JPH0414765A - メタノール燃料電池 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、メタノール燃料電池に関するものである。

〔従来の技術〕

メタノール燃料電池において、我々は、先願である特願
平１−５２９５２によって、燃料として固形メタノール
（ホワイトベアー社製）を使用し、電解質を介して酸化
剤極と燃料極を対向配置させ、固形メタノールからメタ
ノール蒸気が燃料極に供給されるとともに、酸化剤ガス
としての空気を酸化剤極に供給させる構成を新たに示し
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、このような燃料電池では、電池作動温度が高
くなると、固形メタノールから蒸発するメタノールが増
大して酸化剤極へのメタノールの透過量が増大し酸化剤
極でのメタノールの直接酸化反応熱により作動温度が上
昇してしまい、この際、酸化剤極でのメタノール蒸気濃
度の上昇に伴い酸化剤極電位が低下し電池出力が低下し
てしまうという新たな問題が生じてしまうことを見出し
た。

この発明の目的は、電池作動温度の上昇によるメタノー
ル蒸気濃度の上昇を抑制して電池出力の低下が回避でき
るメタノール燃料電池を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、電解質を介して酸化剤極と燃料極が対向配
置され、固形化されたメタノールが気相状態で前記燃料
極に供給されるとともに、酸化剤ガスが前記酸化剤極に
供給されるメタノール燃料電池において、 前記固形化されたメタノールに水和物を添加したメタノ
ール燃料電池をその要旨とするものである。

〔作用〕

固形化されたメタノールから気相のメタノールが燃料極
に供給され燃料極反応が行われるとともに酸化剤ガスが
酸化剤極に供給され酸化剤極反応が行われ、電気エネル
ギーが発生する。この際、電池の内部抵抗によるジュー
ル発熱等により電池作動温度が上昇すると、水和物中の
水の放出にてメタノール蒸気濃度が下がり、酸化剤極へ
透過するメタノール蒸気量が低減され電池出力の低下が
抑制される。

〔実施例〕

以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。

第１図は本実施例のメタノール燃料電池の断面図であり
、第２図はその斜視図である。

箱型に形成された燃料ハウジングｌにはその内部に燃料
収納室２が形成されるとともに、その−側面にはカート
リッジ挿入口３が形成されている。

そして、燃料カートリッジ１６がカートリッジ挿入口３
を通して燃料収納室２に収納されている。

この燃料カートリッジ１６は、固形メタノールに炭酸ナ
トリウム・１０水和物を混合した燃料１７と、その表面
を覆う気液分離膜１８とからなっている。この燃料１７
は、固形メタノール（ホワイトベアー製、ケイネジ１０
０−Ｗ）に炭酸ナトリウム・１０水和物を１＝２の重量
比で添加し、混合したものである。尚、燃料カートリッ
ジ１６にはカートリッジ挿入口３を塞ぐための蓋材１９
が設けられている。

又、燃料ハウジング１の対向する両面には多数の燃料供
給孔４が設けられるとともに、燃料ハウジング１の天井
面には炭酸ガス排出口５が設けられている。

燃料ハウジング１の燃料供給孔４の形成面には燃料極セ
パレータ６と燃料極７と電解質としてのイオン交換膜８
と酸化剤極９と酸化剤極セパレータｌＯとか重ねた状態
でそれぞれ配置されている。

燃料極セパレータ６とイオン交換膜８との間における燃
料極７の外周部にはガスケット１１が配置され、燃料極
セパレータ６とイオン交換膜８と酸化剤極セパレータ１
０とがネジ１２にて固定されている。さらに、これら部
品６，８．１０がネジ１３にて燃料ハウジングｌに固定
されている。

燃料極セパレータ６には燃料ハウジング１の燃料供給孔
４と連通ずる燃料供給孔１４が形成されている。又、酸
化剤極セパレータ１ｏには多数の酸化剤供給孔１５が形
成されている。

