JP5017743B2 - グリコールを燃料にした燃料電池 - Google Patents
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、燃料と酸化剤とを電解質を介して電気化学的に反応させ、直接電気を取り出すことができる電池である。この燃料電池には、固体高分子形燃料電池、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、固体酸化物形燃料電池およびアルカリ電解質形燃料電池がある。
【０００３】
このなかで、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）は、比較的低温で作動し、エネルギー効率が高いために電気自動車用電源またはポータブル電源としての期待が高い。
【０００４】
固体高分子形燃料電池は、パーフルオロカーボンスルフォン酸膜等のイオン交換膜を電解質とし、このイオン交換膜の両面にアノードとカソードの各電極を接合して構成され、アノードに燃料、カソードに酸化剤を供給して電気化学反応により発電する装置である。燃料としては水素を用いるものとメタノールを用いるものがある。
【０００５】
水素を燃料に用いる場合には、その実用性を考慮して車上にメタノールを貯蔵し、メタノールと水との化学反応を利用した改質器を用いて必要な量だけメタノールを水素に変えてＰＥＦＣに供給する。ここで用いられるＰＥＦＣがメタノール改質燃料電池である。
【０００６】
一方、後者のメタノールを燃料として用いる場合、メタノールをＰＥＦＣに直接供給して、ＰＥＦＣ内でメタノールを電気化学的に酸化する。ここで用いられるＰＥＦＣが直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）である。このＤＭＦＣは、改質器が不要で燃料電池システム全体をコンパクト化できることからメタノール改質燃料電池の次世代電池としての期待が大きい。
【０００７】
燃料にメタノール、酸化剤に酸素を用いた場合を例に、各電極で生じる電気化学反応を下記に示す。
【０００８】
アノード：ＣＨ3ＯＨ＋ Ｈ2Ｏ →ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-
カソード：３／2Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ-→３Ｈ2Ｏ
全反応： ＣＨ3ＯＨ＋３／2Ｏ2＋ Ｈ2Ｏ →ＣＯ2＋３Ｈ2Ｏ
ここで、カソードの触媒粒子としては酸素の電気化学的還元反応に高い触媒活性を示す白金黒が用いられている。またアノード触媒粒子には、メタノールの電気化学的酸化反応に対する活性が高い白金族金属元素を含む触媒、たとえばＰｔ−Ｒｕ合金、Ｐｔ−ＲｕＯx合金およびＰｔ−Ｓｎ合金粒子が用いられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このＤＭＦＣは、改質器が不要で燃料電池システム全体をコンパクト化できることから、電気自動車用電源またはポータブル電源としての期待が高い。しかし、メタノールは視神経障害を誘発するなど非常に毒性が高いことから、その燃料が漏れた場合には、環境に対する負荷が非常に大きい。さらに、沸点（６５℃）および引火点（１１℃）が非常に低いこととにより、その取り扱いが大変難しい。
【００１０】
そこで、本発明は、毒性が低く、その取り扱いが容易な燃料を直接燃料電池のアノードに供給する燃料電池を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料電池において、プロピレングリコールを電気化学的に酸化することを特徴とする。本発明によれば、毒性の低い燃料を使用するため、取り扱いが容易で、安全性に優れた燃料電池が得られる。
【００１２】
本発明において、燃料電池が固体高分子形燃料電池であることが好ましい。固体高分子形燃料電池とした場合、小型で軽量の燃料電池が得られる。
【００１３】
本発明において、グリコールが、プロピレングリコールまたはエチレングリコールの少なくともひとつであることが好ましい。プロピレングリコールまたはエチレングリコールは沸点が高いために取り扱いが容易で、しかも発電効率の高い燃料電池が得られる。
【００１４】
本発明の燃料電池を用いた発電システムにおいて、燃料としてグリコールを含む溶液を用い、それを燃料電池に直接供給することが好ましい。そのことにより、優れた特性を示す発電システムを得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の燃料電池は、グリコールを電気化学的に酸化することを特徴とする。本発明の燃料電池は、固体高分子形燃料電池、リン酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、固体酸化物形燃料電池およびアルカリ電解質形燃料電池のいずれでもよいが、低温で運転可能であることから固体高分子形燃料電池、リン酸形燃料電池およびアルカリ電解質形燃料電池が好ましく、１００℃以下の温度で運転可能で、空気中の二酸化炭素の影響を受けないことから、固体高分子形燃料電池が特に好ましい。
【００１６】
また、本発明に使用するグリコールは、２個の水酸基が２個の相異なる炭素原子に結合している脂肪族あるいは脂環式化合物であり、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，9−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、シクロペンタン−１，２−ジオール、シクロヘキサン−１，２−ジオール、シクロヘキサン−１，４−ジオール等があるが、発電効率が高いことと沸点が高い（１８０℃以上）こととからからエチレングリコール、プロピレングリコールであることが好ましい。また、毒性が低いことからプロピレングリコールであることがとくにに好ましい。
【００１７】
本発明の発電システムに用いるグリコールを含む溶液は、上述のグリコールを水または／およびアルコールに溶解したものが好ましい。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を好適な実施例を用いてさらに説明する。
【００１９】
［実施例１］
８ｍｇの白金黒を担持したアノードと４ｍｇの白金黒を担持したカソードとを備えた固体高分子形燃料電池の、アノードに１ｍｏｌ／ｌのプロピレングリコール水溶液を、カソードに３気圧に加圧した空気をそれぞれ供給した場合の出力特性を図１に示す。この運転温度は、９０℃で、電圧は０．４Ｖ一定とした。
【００２０】
図１より、本発明の発電システムは、毒性が低く、さらに沸点も高い（１８７℃）ために、取り扱いの容易な燃料を燃料電池に直接供給して発電できることがわかった。また、本燃料電池は、改質器が不要で非常にコンパクトなシステムとすることが可能であった。
【００２１】
［参考例２］８ｍｇの白金黒を担持したアノードと８ｍｇの白金黒を担持したカソードとを備えたアルカリ形燃料電池の、アノードに１ｍｏｌ／ｌのエチ
レングリコール水溶液を、カソードに３気圧に加圧した酸素をそれぞれ供給した場合の出力特性を図２に示す。この運転温度は、９０℃で、電圧は０．４Ｖ一定とした。
【００２２】
図２より、参考例の発電システムは、沸点が高い（１９７℃）ために取り扱いの容易な燃料を燃料電池に直接供給して発電できることがわかった。また、本燃料電池は、改質器が不要で非常にコンパクトなシステムとすることが可能であった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の燃料電池は、毒性が低く、さらに沸点も高いために、取り扱いの容易な燃料を燃料電池に直接供給して発電できるシステムを供給することができる。また、本燃料電池は、改質器が不要で非常にコンパクトなシステムとすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体高分子形燃料電池の、出力電流の経時変化を示す図。
【図２】参考例のアルカリ形燃料電池の、出力電流の経時変化を示す図。
Claims (1)
- アノードとカソードとを備えた燃料電池であって、前記アノードにおいてプロピレングリコールを電気化学的に酸化することを特徴とする燃料電池。
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