuring 1 HNMR and 19 FNMR using a Bruker DRX-500. As an internal standard substance, fluororesin 2 was mixed with 8.045% by weight of 1,1,2,2-tetrabromoethane, and 1 HNMR was measured. From the integrated intensity ratio of the peak, the H content was It was found to be 28% by weight. Furthermore, when the integrated intensity ratio of CF 3 and CF 2 was determined using 19 FNMR, it was CF 3 : CF 2 = 3.858: 34.234.

フッ素樹脂3は、ポリフッ化ビニリデンである。
(樹脂材料の製造例1)
ジメチルホルムアミドに、3.75gのフッ素樹脂1及びアシッドホスホオキシエチルメタクリレート3.75gを加え、均一な溶液を得た後、アゾビスイソブチロニトリルを、アシッドホスホオキシエチルメタクリレートに対して、2重量%加えた。溶液を攪拌しながら、75℃で24時間及び85℃で1時間保持した後、徐冷し、樹脂材料1を含有する液体を得た。なお、得られた液体は、乳白色であり、均一であった。樹脂材料1を含有する液体を離形性プラスチック上に塗布し、真空下で加熱することにより、溶媒を除去した。得られた樹脂材料1を、加熱したメタノール中で充分に洗浄した後、沸騰水中で加熱し、イオン交換水中に保存した。なお、得られた樹脂材料1は、均質であった。
The fluororesin 3 is polyvinylidene fluoride.
(Production Example 1 of Resin Material)
3.75 g of fluororesin 1 and 3.75 g of acid phosphooxyethyl methacrylate were added to dimethylformamide to obtain a uniform solution, and then azobisisobutyronitrile was added in an amount of 2% by weight with respect to acid phosphooxyethyl methacrylate. %added. While stirring the solution, it was kept at 75 ° C. for 24 hours and 85 ° C. for 1 hour, and then slowly cooled to obtain a liquid containing the resin material 1. The obtained liquid was milky white and uniform. The liquid containing the resin material 1 was applied onto a releasable plastic, and the solvent was removed by heating under vacuum. The obtained resin material 1 was thoroughly washed in heated methanol, then heated in boiling water, and stored in ion-exchanged water. The obtained resin material 1 was homogeneous.

