KR20080053519A - 액체연료 및 연료전지 - Google Patents

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Abstract

이온성 마이크로겔을 함유하는 액체연료를 제공한다. 상기 액체연료를 산화하는 음극과, 산화제를 환원하는 양극과, 상기 음극과 상기 양극과의 사이에 협지되어 있는 전해질막을 가지는 연료전지를 제공한다.

Description

액체연료 및 연료전지{LIQUID FUEL AND FUEL CELL}
본 발명은, 액체연료 및 연료전지에 관한 것이다.
최근, 높은 발전효율 및 적은 환경 부하의 에너지 발전장치로서, 연료전지가 주목되고 있다. 연료전지의 기본 원리는, 물의 전기분해의 역반응이며, 연소를 수반하지 않는다. 이 때문에, 질소 산화물과 같은 유해물질이 발생하지 않는다. 또한, 수소 이외의 연료로부터 에너지를 취출할 때, 이산화탄소는, 발생하지만, 내연기관과 비교하여, 이산화탄소의 발생량을 저감할 수 있다. 더욱이, 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환하기 때문에, 에너지 변환의 과정에 있어서의 에너지 손실이 작고, 연료전지의 발전효율은 높다. 연료전지는, 음극, 양극 및 전해질막의 조합인 단순한 구성을 가지기 때문에, 특수한 동력원을 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 전지를 소형으로 하는 것이 가능하고, 정치용 분산전원 뿐만 아니라, 차량용의 전원, 및, 최근에는, 모바일 기기용 전원으로서도 또한, 연료전지의 실용화의 연구가 널리 행해지고 있다.
연료전지로서, 메탄올 수용액과 같은 액체연료를 음극에 공급하여 산화반응을 행하고, 양극에 산소를 공급하여 환원반응을 행하는 직접 메탄올형 연료전지(DMFC：Direct Methanol Fuel Cells)가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참 조). 직접 메탄올형 연료전지에 있어서는, 음극에서, 메탄올이 물과 반응하여 수소이온과 전자를 얻음(식(1) 참조)과 동시에, 양극에서, 수소이온과 전자가 소비된다(식(2) 참조). 그래서, 수소이온이, 전해질막을 투과하여, 전자가 외부회로를 이동하는 것에 의해서, 전기에너지를 얻을 수 있다.
CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e- (1)
02 + 4H+ + 4e- → 2H2O (2)
그러나, 직접 메탄올형 연료전지에 있어서는, 액체연료가 전해질막을 투과하여 양극으로 이동하는 크로스오버를 일으킨다고 하는 문제가 있다. 이것에 의해, 음극에서 일어나야 할 산화반응이, 양극에서도 일어나기 때문에, 액체연료의 손실이 생김과 동시에, 양극의 전위가 저하한다고 하는 문제가 있다. 크로스오버가 일어나기 때문에, 액체연료의 연료성분의 농도를 증가시키는 것에 의해서, 액체연료의 에너지 밀도를 높이는 것이 곤란하고, 통상은, 연료성분의 농도가 낮은 액체연료를 사용한다. 또한, 연료성분의 농도가 높은 액체연료를 함유하는 조(槽)를 별도로 설치하여, 동력 등에 의해서 액체연료를 희석하여 공급하는 방법(예를 들면, 특허문헌 2 참조)이 알려져 있다. 더욱이, 크로스오버를 억제하기 위해서, 메탄올과 같은 연료의 투과성이 낮은 전해질막이 알려져 있지만(예를 들면, 특허문헌 3 참조), 크로스오버를 방지하는 것은 곤란하다.
