JPS6376265A - 常温型酸性メタノ−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〕 本発明は常温型酸性メタノール燃料電池に関する。

〔従来の技術〕

酸性電解質を用いる常温型のメタノール燃料電池におい
ては、一般に正極、負極ともに白金系触媒が用いられ、
正極は空気中の酸素を、負極はメタノール（ＣＨ３０Ｈ
）と水との混合物を反応物質としており、正極は空気極
、負極はメタノール極と呼ばれている。

そして、電解質層内のイオン伝導はプロトンの移動によ
って行われ、電解質にはセパレータとしての機能を兼ね
て陽イオン交換膜が用いられている（例えば、特開昭５
８−１６９８７３号公報）。ところが、現在実用化され
ている陽イオン交換膜は、メタノール透過阻止能力が充
分でないため、かなりのメタノールが陽イオン交換膜を
透過して正極の触媒上に拡散していき、そこで酸素と直
接反応して消費され、電気化学的反応、つまり放電反応
に有効利用されなくなり、メタノールの放電利用率が低
下すると共に熱を発生する。そのため、現在開発が進め
られているメタノール燃料電池のメタノールの放電利用
率は４０〜５０％程度にすぎない。

メタノールの陽イオン交換膜透過速度は、メタノール濃
度の増加および温度の増加に伴って増加する。メタノー
ル濃度が高くなると透過量が増え、それに伴って正極で
メタノールが直接反応する量が増え、その結果、発熱量
が増加し電池温度が上昇する。この温度上昇によってメ
タノール透過量がさらに増大する。！層型のメタノール
電池では、このメタノール透過量の増加、正極での直接
反応の増加、発熱量の増加を繰り返し、ついには熱暴走
を生じて、短時間でメタノールが消耗しつくされる。そ
れと共に、温度上昇によって電池材料が熱分解して電池
が破損するという問題さえ発生する。

このような問題が生じる結果、現在のメタノール燃料電
池では、メタノールは水で希釈され、濃度が１０容量％
程度以下に抑えられているため、大容量のメタノール燃
料電池を作ろうとすれば、燃料槽を大きくしなければな
らないという問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明は、従来製品が持っていた正極側へのメタノー
ル透過量が多いという問題点を解決し、メタノールの放
電利用率を高めると共に、高メタノール濃度の燃料を用
いることによって、コンパクトな電池ないしは大容量の
電池を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は陽イオン交換膜を多重化することによって、陽
イオン交換膜の厚さを増加させ、それによってメタノー
ルの透過量を減少させ、かつ陽イオン交換膜の両面に柔
軟性のあるポリスチレンスルホン酸のグラフト重合膜が
存在するようにして、陽イオン交換膜を多重化したとき
の陽イオン交換膜間の界面の悪影響を除去し、かつ陽イ
オン交換膜と電極との界面の悪影響を除去したものであ
る。

すなわち、上記ポリスチレンスルホン酸グラフト重合膜
は、陽イオン交換膜と同様にプロトン伝導性であって電
解質として働き、かつ柔軟性があるので、陽イオン交換
膜を多重化したときに生じる陽イオン交換膜間の隙間を
埋め、かつ陽イオン交換膜と電極との隙間を埋めて、イ
オン伝導をスムーズに行わせ、陽イオン交換膜の多重化
による効果を弊害を招くことなく発揮させる。特に正極
、負極などの電極表面は多孔質化していて凹凸が大きい
ので、陽イオン交換膜と電極との間に介在するポリスチ
レンスルホン酸グラフト重合膜の膜厚ヲ陽イオン交換膜
間のポリスチレンスルホン酸グラフト重合膜の膜厚より
厚くすることによって、陽イオン交換膜と電極との隙間
が充分に埋まるようにしておくのが好ましい、　。

陽イオン交換膜をその両面にポリスチレンスルホン酸グ
ラフト重合膜が存在するようにして多重化するには、ま
ず陽イオン交換膜の両面にポリスチレンスルホン酸グラ
フト重合膜を形成しておいてから、それを多重化するか
、あるいは陽イオン交換膜間に適度の隙間があくように
して陽イオン交換膜を複数枚配置し、陽イオン交換膜間
および両端の陽イオン交換膜の外面側にポリスチレンス
ルホン酸グラフト重合膜を形成することによって行われ
る。