樹脂材料1を直径3mmの金型で打ち抜き、インピーダンスアナライザーを用いて、樹脂材料1のインピーダンスを測定した。得られたインピーダンスの実部及び虚部の測定値について、コールコールプロットを行い、低周波部から高周波部の直線の外挿と実数軸との交点を抵抗値とした。イオン伝導度は、1.0×10−2S/cmであった。
(樹脂材料の製造例2)
フッ素樹脂1及びアシッドホスホオキシエチルメタクリレートの添加量をそれぞれ4.73g及び2.78gとした以外は、樹脂材料の製造例1と同様に樹脂材料2を作製した。樹脂材料2を含有する液体は、乳白色であり、均一であった。また、得られた樹脂材料2も均質であり、イオン伝導度は、2.9×10−3S/cmであった。
(樹脂材料の製造例3)
フッ素樹脂1及びアシッドホスホオキシエチルメタクリレートの添加量をそれぞれ5.63g及び1.88gとした以外は、樹脂材料の製造例1と同様に樹脂材料3を作製した。樹脂材料3を含有する液体は、乳白色であり、均一であった。また、得られた樹脂材料3も均質であり、イオン伝導度は、2.1×10−3S/cmであった。
(樹脂材料の製造例4)
フッ素樹脂1及びアシッドホスホオキシエチルメタクリレートの添加量をそれぞれ6.45g及び1.05gとした以外は、樹脂材料の製造例1と同様に樹脂材料4を製造した。樹脂材料4を含有する液体は、乳白色であり、均一であった。また、得られた樹脂材料4も均質であり、イオン伝導度は、6.2×10−4S/cmであった。
(樹脂材料の製造例5)
フッ素樹脂1及びアシッドホスホオキシエチルメタクリレートの添加量をそれぞれ1.83g及び5.63gとした以外は、樹脂材料の製造例1と同様に樹脂材料5を製造した。樹脂材料5を含有する液体は、乳白色であり、均一であった。また、得られた樹脂材料5は、表面の一部に直径1mm程度の盛り上がりが見られた。イオン伝導度は、5.8×10−2S/cmであった。
(樹脂材料の製造例6)
ジメチルホルムアミドに、5.62gのフッ素樹脂1を加え、溶解させた。この溶液に1.88gのポリ(アシッドホスホオキシエチルメタクリレート)を加え、回転刃式のホモジナイザーを用いて、10000rpmで一次分散を行った。次に、3本ロールミルを用いて、5回処理を行うことにより、樹脂材料6を含有する液体は均一になった。得られた樹脂材料6を含有する液体を離形性プラスチック上に塗布し、真空下で加熱することにより、溶媒を除去した。得られた樹脂材料6を沸騰水中で加熱し、イオン交換水中に保存した。なお、得られた樹脂材料6は、均質であった。前述と同様に、イオン伝導度を評価したところ、1.5×10−3S/cmであった。
(樹脂材料の比較製造例1)
ジメチルホルムアミドに、アシッドホスホオキシエチルメタクリレート2.78gを加え、均一な溶液を得た後、アゾビスイソブチロニトリルを、アシッドホスホオキシエチルメタクリレートに対して、2重量%加えた。溶液を攪拌しながら、75℃に加熱すると、ゲル化が起こった。樹脂材料の製造例2の結果との比較から、フッ素樹脂1には、会合を抑制する効果があることがわかる。
(樹脂材料の比較製造例2)
ジメチルホルムアミドに、4.73gのフッ素樹脂3及びアシッドホスホオキシエチルメタクリレート2.78gを加え、均一な溶液を得た後、アゾビスイソブチロニトリルをアシッドホスホオキシエチルメタクリレートに対して、2重量%加えた。溶液を攪拌しながら、75℃で24時間及び85℃で1時間保持した後、徐冷し、樹脂材料を含有する液体を得た。樹脂材料が析出したため、均一にはならなかった。樹脂材料の製造例2の結果との比較から、フッ素樹脂1には、分散安定性を改善する効果があることがわかる。
(樹脂材料の比較製造例3)
ポリ(アシッドホスホオキシエチルメタクリレート)の粉末を200kg/cmで加圧することにより、直径約10mmの円盤状に成型した。これをイオン交換水に投入すると、円盤は膨潤し、崩壊した。このことから、フッ素樹脂1には、成形性を改善する効果があることがわかる。
(樹脂材料の製造例7)
アシッドホスホオキシエチルメタクリレートの代わりに化学構造式
CH=C(CH)COO(CHCHO)PO(OH)
(n=4〜5)で示されるモノマーを使用した以外は、樹脂材料の製造例2と同様に樹脂材料7を作製した。得られた樹脂材料7は、均質であったが、イオン伝導度は、1.7×10−3S/cmであった。
(樹脂材料の製造例8)
アシッドホスホオキシエチルメタクリレートの代わりにアシッドホスホオキシクロロプロピルメタクリレートを使用した以外は、樹脂材料の製造例1と同様に樹脂材料8を作製した。樹脂材料8を含有する液体は、薄い乳白色であり、均一であった。また、得られた樹脂材料8も均質であり、イオン伝導度は、8.2×10−3S/cmであった。
(樹脂材料の製造例9)
アシッドホスホオキシエチルメタクリレートの代わりにアシッドホスホオキシクロロプロピルメタクリレートを使用した以外は、樹脂材料の製造例2と同様に樹脂材料9を作製した。樹脂材料9を含有する液体は、薄い乳白色であり、均一であった。また、得られた樹脂材料9も均質であり、イオン伝導度は、3.4×10−3S/cmであった。
(樹脂材料の製造例10)
アシッドホスホオキシエチルメタクリレートの代わりにアシッドホスホオキシクロロプロピルメタクリレートを使用した以外は、樹脂材料の製造例3と同様に樹脂材料10を作製した。樹脂材料10を含有する液体は、薄い乳白色であり、均一であった。また、得られた樹脂材料10も均質であり、イオン伝導度は2.3×10−3S/cmであった。
(樹脂材料の製造例11)
アシッドホスホオキシエチルメタクリレートの代わりにアシッドホスホオキシクロロプロピルメタクリレートを使用した以外は、樹脂材料の製造例4と同様に樹脂材料11を作製した。樹脂材料11を含有する液体は、薄い乳白色であり、均一であった。また、得られた樹脂材料11も均質であり、イオン伝導度は5.4×10−4S/cmであった。
(樹脂材料の製造例12)
アシッドホスホオキシエチルメタクリレートの代わりにアシッドホスホオキシクロロプロピルメタクリレートを使用した以外は、樹脂材料の製造例5と同様に樹脂材料12を作製した。樹脂材料12を含有する液体は、乳白色であり、均一であった。また、得られた樹脂材料12は、表面の一部に直径1mm程度の盛り上がりが見られた。イオン伝導度は、1.6×10−2S/cmであった。
(樹脂材料の製造例13)
アシッドホスホオキシエチルメタクリレートの代わりにアシッドホスホオキシクロロプロピルメタクリレートを使用した以外は、樹脂材料の製造例6と同様に樹脂材料13を作製した。得られた樹脂材料13は、均質であった。イオン伝導度は、1.5×10−3S/cmであった。
(樹脂材料の比較製造例4)
ポリ(アシッドホスホオキシクロロプロピルメタクリレート)粉末を300kg/cmで加圧することにより、直径約10mmの円盤状に成形した。これをイオン交換水に投入すると、円盤は膨潤し、崩壊した。このことから、フッ素樹脂1には成形性を改善する効果があることがわかる。
(樹脂材料の製造例14)
フッ素樹脂1の代わりにフッ素樹脂2、ジメチルホルムアミドの代わりにメチルエチルケトンを使用した以外は、樹脂材料の製造例8と同様に樹脂材料14を作製した。樹脂材料14を含有する液体は、乳黄白色であり、均一であった。イオン伝導度は、0.011S/cmであった。
(実施例1)
ドクターブレードを用いて、樹脂材料1を含有する液体を離型性のプラスチックシートに塗布、乾燥した後、メタノールで洗浄して膜厚が約180μmの電解質膜(8cm×8cm)を得た。
The resin material 1 was punched with a metal mold having a diameter of 3 mm, and the impedance of the resin material 1 was measured using an impedance analyzer. The measured values of the real part and the imaginary part of the impedance were subjected to Cole-Cole plot, and the intersection of the extrapolation of the straight line from the low frequency part to the high frequency part and the real number axis was taken as the resistance value. The ionic conductivity was 1.0 × 10 −2 S / cm.
(Production Example 2 of Resin Material)
Resin material 2 was produced in the same manner as in Resin Material Production Example 1 except that the addition amounts of fluororesin 1 and acid phosphooxyethyl methacrylate were 4.73 g and 2.78 g, respectively. The liquid containing the resin material 2 was milky white and uniform. Moreover, the obtained resin material 2 was also homogeneous and the ionic conductivity was 2.9 * 10 < -3 > S / cm.
(Production Example 3 of Resin Material)
Resin material 3 was produced in the same manner as in Resin Material Production Example 1 except that the addition amounts of fluororesin 1 and acid phosphooxyethyl methacrylate were set to 5.63 g and 1.88 g, respectively. The liquid containing the resin material 3 was milky white and uniform. Moreover, the obtained resin material 3 was also homogeneous and the ionic conductivity was 2.1 * 10 < -3 > S / cm.
(Production Example 4 of Resin Material)
Resin material 4 was produced in the same manner as in Resin material production example 1 except that the addition amounts of fluororesin 1 and acid phosphooxyethyl methacrylate were 6.45 g and 1.05 g, respectively. The liquid containing the resin material 4 was milky white and uniform. Moreover, the obtained resin material 4 was also homogeneous and the ionic conductivity was 6.2 * 10 < -4 > S / cm.
(Production Example 5 of Resin Material)
Resin material 5 was produced in the same manner as in Production Example 1 for resin materials, except that the addition amounts of fluororesin 1 and acid phosphooxyethyl methacrylate were 1.83 g and 5.63 g, respectively. The liquid containing the resin material 5 was milky white and uniform. Moreover, the obtained resin material 5 showed a swell of about 1 mm in diameter on a part of the surface. The ionic conductivity was 5.8 × 10 −2 S / cm.
(Production Example 6 of Resin Material)
