JPH117964A - 直接型メタノ−ル燃料電池 - Google Patents
直接型メタノ−ル燃料電池Info
- Publication number
- JPH117964A JPH117964A JP9170951A JP17095197A JPH117964A JP H117964 A JPH117964 A JP H117964A JP 9170951 A JP9170951 A JP 9170951A JP 17095197 A JP17095197 A JP 17095197A JP H117964 A JPH117964 A JP H117964A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- methanol
- catalyst
- positive electrode
- fuel cell
- negative electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】出力が高く、しかも長期間安定した出力を可能
にする直接型メタノール燃料電池を提供する。 【解決手段】 本発明は、酸素を選択的に電気化学的還
元する触媒を有する正極と、メタノールを電気化学的酸
化する触媒を有する負極とを備えてなることを特徴とす
る。
にする直接型メタノール燃料電池を提供する。 【解決手段】 本発明は、酸素を選択的に電気化学的還
元する触媒を有する正極と、メタノールを電気化学的酸
化する触媒を有する負極とを備えてなることを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、負極で燃料である
メタノールを直接かつ電気化学的に酸化する、直接型メ
タノール燃料電池に関するものである。
メタノールを直接かつ電気化学的に酸化する、直接型メ
タノール燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、電気自動車に搭載されている燃料
電池(FC)は、電解質に固体高分子膜を用いる固体高分子
型燃料電池(PEFC)が主流であり、そのほとんどが、燃料
に純水素を用いるものである。しかし、純水素は、ボン
ベや水素吸蔵合金により貯蔵されるが、車内の限られた
スペースや重量制限を考えると実用化には問題がある。
そこで、重量的、体積的にもエネルキ゛ー密度が高く、取り扱
いも容易なメタノールを燃料として用いることが注目さ
れてきた。
電池(FC)は、電解質に固体高分子膜を用いる固体高分子
型燃料電池(PEFC)が主流であり、そのほとんどが、燃料
に純水素を用いるものである。しかし、純水素は、ボン
ベや水素吸蔵合金により貯蔵されるが、車内の限られた
スペースや重量制限を考えると実用化には問題がある。
そこで、重量的、体積的にもエネルキ゛ー密度が高く、取り扱
いも容易なメタノールを燃料として用いることが注目さ
れてきた。
【０００３】このメタノールを燃料として用いるには、
メタノールを水素に改質してから燃料電池に送り込み電
気化学的に反応させる間接型と、液体のメタノールをそ
のまま燃料電池に送り込み電気化学的に反応させる直接
型とがある。直接型は、間接型に比べて装置が単純化で
きるため、電気自動車搭載用燃料電池として適してい
る。
メタノールを水素に改質してから燃料電池に送り込み電
気化学的に反応させる間接型と、液体のメタノールをそ
のまま燃料電池に送り込み電気化学的に反応させる直接
型とがある。直接型は、間接型に比べて装置が単純化で
きるため、電気自動車搭載用燃料電池として適してい
る。
【０００４】直接型メタノール燃料電池は、正極と負
極、およびそれらの間に挟まれる電解質からなる。電解
質には、硫酸水溶液などの酸性電解液を用いるもの、水
酸化カリウムなどのアルカリ性電解液を用いるもの、さ
らには固体高分子膜を用いたものがある。正極の触媒と
しては、Ptを担持したカーボン粉体が、負極の触媒とし
ては Pt又はPt-Ruを担持したカーボン粉体が用いられて
いる。
極、およびそれらの間に挟まれる電解質からなる。電解
質には、硫酸水溶液などの酸性電解液を用いるもの、水
酸化カリウムなどのアルカリ性電解液を用いるもの、さ
らには固体高分子膜を用いたものがある。正極の触媒と
しては、Ptを担持したカーボン粉体が、負極の触媒とし
ては Pt又はPt-Ruを担持したカーボン粉体が用いられて
いる。
【０００５】直接型メタノール燃料電池では、正極で空
気中の酸素還元が、負極で液体のメタノールの酸化が電
気化学的に行われる。その反応式を下記に示す。 正極：3/2O2＋６H+＋６ｅ-→3H2O 負極：CH3OH＋H2O→CO2＋6H+＋6e- 総反応：CH3OH＋3/2O2＋H2O→CO2＋3H2O