따라서, 연료실에 고분자 화합물을 설치하는 구성(예를 들면, 특허문헌 4 참 조), 및, 액체연료 함침부가 다공체를 포함하는 구성(예를 들면, 특허문헌 5 참조)이, 공지되어 있다. 특허문헌 4에 개시되어 있는 방법에서는, 고분자 화합물의 배합비를 증가시킬 필요가 있다. 또한, 고농도의 메탄올을 배합하면, 크로스오버를 방지하는 것은, 곤란하다. 특허문헌 5에 개시되어 있는 방법에서는, 고농도의 메탄올을 배합할 수 있지만, 액체연료 함침부의 공극율이 낮고, 메탄올의 배합비율을 실질적으로 높게할 수 없다는 문제가 있다.
특허문헌 1：일본 특허공개공보 2000-502205호
특허문헌 2：일본 특허공개공보 2005-108713호
특허문헌 3：일본 특허공개공보 2000-285933호
특허문헌 4：일본 특허공개공보 2004-206885호
특허문헌 5：일본 특허공개공보 2004-171844호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명의 제1의 목적은, 크로스오버를 억제하는 것이 가능한 액체연료를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2의 목적은, 크로스오버를 억제하는 것이 가능한 연료전지를 제공하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명의 제1의 태양에 의하면, 이온성 마이크로겔을 함유하는 것을 특징으로 하는 액체연료가 제공된다.
본 발명의 제2의 태양에 의하면, 본 발명의 제1의 태양에 의한 액체연료를 산화하는 음극과, 산화제를 환원하는 양극과, 상기 음극과 상기 양극과의 사이에 협지되어 있는 전해질막을 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지가 제공된다.
발명의 효과
본 발명의 제1의 태양에 의하면, 크로스오버를 억제하는 것이 가능한 액체연료를 제공할 수 있다.
본 발명의 제2의 태양에 의하면, 크로스오버를 억제하는 것이 가능한 연료전지를 제공할 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
다음에, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 설명한다.
도 1은, 본 발명의 연료전지의 일례를 나타낸다. 본 연료전지는, 고분자로 이루어지는 전해질막(1)과, 산소(산화제)를 환원하는 양극(2)(공기극(空氣極))과, 메탄올 수용액(액체연료)을 산화하는 음극(3)(연료극)과, 세퍼레이터(4) 및 (5)를 가지고, 액체연료는, 이온성 마이크로겔을 함유한다. 이 때, 세퍼레이터(5) 내에서, 이온성 마이크로겔이, 액체연료를 유지하기 위해서, 액체연료가 전해질막(1)을 투과하여 양극(2)으로 이동하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 크로스오버가 억제된다.
본 발명의 액체연료에 있어서, 이온성 마이크로겔의 함유량은, 바람직하게는, 0.1중량% 이상 5.0중량% 이하이고, 보다 바람직하게는, 0.2중량% 이상 3.0중량% 이하이며, 가장 바람직하게는, 0.2중량% 이상 1.0중량% 이하이다.
더욱이, 연료전지의 발전효율을 향상시키기 위해서, 액체연료는, 바람직하게는, 10중량% 이상 99.9중량% 이하의 연료성분을 함유하고, 보다 바람직하게는, 10중량% 이상 99중량% 이하의 연료성분을 함유하고, 가장 바람직하게는, 30중량% 이상 70중량% 이하의 연료성분을 함유한다.
본 발명에 있어서, 연료성분은, 바람직하게는, 메탄올, 에탄올 및 디메틸에테르의 적어도 하나이며, 이들 중에서도, 메탄올이 특히 바람직하다.
이온성 마이크로겔은, 바람직하게는, 이온성 모노머 및 비이온성 모노머를 함유하는 분산상이, 분산매 중에 분산되어 있는 상태에서, 이온성 모노머 및 비이온성 모노머를 라디칼 중합하는 것에 의해 얻어진다. 여기에서, 분산매로서는, 유기용매 또는 유분을 이용할 수 있고, 분산상으로서는, 물을 이용할 수 있다. 즉, 이온성 마이크로겔은, 바람직하게는, 역상 유화중합법을 이용하여 제조된다. 이것에 의해, 얻어지는 고분자 전해질은, 마이크로겔로 되기 때문에, 분쇄 공정을 생략할 수 있다. 또한, 모노머의 중합 후, 침전 및 정제 공정을 거쳐서, 분말상의 이온성 마이크로겔을 분리할 수 있다. 더욱이, 분말상의 이온성 마이크로겔을, 예를 들면, 물, 메탄올, 에탄올, 디메틸에테르 및 이들의 혼합용매에 분산시키면, 분말상의 이온성 마이크로겔은, 팽윤하기 때문에, 크로스오버를 억제할 수 있다.
