JPH0410367A - 膜膜発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、化学エネルギと電気エネルギを相互に高い効
率で転換しう得る薄型、軽量の電気化学的発電装置に関
する 本発明は、電解により固体高分子電解膜から水素等の燃
料ガスを発生する燃料発生装置と、その燃料ガスを受け
て発電する固体起電膜を有する燃料電池とを一体化した
発電装置である。

太陽光を光電池で受けて生ずる電力により走行する電気
自動車は、排ガスによる公害がなく省エネルギの見地か
ら注目されているが、太陽光照射がないときでも走行で
きるように積載している蓄電池が重く、且つかさばるの
で車のスタートダッシュが劣り、高速で走れず、長距離
を走れないという欠点がある。

また、コンピュータでは多くのメモリーが使用されてい
るが、突然の停電のときにメモリーの記憶が消去されぬ
ように非常用電源を備えなければならない。しかしその
電源は重くてかさばり、コンピュータ設置面積よりも広
い面積が必要であり高コストで取扱いも不便であった。

本発明はこれらの従来の問題を解消する画期的な発明で
ある。

第１図は本発明実施例を示し、固体高分子電解膜を有す
る燃料発生装置１と、固体起電膜を有する燃料電池２と
を密接して一体化した模膜発電装置の模式図である。

第２図も本発明実施例を示し、前記の燃料発生装置１と
燃料電池２の間に、その燃料ガスの吸排部３を設け、こ
れらを密接して一体化した模膜発電装置の模式図であり
、第３図に原理図として示す。燃料発生装置１は、固体
高分子電解膜４を有する電解槽５と、これに水６を導管
７で供給する水タンク８から成り、燃料電池２は固体起
電膜９を有する。電解膜４への通電により水６が水素１
０と酸素１１に分解され、発生した水素は水素吸蔵合金
１２で吸収され、放出され、酸素１１又は空気１３と共
に固体起電膜９に接して電力１４が発生し、水１５がド
レンとして排出される。

さらに第４図において具体的に示すと、電解膜４から発
生する水素を使用して発電する固体起電膜９を有する本
発明の発電装置は、太陽電池１６が取付けられその電力
で走行する電気自動車に積載する。

電解膜４は次の構造式のカチオン交換膜から成る固体高
分子電解膜である。

ＣＦ＝ＣＦｚ＋ｎＣＦｚ＝ＣＦｚ ス この電解膜の両側に、白金族の白金、又はロジウム、パ
ラジウム、ルテニウム、イリジウムなどの耐蝕性の触媒
金属で、薄膜状　ガス透過性の陽極１７および陰極１８
を被着する。

これら電極面には孔明金属板１９、金網２０、孔明金属
板２１が圧接しており、陽極側の孔明板２１の外側には
水室２２を設ける。

自動車の屋根面等に展着した太陽電池１６の電力は、導
線２３から孔明板２１から陽極１７、陰極１８に加えら
れる。これにより水室２２から電解膜４に浸潤する水を
電気分解し、生成する酸素ガスは水室６内の水中を気泡
となって上昇しパイプ２４から取出される。

電解膜の陰極側は発生する水素ガスで満たされる室２５
があり、電解膜からは水がわづかに滲出するが、これは
ドレンパイプ２６から排出する。

水室２２内の水は電気分解により減少するので、水タン
ク８から水を導管７を通じて氷室に補充する。電解膜４
には純水が必要であるので、水タンク８底にイオン交換
樹脂層２７を設け、通常の水道水を純水とする。従って
純水源として蒸留水は不要である。なお水タンク８は水
室６よりも高い位置として電解膜４への水は加圧するよ
うになっている。

電解液に接する孔明板１９．２１、金網２０は白金鍍金
し、水室２２は弗素樹脂などのプラスチックあるいはチ
タンなど耐蝕性の材質のものを使用する。

電解膜４による水素の発生量は、実験によれば、直径２
ｃｍの場合、１２Ｖ、２．５Ａで１２．５９ｃｃ／分２
、ＯＡで９．９８ｃｃ／分、１．５Ａで７．５３ｃｃ／
分、１、ＯＡで５．００ｃｃ／分、０．５Ａで２．４２
ｃｃ／分であった。

