JPWO2007110941A1 - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、特許文献1の例では、メタノール水溶液の輸送に毛管力を利用しているため、カーボン多孔質膜中の燃料輸送速度が遅く、携帯型電子機器で必要とされる高負荷放電が行なわれた場合に、メタノールの供給不足が生じてしまうという問題がある。
上記の課題について、本発明者は、燃料気化膜として、スルホン酸系のポリマーと他のポリマーとが含まれる混合ポリマーからなる膜を使用することにより、解決可能であることを見出し、本発明をなすに至った。
本発明によれば、本発明の燃料電池では、燃料気化膜として、スルホン酸系のポリマーと上述した他のポリマーとが含まれる膜を使用することにより、燃料を輸送する速度コントロールが容易となることに加え、耐久性の確保が可能で低コストな燃料電池を提供することが可能となる。
図1は、本発明の実施例1に係る燃料電池の構成を示す概略断面図である。図1に示されるように、燃料電池10は、発電部20と、空気に含まれる酸素ガスを発電部20に供給する空気供給部30と、液体燃料を気化してメタノールガス等の燃料ガスを発電部20に供給する燃料供給部40等から構成される。
発電部20は、空気極21と、固体電解質層22と、燃料極23とがこの順に積層されて構成される。この発電部20は、膜・電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)とも呼ばれ、燃料電池の性能を左右する。
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e- … (反応式1)
3/2O2+6H++6e-→3H2O … (反応式2)
空気供給部30は、空気極側筐体31と、空気極側筐体31の酸素供給口31aから導入した酸素ガスを拡散させ、空気極21に酸素ガスを導入する空気極ガス拡散層32、34と、空気極集電体33から構成される。
燃料供給部40は、燃料極側筐体41と、メタノール水溶液が充填される燃料貯蔵部42と、メタノール水溶液中のメタノールを気化させてメタノールガスに変換する燃料気化部47と、メタノールガスを拡散させ燃料極23に導入する燃料ガス拡散層52,54と、燃料極集電体53等から構成される。なお、本実施例では、燃料気化部47の主要な構成物が燃料気化膜49のみである例を挙げて説明するが、燃料気化部47が、構成燃料気化膜49に(機能を向上させる)他の構成物を組み合わせた形態としても良い。
・燃料極:白金−ルテニウム合金担持触媒
・空気極:白金担持触媒
・電解質:ナフィオンNF112(デュポン社製)
・燃料:100vol%メタノール2.5cc
本実施例では、混合ポリマーからなる燃料気化膜を、実施例とは異なる以下の方法で作製した。
次に、前記フィルム状の混合ポリマーを、15%KOH/35%DMSO/50%H2Oの水溶液(500ml)に浸漬した後、80℃で30分間、加熱攪拌した。
20…発電部
21…空気極
22…固体電解質層
23…燃料極
30…空気供給部
31…空気極側筐体
31a…酸素供給口
32、34…空気極ガス拡散層
33…空気極集電体
40…燃料供給部
41…燃料極筐体
42…燃料貯蔵部
43…燃料カートリッジ
44…燃料供給口
45…圧力引加部
47…燃料気化部
48…カバー
49…燃料気化膜
50…燃料供給用孔
51…裂け目
52、54…燃料ガス拡散層
53…燃料極集電体
55…封止材
71…スルホン酸系ポリマー
72…他のポリマー
Claims (11)
- プロトン伝導性の固体電解質層を挟んで、当該固体電解質層に気化された燃料が供給される燃料極と当該固体電解質層に酸素が供給される空気極とが設けられ、燃料として液体燃料を用いる燃料電池において、
前記液体燃料を気化する燃料気化部に、スルホン酸系のポリマーと他のポリマーとが含まれる燃料気化膜を有し、
前記燃料気化膜は、内部に前記他のポリマーの粒子が点在すると共に、その機械的強度が前記スルホン酸系ポリマーからなる膜の機械的強度よりも高い
ことを特徴とする燃料電池。 - プロトン伝導性の固体電解質層を挟んで、当該固体電解質層に気化された燃料が供給される燃料極と当該固体電解質層に酸素が供給される空気極とが設けられ、燃料として液体燃料を用いる燃料電池において、
前記液体燃料を気化する燃料気化部に、スルホン酸系のポリマーと、当該スルホン酸系のポリマーよりもメタノールの透過速度が遅い他のポリマーとが含まれる燃料気化膜を有し、
前記燃料気化膜は、内部に前記他のポリマーの粒子が点在する
ことを特徴とする燃料電池。 - 前記燃料気化膜の機械的強度が前記スルホン酸系ポリマーからなる膜の機械的強度よりも高い
ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。 - 前記機械的強度は引っ張り強度である
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 - 前記燃料気化膜内に、平均粒径がミクロンオーダである前記他のポリマー粒子が分散している
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 - 前記他のポリマーは、フッ素原子を含むポリマーである
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 - 前記他のポリマーは、フッ化ビニリデン樹脂である
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 - 前記他のポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンナフタレートのうち何れか1つ或いは2つ以上のポリマーである
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 - 前記スルホン酸系のポリマーは、パーフルオロスルホン酸系樹脂である
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 - 前記混合ポリマーは、前記パーフルオロスルホン酸系樹脂が50重量%以下の割合で混合されている
ことを特徴とする請求項9に記載の燃料電池。 - 前記燃料気化膜は、2軸押し出し機により、前記スルホン酸系ポリマーの融点及び前記他のポリマーの融点よりも高い温度で混合されてなる
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
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