JPWO2007080763A1 - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents
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Abstract
Description
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e−
で表されるアノード反応がアノードで起こり、次式:
6H++6e−+3/2O2→3H2O
で表されるカソード反応がカソードで起こる。すなわち、DMFCでは、理論上、アノードで1モルのメタノールと1モルの水とが反応して1モルの反応生成物(二酸化炭素)が生成される。このとき、水素イオン及び電子も生成されるため、燃料であるメタノール水溶液中のメタノールの理論濃度は、体積%で約70vol%となる。
(i)出力(電圧)が下がってしまう、
(ii)燃料の利用効率が悪くなってしまう、
(iii)発熱量が大きくなってMEAの温度が上がるため、燃料温度が必要以上に上昇してクロスオーバーがさらに加速され、更なる温度上昇を引き起こしてしまう、等の不都合が生じ易くなる。
まず、特開2000−106201号公報における構成では、メタノールと水の1:1(モル比)混合液を用い、タンク内の内圧等で液体燃料を燃料気化層107に供給することができるとしているが、本発明者らは特許文献1の構成では、安定した燃料供給ができなくなることを見出した。つまり、このような毛管力による燃料供給では液相と気相との平衡状態から高濃度メタノール水溶液を用いた場合は液体燃料よりも高い濃度のメタノール水溶液が供給されることになる。すなわち、高濃度メタノール水溶液を用いた安定した発電は困難となる。また、この燃料供給方法では完全な気化供給は難しく、液体として供給される部分はクロスオーバーの原因となる。以上の理由で高濃度メタノール水溶液を燃料として用いることは困難であった。
本発明の他の課題は、高濃度の燃料を用いたときの発電特性が高い固体高分子型燃料電池を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、燃料消費を抑制する固体高分子型燃料電池を提供することにある。
CH3OH+H2O→6H++CO2+6e−
により表現される電極反応が進行する。この電極反応により生成される電子は、アノード電極6からアノード側集電電極1に伝達される。
3/2O2+6H++6e−→3H2O
により表現される電極反応が進行して電力が生成される。この電極反応により利用される電子は、カソード側集電電極2からカソード電極7に伝達される。
本発明による固体高分子型燃料電池の比較例は、既述の実施の形態における分離膜20が親水性膜17と有孔板19とを除く撥水性多孔質膜18のみから形成されている。すなわち、まず、触媒を担持させた担持体と高分子電解質の水溶液とを混合してアノード触媒ペーストが調製される。その触媒は、粒子径が3〜5nmの範囲内にある白金(Pt)−ルテニウム(Ru)合金微粒子(Ruの割合は60at%)から形成される。その担持体は、炭素粒子(ライオン社製のケッチェンブラックEC600JD)から形成される。その高分子電解質は、デュポン社製「ナフィオン」(登録商標)(商品名;DE521)から形成される。その水溶液は、5重量%ナフィオン水溶液である。
本発明による固体高分子型燃料電池の実験例は、既述の実施の形態における固体高分子型燃料電池10と同様にして作製された。すなわち、まず、触媒を担持させた担持体と高分子電解質の水溶液とを混合してアノード触媒ペーストが調製される。その触媒は、粒子径が3〜5nmの範囲内にある白金(Pt)−ルテニウム(Ru)合金微粒子(Ruの割合は60at%)から形成される。その担持体は、炭素粒子(ライオン社製のケッチェンブラックEC600JD)から形成される。その高分子電解質は、デュポン社製「ナフィオン」(登録商標)(商品名;DE521)から形成される。その水溶液は、5重量%ナフィオン水溶液である。
Claims (8)
- 燃料と酸化剤との化学反応により電力を生成する電極−電解質膜接合体と、
親水性の材料から形成される親水性膜と、
撥水性の材料から形成される撥水性多孔質膜とを具備し、
前記撥水性多孔質膜は、前記電極−電解質膜接合体と前記親水性膜との間に配置され、
前記燃料は、前記親水性膜と前記撥水性多孔質膜とを介して前記電極−電解質膜接合体に供給される
固体高分子型燃料電池。 - 請求の範囲1に記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記親水性膜と前記撥水性多孔質膜との間には、空隙が形成される
固体高分子型燃料電池。 - 請求の範囲1に記載された固体高分子型燃料電池であって、
複数の穴が形成される有孔板を更に具備し、
前記有孔板は、前記親水性膜と前記撥水性多孔質膜との間に配置される
固体高分子型燃料電池。 - 請求の範囲1乃至3のいずれかに記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記電極−電解質膜接合体は、
前記酸化剤が供給されるカソードと、
前記燃料水溶液が供給されるアノードと、
前記カソードと前記アノードとの間に配置される固体高分子電解質膜とを備え、
前記アノードを外部から隔離するシール材は、前記化学反応により生成される二酸化炭素を通過させる通気口が形成される
固体高分子型燃料電池。 - 請求の範囲4に記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記シール材は、更に、前記アノードから電子を伝達する集電体と前記固体高分
子電解質膜とを電気的に絶縁する
固体高分子型燃料電池。 - 請求の範囲1乃至3のいずれかに記載された固体高分子型燃料電池であって、
水の蒸発を抑制する蒸発抑制層を更に具備し、
前記電極−電解質膜接合体は、
前記酸化剤が供給されるカソードと、
前記燃料水溶液が供給されるアノードと、
前記カソードと前記アノードとの間に配置される固体高分子電解質膜とを備え、
前記蒸発抑制層は、前記カソードと外部との間に配置される
固体高分子型燃料電池。 - 請求の範囲6に記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記蒸発抑制層は、親水性の材料から形成される
固体高分子型燃料電池。 - 請求の範囲6に記載された固体高分子型燃料電池であって、
前記蒸発抑制層は、疎水性の材料から形成される
固体高分子型燃料電池。
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