유기용매로서는, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸 및 운데칸과 같은 알칸류；시클로펜탄, 시클로헥산, 시클로헵탄 및 시클로옥탄과 같은 시클로알칸류；벤젠, 톨루엔, 크실렌, 데카린 및 나프탈렌과 같은 방향족 탄화수소 및 환상 탄화수소를 들 수 있다. 유분으로서는, 파라핀유와 같은 비극성 유분을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 바람직하게는, 이온성 모노머 및 비이온성 모노머가 용해 한 분산상은, 계면활성제를 이용하여 분산매 중에 분산되어 있다. 특히, 적의 선택된 친수 소수 밸런스(HLB)로 조정된 계면활성제를 이용하는 것에 의해서, 역상 유화중합에 있어서의 중합계를 1상 마이크로 에멀션 또는 미세 W/0 에멀션으로 할 수 있다.
1상 마이크로 에멀션은, 열역학적으로 안정하게 오일상과 수상이 공존하고 있고, 또한, 오일상 및 수상의 사이의 계면장력이 극소인 상태이다. 또한, 미세 W/0 에멀션은, 오일상 및 수상이, 열역학적으로는 불안정하지만, 속도론적으로는 안정하게 존재하고 있는 상태이다. 일반적으로, 미세 W/0 에멀션의 수상의 입자경은, 수십~수백nm 정도이다. 이들 에멀션의 상태는, 계의 조성과 온도만에 의해서 결정되고, 기계적인 교반 조건 등에는 의존하지 않는다.
본 발명에 있어서, 이온성 모노머 및 비이온성 모노머를 분산상에 용해시켜, 분산상을 분산매와 혼합하고, 혼합물을 소정의 온도로 가열하고, 중합개시제를 수상에 첨가하고, 모노머를 중합하는 것이 바람직하다.
일반적으로, 불균일 중합법에서는, 중합중의 교반 조건에 의해, 얻어지는 고분자의 물성이 변화하는 것이 알려져 있다. 이것은, 유화계가 열역학적으로 불안정한 상태이고, 교반 조건에 의해, 유화 입자의 형상 및 사이즈가 변화하기 때문이다.
본 발명에 있어서는, 열역학적으로 안정한 1상 마이크로 에멀션이 형성되어 있는 상태 또는 1상 영역의 근방에 존재하는 준안정적인 미세 W/0 에멀션이 형성되어 있는 상태에서 모노머를 중합하는 것에 의해, 상기의 문제를 회피할 수 있다. 구체적으로는, 통상의 열중합 또는 레독스 중합용의 중합개시제의 최적 중합온도의 근방에서, 1상 마이크로 에멀션 또는 미세 W/0 에멀션이 형성되도록, 중합계의 조성(유기용매의 종류, 계면활성제의 HLB)을 조정하여, 수상 내에서 모노머를 중합하는 것에 의해서, 이온성 마이크로겔을 안정하게 제조할 수 있다.
도 2에, 헥산/계면활성제/모노머 수용액의 3성분계의 상도의 일례를 나타낸다. 여기에서, 모노머는, 이온성 모노머 및 비이온성 모노머의 혼합물이다. 영역 A는, 1상 마이크로 에멀션 또는 미세 W/0 에멀션을 형성하는 영역이고, 바람직하게는, 이 영역 A에서 중합이 행해진다.
이것에 대해서, 현탁중합에 관해서, 모노머의 중합시에, 수상의 입자경을 제어하기 어려워지기 때문에, 이온성 마이크로겔을 안정하게 제조하는 것이 곤란하다.