水素吸蔵合金の収容部３には、鉄とチタン、あるいは本
発明者が発明した鉄とチタンとニオブから成る水素吸蔵
合金１２の粒子を充填し、両側は、電解膜面から滲出す
る水や燃料電池２で生成する水が合金１２を濡らさない
ように膜２８でおおわれている。この膜２８は水は透さ
ないが、水素は通過させる多孔質の弗化樹脂などの材質
の膜であり、外側を多孔板２９で支持して膜２８を保護
する。

本発明の燃料電池２は、前記水素吸蔵合金からの水素と
、空気又は前記電解で得る酸素とを固体起電膜９により
化合させて電気エネルギーに転換し、水を生成する。

一般に燃料電池は、その燃料を使用する通常のエンジン
と比較すると、燃料の利用効率は高いが、コストが加成
り高くなる。本発明の燃料電池はこの従来の欠点を解消
するものである。

本発明実施例の燃料電池２は、第５図に示すようにガス
不透過性の基板３１の上に白金の陽極３２を設け、その
上にイオン伝導性でガスが透通ずる固体起電膜９を設け
、その上に白金のガス透通性の膜状陰極３３を設ける。

膜９は低密度の７−Ａ１００Ｈから成る水酸化アルミニ
ュウムである。

これは、基板３１の上に設けた電極３２の上に、アルミ
ニュウムを５０ｎ　ｖａ以下の厚さにスパッタリングし
て沸騰水中に入れ、アルミニュウムを水和酸化アルミニ
ュウムとし、その上に陰極３３を形成する。

陰極側から水素と、空気又は酸素との混合気を膜９に供
給すると、陰陽両極間にほぼ１ポルトの電圧が生じて電
力を取出すことができる。

水素と空気の混合気では両極間に９５０＋ｎν以上の電
圧が生じる。この電圧は第５図に示すように水素が５０
％を超える空気では殆んど変わらない。

この第６図は、０　、２ｃｍ　２の膜９に白金の両極を
設け、水素５０％、空気５０％の混合気を常温で当てた
ときの特性を示すものである。。

白金の陰極のみをニッケルに変えると、これが陽極とな
って極性が反対となる。この場合、混合気が水素１０％
、酸素９０％から水素９０％、酸素１０％の範囲で電極
間電圧は一４００±２０ｍＶであった。

白金の陽極のみをニッケルとすると極間電圧は混合気の
組織に影響され易くなり、混合気が水素１０％、酸素９
０％で２００ｍＶ 水素９０％、酸素１０％で６００ｍＶであった。

この極性は、ガスを水素からメタノールに代えても変る
。両極がいづれも白金で、メタノール蒸気と酸素ガスの
混合気では、極間電圧は６２０ｍＶ±２０ｍＶである。

燃料ガス、又は酸素のみでは電圧は殆ど発生しない。

本発明の燃料電池は薄くてきわめて軽くすることができ
、現在のところ電力密度はＩ　ＫＷ／Ｋ　ｇまで可能で
ある。

前記の固体起電膜９は、前記の固体高分子電解膜４に代
えてもほぼ同様な結果が得られる。

第４図に示すように燃料電池２の陰極面３３に孔明板３
４を当てて保護し、金網３５を介して水素吸蔵合金層の
多孔板２９に接せしめる。燃料発生装置１、水素吸蔵合
金層３および燃料電池２は一体に合着してケース３１に
収められる。

燃料発生装置ｌより発生する水素は水素吸蔵合金層１２
に吸収され、放出されると燃料電池２により発電し、導
線３６によりモータＭに送って回転させ、これにより車
輪を回転させて走行させる。

水素吸蔵合金層１２は燃料発生装置１の通電による発熱
と、燃料電池２の反応による発熱により加熱され、吸蔵
した水素ガスを放出しやすい状態であるが、この合金層
１２中に水冷パイプ等を通して冷却し、且つ前記の水タ
ンク８による加圧により水素ガスを吸蔵させれば、自動
車が日陰に入って太陽電池１６に光が当らず、従って電
解膜４で水素が発生しないときでも、水素吸蔵合金層に
吸蔵された水素を燃料電池へ放出して自動車を走行させ
ることができる。

光電池より電解膜４に定電流が供給されるように電気回
路を設けてもよい。この回路には整流用トランジスタな
どの発熱部品が設けられることもあるが、このような発
熱部品により、水室６に入る水を加熱すれば電解効率が
上げられる。