本発明において、陽イオン交換膜としては、例えば、ス
チレンとジビニルベンゼン共重合体のようにポリスチレ
ンの長鎖分子にジビニルベンゼンが架橋して三次元網目
構造を形成し、濃硫酸処理によりスルホン酸基を導入し
た高分子材料で作製されたものが用いられる。これらは
その分子構造中にポリスチレン基を有するので、該陽イ
オン交換膜を基体にしてスチレンスルホン酸をグラフト
重合させることができ、陽イオン交換膜を基体としてそ
の両面にポリスチレンスルホン酸グラフト重合膜を形成
することができる。

〔実施例〕 つぎに本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の常温型酸性メタノール燃料電池の電解
質層の一例を示す要部拡大断面図であり、第２図は常温
型酸性メタノール燃料電池の電池素子を示す概略部分断
面図である。第３図は常温型酸性メタノール電池の一例
を示す概略断面図である。

まず、第２図に基づき電池素子について説明すると、１
１は空気極としての正極、１２は電解質層、１３は負極
、１４は正極（ＩＩの集電体、１５は負極側の集電体、
１６は正極側の導線、１７は負極側の導線である。

正極１１は活性炭素繊維不織布を基体とし、これに触媒
としての白金黒をカーボンと混合しテフロン（商品名）
ディスバージランで練って塗布し、乾燥後、テフロンデ
ィスパージョンを焼結して作製したものである。１ｉ電
解質１２は、第１図に示すように、陽イオン交換膜１２
ａをその両側にポリスチレンスルホン酸グラフト重合膜
１２ｂが存在するようにして多重化したものであり、こ
の実施例では、ポリスチレンスルホン酸系で厚さ約０．
５＋ｓ＋ａの陽イオン交換膜１２ａの両面に厚さ約０．
２麟−のポリスチレンスルホン酸グラフト重合ＩＪ１２
ｂを形成した第１０図に示すような陽イオン交換膜１２
ａ　とポリスチレンスルホン酸グラフト重合ｌＩ！Ｊ１
２ｂとの複合Ｍ！ｉ！１２ｃと同様のものを３枚重ね合
わせたものである。なお、上記のような陽イオン交換膜
１２ａの両面にポリスチレンスルホン酸グラフト重合１
１１１２ｂを有する複合１ｆｆ１２ｃは、後に説明する
ように第１２図に示すような装置を用い、陽イオン交換
膜１２ｂを基体にしスチレンスルホン酸をグラフト重合
して膜形成することによって得られる。負極１３は活性
炭素繊維不織布を基体とし、これに触媒としての白金−
ルテニウム黒をカーボンと混合しテフロンディスパージ
ョンで練って塗布し、乾燥後、テフロンディスパージョ
ンを焼結して作製したものである。正極側の集電体１４
は、カーボン板または金属板よりなり、正極１１に接す
る部分は集電および強度上許容される限りくり抜いて空
洞１４ａを形成し、正極１１ができる限り広い面積で空
気と接触できるようにしている。また、負極側の集電体
１５は、カーボン板よりなり、その負極１５と接触する
面は平行な溝１５ａを多数設け、負極１３の反応面への
燃料の供給を容易にすると共に、放電により負極１３で
生成する炭酸ガスが抜は出しやすくしている。

電池は、第３図に示すように、上記の電池素子を燃料槽
に取り付けたものである０図中、１０は電池素子であり
、この第３図をはじめ、電池を示す各図においては、電
池素子１０は簡略化のため詳細は示さず、全体を概略的
に示している。２０は燃料槽で、ポリプロピレンで成形
されており、その底部に前記の電池素子１０が取り付け
られている。２１は燃料の注入栓で、負極１３で生成す
る炭酸ガスの排出栓としての役割も兼ねており、栓の大
部分に気液分離膜をはり付け、ガスは通すが液滴は槽外
に排出しないようにしている。そして、２２は脚部、３
０は燃料であり、電池素子１０の取り付けにあたっては
、正極１１が燃料槽２０外部の空気と接触し、負極１３
が燃料槽２０内部の燃料３０に接触するようにしている
。