한편, 균일 중합계에 있어서, 이온성 마이크로겔을 제조하기 위해서는, 이온성 모노머 및 비이온성 모노머를 공중합하는 것에 의해 얻어지는 고분자 전해질을 분쇄할 필요가 있다. 그러나, 겔이, 액체연료에 균일하게 분산하지 않는 경우가 있다.
본 발명에 있어서, 비이온성 모노머는, 바람직하게는, 일반식
[화1]
Figure 112008030846294-PCT00001
로 표시되는 디알킬(메타)아크릴아미드이고, 식 중, R1은, 수소원자 또는 메틸기이고, R2 및 R3은, 각각 독립하여, 메틸기, 에틸기, 프로필기 또는 이소프로필기이다. 보다 바람직하게는, 비이온성 모노머는, N,N-디메틸(메타)아크릴아미드 또는 N,N-디에틸(메타)아크릴아미드이다.
또한, 이온성 모노머로서는, 일반식
[화2]
Figure 112008030846294-PCT00002
로 표시되는 음이온성 (메타)아크릴아미드 유도체를 이용할 수 있고, 식 중, R4 및 R5는, 각각 독립하여, 수소원자 또는 메틸기이고, R6은, 탄소원자수가 1개 이상 6개 이하의 직쇄 또는 분기의 알키렌기고, X+는, 수소원자, 금속이온 또는 암모늄 이온이다.
혹은, 이온성 모노머로서는, 일반식
[화3]
Figure 112008030846294-PCT00003
로 표시되는 양이온성 아크릴아미드 유도체를 이용할 수 있고, 식 중, R7은, 수소원자 또는 메틸기이고, R8은, 수소원자 또는 탄소원자수가 1개 이상 6개 이하의 직쇄 또는 분기의 알킬기이고, R9는, 탄소원자수가 1개 이상 6개 이하의 직쇄 또는 분기의 알킬렌기이고, R10, R11 및 R12는, 각각 독립하여, 메틸기 또는 에틸기이고, Y-는, 할로겐화물 이온이다.
이온성 모노머는, 바람직하게는, 상기의 음이온성 (메타)아크릴아미드 유도체이고, 보다 바람직하게는, 2-아크릴아미드-2-메틸프로판설폰산 및 그 염이다.
비이온성 모노머와 이온성 모노머와의 모노머 조성비(중합계의 투입비)는, 목적으로 하는 이온성 마이크로겔의 모노머의 구성비에 따라서, 적의 선택된다. 또, 이온성 마이크로겔의 모노머 구성비와 중합계의 투입비는, 거의 동일하게 된다. 비이온성 모노머와 이온성 모노머의 중합계의 투입비에 관해서는, 비이온성 모노머：이온성 모노머(몰비)가, 통상, 0.5：9.5~9.5：0.5이며, 바람직하게는, 1：9~9：1이며, 보다 바람직하게는, 7：3~9：1이며, 가장 바람직하게는, 8：2이다.
본 발명에 있어서, 이온성 마이크로겔은, 바람직하게는, N,N-디메틸아크릴아미드와 2-아크릴아미드-2-메틸프로판설폰산을 공중합하는 것에 의해 얻어지는 공중합체를 함유한다. 이것에 의해, 크로스오버를 더욱 억제할 수 있다.
본 발명에 있어서, 분산상은, 가교제를 더 함유해도 좋다. 가교제로서는, (메타)아크릴아미드 유도체 또는 (메타)아크릴산 유도체를 이용할 수 있고, 구체적으로는, 일반식
[화4]
Figure 112008030846294-PCT00004
로 표시되는 화합물을 들 수 있고, 식 중, R13 및 R17은, 각각 독립하여, 수소원자 또는 메틸기이고, R14 및 R16은, 각각 독립하여, 옥시기 또는 이미노기이고, R15는, 탄소원자수가 1개 이상 6개 이하의 직쇄 혹은 분기의 알키렌기 또는 탄소원자수가 8개 이상 200개 이하의 폴리옥시에틸렌기이다. 또, 가교제는, 3관능 이상이어도 좋다.