To dimethylformamide, 5.62 g of fluororesin 1 was added and dissolved. 1.88 g of poly (acid phosphooxyethyl methacrylate) was added to this solution, and primary dispersion was performed at 10,000 rpm using a rotary blade type homogenizer. Next, the liquid containing the resin material 6 became uniform by performing the treatment five times using a three-roll mill. The liquid containing the obtained resin material 6 was apply | coated on the moldable plastic, and the solvent was removed by heating under vacuum. The obtained resin material 6 was heated in boiling water and stored in ion-exchanged water. In addition, the obtained resin material 6 was homogeneous. As described above, the ionic conductivity was evaluated and found to be 1.5 × 10 −3 S / cm.
(Comparative production example 1 of resin material)
2.78 g of acid phosphooxyethyl methacrylate was added to dimethylformamide to obtain a uniform solution, and then 2% by weight of azobisisobutyronitrile was added to the acid phosphooxyethyl methacrylate. Gelation occurred when the solution was heated to 75 ° C. with stirring. From the comparison with the result of the resin material production example 2, it can be seen that the fluororesin 1 has an effect of suppressing association.
(Comparative production example 2 of resin material)
To dimethylformamide, 4.73 g of fluororesin 3 and 2.78 g of acid phosphooxyethyl methacrylate were added to obtain a uniform solution, and then azobisisobutyronitrile was added at 2% by weight with respect to acid phosphooxyethyl methacrylate. added. While stirring the solution, it was kept at 75 ° C. for 24 hours and 85 ° C. for 1 hour, and then slowly cooled to obtain a liquid containing a resin material. Since the resin material was deposited, it was not uniform. From the comparison with the result of the resin material production example 2, it can be seen that the fluororesin 1 has an effect of improving the dispersion stability.
(Comparative Production Example 3 of Resin Material)
A poly (acid phosphooxyethyl methacrylate) powder was pressed at 200 kg / cm 2 to form a disk having a diameter of about 10 mm. When this was added to ion-exchanged water, the disk swelled and collapsed. This shows that the fluororesin 1 has an effect of improving moldability.
(Production Example 7 of Resin Material)
Instead of acid phosphooxyethyl methacrylate, the chemical structural formula CH 2 ═C (CH 3 ) COO (CH 2 CH 2 O) n PO (OH) 2
Resin material 7 was produced in the same manner as in Resin Material Production Example 2 except that the monomer represented by (n = 4 to 5) was used. The obtained resin material 7 was homogeneous, but the ionic conductivity was 1.7 × 10 −3 S / cm.
(Production Example 8 of Resin Material)
Resin material 8 was produced in the same manner as in Resin Material Production Example 1 except that acid phosphooxychloropropyl methacrylate was used instead of acid phosphooxyethyl methacrylate. The liquid containing the resin material 8 was light milky white and uniform. Moreover, the obtained resin material 8 was also homogeneous and the ionic conductivity was 8.2 * 10 < -3 > S / cm.
(Production Example 9 of Resin Material)
Resin material 9 was produced in the same manner as in Resin Material Production Example 2 except that acid phosphooxychloropropyl methacrylate was used instead of acid phosphooxyethyl methacrylate. The liquid containing the resin material 9 was light milky white and uniform. Moreover, the obtained resin material 9 was also homogeneous and the ionic conductivity was 3.4 * 10 < -3 > S / cm.
(Production Example 10 of Resin Material)
Resin material 10 was produced in the same manner as in Resin Material Production Example 3 except that acid phosphooxychloropropyl methacrylate was used instead of acid phosphooxyethyl methacrylate. The liquid containing the resin material 10 was light milky white and uniform. Moreover, the obtained resin material 10 was also homogeneous and the ionic conductivity was 2.3 * 10 < -3 > S / cm.
(Production Example 11 of Resin Material)
Resin material 11 was produced in the same manner as in Resin Material Production Example 4 except that acid phosphooxychloropropyl methacrylate was used instead of acid phosphooxyethyl methacrylate. The liquid containing the resin material 11 was light milky white and uniform. Moreover, the obtained resin material 11 was also homogeneous and the ionic conductivity was 5.4 * 10 < -4 > S / cm.
(Production Example 12 of Resin Material)
Resin material 12 was produced in the same manner as in Resin Material Production Example 5 except that acid phosphooxychloropropyl methacrylate was used instead of acid phosphooxyethyl methacrylate. The liquid containing the resin material 12 was milky white and uniform. In addition, the obtained resin material 12 showed a swell of about 1 mm in diameter on a part of the surface. The ionic conductivity was 1.6 × 10 −2 S / cm.
(Production Example 13 of Resin Material)
Resin material 13 was produced in the same manner as in Resin Material Production Example 6 except that acid phosphooxychloropropyl methacrylate was used instead of acid phosphooxyethyl methacrylate. The obtained resin material 13 was homogeneous. The ionic conductivity was 1.5 × 10 −3 S / cm.
(Comparative Production Example 4 of Resin Material)
A poly (acid phosphooxychloropropyl methacrylate) powder was pressed at 300 kg / cm 2 to form a disk having a diameter of about 10 mm. When this was added to ion-exchanged water, the disk swelled and collapsed. This shows that the fluororesin 1 has an effect of improving moldability.
(Production Example 14 of Resin Material)
Resin material 14 was produced in the same manner as in Resin Material Production Example 8 except that fluororesin 2 was used instead of fluororesin 1 and methyl ethyl ketone was used instead of dimethylformamide. The liquid containing the resin material 14 was milky white and uniform. The ionic conductivity was 0.011 S / cm.
Example 1
Using a doctor blade, the liquid containing the resin material 1 was applied to a releasable plastic sheet, dried, and then washed with methanol to obtain an electrolyte membrane (8 cm × 8 cm) having a thickness of about 180 μm.