ドレン水は金網２０や３５の隙間をとおって流下し、水
タンク８に回収する。

電解膜４や固定起電膜９などは図示のように直立とし、
且つこれらの装置は支持体３７により自動車の車体に直
接固定して振動を受けるようにすれば、水室２２の酸素
泡などが脱去し易くなって化学反応が促進され、ドレン
水の排出をよくすることができる。

電解によりパイプ２４より取出される酸素は乗員室内に
放出すれば乗員の眠気を防止することができる。あるい
は燃料電池２に供給することもできる。

第７図に示す本発明実施例は、燃料発生装置１と燃料電
池２を密接一体化したものに、その燃料を貯蔵する硬い
タンク又は軟いゴム風船様のタンク４０を別に設けて接
続した模式図であり、これを第８図で具体的に示す。前
例の部品番号を使用した。

前例のごとく本装置を車載したとき、日陰などで電解膜
４からの水素発生がないときはタンク４０中の水素を使
用して車を走行させる。

第９図に示す本発明実施例は燃料発生装置１と燃料電池
２を一体化したものに、別に設けたところの水素吸蔵合
金を収めたタンク５０を接続した模式図でありこれを第
１０図に具体的に示す。本例も前例のように日陰などで
水素発生がないときに車を走行させるものである。太陽
電池１６の裏側には蓄熱材５１が設けられ、太陽電池１
６が受けた太陽熱を蓄熱し、又、熱媒が流れるパイプ５
２を配設し、燃料発生装置１や燃料電池２の作動による
発熱をパイプ５２により蓄熱材５１に蓄積し、日陰に車
が入ればこの蓄熱された熱を熱媒が流れるパイプ５３に
より、タンク５０中に流すことにより水素を発生させて
燃料電池２に送り発電して、車を走行させることができ
る。

第１１図は、燃料発生装置と燃料電池を一体としたユニ
ット６０を複数個並列に接続した本発明実施例を示しミ
要求される装置の容量、能力に応じて、ユニットの数を
増減することによりすみやかに対応することができる。

第１２図は、燃料発生装置１を水平に設け、燃料電池２
を縦方向に複数個並列した本発明実施例を示し、例えば
燃料発生装置ｌの面から出る水素が多数の燃料電池に直
接ふりかかるようになっている。

本発明の燃料電池はコンパクトで、従来の燃料電池のご
とく使用ガスや液状電極を分離し、十分に密封し、二つ
のガスの圧を調整するなどの複雑な技術が不要であるか
ら、きわめて簡単に製造でき安価である。

又、従来の燃料電池の電極は１．０００″Ｃ程度としな
ければならないが、本発明の燃料電池は室温で良く、こ
れで、電力の供給がミリセカンドの早さで対応できると
いう利点がある。

第６図に示すように、ＮＥＲＮＳＴ則により電極電位は
ガス分圧の対数に相関し、最高の電位は、水和酸化アル
ミニュウムの膜に９９％Ｈ２＋１％０□の混合気を当て
たとき、又は前記電解膜４と同じものに９９．９％Ｈ２
と０．１％０２の混合気を当てたときに得られた。

本発明の燃料電池は低コストで小さく軽く、きわめて有
用な電池として新規な用途が得られるものである。

本発明は次のごとき著効を有するものである。

（１）０本発明は水で発電し蓄電する装置であるので、
安全で取扱容易である。

（２）、その装置は、従来の電気自動車に積載している
蓄電池よりも小型、軽量、高効率、ローコストである。

（３）、副生ずる酸素は室内環境を改善し、運転者の居
眠りを防止して安全運転に寄与する。

（４）、メタノール車、ＬＰＧ車にも適用できる。

なお前記例の種々の変形はすべて本発明に含まれるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１実施例の側面略図 第２図は本発明第２実施例の側面略図 第３図は本発明第２実施例の縦断面略図第４図は本発明
第２実施例の縦断面図 第５図は本発明第２実施例の一部側面図第６図は本発明
第２実施例のグラフ 第７図は本発明第３実施例の側面略図 第８図は本発明第３実施例の側面図 第９図は本発明第４実施例の側面図 第１０図は本発明第４実施例の側面図 第１１図は本発明第５実施例の側面図 第１２図は本発明第６実施例の側面図 ４・・・・固体高分子電解膜 ９・・・・固体起電膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　面体高分子電解膜から発生したガスを固体起電膜に供
   給する事を特徴とする膜膜発電装置。