気中の酸素還元が、負極で液体のメタノールの酸化が電
気化学的に行われる。その反応式を下記に示す。 正極：3/2O2＋６H+＋６ｅ-→3H2O 負極：CH3OH＋H2O→CO2＋6H+＋6e- 総反応：CH3OH＋3/2O2＋H2O→CO2＋3H2O
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この直
接型燃料電池は、電池の出力が低いという問題をかかえ
ている。それは、負極のメタノールが電解質を通って対
極である正極に移動する、いわゆるクロスオーバーに起
因している。燃料であるメタノールのクロスオーバー
は、本質的には一種の化学的短絡であり、正極で酸素の
電気化学還元と同時にメタノールの電気化学的酸化が生
じ、出力を著しく低下させる。これは、従来の直接型メ
タノール燃料電池の正極に用いられている触媒が、酸素
の電気化学的還元と同時にメタノールの電気化学的酸化
にも活性であるためである（M.P.Hogrth，フ゜ラチナ・メタルス゛
・レウ゛ュー，40(4)，156，1996）。しかし、具体的な構成
についてはなにも言及されていない。
接型燃料電池は、電池の出力が低いという問題をかかえ
ている。それは、負極のメタノールが電解質を通って対
極である正極に移動する、いわゆるクロスオーバーに起
因している。燃料であるメタノールのクロスオーバー
は、本質的には一種の化学的短絡であり、正極で酸素の
電気化学還元と同時にメタノールの電気化学的酸化が生
じ、出力を著しく低下させる。これは、従来の直接型メ
タノール燃料電池の正極に用いられている触媒が、酸素
の電気化学的還元と同時にメタノールの電気化学的酸化
にも活性であるためである（M.P.Hogrth，フ゜ラチナ・メタルス゛
・レウ゛ュー，40(4)，156，1996）。しかし、具体的な構成
についてはなにも言及されていない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は鋭意
研究することにより、正極に酸素を選択的に電気化学的
還元する触媒を、負極にメタノールを電気化学的酸化す
る触媒を有する負極を備えた直接型メタノール燃料電池
とすることにより、クロスオーバーによる出力と効率の
低下を防ぐことを可能にし、さらに金もしくは銀を担持
したカーボン又は金もしくは銀の少なくとも一方を有す
る合金を担持したカーボン、又は金粉体、銀粉体、カー
ボン粉体もしくは金、銀の少なくとも一方を有する合金
粉体、又はこれら１種もしくは２種以上の混合物が、酸
素の電気化学的還元には活性であるのに対しメタノール
の電気化学的酸化には不活性であるため、本発明の直接
型燃料電池の正極の触媒として適することを見出した。
研究することにより、正極に酸素を選択的に電気化学的
還元する触媒を、負極にメタノールを電気化学的酸化す
る触媒を有する負極を備えた直接型メタノール燃料電池
とすることにより、クロスオーバーによる出力と効率の
低下を防ぐことを可能にし、さらに金もしくは銀を担持
したカーボン又は金もしくは銀の少なくとも一方を有す
る合金を担持したカーボン、又は金粉体、銀粉体、カー
ボン粉体もしくは金、銀の少なくとも一方を有する合金
粉体、又はこれら１種もしくは２種以上の混合物が、酸
素の電気化学的還元には活性であるのに対しメタノール
の電気化学的酸化には不活性であるため、本発明の直接
型燃料電池の正極の触媒として適することを見出した。
【０００７】
【発明の実施の形態】正極に酸素を選択的に電気化学的
還元する触媒を、負極にメタノールを電気化学的酸化す
る触媒を備える直接型メタノール燃料電池とすることに
より、負極の燃料であるメタノールが電解質を通って対
極である正極に移動するクロスオーバーが生じても、正
極の触媒がメタノールの電気化学的酸化には不活性であ
るため、酸素の電気化学的還元のみが行なわれ、メタノ
ールの電気化学的酸化は行われない。そのため、クロス
オーバーによる出力の低下が生じない。
還元する触媒を、負極にメタノールを電気化学的酸化す
る触媒を備える直接型メタノール燃料電池とすることに
より、負極の燃料であるメタノールが電解質を通って対
極である正極に移動するクロスオーバーが生じても、正
極の触媒がメタノールの電気化学的酸化には不活性であ
るため、酸素の電気化学的還元のみが行なわれ、メタノ
ールの電気化学的酸化は行われない。そのため、クロス
オーバーによる出力の低下が生じない。
【０００８】なお、本発明における「酸素を選択的に電
気化学的還元する触媒」とは、次の１または２を意味す
る。１：酸素のみが電気化学的に還元される触媒。２：
酸素の電気化学的還元と同時にメタノールの電気化学的
酸化も生じるが、酸素の電気化学的還元量がメタノール