蒸留水10gに、白金触媒を50重量%担持したカーボン1g及び5重量%のNafion(商標)液7.4gを添加した後、分散処理を行い、カソード触媒層塗布液を得た。カソード触媒層塗布液を電解質膜の片面に、白金の塗布量が1mg/cmとなるようにスプレー塗布した。なお、塗布面積は、5cm×5cmとした。 After adding 1 g of carbon carrying 50% by weight of platinum catalyst and 7.4 g of 5% by weight Nafion ™ liquid to 10 g of distilled water, dispersion treatment was performed to obtain a cathode catalyst layer coating solution. The cathode catalyst layer coating solution was spray-coated on one surface of the electrolyte membrane so that the amount of platinum applied was 1 mg / cm 2 . The application area was 5 cm × 5 cm.

蒸留水10gに、白金−ルテニウム触媒(元素比1:1)を40重量%担持したカーボン1g及び5重量%のNafion(商標)液7.4gを添加した後、分散処理を行い、アノード触媒層塗布液を得た。電解質膜の白金触媒を塗布した面とは反対側の面に、アノード触媒層塗布液を白金の塗布量が1mg/cmとなるようにスプレー塗布した。なお、塗布面積は、5cm×5cmとした。 After adding 1 g of carbon carrying 40% by weight of platinum-ruthenium catalyst (element ratio 1: 1) and 7.4 g of 5% by weight Nafion ™ liquid to 10 g of distilled water, dispersion treatment was performed, and the anode catalyst layer A coating solution was obtained. The anode catalyst layer coating solution was spray coated on the surface of the electrolyte membrane opposite to the surface coated with the platinum catalyst so that the coating amount of platinum was 1 mg / cm 2 . The application area was 5 cm × 5 cm.