酸化剤極９は、カーボンブラック担体（ライオン製、ケ
ッチエンブラックＥＣ−ＤＪ　６００）に白金黒を７５
　ｗ　ｔ％担持した触媒粉末（白金黒担持カーボンブラ
ック）と、ポリテトラフルオロエチレンディスバージョ
ン（ダイキン製、ポリフロンデイスパージョンＤ−２）
を、前記白金黒担持カーボンブラックと前記ディスバー
ジョン中のポリテトラフルオロエチレンが重量比で１０
＝３となるよう添加し、混練後、カーボンペーパ（呉羽
化学製、Ｅ−７１５）に、白金黒２　ｍｇ　／　ｃｒｌ
になるように塗布し、空気雰囲中で３２０℃で１５分間
焼成したものである。

又、燃料極７は、カーボンブラック担体（三菱化成製、
カーボンブラック＃３９５０）に白金黒７５ｗｔ％、ル
テニウム黒２５ｗｔ％を担持した触媒粉末（触媒担持カ
ーボンブラック）と、ポリテトラフルオロエチレンディ
スバージョン（ダイキン製、ポリフロンデイスパージョ
ンＤ−２）を、前記触媒担持カーボンブラックとポリテ
トラフルオロエチレンが重量比で１ｏｌｌとなるよう添
加し、混練後、カーボンペーパ（呉羽化学製、Ｅ７１５
）に白金黒３　ｍｇ　／　ｃイ、ルテニウム黒１■／ｃ
ｎｆになるように塗布し、窒素雰囲気中で、３２０℃で
１５分間焼成したものである。

又、イオン交換膜８は、Ｄｕｐｏｎ　を社製ナフィオン
１１７を１００℃の蒸留水で４時間煮沸後、３モル／１
の硫酸水溶液に一昼夜浸漬したものである。

次に、このように構成したメタノール燃料電池の作用を
説明する。

燃料カートリッジ１６の燃料１７から蒸発したメタノー
ル蒸気は、気液分離膜１８を透過し、燃料供給孔４，１
４を経て燃料極７に供給される。

そして、メタノール蒸気は燃料極７の触媒上においてイ
オン交換膜８中の水分及び燃料極７中の水分と次の燃料
極反応を行う。

ＣＨｓ　ＯＨ＋Ｈ２０→Ｃｏｔ　＋６Ｈ”　＋６８一方
、酸化剤である空気は、酸化剤極セパレータｌＯの酸化
剤供給孔１５を経て酸化剤極９に供給され、酸化剤極９
の触媒上で次の酸化剤極反応を行う。

６Ｈ”　＋３／２０２　＋６６−−）３Ｈ２０この際、
燃料電池においては、電気エネルギーの発生とともに、
電池の内部抵抗によるジュール発熱、酸化剤極９へ透過
したメタノールが空気中の酸素と反応し酸化したときに
発生する酸化反応熱等の発熱を伴い、電池作動温度の上
昇を生じる。

そして、電池作動温度が炭酸ナトリウム・１０水和物の
水放出温度（４０°Ｃ）以上になると、炭酸ナトリウム
・１０水和物から水が固形メタノール中に放出され、第
３図に示すように、メタノール蒸気濃度が下がるため、
酸化剤極９へ透過するメタノール量が低減し、電池出力
が向上し、長期にわたり安定した出力を維持することが
できる。

第４図、第５図、第６図の実線にて、電池の温度を一定
に制御しながら作動した場合の燃料極メタノール蒸気濃
度、酸化剤極メタノール蒸気濃度、及び、負荷４０ｍＡ
／ｃｒｌにおける端子電圧を示す。

この第４〜６図における破線は、固形メタノールに炭酸
ナトリウム・１０水和物を添加しなかった場合の実験結
果を示す。

第４図に示すように、本装置では電池の温度が７０℃に
なっても燃料極７のメタノール蒸気濃度は７００■／１
以下におさえられ、第５図に示すように、酸化剤極９で
のメタノール蒸気濃度も８０■／１であり、端子電圧を
０．ＩＶに維持できる。しかし、燃料を固形メタノール
のみとしだ場合には、温度上昇とともに燃料極７のメタ
ノール蒸気濃度が上昇し温度７０℃においては本装置の
約４倍となり、酸化剤極９へのメタノール透過量が増加
し酸化剤極９の電位が低下するため端子電圧も低下する
。