の電気化学的酸化量に比べて極めて微量である触媒。
気化学的還元する触媒」とは、次の１または２を意味す
る。１：酸素のみが電気化学的に還元される触媒。２：
酸素の電気化学的還元と同時にメタノールの電気化学的
酸化も生じるが、酸素の電気化学的還元量がメタノール
の電気化学的酸化量に比べて極めて微量である触媒。
【０００９】また、本発明におけるカーボンとは、繊維
状、球状、フレーク状等があげられ、粉体であってもよ
いし、焼結体等であってもよいし、これらに限られるも
のでもない。
状、球状、フレーク状等があげられ、粉体であってもよ
いし、焼結体等であってもよいし、これらに限られるも
のでもない。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を好適な実施例により説明す
る。
る。
【００１１】電解質として、固体高分子膜（デュポン社
製、パーフルオロスルフォン酸膜・Nafion-117）を選択
した。触媒電極−接合体は、金を担持したカーボン触媒
とPTFE粉体と固体高分子膜と同じ組成からなる溶液（アル
ト゛リッチ社製、Nafion溶液）との触媒混合物を塗布した多
孔性カーボンペーパーを正極とし、また白金を担持した
カーボン触媒とPTFE粉末との触媒混合物を塗布した多孔
性カーボンペーパーを負極とし、固体高分子膜の両面に
にホットプレスして作成した。ここで、カーボンにはア
セチレンブラックを用いた。
製、パーフルオロスルフォン酸膜・Nafion-117）を選択
した。触媒電極−接合体は、金を担持したカーボン触媒
とPTFE粉体と固体高分子膜と同じ組成からなる溶液（アル
ト゛リッチ社製、Nafion溶液）との触媒混合物を塗布した多
孔性カーボンペーパーを正極とし、また白金を担持した
カーボン触媒とPTFE粉末との触媒混合物を塗布した多孔
性カーボンペーパーを負極とし、固体高分子膜の両面に
にホットプレスして作成した。ここで、カーボンにはア
セチレンブラックを用いた。
【００１２】このようにして得られた触媒電極−接合体
を用いて燃料電池を組み、正極に空気を、負極にメタノ
ールを送り、その経時特性を調べた。比較として、白金
を担持したカーボン触媒とPTFE粉体と固体高分子膜と同
じ組成からなる溶液との触媒混合物を塗布した多孔性カ
ーボンペーパーを正極とした従来の燃料電池についても
同じ条件で経時特性を調べた。
を用いて燃料電池を組み、正極に空気を、負極にメタノ
ールを送り、その経時特性を調べた。比較として、白金
を担持したカーボン触媒とPTFE粉体と固体高分子膜と同
じ組成からなる溶液との触媒混合物を塗布した多孔性カ
ーボンペーパーを正極とした従来の燃料電池についても
同じ条件で経時特性を調べた。
【００１３】図１において、Ａは本発明にかかる実施例
の電池特性であり、Ｂは従来の電池特性である。
の電池特性であり、Ｂは従来の電池特性である。
【００１４】ここで、試験条件を下記に示す。
【００１５】放電電流：２００ｍＡ／ｃｍ2 正極供給：空気、５kg/cm2Ｇ 負極：メタノール５０vol.％水溶液、常圧 作動温度：８０℃ 図1より、従来型メタノール燃料電池の端子電圧は、負
極のメタノールの正極へのクロスオーバーにより経時的
に低下している。これは正極の白金を担持したカーボン
触媒が、酸素の電気化学的還元と同時にメタノールの電
気化学的酸化に活性であるためである。
極のメタノールの正極へのクロスオーバーにより経時的
に低下している。これは正極の白金を担持したカーボン
触媒が、酸素の電気化学的還元と同時にメタノールの電
気化学的酸化に活性であるためである。
【００１６】一方、本発明による直接型メタノール燃料
電池は、経時的に端子電圧が低下することなく安定して
いることがわかる。これは、本発明による燃料電池にお
いてもメタノールのクロスオーバーは生じているが、正
極の金を担持したカーボン触媒が酸素の電気化学的還元
には活性であるものの、メタノールの電気化学的酸化に
不活性であるためである。
電池は、経時的に端子電圧が低下することなく安定して
いることがわかる。これは、本発明による燃料電池にお
いてもメタノールのクロスオーバーは生じているが、正
極の金を担持したカーボン触媒が酸素の電気化学的還元
には活性であるものの、メタノールの電気化学的酸化に
不活性であるためである。
【００１７】
【発明の効果】以上、本発明にかかる直接型メタノール
燃料電池は、酸素を選択的に電気化学的還元する触媒を
有する正極と、メタノールを電気化学的酸化する触媒を
有する負極を備えてなることを特徴とするものである。
かかる構成により、負極のメタノールの正極へのクロス
オーバによる出力の低下が生じず、長期間安定した高出
力を得ることが可能となった。
燃料電池は、酸素を選択的に電気化学的還元する触媒を