得られた電解質膜を、110℃で加熱処理した後、図6に示す燃料電池を作製した。電解質膜61は、アノード触媒層62及びカソード触媒層63で挟持されている。また、燃料電池は、カーボンペーパーからなる拡散層64(厚さ200μm、53mm×53mm)、樹脂含浸高密度人造黒鉛からなる液体燃料供給部65及び酸化剤供給部66(厚さ10mm、80mm×80mm、流路形状:サーペンタイン、流路外寸50mm×50mm)、銅に金メッキを施した集電板67、絶縁板68(厚さ500μm、80mm×80mm)、エンドプレート69(SUS304、厚さ12mm、120mm×120mm)、テフロン(登録商標)製のシール部材70(厚さ200μm、外寸80mm×80mm、内径54mm×54mm)を有する。   The obtained electrolyte membrane was heat-treated at 110 ° C., and then a fuel cell shown in FIG. 6 was produced. The electrolyte membrane 61 is sandwiched between the anode catalyst layer 62 and the cathode catalyst layer 63. Further, the fuel cell includes a diffusion layer 64 (thickness 200 μm, 53 mm × 53 mm) made of carbon paper, a liquid fuel supply unit 65 and an oxidant supply unit 66 (thickness 10 mm, 80 mm × 80 mm) made of resin-impregnated high-density artificial graphite. , Flow path shape: serpentine, flow path outer dimension 50 mm × 50 mm), current collector plate 67 plated with gold on copper, insulating plate 68 (thickness 500 μm, 80 mm × 80 mm), end plate 69 (SUS304, thickness 12 mm, 120 mm × 120 mm) and a Teflon (registered trademark) sealing member 70 (thickness 200 μm, outer dimensions 80 mm × 80 mm, inner diameter 54 mm × 54 mm).

なお、エンドプレート69は、ボルト71及び支持棒72を用いて、1辺に対して3個所(全体で12箇所)固定した。液体燃料供給口73、液体燃料排出口74、酸化剤供給口75及び酸化剤排出口76は、エンドプレート69の側面に設けられている。絶縁板68、液体燃料供給部65及び酸化剤供給部66は、液体燃料及び酸化剤を導くための穴を設けると共に、集電板67面には、Oリング(図示せず)を設けて、漏れを防止した。   In addition, the end plate 69 was fixed at three places (12 places in total) with respect to one side using the bolt 71 and the support rod 72. The liquid fuel supply port 73, the liquid fuel discharge port 74, the oxidant supply port 75, and the oxidant discharge port 76 are provided on the side surface of the end plate 69. The insulating plate 68, the liquid fuel supply unit 65, and the oxidant supply unit 66 are provided with holes for guiding the liquid fuel and the oxidant, and an O-ring (not shown) is provided on the surface of the current collector plate 67. Prevented leakage.

1重量%のメタノール水溶液(液体燃料)の流量を3ml/分、空気(酸化剤)の流量を50ml/分として、燃料電池に供給したところ、開放電圧は、0.59Vであった。
(実施例2)
樹脂材料1の代わりに樹脂材料8を使用した以外は、実施例1と同様に燃料電池を作製した。
When the flow rate of a 1 wt% methanol aqueous solution (liquid fuel) was 3 ml / min and the flow rate of air (oxidant) was 50 ml / min and supplied to the fuel cell, the open circuit voltage was 0.59 V.
(Example 2)
A fuel cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the resin material 8 was used instead of the resin material 1.

1重量%のメタノール水溶液の流量を3ml/分、空気の流量を50ml/分として、燃料電池に供給したところ、開放電圧は、0.6Vであった。
参考例3)
ドクターブレードを用いて、樹脂材料14を含有する液体を離型性のプラスチックシートに塗布、乾燥した後、メタノールで洗浄して膜厚約250μm(8cm×8cm)の電解質膜を得た。
When the flow rate of a 1 wt% aqueous methanol solution was 3 ml / min and the air flow rate was 50 ml / min and the fuel cell was supplied, the open circuit voltage was 0.6V.
( Reference Example 3)
Using a doctor blade, the liquid containing the resin material 14 was applied to a releasable plastic sheet, dried, and then washed with methanol to obtain an electrolyte membrane having a thickness of about 250 μm (8 cm × 8 cm).

得られた電解質膜を使用した以外は、実施例1と同様に燃料電池を作製した。   A fuel cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained electrolyte membrane was used.

1重量%のメタノール水溶液の流量を3ml/分、空気の流量を50ml/分として、燃料電池に供給したところ、開放電圧は、0.61Vであった。
(実施例4)
ドクターブレードを用いて、樹脂材料1を含有する液体を離型性のプラスチックシートに塗布、乾燥した後、メタノールで洗浄して膜厚が約250μm(8cm×8cm)の電解質膜を得た。
When the flow rate of a 1 wt% aqueous methanol solution was 3 ml / min and the air flow rate was 50 ml / min and the fuel cell was supplied, the open circuit voltage was 0.61V.
Example 4
Using a doctor blade, the liquid containing the resin material 1 was applied to a releasable plastic sheet, dried, and then washed with methanol to obtain an electrolyte membrane having a thickness of about 250 μm (8 cm × 8 cm).