ところで、前記のように、陽イオン交換膜１２ａの両面
にポリスチレンスルホン酸グラフト重合膜１２ｂを形成
した複合膜を重ね合わせた多重化膜は、電池素子に組み
込み、それを燃料槽２０に取り付は締め付けると、柔軟
性を有するグラフ１１合膜１２ｂが変形して相互によく
密着し、グラフト重合膜↑ １２ｂ間の界面１２ｄの隙間はほとんどなくなり、また
、同様にグラフト重合膜１２ｂと正極１１、負極１３と
の界面の隙間がほとんどなくなるが、さら注入された燃
料中の水が拡散してくると、グラフト重合１＊１２ｂは
水を吸収して膨潤し、残っていた隙間も完全に埋まるよ
うになる。

第４図は本発明の実施例１の電池と対照例１の電池の貯
蔵日数に伴う燃料中のメタノールの濃度変化を示す図で
ある。第４図において、曲線Ｘは実施例１の電池の貯蔵
日数に伴う燃料中のメタノールの濃度変化を示し、曲線
ｙは対照例１の電池の貯蔵日数に伴う燃料中のメタノー
ルの濃度変化を示している。

ここにおいて、本発明の実施例１の電池とは上記のよう
に電解質層１２として陽イオン交換膜１２ａの両面にポ
リスチレンスルホン酸グラフト重合膜１２ｂを形成した
複合膜を３枚積層して正極１１と負極１３との間に配置
した電池素子１０を第３図のように燃料槽２０に取り付
けた電池であり、対照例１の電池とは陽イオン交Ｆ！８
膜１２ａの両面にポリスチレンスルホン酸グラフト重合
膜１２ｂを形成した複合膜を１枚のみ電解質層１２とし
て正極１１と負極１３との間に配置した電池素子ＩＯを
第３図のように燃料槽２０に取り付けた電池である。

両電池の貯蔵に伴う燃料中のメタノールの濃度変化を調
べるにあたっては、燃料としてメタノール濃度が３０容
量％のメタノール水溶液を燃料槽２０内に１００ｍｊ！
注入し、これを２０℃に保っていた。

試験中のメタノールの蒸発および水の蒸発はきわめて僅
かであったので、メタノールの濃度低下はメタノールが
電解質層の陽イオン交換膜１２ａを透過して（グラフト
重合膜１２ｂにはメタノールの透過阻止能力がほとんど
ない）正極で直接反応して消費されたものと考えること
ができる。

第４図における曲線Ｘと曲線ｙを比較すると、曲線Ｘの
直線部分の傾斜度は曲線ｙの傾斜度の約１／３である。

この結果から、陽イオン交換１ｆｆ１２ａを多重化する
ことによって、メタノールが電解質層１２を透過する量
を減少させることができる。

いいかえれば、陽イオン交換膜を多重化すれば、メタノ
ール濃度が高い燃料を用いることができる。

第５図は上記実施例１の電池と対照例１の電池を２０℃
、１２５ｍ　Ａ　／電池で連続放電させたときの放電特
性を示す図である０曲線ａは実施例１の電池の放電特性
を示し、曲線Ｓは対照例１の電池の放電特性を示してい
る。また、比較対照のため、ポリスチレンスルホン酸グ
ラフト重合膜を形成することなく陽イオン交換膜のみを
３枚重ねて正極と負極との間に配置した電池素子を燃料
槽に取り付け、この電池（以下、対照例２の電池という
）についても前記と同条件下で連続放電させ、その結果
を曲線ｐとして第５図に示している。なお、この対照例
２の電池では、燃料に電解質として硫酸を２１Ｉｏｌ／
ｌの濃度になるように加えている。

燃料はいずれの電池においてもメタノール濃度が３０容
量％のメタノール水溶液である。

第５図の曲線Ｓに見られるように、陽イオン交換膜が１
枚の対照例１の電池では放電時間の経過に伴って電圧降
下が認められたが、この電圧降下の主因は第４図の結果
からみて燃料中のメタノール濃度の低下によるものと推
定される。これに対し、曲線ａに見られるように本発明
の実施例１の電池では、放電電圧の低下がないが、これ
は陽イオン交換膜の多重化によってメタノールの透過量
が減少したためであると考えられる。また、曲線ｐでは
曲＄ＩＩａに比べて放電電圧の低下が認められるが、こ
れはこの電池では単に陽イオン交換膜のみを多重化して
いるので、放電に伴う反応物質の移動、変化に伴って陽
イオン交換膜間の界面に電解質濃度の低下や電解質溶液
の乾燥などが生じた結果によるものである。このことよ
り陽イオン交換膜を単に重ねるだけでは所望の特性が得
られないことが明らかである。