有する正極と、メタノールを電気化学的酸化する触媒を
有する負極を備えてなることを特徴とするものである。
かかる構成により、負極のメタノールの正極へのクロス
オーバによる出力の低下が生じず、長期間安定した高出
力を得ることが可能となった。
【００１８】ゆえに、産業上に寄与すること非常に大で
ある。
ある。
【図１】電解質に固体高分子膜を用いた、本発明の直接
型燃料電池の経時特性図である。
型燃料電池の経時特性図である。
Claims (4)
- 【請求項１】 酸素を選択的に電気化学的還元する触媒
を有する正極と、メタノールを電気化学的酸化する触媒
を有する負極とを備えてなることを特徴とする直接型メ
タノール燃料電池。 - 【請求項２】 正極の触媒が、金もしくは銀を担持した
カーボン、金もしくは銀の少なくとも一方を有する合金
を担持したカーボン又はこれら１種もしくは２種以上の
混合物であることを特徴とする請求項１記載の直接型メ
タノール燃料電池。 - 【請求項３】 正極の触媒が、金粉体、銀粉体、カーボ
ン粉体、金もしくは、銀の少なくとも一方を有する合金
粉体又はこれら１種もしくは２種以上の混合物であるこ
とを特徴とする請求項１記載の直接型メタノール燃料電
池。 - 【請求項４】 電解質が固体高分子膜であることを特徴
とする請求項１、２又は３記載の直接型メタノール燃料
電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9170951A JPH117964A (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 直接型メタノ−ル燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9170951A JPH117964A (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 直接型メタノ−ル燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH117964A true JPH117964A (ja) | 1999-01-12 |
Family
ID=15914412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9170951A Pending JPH117964A (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 直接型メタノ−ル燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH117964A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006260909A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Nissan Motor Co Ltd | 膜電極接合体およびこれを用いた固体高分子型燃料電池 |
| JPWO2006003943A1 (ja) * | 2004-06-30 | 2008-04-17 | Tdk株式会社 | 直接アルコール型燃料電池及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-06-12 JP JP9170951A patent/JPH117964A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2006003943A1 (ja) * | 2004-06-30 | 2008-04-17 | Tdk株式会社 | 直接アルコール型燃料電池及びその製造方法 |
| JP2012084536A (ja) * | 2004-06-30 | 2012-04-26 | Tdk Corp | 直接アルコール型燃料電池及びその製造方法 |
| US8652704B2 (en) | 2004-06-30 | 2014-02-18 | Tdk Corporation | Direct alcohol fuel cell with cathode catalyst layer containing silver and method for producing the same |
| JP2006260909A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Nissan Motor Co Ltd | 膜電極接合体およびこれを用いた固体高分子型燃料電池 |
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