가교제로서는, 예를 들면, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 폴리옥시에틸렌디아크릴레이트, 폴리옥시에틸렌디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리메티롤프로판트리아크릴레이트, N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, N,N'-에틸렌비스아크릴아미드, 이소시아눌산트리알릴, 및, 펜타에리스리톨디메타크릴레이트를 들 수 있고, 이들의 가교제를, 단독으로 또는 조합시켜 사용할 수 있다. 이들 가교제 중에서도, N,N'-메틸렌비스아크릴아미드가 바람직하다.
비이온성 모노머와 이온성 모노머의 전체 몰수에 대한 가교제의 몰수의 비는, 바람직하게는, 0.0001% 이상 2.0% 이하이다. 이 비가, 0.0001% 미만이면, 중합체에 있어서 가교가 불충분하게 되는 경우가 있다. 한편, 이 비가, 2.0%를 넘으면, 중합체에 있어서 가교 밀도가 지나치게 높아서, 이온성 마이크로겔이 충분히 팽윤할 수 없는 경우가 있기 때문에, 크로스오버를 억제하기 어려워지는 경우가 있다.
비이온성 모노머와 이온성 모노머를 분산상에 용해시켜, 이온성 마이크로겔을 제조하기 위해서는, 최적의 분산매와, 계면활성제를 각각 선택하는 것이 필요하다. 이 때, 중합계의 조성에 관한 상도(相圖)를 이용하는 것에 의해서, 계면활성제의 친수성 소수성 밸런스(HLB)를, 계면활성제가, 라디칼 중합에 적절한 온도에 있어서 흐림점(曇点)을 나타내도록 조정할 수 있다. 이것에 의해, 통상의 라디칼 중합을 행하는 온도에 있어서, 1상 마이크로 에멀션 또는 미세 W/0 에멀션을 형성할 수 있다.
계면활성제로서는, 예를 들면, 폴리옥시에틸렌세틸에테르, 폴리옥시에틸렌올레일에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌헥실데실에테르, 폴리옥시에틸렌이소스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌옥틸도데실에테르, 폴리옥시에틸렌베헤닐에테르, 폴리옥시에틸렌콜레스테릴에테르, 폴리옥시에틸렌 경화 피마자유, 솔비탄지방산에스테르, 글리세린모노지방산에스테르, 글리세린트리지방산에스테르, 폴리글리세린지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌글리세린이소스테아린산에스테르, 폴리옥시에틸렌글리세린트리이소스테아린산에스테르, 폴리옥시에틸렌글리세린모노스테아린산에스테르, 폴리옥시에틸렌글리세린디스테아린산에스테르, 및 폴리옥시에틸렌글리세린트리스테아린산에스테르를 들 수 있다. 이들의 계면활성제를 적의 조합시키는 것에 의해, 계면활성제의 HLB를, 소망하는 HLB로 조정할 수 있다.
또한, 디알킬아크릴아미드와 이온성 아크릴아미드 유도체를 공중합하면, 자발적인 가교반응이 진행한다. 이 경우에는, 가교제를 첨가하지 않더라도, 화학적으로 자기가교된 이온성 마이크로겔이 얻어진다.
본 발명에 있어서, 이온성 마이크로겔의 중량 평균 분자량은, 바람직하게는, 10만 이상 500만 이하(PEG 환산：GPC에 의한 측정)이다.
또한, 이온성 마이크로겔의 평균 입자경은, 바람직하게는, 10nm 이상 10㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는, 10nm 이상 1nm 이하이다.