第６図は複数の陽イオン交換膜をグラフト重合により一
体化して、陽イオン交換膜間にグラフト重合膜の界面が
ない多重化膜を得るためのグラフト重合を実施するため
の装置の概略を示す図である。

第６図において、５０はグラフト重合液、５１は容器、
５２はヒータ、５３および５４はガラス板、１２ａは陽
イオン交換膜である。

グラフト重合膜の形成は次に示すように行われる。グラ
フト重合液は、スチレンスルホン酸ナトリウム１００重
量部と架橋剤としてノナエチレングリコールジメタクリ
レート３３．３重量部を含んだ水溶液に重合促進剤とし
て過硫酸アンモニウムを加えて調製される。このグラフ
ト重合液５０を容器５１に入れ、ヒータ５２で４０℃に
加温する。この容器５１内に表面が平滑で傷のないガラ
ス板５３を入れ、グラフト重合膜をつけようとする陽イ
オン交換膜１２ａを気泡が残らないように注８しながら
グラフト重合液でぬらし、前記ガラス板５３上に置く。

同様の操作で多重化する陽イオン交換膜１２ａを順次重
ねていき、その上にガラス板５４をのせる。この状態で
６０℃で２時間加熱してグラフ）ｆｆ１合させる。

グラフト重合膜の厚さは、ガラス板と陽イオン交換膜と
の間に残ったグラフト重合液量と陽イオン交換膜間に残
ったグラフト重合液量によって決まる。グラフト重合後
、得られた多重陽イオン交換膜を約３ｍｏｌ／Ｉｌの硫
酸に浸漬して、グラフト重合膜のスルホン酸基のＮａ＋
をＨ＋に置き換える。

このようにして得られたグラフト重合膜を有する多重陽
イオン交換膜は、陽イオン交換膜を重ねた後、重合する
ので、グラフト重合膜間の界面がなく、一体化した多重
陽イオン交換膜が得られる。

第７図は上記の方法で３枚の陽イオン交換膜を多重化し
たものを電解質として用いたメタノール燃料電池（以下
、実施例２の電池という）と５枚の陽イオン交換膜を多
重化したものを用いたメタノール燃料電池（以下、実施
例３の電池という）の２０℃、５０ｍＡの電流で連続放
電させたときの放電特性を示す図である。

曲線すは３枚の陽イオン交換膜をグラフト重合膜を形成
しつつ多重化したものを用いた実施例２の電池の放電特
性を示すものであるが、放電時間の経過に伴う放電電圧
の低下が認められない０曲線Ｃは５枚の陽イオン交換膜
をグラフト重合膜を形成しつつ多重化したものを用いた
実施例３の電池の放電特性を示すものであるが、これも
放電時間の経過に伴う放電電圧の低下が少ない、なお、
第７図における曲線Ｓは第５図におけると同様に陽イオ
ン交換膜の両面にグラフト重合膜を形成した複合膜１枚
を用いた対照例１の電池の放電特性を示すものである。

第８図は陽イオン交換膜の両面にグラフト重合膜を形成
した複合膜１枚においてメタノール濃度とメタノール透
過量との関係を調べ、その結果を示したものである。こ
の第８図に示すように、メタノール濃度と透過量は正比
例関係にある。したがって、メタノール透過量を同一と
した場合、第４図に示すように同一メタノール濃度では
陽イオン交換膜を３枚多重化することによって透過量が
１／３になったことから、使用する燃料のメタノール濃
度を３倍にしてもよい。

従来、温度の異常上昇が生じないとされていたメタノー
ル濃度の上限は１０容量％で、その時のメタノールの放
電利用率は４０％であったことから、５００ＡＨの発電
に要する必要な燃料量は、透過消耗する量を含めて第１
表に示すように、３１２０■ｌであった。これを陽イオ
ン交換膜の多重化によりメタノール濃度を３倍まで高く
すると、メタノールの放電利用率を同一と考えて、５０
０ＡＨの発電に必要な燃料量は第１表に示すように、１
０４０ｍｍ！と少なくできる。