ジメチルホルムアミド10gに、白金触媒を50重量%担持したカーボン1g及び樹脂材料1を含有する液体をジメチルホルムアミドで3.6倍に希釈分散した液2.7gを添加し、分散処理を行い、カソード触媒層塗布液を得た。   To 10 g of dimethylformamide, 2.7 g of a liquid containing 1 g of carbon carrying 50% by weight of a platinum catalyst and a liquid containing resin material 1 diluted 3.6 times with dimethylformamide was added and dispersed to obtain a cathode catalyst. A layer coating solution was obtained.

ジメチルホルムアミド10gに、白金−ルテニウム触媒(元素比1:1)を40重量%担持したカーボン1g及び樹脂材料1を含有する液体をジメチルホルムアミドで3.6倍に希釈分散した液2.7gを添加し、分散処理を行い、アノード触媒層塗布液を得た。   2.7 g of a liquid containing 1 g of carbon carrying 40% by weight of platinum-ruthenium catalyst (element ratio 1: 1) and a liquid containing resin material 1 diluted to 1.6 times with dimethylformamide is added to 10 g of dimethylformamide. Then, dispersion treatment was performed to obtain an anode catalyst layer coating solution.

樹脂材料1を含有する液体をジメチルホルムアミドで3.6倍に希釈分散した液中に、カーボンペーパー(厚さ200μm、53mm×53mm)を浸漬し、真空脱泡を行った。次に、カーボンペーパーを取り出し、洗浄後、乾燥させることにより、拡散層を得た。   Carbon paper (thickness 200 μm, 53 mm × 53 mm) was immersed in a liquid obtained by diluting and dispersing the liquid containing the resin material 1 with dimethylformamide 3.6 times, and vacuum degassing was performed. Next, the carbon paper was taken out, washed, and dried to obtain a diffusion layer.

得られた電解質膜、カソード触媒層塗布液、アノード触媒層塗布液及び拡散層を使用した以外は、実施例1と同様に燃料電池を作製した。   A fuel cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained electrolyte membrane, cathode catalyst layer coating solution, anode catalyst layer coating solution and diffusion layer were used.

1重量%のメタノール水溶液の流量を3ml/分、空気の流量を50ml/分として、燃料電池に供給したところ、開放電圧は、0.63Vであった。
(実施例5)
ドクターブレードを用いて、樹脂材料1を含有する液体を離型性のプラスチックシートに塗布、乾燥した後、メタノールで洗浄して膜厚が約250μm(8cm×8cm)の電解質膜を得た。
When the flow rate of the 1% by weight methanol aqueous solution was 3 ml / min and the air flow rate was 50 ml / min and the fuel cell was supplied, the open circuit voltage was 0.63V.
(Example 5)
Using a doctor blade, the liquid containing the resin material 1 was applied to a releasable plastic sheet, dried, and then washed with methanol to obtain an electrolyte membrane having a thickness of about 250 μm (8 cm × 8 cm).

ジメチルホルムアミド10.5gに、フッ素樹脂1を1.5g加え、溶解させた。これにアシッドホスホオキシエチルメタクリレート1.5gを加え、均一な溶液とした後、アゾビスイソブチロニトリルを加えた。さらに、白金触媒を50重量%担持したカーボン2.2gを加え、混合した。攪拌しながら、75℃で24時間及び85℃で1時間保持した後、徐冷し、カソード触媒層塗布液を得た。   1.5 g of fluororesin 1 was added to 10.5 g of dimethylformamide and dissolved. To this was added 1.5 g of acid phosphooxyethyl methacrylate to obtain a uniform solution, and then azobisisobutyronitrile was added. Further, 2.2 g of carbon carrying 50% by weight of a platinum catalyst was added and mixed. The mixture was kept at 75 ° C. for 24 hours and 85 ° C. for 1 hour with stirring, and then slowly cooled to obtain a cathode catalyst layer coating solution.

ジメチルホルムアミド10.5gに、フッ素樹脂1を1.5g加え、溶解させた。これにアシッドホスホオキシエチルメタクリレート1.5gを加え、均一な溶液とした後、アゾビスイソブチロニトリルを加えた。さらに、白金−ルテニウム触媒(元素比1:1)を40重量%担持したカーボン2.2gを加え、混合した。攪拌しながら、75℃で24時間及び85℃で1時間保持した後、徐冷し、アノード触媒層塗布液を得た。   1.5 g of fluororesin 1 was added to 10.5 g of dimethylformamide and dissolved. To this was added 1.5 g of acid phosphooxyethyl methacrylate to obtain a uniform solution, and then azobisisobutyronitrile was added. Further, 2.2 g of carbon carrying 40% by weight of a platinum-ruthenium catalyst (element ratio 1: 1) was added and mixed. While stirring, the mixture was held at 75 ° C. for 24 hours and 85 ° C. for 1 hour, and then slowly cooled to obtain an anode catalyst layer coating solution.