본 발명에 있어서, 0.5중량%의 이온성 마이크로겔을 함유하는 수분산액의 겉보기 점도는, 바람직하게는, 전단속도 1.0초-1에 있어서, 10000mPaㆍ초 이상이다. 또한, 0.5중량%의 이온성 마이크로겔을 함유하는 에탄올 분산액의 겉보기 점도는, 바람직하게는, 전단속도 1.0초-1에 있어서, 5000mPaㆍ초 이상이다. 더욱이, 0.5중량%의 이온성 마이크로겔을 함유하는 수분산액 또는 에탄올 분산액의 동적 탄성율은, 바람직하게는, 1% 이하의 변형 및 0.01Hz 이상 10Hz 이하의 주파수에서, G＇>G" 관계를 가진다.
또, 이온성 마이크로겔의 물 또는 에탄올 분산액의 겉보기 점도를, 컴플레이트형 레오미터 MCR-300(Paar Rhysica사제)을 이용하여, 25℃에서 측정할 수 있다. 또한, 동적 탄성율을, 컴플레이트형 레오미터 MCR-300을 이용하여, 25℃에서 측정할 수 있고, 여기에서, G' 및 G"는, 각각, 저장 탄성율 및 손실 탄성율을 의미한다.
도 1은 본 발명에 의한 연료전지의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 헥산/계면활성제/모노머 수용액의 3성분계의 상도(相圖)의 일례를 나타내는 도면이다.
<부호의 설명>
1 전해질막
2 양극
3 음극
4, 5 세퍼레이터
또한, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.
도 1에 나타내는 연료전지를 이하와 같이 하여 제작했다.
전해질막(1)에는, 퍼플루오로설폰산막을 이용하여, 양극(2) 및 음극(3)에는, 각각, 탄소에 담지시킨 백금촉매, 및, 탄소에 담지시킨 백금-루테늄촉매를 이용했다. 전해질막(1)을, 양극(2) 및 음극(3)의 사이에 협지하여, 전해질막(1), 양극(2) 및 음극(3)을 핫프레스하고, 전해질막 및 전극의 접합체를 제작했다. 또한, 세퍼레이터(4) 및 (5)를 설치하여, 연료전지를 제작했다. 또, 세퍼레이터의 소재는, 액체연료에 불활성이면, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, PTFE, 경질 폴리염화비닐, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 같은 합성수지, 및, 스테인레스강과 같은 내식성 금속을 들 수 있다.
(실시예 1)
이온성 마이크로겔을 이하의 방법으로 제작했다.
35g의 N,N-디메틸아크릴아미드, 17.5g의 2-아크릴아미드-2-메틸프로판설폰산, 및, 70mg의 메틸렌비스아크릴아미드를, 이온교환수 260g에 용해시켜, 얻어진 용액의 pH를, 수산화나트륨을 이용하여, 7.0으로 조정하는 것에 의해, 모노머 수용액을 조제했다.
환류장치를 구비한 1000ml 3구 플라스크에, 260g의 n-헥산 및, 계면활성제로서 8.7g의 폴리옥시에틸렌(3)올레일에테르(에마렉스503, 일본 에멀션사제) 및 17.6g의 폴리옥시에틸렌(6)올레일에테르(에마렉스506, 일본 에멀션사제)를 투입하여 혼합하고, 계면활성제를 용해시켜, N2 치환을 행했다.
더욱이, 모노머 수용액을 첨가하여, 얻어진 용액을 N2 분위기하에서 교반하 면서, 그 용액을 오일바스에서 65℃ 이상 70℃ 이하의 온도로 가열했다. 중합계의 온도가, 65℃ 이상 70℃ 이하의 온도에 도달했을 때, 중합계가, 반투명 마이크로 에멀션 상태가 되어 있는 것을 확인한 후, 2g의 과황산암모늄을 첨가하여, 모노머의 중합을 개시했다. 중합계의 온도를 65℃ 이상 70℃ 이하의 온도로 유지하면서, 중합계를 3시간 교반하는 것에 의해, 이온성 마이크로겔을 합성했다.