第　　　　　　１　　　　　　表 以上の結果から、陽イオン交換膜を多重化することによ
って、燃料槽の大きさを小さくすることができ、体積密
度の高い電池を作ることができる。

ただし、陽イオン交換膜の多重化枚数を増やすとメタノ
ール透過量を下げることができるが、５枚多重化した電
池の放電特性は、３枚多重化した場合に比べてイオン伝
導率が低下するせいか、第７図に示したように放電電圧
が低くなる傾向がある。

したがって、多重化する枚数は５枚を上限とするのが好
ましいと考えられる。

第９図は本発明の常温型酸性メタノール燃料電池の第４
実施例における電解質層の要部拡大断面図であり、この
第９図に示されるものにおいては、正極１１および負極
１３に接する側のポリスチレンスルホン酸グラフト重合
膜１２ｂ　１．１２ｂ２は、陽イオン交換膜１２ａ間の
ポリスチレンスルホン酸グラフト重合膜１２ｂ３．１２
ｂ４より厚さが厚くされている。これは正極１１や負極
１３などの電極は、微視的には多孔質体であって、その
表面の凹凸が陽イオン交換膜１２ａの場合より大きく、
このようにグラフト重合膜１２ｂ　１．１２ｂ２の厚み
を大きくすることによって、正ＩＪｉｌｌや負極１３と
グラフト重合膜１２ｂ　１．１２ｂ２との接触を密にし
ようとするものである。

このように電極に接する側のグラフト重合膜を厚くした
多重化陽イオン交換膜は、例えば、第１０図に示すよう
に陽イオン交換膜１２ａの両面にほぼ同一厚みのグラフ
ト重合ｆｆ１１２ｂを形成した複合膜１２ｃと、第１１
図に示すように、陽イオン交換膜１２ａの一方の面のグ
ラフト重合膜１２ｂを厚く形成した複合膜１２ｃを多重
化することによって得られる。

多重化に際しては、厚みを大きくした側のグラフト１合
膜が外側に配置されるようにして多重化する。

ところで、第１０図および第１１図に示す陽イオン交換
膜の両面にグラフト重合膜を有する複合膜は次に示す方
法により作製される。

まず、第１０図に示すように両面にほぼ同じ厚みのグラ
フト重合膜１２ｂを有する複合膜１２ｃは、前出の第６
図に基づいて説明したのとほぼ同様に、第１２図に示す
ようにグラフト重合液５０の入った容器５１をヒータ５
２で約４０℃に加温し、この容器５１に表面が平滑で傷
のないガラス板５３を入れ、ついで陽イオン交換膜１２
ａを気泡が残らないように注意しながらｍ合液に浸し、
陽イオン交換膜１２ａの両面をグラフト重合液５０で濡
らして、ガラス板５３上に置く、そして、その上に同様
なガラス板５４を置く、こうすることによって、陽イオ
ン交換１ｆｆ１２ａの両面にグラフトｍ合液５０が薄い
層状に残る。液温度を６０℃に上げ２時間加熱を続ける
と陽イオン交換膜１２ａ上でグラフトｆｆ重合が起こり
、第１０図に示すような陽イオン交換Ｈ１２ａとポリス
チレンスルホン酸グラフト重合膜１２ｂとが一体となっ
た複合膜１２ｃが形成される。このグラフト重合膜１２
ｂの膜厚は重合時に陽イオン交換膜１２ａとガラス板５
３．５４との間に残ったグラフト重合液５０の厚さに等
しい０重合後、ゲル状のグラフトｍ合液を機械的に割り
、ガラス板５３．５４間に挟まった陽イオン交換膜１２
ａとグラフ１合膜１２ｂが一体になった複合膜！２ｃを
取り出す。

これに対し、第１１図に示すように一方の面のグラフト
重合膜１２ｂが厚くなった複合膜１２ｃは第１３図に示
すような装置を用いて作製される。

第１３図において、５０はグラフト重合液、５１は容器
、５２はヒータであり、５５はセラミックス板、１２ａ
は陽イオン交換膜、５６はセラミックス板５５の四隅に
設けたネジ穴、５７はセラミックス枠、５日はネジ、５
９は厚さ規制用枠、６０はガラス板である。なお、第１
３図において、容器５１の内部に配置された部材中、陽
イオン交換Ｍ９１２ａのみを断面で示し、セラミックス
枠５７の一部は切り欠いて示している。