第７図には、温度制御を行わず常温２０℃の大気中で作
動した場合の結果を示す。燃料量は電極面積１　ｃｔｌ
につきＩｇとし、負荷は４０ｍＡ／ｃｒｌとした。

燃料を固形メタノールのみとした場合には、電池作動温
度が、１．５時間経過後から４０℃以上となり出力が急
激に低下する。これに対し本装置では電池の作動温度が
４０℃以上になると固形燃料中に混入した炭酸ナトリウ
ム・ｌＯ水和物から結晶水が放出され燃料極７中のメタ
ノールの蒸気濃度を低下させる。その結果、電池の作動
温度は長時間に亘ってほぼ４０℃を維持でき、端子電圧
も０．ｌＶを維持できる。

このように本実施例では、固形化されたメタノールに、
炭酸ナトリウム・ｌＯ水和物を添加した。

その結果、電池作動温度が上昇して炭酸ナトリウム・１
０水和物の水放出温度（４０°Ｃ）以上になると、炭酸
ナトリウム・１０水和物から水が固形メタノール中に放
出され、メタノール蒸気濃度が下がるため、酸化剤極９
へ透過するメタノール量が低減されて電池出力が向上し
、長期にわたり安定した出力を維持することができる。

このようにして、電池作動温度の上昇によるメタノール
蒸気濃度の上昇を抑制して電池出力の低下が回避できる
。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば、炭酸ナトリウム・ｌＯ水和物の代わりに、亜セ
レン酸ナトリウム・５水和物を用い、この水和物を固形
メタノールと３＝１で混合してもよい。又、リン酸水素
２ナトリウム・１２水和物と固形メタノールを４：１で
混合してもよい。さらに、硫酸アルミニウムカリウム・
１２水和物を用いてもよい。

さらに、上述した実施例では結晶水を有する無機材料の
水和物を固形メタノールと混合したが、例えば、水と水
和しゼリー状物質となる有機物であってもよい。例えば
、ゼリー状物質となる有機物としてはゼラチン、寒天、
アルギン酸、ペクチン等が挙げられる。

〔発明の効果〕

以上詳述したようにこの発明によれば、電池作動温度の
上昇によるメタノール蒸気濃度の上昇を抑制して電池出
力の低下が回避できる優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のメタノール燃料電池の断面図、第２図
はメタノール燃料電池の斜視図、第３図は固形メタノー
ル温度とメタノール蒸気濃度との関係を示す図、第４図
は電池作動温度と燃料極メタノール蒸気濃度との関係を
示す図、第５図は電池作動温度と酸化剤極メタノール蒸
気濃度との関係を示す図、第６図は電池作動温度と端子
電圧との関係を示す図、第７図は作動時間に対する端子
電圧及び電池作動温度の関係を示す図である。 ７は燃料極、８は電解質としてのイオン交換膜、９は酸
化剤極、１６は燃料カートリッジ、１７は燃料。 特許出願人　株式会社日本自動車部品総合研究所代　理
　人　弁理士　　恩１）博宣（ほか１名）第８図 固形メタ ツ ル温度 （°Ｃ） 第４図 電池作動ｌＳ１度 （°Ｃ） １１５図 ’ｒｉｆｆ１作！；ノーＪ３１ （°Ｃ） 第７図 作動時間 （ｈｒ） 第６図 池作動温 度 （°Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電解質を介して酸化剤極と燃料極が対向配置され、
   固形化されたメタノールが気相状態で前記燃料極に供給
   されるとともに、酸化剤ガスが前記酸化剤極に供給され
   るメタノール燃料電池において、 前記固形化されたメタノールに水和物を添加したことを
   特徴とするメタノール燃料電池。