ジメチルホルムアミド280gにフッ素樹脂1を7.5g加え、溶解させた。これにアシッドホスホオキシエチルメタクリレート7.5gを加え、均一な溶液とした後、アゾビスイソブチロニトリルを加えた。さらに、カーボンペーパー(厚さ200μm、53mm×53mm)を浸漬し、真空脱泡を行った。攪拌しながら、75℃で24時間及び85℃で1時間保持した後、徐冷した。次に、カーボンペーパーを取り出し、洗浄後、乾燥させることにより、拡散層を得た。   7.5 g of fluororesin 1 was added to 280 g of dimethylformamide and dissolved. To this was added 7.5 g of acid phosphooxyethyl methacrylate to obtain a uniform solution, and then azobisisobutyronitrile was added. Furthermore, carbon paper (thickness 200 μm, 53 mm × 53 mm) was immersed and vacuum deaeration was performed. While stirring, the mixture was held at 75 ° C. for 24 hours and 85 ° C. for 1 hour, and then gradually cooled. Next, the carbon paper was taken out, washed, and dried to obtain a diffusion layer.

得られた電解質膜、カソード触媒層塗布液、アノード触媒層塗布液及び拡散層を使用した以外は、実施例1と同様に燃料電池を作製した。   A fuel cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the obtained electrolyte membrane, cathode catalyst layer coating solution, anode catalyst layer coating solution and diffusion layer were used.

1重量%のメタノール水溶液の流量を3ml/分、空気の流量を50ml/分として、燃料電池に供給したところ、開放電圧は、0.65Vであった。
(実施例6)
実施例1の燃料電池に、過湿した水素を流量50ml/分、過湿した酸素を流量100ml/分として、燃料電池に供給したところ、開放電圧は、0.72Vであった。開回路で170時間放置したところ、開放電圧は、0.69Vであった。
(実施例7)
実施例5の燃料電池に、過湿した水素を流量50ml/分、過湿した酸素を流量100ml/分として、燃料電池に供給したところ、開放電圧は、0.74Vであった。開回路で170時間放置したところ、開放電圧は、0.74Vであった。
(樹脂材料の耐酸化性)
樹脂材料1を、硫酸第二鉄を1ppm含有する3重量%過酸化水素水に浸漬し、加熱した。2時間後に重量を測定したところ、浸漬前の重量の82%であった。
When the flow rate of a 1% by weight methanol aqueous solution was 3 ml / min and the air flow rate was 50 ml / min and the fuel cell was supplied, the open circuit voltage was 0.65V.
(Example 6)
When the fuel cell of Example 1 was supplied to the fuel cell at a flow rate of 50 ml / min with excessively humid hydrogen and at a flow rate of 100 ml / min with excessively humidified oxygen, the open circuit voltage was 0.72V. When left open for 170 hours, the open circuit voltage was 0.69V.
(Example 7)
When the fuel cell of Example 5 was supplied to the fuel cell at a flow rate of 50 ml / min of overhumid hydrogen and at a flow rate of 100 ml / min of overhumid oxygen, the open circuit voltage was 0.74V. When left in an open circuit for 170 hours, the open circuit voltage was 0.74V.
(Oxidation resistance of resin material)
The resin material 1 was immersed in 3 wt% hydrogen peroxide containing 1 ppm of ferric sulfate and heated. When the weight was measured after 2 hours, it was 82% of the weight before immersion.

樹脂材料4を、硫酸第二鉄を1ppm含有する3重量%過酸化水素水に浸漬し、加熱した。2時間後に重量を測定したところ、浸漬前の重量の64%であった。   The resin material 4 was immersed in 3 wt% hydrogen peroxide containing 1 ppm of ferric sulfate and heated. When the weight was measured after 2 hours, it was 64% of the weight before immersion.

燃料電池の発電概念を示す図である。It is a figure which shows the electric power generation concept of a fuel cell. パーソナルコンピュータの一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows an example of a personal computer schematically. 情報処理装置の一例を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of information processing apparatus roughly. 電源の一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows an example of a power supply schematically. 電源の一例を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a power supply schematically. 実施例の燃料電池を示す図である。It is a figure which shows the fuel cell of an Example.