操作は、まずグラフト重合液５０の入った容器５１をヒ
ータ５２で約４０℃に加温する。ついで、この容器５１
に表面が平滑で傷のないセラミックス板５５を入れる。

このセラミックス板５５の四隅には前もってネジ穴５６
が設けられている。つぎに、所望のサイズより若干大き
めに裁断し、四隅に穴をあけた陽イオン交換膜１２ａを
気泡が残らないように注意しながら重合液に浸して両面
をグラフト重合／＆５０で濡らしてセラミックス板５５
上に置く、さらにその上に四隅に穴５７ａをあけたセラ
ミックス枠５７を胃き、ネジ５８で陽イオン交換１！ｔ
ｉ１２ａが平らになるようにセラミックス枠５７を締め
付ける。つぎにセラミックス枠５７内に第１４図に示す
ような任意の厚さｔで表面が平滑なセラミックス製の厚
さ規制用枠５９を置き、その上に表面の平滑なガラス板
６０をのせる。以後は前記第１２図に基づいて説明した
と同様に加熱重合し、一方の面のグラフト重合膜の厚さ
が厚い陽イオン交換膜とグラフト重合膜が一体となった
複合膜を取り出す。なお、第１４図は厚さ規制用の枠を
示すもので、第１４図（ａ）はその平面図、第１４図（
ｂ）はその側面図であり、この枠５９の厚さｔが厚みを
大きくする側のグラフト重合膜１２ｂの厚さになってお
り、他方の側のグラフト重合膜１２ｂの厚さは、重合時
にセラＣ７クス坂５５と陽イオン交換膜１２ａとの間に
残ったグラフト重合液５０の厚さとほぼ同一になる。

上記のようにして得られた陽イオン交換膜とグラフト重
合膜とが一体となった複合膜は、約３ｆｆｉｏ１／ｆの
硫酸に浸漬して、グラフト重合膜のスルホン酸基のナト
リウムイオンをプロトン（Ｈ＋）に置き換えた後、多重
化される。

このようにして多重化された膜を、正極と負極との間に
配置して電池素子を組立て、それを燃料槽に取り付ける
と、柔軟性のあるグラフト膜が変形し、膨潤して、正極
、負極の表面粗度が大きい場合でも、その隙間を埋める
ので、イオン伝導面積が広くなる。

第１５図は放電電圧と対数で表示した電流密度との関係
を示す図で、曲線ｄは電極に接する側のグラフト重合膜
が厚くなる態様で多重化した膜を用いた第４実施例の電
池の場合を示し、曲線ｅは両者とも同じ厚みのグラフト
重合膜を有する複合膜のみを多重化して用いた前記第１
実施例の電池の場合を示している。陽イオン交換膜の枚
数は両者とも３枚であり、曲線ｄで示す第４実施例の電
池では、陽イオン交換膜の一方の面に厚さ約０．８１の
グラフト重合膜と他方の面に厚さ約０．２ｍｍのグラフ
ト重合膜とを形成した複合！！：ｉ２枚と陽イオン交換
膜の両面に厚さ約０．２禦−のグラフト重合膜を形成し
た複合１ｊ！１枚とを重ねており、このものでは電極側
のグラフト重合膜の厚さは約０．８ｎｎで、陽イオン交
換膜間のグラフト重合膜の厚さは約Ｏ，４ｍｍである。

これに対し、曲線ｅで示す第１実施例の電池では、陽イ
オン交換膜の両面に厚さ約０．２１１１１１のグラフト
重合膜を形成した複合膜を３枚重ねており、このもので
は、電極と接する側のグラフト重合膜の厚さは約０．２
ｎｍ、陽イオン交換膜間のグラフト重合膜の厚さは約０
．４ｍ−である。