모노머의 중합이 종료된 후, 이온성 마이크로겔의 현탁액에 아세톤을 가하는 것에 의해, 이온성 마이크로겔을 침전시켰다. 얻어진 침전을, 계속하여, 아세톤으로 3회 세정하고, 잔류 모노머 및 계면활성제를 제거했다. 더욱이, 여과 후에, 침전을 감압 건조하는 것에 의해, 백색 분말상의 이온성 마이크로겔을 얻었다.
0.2g의 이온성 마이크로겔을 99.8g의 70% 메탄올 수용액에 용해시키는 것에 의해, 액체연료를 조제했다.
(실시예 2)
실시예 1에 있어서, 5.0g의 이온성 마이크로겔을 95.0g의 70% 메탄올 수용액에 용해시키는 것에 의해, 액체연료를 조제했다.
(비교예 1)
70% 메탄올 수용액을, 액체연료로서 이용했다.
(비교예 2)
0.2g의 시판의 (2만의 수평균 분자량을 구비한) 폴리에틸렌글리콜을 99.8g의 70% 메탄올 수용액에 용해시키는 것에 의해, 액체연료를 조제했다.
(비교예 3)
5.0g의 시판의 (2만의 수평균 분자량을 구비한) 폴리에틸렌글리콜을 95.0g의 70% 메탄올 수용액에 용해시키는 것에 의해, 액체연료를 조제했다.
(비교예 4)
0.2g의 시판의 (50만의 수평균 분자량을 구비한) 폴리에틸렌글리콜을 99.8g의 70% 메탄올 수용액에 용해시키는 것에 의해, 액체연료를 조제했다.
(비교예 5)
5.0g의 시판의 (50만의 수평균 분자량을 구비한) 폴리에틸렌글리콜을 95.0g의 70% 메탄올 수용액에 용해시키는 것에 의해, 액체연료를 조제했다.
(평가방법 및 평가결과)
실시예 1 및 2 및 비교예 1~5에서 조제한 액체연료를 연료전지의 음극(2)에 공급하고, 2시간 후의 전압 및 연속 발전 시간을 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112008030846294-PCT00005
표 1로부터 밝혀진 바와 같이, 이온성 마이크로겔을 함유하는 액체연료를 음극(2)에 공급한 실시예 1 및 2는, 고분자를 포함하지 않는 액체연료를 공급한 비교예 1과 비교하여, 전압강하가 억제되고, 발전시간이, 증가하고, 크로스오버가 억제되었다.
한편, 고분자를 함유하는 액체연료를 공급한 비교예 2~5는, 비교예 1과 비교하여, 전압강하가 억제되어, 발전 시간이 증가하지만, 실시예 1 및 2와 비교하여, 열세한 것이었다.
또한, 실시예 1에 나타난 바와 같이, 액체연료 중의 농도가 낮더라도, 이온성 마이크로겔은, 전압강하를 억제하여, 발전 시간을 증가시킬 수 있고, 크로스오버를 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
[부기]
본 발명의 전형적인 실시형태를 이하에 기재한다.
실시형태(1)은, 이온성 마이크로겔을 함유하는 것을 특징으로 하는 액체연료이다. 실시형태(1)에 의하면, 크로스오버를 억제하는 것이 가능한 액체연료를 제공할 수 있다.
실시형태(2)는, 상기 이온성 마이크로겔의 함유량은, 0.1중량% 이상 5.0중량% 이하인 것을 특징으로 하는, 실시형태(1)에 기재된 액체연료이다. 실시형태(2)에 의하면, 크로스오버를 억제할 수 있다.
실시형태(3)은, 10중량% 이상 99.9중량% 이하의 연료성분을 함유하는 것을 특징으로 하는, 실시형태(1) 또는 (2)에 기재된 액체연료이다. 실시형태(3)에 의하면, 발전효율을 향상시킬 수 있다.
