JPWO2006134975A1 - 燃料電池用燃料、燃料電池用燃料カートリッジ及び燃料電池 - Google Patents
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Abstract
Description
前記燃料は、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル及びギ酸よりなる群から選ばれる少なくとも1種類の有機化合物と、ガスクロマトグラフ質量分析による単一成分換算で1〜200ppmの炭化水素系化合物とを含む燃料電池用燃料カートリッジが提供される。
前記燃料の気化成分を透過させる燃料気化部と、
前記気化成分が供給される燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極及び前記酸化剤極の間に配置される固体電解質膜とを含む膜電極接合体と
を具備する燃料電池であって、
前記燃料貯蔵部、前記燃料気化部及び前記膜電極接合体に保持された前記燃料中の炭化水素系化合物量がガスクロマトグラフ質量分析による単一成分換算で1〜1500ppmである燃料電池が提供される。
高密度ポリエチレン(HDPE)、直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE):エチレン、α―オレフィン
変性ポリエチレン:エチレン、アクリル酸、無水マレイン酸
ポリプロピレン(PP):プロピレン、エチレン、α―オレフィン
ポリアミド(PA):ヘキサメチレンジアミン、アジピン酸、ε―カプロラクタム、ω−ラウロラクタム、ドデカン酸
ポリエチレンテレフタレート(PET):テレフタル酸、エチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール
上記の液体燃料あるいは燃料カートリッジが使用される燃料電池としては、液体燃料供給型、内部気化型等が挙げられる。内部気化型では、液体燃料の気化成分を燃料極に供給しており、十分な気化量を確保するために高濃度の液体燃料を使用することが望ましい。また、気化により液体燃料中の炭化水素系化合物が濃縮されるため、燃料気化部の目詰まりの問題を生じる恐れがある。よって、内部気化型燃料電池において炭化水素系化合物量を規制すると十分な特性改善を図ることができる。
なお、上記反応式(1)で使用される水は、液体燃料から供給しても良いし、固体電解質膜1中の水を使用することも可能である。
上記触媒反応(1)及び(2)のトータルの反応式を(3)に示す。
このような燃料電池において、液体燃料貯蔵部4、燃料気化部5及び膜電極接合体に保持された燃料中の炭化水素系化合物量をガスクロマトグラフ質量分析による単一成分換算で1〜1500ppmにすることによって、高出力を確保しつつ、長期安定性を向上することができる。
<アノードの作製>
アノード用触媒(Pt:Ru=1:1)担持カーボンブラックにパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と水及びメトキシプロパノールを添加し、前記触媒担持カーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをアノードガス拡散層としての多孔質カーボンペーパに塗布することによりアノード触媒層を得た。
カソード用触媒(Pt)担持カーボンブラックにパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と水及びメトキシプロパノールを加え、前記触媒担持カーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをカソードガス拡散層としての多孔質カーボンペーパに塗布することによりカソード触媒層を得た。
液体燃料中の炭化水素系化合物濃度を50ppmにすること以外は、例1と同様な構成を有する内部気化型の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。
液体燃料中の炭化水素系化合物濃度を100ppmにすること以外は、例1と同様な構成を有する内部気化型の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。
液体燃料収容容器が1,4−シクロヘキサンジメタノールで変性されたポリエチレンテレフタレート(PET)の無延伸材で形成された燃料カートリッジに、ガスクロマトグラフ質量分析によるテレフタル酸ジメチル(DMT)換算で50ppmの炭化水素系化合物を含む純度が99.9重量%のメタノールを収容した。例4で使用した液体燃料のガスクロマトグラフ質量分析結果を図3に示す。図3の横軸が時間(time)で、縦軸が存在比(Abundance)である。図3に示す通り、炭化水素系化合物は、テレフタル酸ジメチル(DMT)、エチレングリコール、シクロヘキサンジメタノールを含むものであった。炭化水素系化合物中のDMTの存在比は50%以上であった。
液体燃料収容容器が直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)で形成された燃料カートリッジに、ガスクロマトグラフ質量分析によるC20H40換算で0.5ppmの炭化水素系化合物を含む純度が99.95重量%のメタノールを収容した。
液体燃料中の炭化水素系化合物濃度を205ppmにすること以外は、例1と同様な構成を有する内部気化型の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。