符号の説明Explanation of symbols

11 電解質膜
12 アノード
13 カソード
14 セパレータ
21 電源
31 CPU
32 ROM
33 RAM
34 バス
35 HDD
36 表示装置
37 入力装置
38 記録媒体
39 データ読取装置
41 燃料電池
42 液体燃料カートリッジ
43 混合器
44、56 バルブ
45 液体燃料ポンプ
46 濃度センサー
47 気液分離器
48、52 温度センサー
49、53 冷却素子
50 熱交換器
51 空気ポンプ
54 水分凝縮器
55 水タンク
57 制御回路
58 DCDCコンバーター
59 端子
61 電解質膜
62 アノード触媒層
63 カソード触媒層
64 拡散層
65 液体燃料供給部
66 酸化剤供給部
67 集電板
68 絶縁板
69 エンドプレート
70 シール部材
71 ボルト
72 支持棒
73 液体燃料供給口
74 液体燃料排出口
75 酸化剤供給口
76 酸化剤排出口
11 Electrolyte membrane 12 Anode 13 Cathode 14 Separator 21 Power supply 31 CPU
32 ROM
33 RAM
34 bus 35 HDD
36 Display Device 37 Input Device 38 Recording Medium 39 Data Reading Device 41 Fuel Cell 42 Liquid Fuel Cartridge 43 Mixer 44, 56 Valve 45 Liquid Fuel Pump 46 Concentration Sensor 47 Gas-Liquid Separator 48, 52 Temperature Sensor 49, 53 Cooling Element 50 Heat exchanger 51 Air pump 54 Water condenser 55 Water tank 57 Control circuit 58 DCDC converter 59 Terminal 61 Electrolyte membrane 62 Anode catalyst layer 63 Cathode catalyst layer 64 Diffusion layer 65 Liquid fuel supply unit 66 Oxidant supply unit 67 Current collector plate 68 Insulating plate 69 End plate 70 Seal member 71 Bolt 72 Support rod 73 Liquid fuel supply port 74 Liquid fuel discharge port 75 Oxidant supply port 76 Oxidant discharge port

Claims (9)

電解質膜上に触媒層及び拡散層が順次積層されている積層構造を有する燃料電池において、
前記電解質膜、前記触媒層及び前記拡散層の少なくとも一つは、リン酸基を有する重合体及び非イオン性共重合体を含有し、
前記非イオン性共重合体は、化学式
−CF CH −、
で示される構成単位、化学式
−CF CFCl−
で示される構成単位及び一般式
−CH CH(CH OCOOR )−
(式中、R は、化学式
−CH CH
で示される構成単位及び/又は化学式
−CF CH
で示される構成単位を有する側鎖である。)
で示される構成単位を有するグラフト共重合体であることを特徴とする燃料電池。
In the fuel cell to have a laminated structure in which a catalyst layer and a diffusion layer are sequentially stacked on the electrolyte membrane,
Wherein at least one of the electrolyte membrane, the catalyst layer and the diffusion layer contains a polymer having a phosphoric acid group and a non-ionic copolymer,
The nonionic copolymer has the chemical formula
-CF 2 CH 2 -,
Structural unit, chemical formula
-CF 2 CFCl-
Structural unit and general formula
-CH 2 CH (CH 2 OCOOR 5 ) -
Wherein R 5 is a chemical formula
—CH 2 CH 2
Structural unit and / or chemical formula
—CF 2 CH 2
It is a side chain which has a structural unit shown by these. )
A fuel cell comprising a graft copolymer having a structural unit represented by
前記リン酸基を有する重合体は、一般式
Figure 0004873880
(式中、R は、水素原子又はメチル基であり、R は、水素原子、メチル基又はクロロメチル基であり、nは、1以上6以下である。)
で示される化合物由来の構成単位を有することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
The polymer having a phosphate group has a general formula
Figure 0004873880
(In the formula, R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 2 is a hydrogen atom, a methyl group or a chloromethyl group, and n is 1 or more and 6 or less.)
The fuel cell according to claim 1, comprising a structural unit derived from a compound represented by the formula:
前記リン酸基を有する重合体は、一般式
Figure 0004873880
(式中、R は、水素原子又はメチル基である。)
で示される化合物由来の構成単位及び/又は一般式
Figure 0004873880
(式中、R は、水素原子又はメチル基である。)
で示される化合物由来の構成単位を有することを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。
The polymer having a phosphate group has a general formula
Figure 0004873880
(In the formula, R 3 is a hydrogen atom or a methyl group.)
A structural unit and / or a general formula derived from the compound represented by
Figure 0004873880
(In the formula, R 4 is a hydrogen atom or a methyl group.)
The fuel cell according to claim 2, comprising a structural unit derived from a compound represented by the formula:
アルコールを含有する燃料を用いて発電することを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3 , wherein power is generated using a fuel containing alcohol. 前記アルコールは、エタノールであることを特徴とする請求項に記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 4 , wherein the alcohol is ethanol. 孔質体及び非イオン性共重合体を含有する液体中でリン酸基を有するモノマーを重合することにより拡散層を形成する工程を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。 Method for manufacturing a fuel cell characterized by comprising the step of forming a diffusion layer by polymerizing a monomer having a phosphoric acid group in a liquid containing multi porous material and a non-ionic copolymer. 媒が担持されている触媒担持体及び非イオン性共重合体を含有する液体中でリン酸基を有するモノマーを重合することにより触媒層を形成する工程を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。 Catalysts of the fuel cell characterized by comprising the step of forming a catalyst layer by polymerizing a monomer having a phosphoric acid group in a liquid containing the catalyst carrier and a non-ionic copolymer being carried Production method. 請求項1乃至のいずれか一項に記載の燃料電池を有することを特徴とする電源。 A power supply comprising the fuel cell according to any one of claims 1 to 5 . 請求項に記載の電源を有することを特徴とする電子機器。 An electronic apparatus comprising the power supply according to claim 8 .
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