실시형태(4)는, 상기 연료성분은, 메탄올, 에탄올 및 디메틸에테르의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 실시형태(3)에 기재된 액체연료이다. 실시형태(4)에 의하면, 발전효율을 향상시킬 수 있다.
실시형태(5)는, 상기 이온성 마이크로겔은, 이온성 모노머 및 비이온성 모노머를 함유하는 분산상이 분산매 중에 분산되어 있는 상태에서, 상기 이온성 모노머 및 상기 비이온성 모노머를 라디칼 중합하는 것에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는, 실시형태(1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 액체연료이다. 실시형태(5)에 의하면, 크로스오버를 더욱 억제할 수 있다.
실시형태(6)은, 상기 이온성 모노머 및 비이온성 모노머를 함유하는 분산상은, 계면활성제를 이용하여 상기 분산매 중에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는, 실시형태(5)에 기재된 액체연료이다. 실시형태(6)에 의하면, 1상 마이크로 에멀션 또는 미세 W/0 에멀션을 형성할 수 있다.
실시형태(7)은, 상기 이온성 모노머는, 음이온성 모노머인 것을 특징으로 하는, 실시형태(5) 또는 (6)에 기재된 액체연료이다. 실시형태(7)에 의하면, 크로스오버를 더욱 억제할 수 있다.
실시형태(8)은, 상기 음이온성 모노머는, 카본산, 카본산염, 설폰산 및 설폰산염의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 실시형태(7)에 기재된 액체연료이다. 실시형태(8)에 의하면, 크로스오버를 더욱 억제할 수 있다.
실시형태(9)는, 상기 분산상은, 가교제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 실시형태(5) 내지 (8)의 어느 하나에 기재된 액체연료이다. 실시형태(9)에 의하면, 크로스오버를 더욱 억제할 수 있다.
실시형태(10)은, 실시형태(1) 내지 (9)의 어느 하나에 기재된 액체연료를 산화하는 음극과, 산화제를 환원하는 양극과, 상기 음극과 상기 양극과의 사이에 협지되어 있는 전해질막을 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지이다. 실시형태(10)에 의하면, 크로스오버를 억제하는 것이 가능한 연료전지를 제공할 수 있다.
본 발명은, 구체적으로 개시하는 실시형태에 한정되지 않고, 또한, 본 발명의 주지 및 범위를 일탈하지 않고, 그들 실시형태를 변형 및 변경해도 좋다.
본 발명은, 우선권의 기초로 되는 일본 특허출원 제2005-318776호에 근거하는 것이고, 그 전체의 내용은, 이것에 의해, 참조에 의해 통합된다.
본 발명은, 액체연료 및 연료전지에 적용 가능하다.

Claims (10)

  1. 이온성 마이크로겔을 함유하는 것을 특징으로 하는 액체연료.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 이온성 마이크로겔의 함유량은, 0.1중량% 이상 5.0중량% 이하인 것을 특징으로 하는 액체연료.
  3. 제 1항에 있어서, 10중량% 이상 99.9중량% 이하의 연료성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 액체연료.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 연료성분은, 메탄올, 에탄올 및 디메틸에테르의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 액체연료.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 이온성 마이크로겔은, 이온성 모노머 및 비이온성 모노머를 함유하는 분산상이 분산매 중에 분산되어 있는 상태에서, 상기 이온성 모노머 및 상기 비이온성 모노머를 라디칼 중합하는 것에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 액체연료.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 이온성 모노머 및 비이온성 모노머를 함유하는 분산상은, 계면활성제를 이용하여 상기 분산매 중에 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 액체연료.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 이온성 모노머는, 음이온성 모노머인 것을 특징으로 하는 액체연료.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 음이온성 모노머는, 카본산, 카본산염, 설폰산 및 설폰산염의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 액체연료.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 분산상은, 가교제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 액체연료.
  10. 제 1항에 기재된 액체연료를 산화하는 음극과, 산화제를 환원하는 양극과, 상기 음극과 상기 양극과의 사이에 협지되어 있는 전해질막을 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지.
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