液体燃料中の炭化水素系化合物濃度を1505ppmにすること以外は、例1と同様な構成を有する内部気化型の直接メタノール型燃料電池を組み立てた。
Claims (20)
- メタノール、エタノール、ジメチルエーテル及びギ酸よりなる群から選ばれる少なくとも1種類の有機化合物と、
ガスクロマトグラフ質量分析による単一成分換算で1〜200ppmの炭化水素系化合物と
を含む燃料電池用燃料。 - 前記炭化水素系化合物の濃度は、5〜150ppmである請求項1記載の燃料電池用燃料。
- 前記炭化水素系化合物の濃度は、10〜100ppmである請求項1記載の燃料電池用燃料。
- 前記炭化水素系化合物は、エチレン、α―オレフィン、アクリル酸、無水マレイン酸、プロピレン、ヘキサメチレンジアミン、アジピン酸、ε―カプロラクタム、ω−ラウロラクタム、ドデカン酸、テレフタル酸、エチレングリコール及びシクロヘキサンジメタノールよりなる群から選択される少なくとも1つの化合物を含む請求項1記載の燃料電池用燃料。
- 前記有機化合物はメタノールであり、メタノール濃度が50モル%以上である請求項1記載の燃料電池用燃料。
- 燃料収容容器と、前記容器内に収容される燃料とを具備する燃料電池用燃料カートリッジであって、
前記燃料は、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル及びギ酸よりなる群から選ばれる少なくとも1種類の有機化合物と、
ガスクロマトグラフ質量分析による単一成分換算で1〜200ppmの炭化水素系化合物と
を含む燃料電池用燃料カートリッジ。 - 前記炭化水素系化合物の濃度は、5〜150ppmである請求項6記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
- 前記炭化水素系化合物の濃度は、10〜100ppmである請求項6記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
- 前記燃料収容容器は、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドあるいはポリエチレンテレフタレートを含む高分子材料から形成される請求項6記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
- 前記燃料収容容器は、低密度ポリエチレンを含む高分子材料から形成され、前記炭化水素系化合物は、エチレンを含む請求項6記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
- 前記燃料収容容器は、高密度ポリエチレンあるいは直鎖低密度ポリエチレンを含む高分子材料から形成され、前記炭化水素系化合物は、エチレン及びα―オレフィンを含む請求項6記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
- 前記燃料収容容器は、変性ポリエチレンを含む高分子材料から形成され、前記炭化水素系化合物は、エチレン、アクリル酸及び無水マレイン酸を含む請求項6記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
- 前記燃料収容容器は、ポリプロピレンを含む高分子材料から形成され、前記炭化水素系化合物は、プロピレン、エチレン及びα―オレフィンを含む請求項6記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
- 前記燃料収容容器は、ポリアミドを含む高分子材料から形成され、前記炭化水素系化合物は、ヘキサメチレンジアミン、アジピン酸、ε―カプロラクタム、ω−ラウロラクタム及びドデカン酸を含む請求項6記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
- 前記燃料収容容器は、ポリエチレンテレフタレートを含む高分子材料から形成され、前記炭化水素系化合物は、テレフタル酸、エチレングリコール及びシクロヘキサンジメタノールを含む請求項6記載の燃料電池用燃料カートリッジ。
- メタノール、エタノール、ジメチルエーテル及びギ酸よりなる群から選ばれる少なくとも1種類の有機化合物を含む燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、
前記燃料の気化成分を透過させる燃料気化部と、
前記気化成分が供給される燃料極と、酸化剤極と、前記燃料極及び前記酸化剤極の間に配置される固体電解質膜とを含む膜電極接合体と
を具備する燃料電池であって、
前記燃料貯蔵部、前記燃料気化部及び前記膜電極接合体に保持された前記燃料中の炭化水素系化合物量がガスクロマトグラフ質量分析による単一成分換算で1〜1500ppmである燃料電池。 - 前記炭化水素系化合物の濃度は、1〜200ppmである請求項16記載の燃料電池。
- 前記炭化水素系化合物の濃度は、5〜150ppmである請求項16記載の燃料電池。
- 前記炭化水素系化合物は、エチレン、α―オレフィン、アクリル酸、無水マレイン酸、プロピレン、ヘキサメチレンジアミン、アジピン酸、ε―カプロラクタム、ω−ラウロラクタム、ドデカン酸、テレフタル酸、エチレングリコール及びシクロヘキサンジメタノールよりなる群から選択される少なくとも1つの化合物を含む請求項16記載の燃料電池。
- 前記有機化合物はメタノールであり、メタノール濃度が50モル%以上である請求項16記載の燃料電池。
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