第１５図に示すように、曲線ｄで示される第４実施例の
電池では、曲線ｅで示される第１実施例の電池より放電
電圧の低下が少なく、電極と接触する側のグラフト重合
膜の厚さを厚（することによって、電極とグラフト重合
膜との接触面積が増え、その結果、高電流密度での電圧
降下が小さくなり、より高い電流密度まで放電が可能に
なることが示されている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、陽イオン交換膜をそ
の両側にポリスチレンスルホン酸グラフト重合膜が存在
するようにして多重化することに゛よって、メタノール
の透過量を少なくし、高濃度のメタノール燃料の使用を
可能ならしめ、かつ陽イオン交換膜を単に多重化したと
きに生じる膜界面の障害を解消して、コンパクトないし
は大容量のメタノール燃料電池の提供を可能ならしめる
ことができた。

【図面の簡単な説明】

第１〜２図は本発明の常温型酸性メタノール燃料電池の
第１実施例における電池素子を示すもので、第１図はそ
の要部の拡大断面図、第２図は全体の断面図である。第
３図は常温型酸性メタノール燃料電池の一例を示す概略
断面図である。第４図は本発明の第１実施例の電池と対
照例１の電池の貯蔵に伴う燃料中のメタノール濃度変化
を示す図である。第５図は本発明の第１実施例の電池と
対照例１〜２の電池の放電特性を示す図である。 第６図は複数枚の陽イオン交換膜をグラフト重合により
一体化して多重化するためのグラフト重合を実施する際
の装置を示す概略断面図である。第７図は本発明の第２
実施例および第３実施例の電池と対照例１の電池の放電
特性を示す図である。 第８図は陽イオン交換膜の両面にグラフト重合膜を形成
した１枚の複合膜をメタノールが透過する際の燃料中の
メタノール濃度と透過量との関係を示す図である。第９
図は本発明の常温型酸性メタノール燃料電池の第４実施
例における電池素子の要部拡大断面図である。第１０図
および第１１図は陽イオン交換膜の両面にグラフト重合
膜を形成した複合膜の断面図である。第１２図は第１０
図に示す陽イオン交換膜の両面にグラフト重合膜を有す
る複合膜を得るためのグラフト重合を実施する際に使用
された装置の概略断面図である。第１３図は第１１図に
示す陽イオン交換膜の両面にグラフト重合膜を有する複
合膜を得るためのグラフト重合を実施する際に使用され
た装置の概略断面図である。第１４図は第１３図に示す
グラフ）ｆｆ１合実施装置に使用された厚み規制用の枠
を示す図で、第１４図（ａ）はその平面図、第１４図（
ｂ）は側面図である。第１５図は本発明の第４実施例と
第１実施例の電池の放電電圧と対数で表示した電流密度
との関係を示す図である。 ＩＯ・・・電池素子、　１１・・・正極、　１２・・・
電解質層、１２ａ・・・陽イオン交換膜、　１２ｂ・・
・グラフト重合膜、　１２ｃ・・・複合膜、　１３・・
・負極、　２０・・・燃料槽、　３０・・・燃料 第１図 第３図 第４図 貯蔵日数（ロ） 第５図 第　　６　　図 １２ａ・・・陽イオン交換膜 第７図 第８図 メタノール濃度（ｍｏｌ／／） 第９図 １１・・・正極 １２・・・電解質層 １２ａ・・・陽イオン交換膜 １２ｂ１〜１２ｂ４．、。 グラフト重合膜 ”３°−ｊｔ　ｈ　　　　　　　　　　　ｓ。 第１０図　　　第１１図 一フト重合膜 金膜 第　　１２　　図 ２、゛、−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）空気極としての正極と、メタノール極としての負
   極と、電解質層を有する電池素子を燃料槽に取り付けて
   なる常温型酸性メタノール燃料電池において、正極と負
   極との間に電解質層として、陽イオン交換膜をその両側
   にポリスチレンスルホン酸グラフト重合膜が存在するよ
   うにして２枚以上重ねて配置したことを特徴とする常温
   型酸性メタノール燃料電池。
2. （２）正極と陽イオン交換膜との間に介在するポリスチ
   レンスルホン酸グラフト重合膜および負極と陽イオン交
   換膜との間に介在するポリスチレンスルホン酸グラフト
   重合膜の厚さが、陽イオン交換膜間に介在するポリスチ
   レンスルホン酸グラフト重合膜の厚さより厚いことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の常温型酸性メタノ
   ール燃料電池。